基于教学矩阵的高级语言程序设计课程思政研究与实践

徐国明，袁宏武，万家华

（1.安徽大学 互联网学院,安徽 合肥 230039；2.安徽新华学院 大数据与人工智能学院,安徽 合肥 230088）

0 引 言

在高级语言程序设计课程思政的教学实践探索中，实施路径和措施方法的研究成果较为丰富[3-4]，但是将高级程序设计教学内容进行分层拆解和维度重构，构建具有普适性和可操作性的课程思政教学内容与程序设计思想和知识传授深度融合的探索和实践需要进一步深入.为此，研究教学实施过程特点，按知识素养思政、能力思维思政、服务社会思政等三个维度，采用课程思政教学矩阵方法[5]，在课程思政教学立体化体系架构下，设计思政教学内容的矩阵元素，积极探索新形势下高级语言程序设计思政教学新方法和新形式，为达成人才培养目标提供新思路.

1 立体化课程思政体系

高级语言程序设计课程的内在思政总体需求是符合各高校各专业对人才培养目标需求和期望，在新工科背景下适应时代发展所需、能够为社会与经济建设服务、具有家国情怀的高素质应用型计算机人才.

在课程思政教学体系设计中，一方面考虑课程章节内容的递进制约关系和课程知识体系的层次结构，并结合教学活动过程.当前我国理工院校高级语言程序设计课程的典型教学活动主要包括课堂教学、实验教学和综合实践过程，而这三个过程是层层递进、互相支撑构成完整的程序设计思想培养内容，其教学内容和教学目标的侧重点不一样，那么各个过程的课程思政也应该有所不同，所以在课程思政设计上应全面覆盖、综合考虑这种递进关系和目标差异，以达到课程思政育人效果.

另一方面，在课程思政实施过程中，考虑课程思政多维度育人层次，便于组织教学和思政内容实施，将传统文化与新时代要求相结合.传统文化上借鉴韩语《师说》的“师者，所以传道授业解惑也”思想，与新时代下的社会主义核心价值观融会贯通，可以把对人才培养的思政需求分为解惑层级的知识素养思政、授业层级的能力思维思政、传道层级的家国情怀思政等三个维度层次，而这三个维度也对应着课程教学培养人才的知识传授、个人发展以及服务社会三个层面，并以此为基础考虑课程思政体系构建和组织实施路径.

将高级语言程序设计课程的课堂教学、实验教学和综合实践三个过程，与传道授业解惑的三个维度深度融合，建立课程思政三个维度层次需求和专业知识点映射关系，采用构建全程多维度立体化课程思政教学体系，在此框架内采用教学矩阵[5]形式，探索课程思政实践新方法.

2 教学矩阵设计

课程思政教学的根本任务将高级语言程序设计课程的专业教学课程内容与思政元素深度融合，思政元素包括品德教育元素、思想政治原理、家国情怀教育等.在构建形式上，借鉴教学矩阵思想，全新设计教学矩阵形式，在设计上主要考虑三个方面.

一是教学矩阵应该简洁直观，可操作性强，课程实施过程中可以直接进行教学设计准备.二是课程思政实施路径要覆盖全过程和多维度.三是高级语言程序设计课程教学矩阵及其思政元素设计完成后，可以在类似的课程教学实践中被借鉴运用和更新补充，以形成课程思政资源库建设.为此，设计课程思政教学矩阵如表1所示.

环保加湿型空调是在普通空调上加以改进，利用SolidWorks创建的空调模型结构如图1所示，在壁挂空调的下侧增加的小方柜里面放超声波加湿器和制冷剂回收箱体，用2根水管将焊接板式冷凝器与超声波加湿器连接起来，通过外部结构图（见图2）可以确定超声波加湿器，制冷剂回收箱体、高压管、低压管及2根冷却水管的具体位置。

表1 教学矩阵设计

该教学矩阵包括5个维度，各维度内容如表中所示.其中，思政元素和课程内容是融合的原驱动力，而支撑该思政的教学设计主要包括目标成效和方法手段两个维度.在具体实施过程中，辅助教学矩阵还可以根据需要增加或者修改维度内容.

3 思政元素设计

根据以上课程思政教学矩阵设计，在教学实施前，首先完成各课程的矩阵元素设计.高级语言程序设计课程教学实施主要包括三个环节：课堂教学、实验教学和综合实践，为此，以课程章节内容知识点为案例，将上述矩阵内容按照思政层次与教学环节相融合的交叉关系设计课程思政矩阵元素.

3.1 课堂教学矩阵元素

3.1.1 解惑层次矩阵元素

课堂教学是最重要的课程思政应用场景，在解惑层次的矩阵元素设计中，其主要目的是促进教学内容知识点的记忆与理解.以C语言发展为例，经典教材中关于C语言发展历程的介绍是按照时间线简洁地给出了时间地点人物和代表性版本.

但是对于大部分高级语言程序设计的初学者来说，这样的叙述显得枯燥，无法引起共鸣，对于理解C语言产生的伟大作用感受不深，所以可以在教学过程中结合课程思政需要，增加C语言发展背后的故事，以拓展视野、激发兴趣、帮助知识点的掌握，该解惑层次的矩阵元素设计如表2所示.

表2 C语言发展与背后的故事

3.1.2 授业层次矩阵元素

在高级语言程序设计的课堂教学过程中，解惑层次的矩阵元素是以帮助理解、加深记忆为主的知识素养思政，而在授业层次的思政元素设计上，则以知识向能力转换为主.以程序代码注释知识点为例，在该课程中，该知识点可以用两句话概括：单行注释“//”以及段落注释“/**/”.如果扩展到能力培养、职业发展层次上，就显然不够.

教学过程中，引入华为编码规范[6]内容，在该规范中，其注释规范部分有8页之多，这与课本上最简单且容易忽视的寥寥数语知识点形成鲜明对比，以此引起初学者重视，并强调该知识点及其规范对个人编程风格养成[7]甚至未来的软件项目管理等能力具有重要影响，矩阵元素设计如表3所示.

表3 编码注释与华为规范

3.1.3 传道层次矩阵元素

结合当前贸易摩擦及知识产权之争背景下的软件领域卡脖子技术，实施课程思政以激发吾辈以先辈为榜样，心怀家国情怀、奋勇争先，起到拓展思维、提升自信、树立情怀使命的效果.以C语言的发展和应用为例，引入求伯君的WPS之路，早期的WPS主要是汇编和C语言混合编程，对计算机普及和软件国产化具有重大影响，其人在新世纪之初曾获得“2000CCTV中国十大经济年度人物、2001年度中国IT十大风云人物”等荣誉，其传道层次矩阵元素如表4所示.

表4 国产化软件与家国情怀

3.2 实验教学授业层次矩阵元素

实验教学以培养学生编程实践能力为基本目标.高级语言程序设计实验可以分为语法知识验证型、算法（或功能）设计型、综合设计型等三种类型.在三种类型的教学案例设计时做到前后实验内容有关联，后面的实验是对前面实验的完善，案例内容由浅入深，逐步将实验内容引向深入，让学生最终能得到一个实用的程序项目.其课程思政元素根据不同的实验类型设计不同层次的思政维度.

3.2.1 解惑层次矩阵元素

以完成银行贷款计算器的验证性实验教学为例，其涉及的知识点包括数据类型、控制语句、输入输出方法等内容，矩阵元素设计如表5所示.

表5 数据抽象与特殊到一般哲学原理

3.2.2 授业层次矩阵元素

授业层级的思政重点关注能力素质培养，以C语言实现杨辉三角算法（或功能）设计型实验为例，该实验有多种实现方法，比较常规的是利用循环和数组，而这两种方法也最容易被初学者理解.为加深印象、帮助理解，可以增加关于杨辉三角的发明故事以及神奇之处的课程思政元素.

杨辉三角又名贾宪三角形，它是二项式系数在几何三角形中的排列组合，是中国古代数学的杰出研究成果之一.欧洲的帕斯卡于1654年发现这一规律，被称为帕斯卡三角形，比杨辉迟393年，比贾宪迟600年.杨辉三角的美妙之处在于它足够简单却在数的性质中有丰富魅力，其神奇之处包括从排列组合、完全平方数，到谢尔宾斯基三角等，值得爱好者去探索和编程实现，其思政矩阵元素设计如表6所示.

表6 杨辉三角与数组循环

3.3 综合实践传道层次矩阵元素

在综合项目实践实训阶段，不仅要培养锻炼学生的分析问题、解决问题的能力，更要对照专业培养目标和课程教学大纲要求，培养锻炼学生的创新意识和竞争能力，为工科学生的职业素质和就业能力提升进行锻炼.为此，在该阶段的传道层次引入项目小组模式和竞争思维，其思政元素设计如表7所示.

表7 项目的内部管理与外部竞争

4 实践与反馈

4.1 组织实施

课程矩阵元素是授课的素材，在具体教学任务实施环节还需要进行整体路径设计.以C语言程序设计课程为例，其具体环节包括：课程思政大纲修订、教案思政内容编写、授课课件准备、课堂教学实施、教学效果评价和反馈完善等系列过程，在每个过程中都将体现课程思政的不同方面，或目标、或内容、或实施方法、或效果评价等.

不同的教学活动，其承载的教学目标和教学方法区别很大，为此，在多层次课程思政元素的比例分配上也有所区别.具体教学实践中，课堂教学的解惑、授业和传道的思政元素比例约为4:3:3，实验教学的三个层次的思政元素比例约为3:5:2，而综合实践则约为2:3:5，该比例数据也可以根据授课对象和专业进行微调.

4.2 实践效果

在统一的教学矩阵组织框架下，课程思政教学准备过程变得高效且通用性提高.以C语言程序设计课程为例，目前共积累了17个课程思政教学矩阵元素，基本涵盖了从绪论、数据类型、结构化语句、循环、数组、函数、指针、文件等章节内容，同时明确了每个矩阵元素所属的课堂教学、实验教学和综合实践等过程.由于程序设计类课程的相通性特征，这些矩阵元素素材对相近的面向对象程序设计课程（Java或者C++）等课程以及相关课程的实验实训、课程设计综合实践等任务具有借鉴作用.

通过4个学期在多个班级的高级语言程序设计课程中实施课程思政教学实践，取得了明显的实践效果.主要表现在：一方面，在授课过程中，可以直观感受到课堂气氛和学生听课的精力集中时间延长；另一方面，在教学评价方面采用该矩阵素材的教学团队都有较为明显的提升.实施课程思政的教学班在以证代考（安徽省计算机等级考试（C语言二级））的课程改革中，以及大学生程序设计大赛中的积极性和成绩普遍提高.课程组老师多次参加校级“课程思政”教学案例比赛，获得一等奖和三等奖各一次.

4.3 反思与改进

在基于教学矩阵的高级语言程序设计课程思政实践过程中，也存在一些问题.首先，限于精力和时间，目前的思政教学矩阵元素积累还不够精炼和丰富.其次，课题研究的另一任务是研究通用思政元素设计问题，使得矩阵元素便于备课准备和共享，但是具体教学实施中造成了部分矩阵元素实例在同一班级的不同课程之间存在重复使用的情况，这会给受众学生留下备课仓促的教学感受，影响效果，甚至会有为思政而思政的主观感受.另外，部分需要学生参与完成的思政项目，如课后阅读、小组讨论以及课堂演示等内容，由于大班教学、课时不足等原因，其深入开展程度无法完全达到预期效果.

针对以上问题，在后期的教学实施过程中，拟从以下方面进行改进.一是技术研究和机制建设同步开展，建立思政元素互斥共享矩阵，避免矩阵元素在同一授课对象中的重复使用.二是根据新形式和热点问题，持续优化矩阵结构和矩阵元素，开发思政矩阵元素数据库，进一步扩大共享范围，由课程向专业、由校内向校外，充分交流.三是跟踪完善针对课程思政的评价效果并反馈到课程组，以此重构课程思政体系、优化矩阵元素设计和和改进教学实施方法.