基于混合教学空间视角的程序设计课程改革.pdf

第 10 期2023 年 10 月 10 日计 算 机 教 育Computer Education中图分类号：G64296基于混合教学空间视角的程序设计课程改革卢 冶，张小立，史凌祎，周 塔，王 勇（江苏科技大学 电气与信息工程学院，江苏 张家港 215600）摘 要：分析程序设计教学存在的主要问题，提出基于混合教学空间视角的课程改革思路，以 Java 高级编程课程为例，介绍具体教学改革过程，最后说明教学改革成效与评价。关键词：混合教学空间；教学模式；混合式教学；产教融合；程序设计；Java文章编号：1672-5913(2023)10-0096-06基金项目：江苏科技大学高等教育科学研究课题“混合学习视角下交互式生态课堂在线学习行为分析与实证研究”（GJKTYB202209）；江苏科技大学本科教育教学改革研究课题“四新专业建设背景下计算机公共课思政促教与主动介入教与学模式实践与探索”（XJG2022056）；江苏科技大学苏州理工学院课程思政专项项目（1032262204）。第一作者简介：卢冶，女，副教授，研究方向为信息系统开发与应用，。0引 言混合式教学作为未来教育“新常态”，被视作一种不断演进的教学模式，强调将各种数字化教学方法应用于课堂教学，为学生打造数字化的互动课堂氛围。混合式教学不仅是线上、线下两种教学方式的简单混合，而是教学实践、空间、方式、评价 4 个方面的混合。其中，混合教学空间是整个混合式教学模式的认知关键，空间认知既涉及线上、线下教学资源的整合利用，也关系到教学场景及教学实践的开发设计，并由此影响课堂教学方式与教学评价效果1。程序设计类课程是计算机类专业重要的专业基础课程，主要培养学生利用程序设计语言、数据结构、算法等技术求解问题的能力2。课程教学须突破传统专业课程教学的空间边界和思维局限，对教学资源进行优化、整合、呈现和运用，充分发挥线上、线下教育优势，构建一种基于多种信息化平台的新型混合教学空间，然后从空间视角探索混合式教学实践新路径。1程序设计课程教学存在的主要问题（1）学习通道较为单一。学生不同感官通道的信息敏感性、接受度、联系的牢固性都不一样，传统“讲授+演示+实验”的教学模式，教师单纯地进行知识传递，学生被动地接受知识信息，缺乏学习的积极性和主动性。（2）未充分考虑非结构化和碎片化学习资源。教案、讲义、练习、测试题等结构化资源，经过教师的精心设计与多年积累已相对成熟，但学习者学习中产生的过程化资源，由于其来源的不确定性、结构的模糊性、内容频繁更新等特点3，使得设计这类学习资源具有一定的困难。教师应构建一种可以有效组织并利用这些“非结构化”资源的机制，在这种机制的牵引下，逐渐呈现出学习资源的内部结构及其逻辑关系。（3）课程考核评价与课程质量评价尚不完备。以考试为主的课程考核评价，缺少学业过程性数据支撑。课程考核评价应聚焦学生的学习成效，不仅考查课程对于知识的传授，更重要的是检验课程对于学生能力的提升4。关于课程质量评价，通常更注重业务性评价而缺少思想性评价。教师应依据课程的特点，建立更贴合实际、各具特征的评价指标，形成教师教学改进的依据。2基于混合教学空间视角的课程改革思路依托 MOOC、慕课堂、EduCoder 等信息化平台构建新型混合教学空间，分别从教学空间、教改纵横第 10 期97实践空间、能力空间 3 个视角进行混合式教学改革。在教学空间，实施以学生为中心的导入式学习；在实践空间，推动以成果为导向的实训链构建；在能力空间，探索基于多类型项目的职业核心能力内涵融入。2.1教学空间在教学空间，混合式教学将线上、线下两个教学空间进行有机融合，使得分散在不同空间、不同时间的教学资源整合在一起，实施以学生为中心的导入式学习，充分实现教育资源的共享与拓展延伸。课前学生对照学习任务清单，带着问题去观看微课视频，回答思考题和自测题并在讨论区交流，通过自学、预习、研讨实现知识的初步输入。课堂上教师通过源码阅读、编程演示、练习测试、特点对比、话题研讨、思路解析、总结点评等一系列教学活动，从原先单纯的知识传递向启发式、思辨式、开放式互动教学转变，引导学生自主探究问题的解决方案，实现从被动信息接收向主动建构知识的转变。在信息化平台支撑的教学空间中，可以实施多种技术支持下的交互式教学策略（如图 1 所示），力图实现教学主体、教学资源、教学方法、课堂环境、交互数据的协同共生与可持续发展5。其中，基于 MOOC、EduCoder 平台的在线学习与交流，针对的是课前、课后的线上学习与实践探究；慕课堂支持下的课堂研讨与互动，针对的是课中阶段线下面对面学习与交流；OJ 平台和企业开发平台支持下的小组研创型学习，针对的是课后团队展示交流与合作学习。2.2实践空间在实践空间，混合式教学借助线上、线下多平台资源及其实践功能实现教学成果目标，学生在成果创作和实践情境中，体验并锻炼程序实现能力、设计开发能力、应用创新能力、职业技能和职业素养，从而形成以成果为导向的教、学、练一体化的实训链。学生在 MOOC 平台完成作业、单元测验，进一步巩固基础理论知识及相关 API 用法；在 EduCoder 平台、OJ 平台完成项目闯关、程序竞赛练习等训练活动，将掌握的知识内容转化为程序编码能力。借助开发平台、企业平台，以提升项目、自拟项目、拓展外延项目为载体，学生感受软件项目真实的开发流程和过程化管理要求，在解决实际问题的过程中不断MOOC学：在线学习与交流教学流程自主学习章节导学视频观看嵌入式习题完成自测讨论区交流在线答疑思考题自测练习题教学策略知识点讨论自测题讨论知识点答疑自测题答疑慕课堂育：课堂研讨与互动思维碰撞启发式研讨评价反思随堂测验研讨话题发布分组讨论思路解析观点分享展示交流教师观察点说明学生提炼修正师生合作探索错题解析要点归纳总结点评MOOC+EduCoder练：课后实践与探究递进式项目解决方案设计实践磨炼实时反馈单元测验程序/竞赛练习项目闯关编码求证调试反馈性能优化结果对比修正优化OJ平台+企业开发平台赛：小组研创型学习拓展外延项目项目团队成果凝练评价与反馈提升项目自拟项目拓展项目算法竞赛分工合作组内分享完成作品展示成果撰写项目文档研讨交流修正优化总结评价意见反馈知识点关联资料收集与共享确定解决方案评：教学过程测与评练习与讨论图 1 交互式课堂教学策略设计与实施202398计 算 机 教 育Computer Education分析思考、实践求证、反馈调试，逐步形成专业核心能力。通过各类学科竞赛，检验学生对理论知识的理解情况以及运用理论知识解决实际问题的能力。信息化平台提供了更加多元的线上实践空间，更加强调主体角色的空间实践性，有利于线上、线下课堂与多平台资源及其实践功能的融合，有效地促进教学效果最优化。2.3能力空间在能力空间，混合式教学将职业核心能力内涵与技术热点、行业企业的人才需求、思政教育相融合，借助线上、线下多功能平台空间，打造基于多类型项目的软件人才能力培养体系。借助企业的技术力量以及丰富的项目案例资源，通过“预习内化训练竞赛评价”的一体化设计，补齐对学生程序实现能力培养不足的短板。依托对企业真实开发项目的重构，完成服务学生专业学习全过程的项目化教学资源库建设，实现校内教学内容与企业项目开发需求、企业开发岗位能力需求之间的同步。将思政教育渗透到教学过程中，同步提升学生的职业素养，实现与专业核心能力培养的有机统一。积极探索基于企业平台的实践教学互动新模式，企业工程师可以提供在线技术支持，远程解答学生在项目开发时遇到的技术难关和瓶颈问题，实现能力空间的网络延伸。3基于混合教学空间视角的课程改革实践3.1构建项目资源库在软件工程专业人才培养层面上，立足产教深度融合，依托“课程培养基本程序设计能力，实训培养系统开发能力，创新培养设计应用能力，企业培养工程创新能力”的建设思路，通过对企业真实项目案例的改造，从“课程级实训级创新级企业级”4 个层面构建软件工程专业项目资源库（如图 2 所示），支撑对学生软件实现能力、算法设计与系统实现能力、系统整合与应用能力的全过程培养，实现从毕业到就业再到发展的能力直通。3.2衔接课程内容落实到 Java 高级编程课程，将授课内容划分为 3 个教学层次、12 个知识单元；设计 9 个实验项目、4 个程序语言竞赛专题、2 个算法竞赛专题，与项目资源框架体系相匹配。面对 Java图 2 软件工程专业项目资源库宠物商店项目银行账户项目猜数字项目OCR图片识别项目淘票票小米Lite去哪儿京淘购物动吧旅游有机蔬行纽约实时共享单车数据查询和历史数据分析CSP 认证考试题库PAT 认证考试题库CCPC国赛题库ICPC竞赛题库新型智能消防物联网系统大数据分析的河流生态保护系统捕鱼达人/飞机大战算法应用题库数据结构题库基础语言题库竞赛环境应用CCPC江苏赛题库“蓝桥杯”题库新型河道水污监测与管理系统空气质量监测综合分析系统基于RESTful架构的互联网兴趣社区步态识别人员流动分析系统公共地点人流量监测的云监管平台多传感器信息融合和大数据分析的智慧艾灸系统Linux下基于签名技术的软件保护系统分治、动态规划枚举、全排列、贪心数据结构基础深搜、广搜、回溯数论、图论学生信息管理时序图学生信息管理类图学生信息管理用例分析学生信息数据库设计学生信息管理设计文档实验室安全监测与预警系统软件实现能力课程级项目程序设计项目Web前端项目前端开发HTML5/CSS3/JS数据库开发JDBC/MySQL三层架构项目环境搭建及登录功能学生信息维护学生信息管理学生信息查询程序设计项目Web前端项目（电商微信小程序）Web应用项目SSM框架项目框架整合及登录功能入住及退房酒店信息管理菜单角色权限大数据应用项目算法设计与系统实现能力实训级项目算法竞赛创新项目竞赛系统整合与应用能力企业级项目HCC颐养中心管理系统智能制造管理系统政务服务管理系统智慧企业招采管理系统楼层客房管理东软东软新点新点Web开发课程群程序语言课程群算法设计项目算法课程群软件设计项目软件工程课程群算法应用与系统设计能力创新级项目智慧城市公交管理系统软通极客数字化CRM管理系统软通极客电商网站教改纵横第 10 期99每半年一次的发布频率，紧跟最新版本，尤其是长期支持版，同时关注 Java 框架技术的最新发展趋势并应用到项目中，确保与用户的现代需求保持同步。阅读源码和学习开源项目不仅可以让学生扩展项目思路，变相增加项目经验，也有助于形成自主学习和终身学习能力。伴随学生项目意识的不断增强，对接企业真实的项目案例，使学生能够合理地选择软件架构和设计模式，恰当地运用技术、资源和工具，完成软件设计与开发测试，并将算法设计融入到项目实现中，提高复杂软件项目的开发效率，提升应用程序的运行速度和系统稳定性。3.3设计多层次实验项目根据认知过程的复杂性、教学内容的难易程度6以及学生学习能力的差异性7，将实验项目划分出不同层次，实施递进式教学，充分发挥学生的主体性，让学生个人和团队自主开展实践活动，亲身参与现实问题的求解过程，培养学生对问题的敏感性以及自主设计与解决问题的能力8。基础性实验侧重程序语言的知识点训练。竞赛练习围绕语言基础、数据结构、算法应用开展程序设计训练。综合性项目以“任务关卡”为表现形式，学生在具备了相关知识的前提下独立“闯关”，循序渐进地完成一系列任务。提升项目是由教师引领学生使用项目构建工具在开发平台上构建完整的项目，将语言知识转化为解决实际问题的能力。自拟项目是学生在完成既定教学任务且学有余力的前提下，自行学习开源项目并完成项目实战的挑战性任务，教师在 MOOC 平台开设专门的栏目，将部分优秀作品予以展示。拓展外延项目是学生结合企业项目、教师科研、交叉学科项目、自拟项目，形成研创型学习小组，共同致力于应用创新项目的研发，参加算法类竞赛和作品类赛事，使学生逐渐获得复杂项目开发所需要的能力。3.4建设平台资源建设 MOOC、慕课堂、头歌（EduCoder）等多种信息化平台，增设学习通道，有效组织利用结构化、非结构化、零散资源，从多个渠道输入信息，激活学生多种感官来优化教学。其中，EduCoder 平台是全链条教学工具、全系列课程资源、全流程教学服务的高校专业一体化实践教学平台，可以从不同维度支持教师的教学创新，也是新型教材配套在线实验运行平台9。对接选取的平台，构建立体化学习资源：MOOC 平台上线微课视频 60 个、章节导学 12 个、教案 24 个、示例程序 149 个、单元练习 321 题、综合考试 85题、调查问卷3个；慕课堂设置随堂练习159题，发布讨论话题 50 个；EduCoder 平台用于开设基础性实验、程序设计练习和综合性项目，共计 9个项目 33 个任务关卡；在线评测系统（OJ 平台）用于支撑算法竞赛练习和程序设计竞赛校内选拔活动，目前已上线算法竞赛练习题 300+。3.5挖掘思政元素针对每个教学单元，梳理总结相应的课程思政元素，融入到课堂练习与讨论、单元测验与考试、互评作业、实验项目等各个教学环节中，帮助学生树立正确的人生观和价值观，践行价值引导10。通过创设出来的实验项目、竞赛训练任务和技术应用环境，学生在思考、辨析、求证、解决问题的过程中，逐渐形成诚实守信、坚忍不拔、敬业奉献的责任担当意识，以及良好的编码习惯、文档规范意识、团队合作精神等职业素 养11（见表 1）。4教学改革成效与评价4.1教学成效信息化平台客观地记录了学生全程的学习状况和学习数据，为实现由结果评价向过程数据驱动转化提供了有力的支撑。以 2022 春季学期江苏科技大学 2021 级软件工程专业为例，Java 高级编程课程初修人数 68 人。（1）MOOC 平台记录了学生的整体视频学习情况，以及单元测验、作业和考试情况。其中，线上视频学习总学时为 880.2h。（2）慕课堂数据总览显示：发布课堂活动 85次，线上考核参与人次 3 049，累计课堂活动参与总人次为 1 566。（3）EduCoder 平台记录了项目通关人数、明星学员，以及每位学生每个项目的通关时长、修改行数、评测次数、关卡得分。学生累计访问次数 5 219 次，平均每人达到 76.75 次。2023100计 算 机 教 育Computer Education（4）课程结束后，共有 17 位学生提交自拟项目，内容涵盖算法应用（LeetCode Java 学习笔记、数学建模之矿石加工质量控制）、游戏类项目（2048、飞扬的小鸟、扫雷）、应用项目（密码本、考试系统、二手车交易）等。（5）本专业学生 2022 年荣获“蓝桥杯”程序设计竞赛省赛一等奖、中国大学生计算机设计大赛国赛三等奖各 1 项；有 33 位学生通过校内选拔参加 2023 年“蓝桥杯”省赛；实现“非膜蛋白表面残基识别”“空气质量监测分析”“汽车无人驾驶”“消防火焰检测”“儿童车载防滞留系统”创新项目共 5 项。4.2教学评价课程考核评价充分体现了过程性考核和能力性检测，总评成绩的考核比例如图 3 所示，实验成绩占 30%；线上总成绩占 40%；期末考试成绩占 30%；自拟项目投稿还会获得额外的加分。通过贯穿整个教学过程的线上与线下评测，定性与定量评价、整体与个体评价，聚焦学生的学习成效，有效地促进了课程目标的达成。课程在前期、中期、后期共发放了 3 次调查问卷。结果显示课程质量评价良好，有 82.4%的学生认为获益最大的学习方式是微课视频、课堂讲授和实验上机相结合的方式；有 64.3%的学生能够独立完成 EduCoder 平台实验项目的编码与调试。为考查数据背后的深层次问题，教师与期末总评成绩处于不同等级的学生进行了深度访谈，了解到“构建完整的授课体系，丰富教学资源的类型，动态更新教学资源的内容，厘清各资源模块之间的内部逻辑关系，提供更加细致、耐心的帮助和答疑”非常有助于激发学生的学习兴趣并提升教育教学质量，也形成了教师教学改进的依据。5结 语程序设计课程教学改革充分发挥了线上+线下混合式教学优势，构建了多平台资源及其实践功能相融合的程序设计人才培养空间。在这个空间中，MOOC、慕课堂、EduCoder 等信息化平表 1 教学单元与课程思政元素思政元素教学单元123456789101112了解我国软件行业发展现状、趋势，认识发展国产软件（华为毕昇 JDK、鲲鹏生态）的重要性，引发对未来的职业愿景系统对代码的包容性数据集合充分发挥了数据集体的这一优势，通过凝结个体的力量，形成合力，实现由量的积累到质的飞跃，从而解决很多单独变量难以解决的问题写程序如果不怕循环累计，每天进步一点点，日积月累，那么终将会由量变引起质变，以达到目标面向对象是一种对现实世界理解与抽象的方法学习并传承经典的专业知识是必要的，更重要的是，要在原有知识基础上进行应用或者创新软件质量不仅依赖于架构，更与代码质量息息相关；改善程序的“健壮性”，提高用户的使用体验网络通信必须遵守的标准、规则，“没有规矩不成方圆”，规矩是人们必须遵守的行为规范和准则编程语言学习是一个漫长的过程，没有捷径可走，欲速则不达，唯一能做的就是坚持练习，慢慢积累经验教改纵横第 10 期101参考文献：1 王婷.混合式教学引发“跨空间”教学变革N.中国教育报,2022-11-07(7).2 邓泽林,李峰,陈曦,等.强化“两性一度”的程序设计类课程教学模式改革J.计算机教育,2022(11):82-86.3 杨韶华.碎片化学习资源信息表示及个性化推荐策略研究:以“计算机组装与维护”课程为例J.电脑知识与技术,2019,15(16):104-105.4 张红伟,蒋明霞,兰利琼.一流课程建设的要义:思想性与学术性J.中国大学教学,2020(12):36-41.5 黄志芳,周瑞婕,万力勇.混合学习环境下交互式课堂生态系统设计及实证研究J.电化教育研究,2020(12):78-85.6 温雅敏,陈建超,邓宇乔.后疫情时代程序设计基础实验教学改革探索J.计算机教育,2022(5):145-149.7 陈端君,姚梅玲,刘敏.独立学院“计算机语言”课程多层次实验教学探索J.教育教学论坛,2021(30):100-103.8 别敦荣.学术本科、应用本科和职业本科概念释义、办学特点与教育要求J.中国高教研究,2022(8):61-68,75.9 尹刚.新工科和工程教育背景下计算机实践教学平台探索与实践R.2021中国高校计算机教育MOOC联盟年会,2021.10 陈志刚,夏旭,廖志芳,等.新工科背景下基于价值引导的软件工程专业教学建设J.中国大学教学,2019(10):62-67.11 卢冶,王勇,张小立.程序设计类课程“学、育、练、赛”教学设计与实践J.计算机教育,2022(8):98-102.12 熊思灿,农莹.在线学习数据与学习成绩的相关性分析:以大学概率论课程为例J.西南师范大学学报(自然科学版),2021,46(11):84-89.（编辑：赵 原）台增加了学习资源和学习通道，服务于学生个性化学习；导入式学习提升了学生的学习主动性，激活了线下课堂；以项目制方式整合的 6 个层次的实验项目，立足全过程实践，实施分层递进式训练，落实了 OBE 教育理念，为培养专业核心能力和职业素养提供了有力的支撑；渗透到教学过程中的测与评，为学生个体学习效果画像，保障了每个学生课程目标的达成。由此可见，看似模糊甚至消失的线下课堂与教学空间边界，其实是在线上、线下的空间转换过程中重构出一种新的教学结构，即一种基于“混合”的新的教学关系、教学资源整合与学习实践主体认知1。今后努力的方向是实验项目的定期迭代更新；对学生在线学习数据的挖掘与分析，让经验以数据为支撑，让教学通过规律来指导12；教学团队依托校企合作机制，始终坚持信息技术与教育教学的深度融合，不断提升自身对信息技术、新兴技术的应用能力。图 3 期末总评成绩考核比例实验成绩（30%）期末闭卷考试成绩（30%）线上总成绩（40%）自拟项目投稿加分