以培养学生自主学习和问题求解能力为出发点的教学改革研究
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摘 要： 如何提高学生的自主学习能力、程序设计能力，培养基于计算机问题求解的能力，已经成为近些年计算机及相关专业教学研究的主要目标。经过不断的教学实践和反思，重塑教学理念、重构课程目标、改革教学方式、结合竞技实践，证明采用多种教学方法混合的教学模式，能更大程度的激发学生学习兴趣和主动性、提高学习效率。
关键词： 程序设计;自主学习;问题求解;混合教学模式
中图分类号： TP391 文献标识码： A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.01.022
本文著录格式：李志芳，牛琳. 以培养学生自主学习和问题求解能力为出发点的教学改革研究[J]. 软件，2020，41（01）：106109
【Abstract】： In recent years， How to improve students'ability of autonomous learning， programming and problem solving based on computer， has become the main goal of teaching and research in computer and related majors. After years of continuous teaching practice and reflection， remoulding teaching ideas， reconstructing curriculum objectives， reforming teaching methods and combining with competition， the teaching mode of mixed teaching methods can stimulate students'interest and initiative in learning， and improve learning efficiency more greatly.
【Key words】： Programming; Self-learning; Problem solving based on computer; Mixed teaching model
0 引言
随着信息化技术与医疗行业深度融合，我校医学信息学专业，招生人数逐年递增，同时，国家对高校大学生创新创业项目的资助力度也逐年加大，在校生互联网+、程序设计、计算机作品比赛等越来越多。本专业培养目标，从原来的培养信息管理与计算机技术在医疗卫生领域的应用型人才，逐步拓宽到培养基于计算机解决各类问题的信息技术人才。其中，程序设计这门专业基础课程的作用越来越重要。
传统的课堂讲授+案例驱动+在线辅助学习，单纯的面向知识传递、和应试教育，忽视了学生的学习动机和需求变化，不利于激发学生学习兴趣，培养自主学习能力、基于计算机分析和解决问题能 力[1-2]。学生总是处于被动学习状态，缺乏反馈、沟通和及时指导。如何改变这种状况，在不断地实践教学中总结出，（1）根据学生情况，设定课程目标，因材施教;（2）适当建设微课资源、利用部分优质在线资源;（3）适合、简便、互动性强、反馈实时的移动在线辅助教学平台的选择（;4）灵活运用多种形 式混合教学;（5）同时利用小组合作、组内自评等方式，培养同学间沟通、协作以及竞争精神，促进共同学习。
1 教学改革
本课程从2012年相继进行了校级重点课程和精品课程建设，及PBL专项教改，依托Blackboard教学平台（简称BB），完善各类教学资源，在线开展了一些教学实践活动，如测试、课后讨论、PBL等。初期，在巩固课堂教学效果、丰富课程体系、细化课后学习任务、培养学生协作和自主学习能力等方面，取得了一定的教学效果。
但是随着专业培养方案调整，2014级从第一学期就开设《程序设计基础》课程。由于一年级新生编程零基础、自主学习能力差、而C语言内容丰富、难度大、课时不足等原因，虽然尝试了多种教学方法，但效果一直不理想。
2 多种教学方式混合教学模式
慕课、微课、SPOC、翻转课堂、合作式教学等等，沖击传统教学的同时，也提供了更高效的教学实践方法。本课程主要采用如下几种教学方式，取得了不错的教学效果。
2.1 案例驱动自主学习+程序设计思维培养
“C语言程序设计”是一门实践性很强的课程，该课程的学习有其自身的特点，初学者如雾里看花，听不明白，也看不会，只能通过由易到难的任务驱动，边解决问题边学习，让学生在不断地取得实践成功中，培养学习兴趣和动力。通过大量的编程训练，培养学生的自主学习和程序设计能力[3]，锻炼基于计算机问题求解思维。
本课程的第一次课，教学设计如图1所示，通过对经典的数学问题“鸡兔同笼”和“计算阶乘”的分析、求解过程，让学生逐步理解，基于计算机求解问题的方法之一“程序设计”。
同时，课内、课外动手编程实践和自主学习任务驱动也是非常必要的。
例如第一次课实现，从编写简单的屏幕信息输出，如输出字符串、个人信息、简单规律图形，及程序改错，达到熟悉C语言程序结构和编译环境的教学目的;
根据下次课学习目标，提供在线学习资源、语法基础小测试或验证性编程等，让学生不断地养成，根据需求自主思考和学习新知识的习惯。
2.2 合作式教学
为什么需要合作式教学？美国缅因州的国家训练实验室研究成果，学习金字塔如图2所示，用数字形式形象揭示了：采用不同的学习方式，学习者在两周以后的平均学习保持率。很显然，在整个学习过程中，主动学习能实际掌握的比例最高。合作式教学是一种现代学习方式的理论。最早是美国学者、著名的学习专家爱德加·戴尔1946年首先发现并提出的，十八世纪后期被广泛应用到英国中小学课堂并于1806年进入美国纽约市的课堂教学，中小学应用较多[4-5]。 合作式教学有三个主要步骤：思考、讨论（交流）、分享。思考是学生的自我建构过程，激活惰性知识的过程;而讨论是组内、同学间知识的共建;分享是师生更大范围的知识共建。通过课后组内讨论共同学习任务，课堂再师生共建准确的知识体系。合作式教学让学生的学习主动性、社会能力、方法能力、专业能力得到不断的提升。受机房限制，本专业分两个小班独立上课，每班平均50人左右，3-5名同学自由组合一组，每组推选1名组长。
本课程采用的合作学习模式如图3所示。
1. 课后作业小组化，明确教学任务，细化题目要求。如第一次课后，小组作业包括：
（1）编写基本信息输出C语言程序，并验证“华氏温度转换摄氏温度”程序案例，寻找问题及提出解决方案;
（2）自主学习，C语言数据类型、常量、变量的概念及使用规则，并总结如下知识点：
C语言常用数据类型种类有哪些，区分数据类型的意义，以及如何选择数据类型;
常量的概念及C语言常用类型常量表示方法，举例说明;
变量的概念、使用规则，举例说明;
最简单的输出函数使用方法，举例说明;
（3）自测，每次10题以内，既可以让学生检验学习的准确性，又可以让教师了解学生学习过程中的问题。
小组成员可以通过线上线下资源自主学习，思考构建自己的知识体系，然后组内讨论并总结，最后通过验证实验和测试，发现问题，课堂共建过程中再不断完善所学知识。
2. 教师评分及组内评分相结合，老师的态度和认可，是同学们学习的一个重要动力。评分及课堂公布成绩，能很好的激励小组竞争。另外，为了避免同学间的矛盾，保证全体组员的参与度，组内评分也是非常有效的手段。
3. 翻转课堂上采取主动汇报或随机抽查，既可以保证作业质量和学习效果，也可以根据学生作业情况，了解他们学习疑难点，灵活调整课堂翻转和互动内容。同时翻转过程中，通过加或扣分机制鼓励组员间互助，培养小组合作精神和同学间友谊。
实践证明，绝大部分同学从刚开始的被动学习，逐步转变为积极主动、竞争的学习态度，多次课后作业及翻转课堂后，能明显感受到小组及其成员在学习态度和自主学习能力上的不断进步。
2.3 灵活机动的翻转课堂
翻转课堂教学模式主要是指，以现代教育技术为依托，将学生由原来知识的接受者转变为主动的学习构建者，教师由原来的“讲师”转变为学习协助者，让学生更关注自主学习和合作学习，教师则更专注对给定学习任务学生的学习情况，有针对性的准备教学过程，由学定教[6]。作为一种高效的课堂教学模式，2007年起源于美国后被广泛推广。在实践教学中也遇到了各种问题，比如学生的自律性、自主学习能力、翻转内容的挑选、翻转课堂节奏把握和气氛调动等[7-8]。
通过两届的实践教学，本课程根据知识点的难易及模块化，灵活机动的采用如图4所示翻转课堂教学模式，主要包括课前自主学习的课堂翻转和课堂即时小翻转两种形式。
（1）以小组作业为任务的课堂翻转，根据学生的学习情况，针对重难点和学生的疑惑点，采取主动或随机抽查形式，前期抽查为主，允许小组成员相互帮助，后期随着学生自主学习能力的提升和对知识掌握的深入，以小组主动为主。
（2）课堂即时小翻转，为了调节课堂气氛，同时锻炼学生的快速自学和思考能力，将某个小知识点作为翻转任务，如温度转换案例中加入输入函数scanf（），限时学习其基本用法，以个人为单位，小组互助，以教材为主要学习资料。
2.4 移动辅助教学平台
随着移动在线教学平台的快速发展，碎片时间学习方式，以其便捷、实时、针对性强的特点，深受高校老师喜欢[9]。不少教材也补充了重难知识点的微视频（手机扫描二维码即可查看），为微课建设和翻转课堂的开展，提供了可直接利用的优质资源。同时实践证明，根据不同专业课程教学目标及学生能力，适当建设适合自己需要的微视频资源也是必须的。
本课程先后使用了网络课程Blackboard（BB）、蓝墨云班课、课堂派、雨課堂等几种移动教学平台，对于一年级新生最终选择了简单易操作、课堂互动强、反馈实时的雨课堂。雨课堂是一款将复杂信息技术手段融入到office PowerPoint和微信的新型教学平台。
（1）教师通过PPT中的雨课堂插件授课，学生只需要扫描授课二维码，关注雨课堂微信公众号，注册课程，即可跟老师实时互动，并查看课上、课下学习资源及完成测试等;
（2）教师通过雨课堂授课，可以随时考勤、随机点名、并在PPT中插入题目，限时互动，实时了解学生对所讲知识点的掌握情况，及时答疑;同时利用投屏功能，将答题结果及统计详情显示出来，课堂气氛活跃。
（3）教师还可以随时发布课下学习任务、学习资源及测试等，并在下次课前查看学生学习情况及数据统计，利用PPT“不懂”和“收藏”功能，查看学生标记不懂的幻灯片及测试答题情况等如图5所示。这样，即可以达到课前督促的作用，也可以了解学生的自主学习能力和学习难点，有针对性的准备和调整课堂教学内容。
2.5 竞技实践辅助教学
随着信息化、智能化的快速发展，2017年7月，国务院印发《新一代人工智能发展规划》明确提出“完善人工智能教育体系，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”。2018年初，浙江省出台最新信息技术课程改革方案，编程确定进入浙江信息技术高考，随后教育大省北京和山东也确定将把编程基础纳入高考内容、中考、甚至小升初考试及中考特招体系。日本、美国、英国等发达国家也都已经把编程教育纳入小学的课程表。
乔布斯曾说：“人人都应该学习一门计算机语言，因为它将教会你如何思考”。本课程将教学和比赛相结合，通过开展第二课堂竞赛，激励和选拔学生参加全国高校程序设计团体赛“天梯赛”，比赛不仅训练编程能力，更重要的是训练编程思维。比赛要求一、二年级学生参加，让学生从低年级开始意识到程序设计的重要性，激发他们学习程序设计和算法的兴趣，培养团队合作意识、创新能力和挑战精神。本课程使用浙江大学何钦铭等老师编写的教材，教材及实验指导中的程序设计案例，均在PTA（Programming Teaching Assistant）平台上（https：// pintia.cn/）可实现在线编辑及自动评分，同时该平台也包含天体赛主要题库，所以既可作为学生平时上机练习平台，也可作为竞赛选拔平台。 2.6 在线慕课
鉴于目前一般高校对慕课学习经历不认可和纯在线学习的难度，所以本课程在开展一段时间后，引导和推荐有基础、有能力的同学，在学习过程中同步自主学习优质在线慕课。如中国大学MOOC平台，浙江大学、北京大学、哈尔滨理工大学的国家级精品课程，“程序设计基础CAP”、“程序设计入门-C语言”、“程序设计基础”、“C语言程序设计进阶”、“C语言程序设计精髓”等，从背景知识到基础知识，再到深度学习，将C语言学习的重难点透彻、清晰的剖析，让学生有一种柳暗花明又一村的感觉。
3 结束语
经过多年实践研究，发现传统的灌输式教学模式，或某一单纯教学方法已不能适应不同层次的学生。应该根据教学目标、知识点难易、学生自身情况和需求，灵活应用各种在线教学平台和优质资源，采用多种教学方式混合教学模式，才能有效激发学生学习兴趣、培养学生自主学习能力、改善课堂氛围，提高教学效果。总之，教无定法，跳出形式，切莫钻入死胡同。
参考文献
[1] 汪红兵. C语言程序设计课程中的计算思维探析. 中国大学教学[J]. 2014， （9）： 59-62.
[2] 赵媛， 王杰等. 以计算思维为导向的C语言程序设计MOOC建设. 实验技术与管理[J]. 2018， （4）： 147-150.
[3] 陈志， 卢海燕. 程序设计在线自主学习模式设计与系统实现. 软件导刊[J]. 2016， （12）： 193-196.
[4] 邵凤英， 马雪莲， 李青洋. 合作式教学模式简介. 海外英语， 2018， （18）： 158-159.
[5] 傅辉， 合作式教學模式下师生互动角色的定位. 中国教育学刊[J]. 2013， （11）： 53-54.
[6] 江代有， 樊海玮. 基于SPOC 的翻转课堂在VB 程序设计课程教学中的应用. 计算机教育[J]. 2017， （12）： 116-118.
[7] 焦赛美. 基于混合学习的翻转课堂教学模式研究——以“Photoshop平面设计”课程为例. 软件[J]. 2018， （4）： 222-225.
[8] 韩朝阳. 翻转课堂在c语言程序设计教学中的应用. 中国教育信息化[J]. 2015， （14）： 26-28.
[9] 杜坤. 基于“MOOC 翻转课堂”的C程序设计混合式教学. 软件[J]. 2019， （8）： 212-215.
[10] 刘平山， 张瑞霞， 周娅. 微课移动学习系统设计与教学实践. 当代教育理论与实践[J]. 2016， （5）： 86-87.
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