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“程序设计”线上教学的实践与分析

来源:用户上传      作者:孙玉星 赵燕飞

摘要:作者通过“程序设计”课程线上教学实践,介绍了线上翻转课堂和线上直播教学两种教学模式的实践经验,从学生成绩和学生喜爱度两个方面,分析两种技术下教学效果的差异,结果表明线上直播教学能取得较好教学效果。文章总结了线上教学的劣势,如互动性差、学生缺乏良好线上学习习惯、不能完全反映学生学习状态、学生对相同措施的矛盾感受等,并从学生和教师两方面针对性地提出提升线上教学质量的策略和方法。

关键词:线上教学;程序设计;疫情;面对面课堂教学;翻转课堂

2020年上半年因新冠疫情影响,高等学府以传统面对面课堂教学模式为主的课程全部被迫采用线上教学模式。并触发了笔者对线上教学和面对面课堂教学差异的思考。本文分析了“程序设计”线上教学过程中遇到的困境,介绍实际教学中的应对之策,分析应对之策的效果和得失,并对线上教学实施提出了建设性的意见。

线上教学困境分析

常见的线上教学模式有两种,即线上翻转课堂和线上直播教学。

1.线上翻转课堂的困境

线上翻转课堂需要学生课前预习“中国大学MOOC国家级精品慕课”的相关视频教学内容,课堂使用学校直播平台通过提问答疑的形式,帮助学生掌握相关知识点。线上翻转课堂面临的困境有:①如何督促学生做好课前预习,及时了解学生预习质量;②线上教学无法面对面指导和帮助学生解决编程问题,在这种情况下,如何帮助学生提升程序设计、跟踪调试程序错误的实践能力;③教学中如何兼顾学生自学能力差异,如何帮助后进生理解难点,梳理知识点,确立知识框架。

2.线上直播教学的困境

线上直播教学依然采用传统的“先教后学”模式,教师以在线教育方式在规定课堂教学时间内讲解课程相关知识点,课后学生完成相应作业。线上直播教学面临的教学困境有:①线上直播教学相较于传统课堂教学,学生无法直接与教师进行眼神交互,教师难以通过学生表情判定学习状态;②线上直播教学会受到直播平台服务的影响,如卡顿会耽误教学进程和交互的流畅性;③与线上翻转课堂的实践性教学困境相同,线上直播教学无法面对面指导和帮助学生解决编程问题,难以直接帮助学生提升程序设计、跟踪调试程序错误的实践能力。

线上教学实践

1.线上翻转课堂应对之策

为了保证线上翻转课堂的教学效果,教师需从教学内容、过程和方法、考评和反馈三个方面做出改进。

(1)教学内容的转变

①转变理论教学内容。课堂教学内容由纯粹知识点讲授转变为提问与知识点讲授相结合。为督促学生课前预习,教师需针对预习内容设置问题检查学生预习情况。可以设置总结性问题加深学生对一些常见错误的认知。例如,针对C语言的初学者容易混淆赋值运算符与数学中“等号”的现象,教师可以设置“赋值运算符与数学中的等号有什么不同?”等问题加深学生理解。同时,为了帮助学生全面掌握知识点,教师需通过扼要地讲解,帮助学生理清课前预习视频中琐碎知识点之间的联系,将所有知识细节串联起来;为了弥补学生自学能力的差异,任课教师需准备新的教学角度和思路对知识点做补充讲解,以帮助学生理解掌握知识点。

②转变实验教学内容。为了解决线上实践教学的困境,保证教学质量,教师需调整实验教学内容,由面对面个别实践教学指导转变为随堂测验、习题讲解以及统一实践讲解多种方式相结合。教师在授课前合理安排好每次上课的随堂测验内容,使用异步SPOC或者其他平台,如PTA(程序设计类实验辅助教学平台)实施在线测验。

(2)過程和方法的转变

国外研究[1]表明,对于线上教学,学生自主学习能力包括自律、自我激励、目标向导、责任心等对学习结果产生重要影响。突如其来的新冠疫情,让学生在还没有全面适应和掌握线上教学方式的学习方法和技巧、还没有培养高度自律习惯的情况下不得不面对全面的线上教学方式,而教师认真检查和及时解决学生疑问就显得尤为重要。因此,线上翻转课堂线上授课时间教师以检查和答疑为主,以弥补性梳理和讲解知识点为辅。

①科学地实施提问。教师线上授课时需保证提问覆盖全体学生,覆盖全部知识点。为提高上课提问效率,可以采用并发提问方式,该方式可节省等待答案的时间,适应网络交互延迟;同时,合理使用网络通信工具记录多人答案,确保评分的客观性和正确性。

②即时鼓励性地点评。皮格马利翁效应反映出赞美是一种能量,它能改变人的行为。因此,针对学生回答,教师要即时做出鼓励性评价,对回答正确者给予肯定和表扬,对回答错误的学生,在点评答案的同时,期待并鼓励其做得更好。

③多样化地讲解。余下的在线授课时间,教师需要通过补充趣味案例的讲解,加深学生对知识点的理解。例如,通过直接演示程序运行的奇怪结果,引起学生学习兴趣,同时讲解相关的知识点,介绍专用工具(如Raptor)帮助学生提高程序设计的能力。

(3)及时考评与反馈

由于教学方式和实验教学内容的调整,在实践教学授课时,需对作业、测验中所有“正答率”低于一定比例的题目进行讲解,需注重错误原因解释、解题思路分析、优秀学生作业赏析。

为了确保良好的教学效果,课后教师在线即时解答非常重要。教师需每天保持一定的课外网络通信在线时间,在公开群里解答学生问题,引导学生对问题展开讨论,让所有学生理解问题解决思路。

对于测验和作业成绩异常的学生要及时关心,了解引起他们学习困难的主客观因素。对于客观因素,做好对学生的安抚和鼓励工作;对于主观因素,需对学生做好督促和劝诫。对学生学习的异常情况,教师要做到早发现早处理,确保良好的教学效果。

2.线上直播教学应对之策

为减少线上直播教学交流方式的差异以及实践教学困境对教学效果的影响,可采用线上翻转课堂的一些应对之策:①通过课后的及时解答与反馈,弥补课堂教学中无法通过面对面交流及时发现学生学习疑惑点的遗憾;②通过转变实践教学内容,通过随堂测验、习题讲解以及统一实践讲解多种方式相结合提升实践教学质量。

3.线上翻转课堂和线上直播教学教学效果对比

(1)测验成绩分析

新冠疫情期间,“程序设计”课程线上教学笔者同时尝试了以上两种教学方式,前1~3周采用了线上翻转课堂形式,采用该教学方式期间进行了7次测验。同时,在线上直播模式下,进行了11次测验。随着课程难度加大,线上翻转课堂模式的测验平均分呈现下滑趋势,而采用线上直播模式,即使课程难度越来越大,测验均分也呈现出平稳略升的态势。

7次测验标准差位于区间[13.9,21.7],11次测验标准差位于区间[13.2,18.6],可见采用线上直播教学方式的测验成绩对比采用线上翻转课堂测验成绩数据,具有分布比较集中、波动性小的特点,简而言之,采用线上直播教学方式,测验成绩两级分化的程度要低于采用线上翻转课堂方式。

(2)学生喜爱度分析

“程序设计”课程结束后,笔者针对两种线上教学方式在学生中展开了喜爱度调查。具体的问题是:“本学期1~3周线上翻转课堂,后4~17周线上直播授课。对比这两种方式你更喜欢哪种方式?为什么?”调查表的统计结果显示:60%喜欢线上直播授课;32%喜欢线上翻转课堂;认为两种方式都差不多和两种方式都不好的学生分别占4%。

喜欢线上直播方式的理由有:①不需要课前预习,而不能有效实施预习的原因有作业多没有时间预习、自己学习态度不自觉等。②自行预习效果差,学生列举的预习时存在的问题有听不懂、抓不住重点。③线上直播讲授效果好,主要体现在上课教师讲解更加直观、更清楚、更有条理、重点突出;可以在线提问,上课学生更专注、理解更深入;习惯听教师讲课的教学方式。④对线上翻转课堂提问感到紧张。⑤线上直播方式不需要课前预习,减少了学习负担,因此学生感觉到学习轻松。

学生喜欢线上翻转课堂方式的理由有:①预习时可以暂停思考,而线上直播方式不能暂停思考,课堂上会跟不上节奏。②由于课前做了预习,上课教师讲解内容更加容易理解,感到学习轻松。③预习+课堂两次学习加深对知识的理解,课堂学习事半功倍,效率更高。④课堂提问能督促自己认真预习。⑤课前预习时间灵活。

认为两种方式都不好或差不多的理由是不论哪种方式都需要学生有良好的学习态度和学习自觉性,但是自己在这方面做得不够好。

从测验成绩分析和学生喜爱度分析可以看出,线上直播授课更贴近课堂授课方式,学生更容易接受,在疫情突发和学生尚未具备良好在线学习习惯前,线上直播授课比线上翻转课堂更能取得良好的教学效果。

线上教学的利弊

1.线上教学的优势

通过课程结束后,对学生的问卷调查可以看到,线上教学对比传统面对面授课的教学模式,具有以下几点优势。

(1)回放授课视频

针对“线上教学有什么优点”的问题,37%的学生提到“可以反复回看”或同义的语句。无论是线上翻转课堂还是线上直播授课,与面对面课堂教学最大的差别是,线上教学可以保留教学视频,为学生课后反复观看教师讲解直到理解和掌握全部知识点提供了渠道。

(2)时间空间灵活便利

针对“线上教学有什么优点”的问题,24%的学生提到“方便”“便利”“自由”等词语。该结果和国外相关文献提及线上教学优势一致,与传统面对面课程相比,在线教学允许学生在任何时间、任何地点选修课程,为学生提供了更灵活的学习机会,有利于学生合理安排学习进度,不会受到面对面课程的特定时间和地点的限制。

(3)随时参与编程实践

针对“程序设计”这门课程,11%的学生提到了随时参与编程。线上教学期间,学生可在听课的同时随手编程,加深对教师授课内容直观的理解。

(4)新颖的教学方法

问卷调查结果中学生还提及了教师为保证教学质量而采用的新的教学方法,包括随堂测验及时检验学习成果并且巩固了所学的知识点;随时看到教师的演示操作,感受更加直观,方便对知识点的理解;大量的作业和测验练习可以切实自己的动手能力等。

2.线上教学存在的问题

(1)师生交互性差

针对“线上教学有什么缺点”问题,11%的学生提到“缺少互动”“缺少沟通”,15%的学生提到“老师不能了解学生学习状况”“老师不能实时督促学生”“不能及时向老师提问”,11%的学生提到“容易走神”“会开小差”“不认真听课”“听课不专注”。在线上教学模式下,教师无法看到学生的面部表情和反应,随机调整上课的节奏,学生遇到问题在课堂上无法得到及时解答。

针对课后线上提问的效果,问卷中设置了“在网上教学方式下,程序设计课程中遇到问题,你最先会选择求助谁?”这个问题,结果显示,首选向教师提问的学生仅占2%。在线上教学模式下,即使教师已经提供提问渠道,并做到及时解答,然而学生因沉默习惯、发言顾虑(丢脸、尴尬、害羞、唐突、卖弄、出风头)、发言准备(没有预习、学得不好)[6]等因素不愿选择向教师提问。从以上分析可以看出,线上教学课堂上缺乏教师和学生的直接沟通渠道,课后学生也不愿意主动与教师沟通,这必然对教学效果产生一定的影响。

(2)学生缺乏良好的线上学习习惯

对于“翻转课堂教学方式中,是否做到课前认真预习”的提问,调研结显示,64%的学生可以保证课前预习的质量,36%的学生预习质量将会打折扣,其中还有6%的学生完全没有预习。线上教学需要学生具备较高的自我管理、自我学习的能力,但从课前预习可见,还有很高比例的学生不具备这样的能力。

(3)随堂提问不能完全反映学习状态

对于“翻轉课堂中,自己独立回答课堂提问吗”这个问题,结果显示,只有51%的学生是自己独立思考并回答问题,47%的学生遇到不会的问题是通过百度或求助其他学生,剩余2%的学生没有预习不会回答也不会求助。由此可见,通过课堂提问并不能客观反映学生预习的状况,也不能及时地反映学生学习的薄弱之处。

(4)學生对改进教学措施感受不同

从前面的“学生喜爱度分析”已经可以看出,对同样的改进措施学生感受不一致,对于“上课随堂提问”,有的学生认为非常好,可以督促自己做好预习工作,有的学生认为不好,因为随堂提问增加了学习压力,学生课堂仅忙于应付问题,没有专心掌握知识点。对于“线上翻转课堂”学生也有不同观点,有的学生认为做好预习,再在课堂上把知识点重新复习一遍,知识点掌握更深刻,学习效率高,有的学生认为“线上翻转课堂”花费大量时间预习,课堂又重复知识点,学习效率低。目前,教师的线上教学改进措施要照顾到所有学生的感受,还比较困难。

提升师生适应线上教学的素质

要想线上教学取得良好的教学效果,作为教学过程中的学生和教师两大主体,都要提升对线上教学方式的适应性。

1.提升学生适应线上教学方式的个人素质

针对在线学习方式,文献[5]分析了学生个人素质差异对学业质量产生重要影响,其中,学生个人素质差异包括元认知差异(先验知识和经验的差异)、自我指导性(在线学习时,学生没有教师在场的情况下指导自己使用材料和内容的一种能力)、人格差异(学生是否具备自律、自我激励、目标导向、责任心强等人格特征)、自我导向差异(指的是学生在学习中积极主动的程度)、学习动机(指学生的学习动机、学习目标等)、计算机自我效能感(指学生对计算机辅助学习的熟悉程度以及他们对在线教学的偏好)。

学生个人素质的提升是学生自我要求、自我提高的过程,但教师了解以上个体素质差异后,可以采取合理方法帮助学生改善。以上列举的个体差异,除元认知差异是学生之前的知识和水平的积累,教师无法帮助学生以外,对于其他的个人素质教师可以提供一定的帮助。例如,教师组织优异学生进行学习经验介绍,引导学生提升自我指导性;教师在授课前就提醒学生根据自己的水平确立学习目标的重要性,在教学方法和策略上引导学生确立目标,鼓励他们实现目标;教师可以通过严格要求自己,展现出自律、自我激励、责任性强等各方面优异的品质,为学生做出榜样,带动学生修正人格差异。如果学生能提升人格差异,以获取真正知识为目的,自然会约束在线学习中的行为,使得在线学习取得良好的教学效果。

2.教师需全面提升线上教学策略和方法

教师对线上教学的实施负有重要责任,改善教学策略和方法会影响最终的教学效果。具体的线上教学策略改进可以从以下几个方面入手。

(1)科学设计在线课程内容

“程序设计”课程线上教学实施前,教师需根据授课对象的教学目标、学生的学术要求、授课学生人数以及学生个人素养,选择适当的在线授课方式,确立适当的教学内容,因为教学内容是实施在线课程的核心内容,是学生对在线课程满意度的核心要素。根据不同的在线授课方式,需要区分学生自学为主和教师在线授课为主的教学内容。在线上教学实施过程中,对于“程序设计”关键知识点以及经典程序的教学,教师在设计时,要站在学生的角度,从学生的学习动机和期望出发,制订教学策略、教学计划,有步骤地帮助学生理解和掌握关键点。这些经验和能力教师不可能一蹴而就,需要教师在每次教学实施过程中,通过及时调查了解学生对教学内容、在线授课方式的感受,做出对应的改善,尽可能达到最佳的教学效果。在设计在线课程时,教师要正确预估预习、作业、测验的学生脑力工作量。过大的工作量会导致学生学习压力过大,容易让学生产生懈怠心理,不能起到促进教学效果的作用;过小的工作量又无法让学生全面掌握“程序设计”课程的知识点。

(2)提供有效互动机制

在在线学习中,学生与学生之间、学生与教师之间通过网络进行交流,容易缺乏面对面交流的亲切感。教师和学生之间缺乏互动是学生对在线课程进行负面评价的一个主要因素。[2]良好的在线互动机制,会提高学生的参与度,进而提高学生的成绩。教师可从以下几方面建立有效的互动机制:①设定合理的激励机制鼓励学生的学习互动;②可以借鉴“程序设计”课程已有的研究成果[3]合理地安排团队合作软件开发项目锻炼学生合作能力,创造学生互动机会;③从学生提问顾虑的心理出发,巧妙利用多种通信工具的匿名功能,鼓励学生和教师互动。

(3)合理采用个性化教学手段

针对“程序设计”课程,国内外很多教学研究文献提出了基于在线机制的新颖教学手段:一是教学过程游戏化[4-7]。该方法利用当今学生将打游戏作为生活的一部分的现状,将“程序设计”知识点的教学转换为游戏过程,激发学生的学习兴趣。二是团队协作学习。为解决程序设计中大量编程活动的巨大挑战,文献[8]提出了基于问题的实践策略,支持在程序设计实践课程中开展协作学习活动,该方法在提升学生编程能力的同时有助于培养学生间的良性互动。三是创新型的过程管理。文献[9]提出了对“程序设计”课程教学过程各个环节进行管理的新方法。以上列举的教学手段只是沧海一粟,教师在教学过程中应充分吸收现有创新教学手段,根据各自学校教授学生专业的特点灵活调节,建立一套适合教师所在高等学校的“程序设计”教学手段。

总结

新冠疫情期间,笔者通过“程序设计”课程的线上教学实践,总结了线上翻转课堂和线上直播教学实施过程中的常用技术,从实际的教学效果可知,学生更加适应与传统的教学方式接近的线上直播教学模式。学期结束后,在对学生进行充分调研的基础上,笔者总结了线上教学的优势与劣势,从师生交互问题分析可知,线上教学技术目前不能完全替代面对面课堂授课,但可以从学生和教师两个方面全面提升线上学习和教学素养,提高师生对线上教学方式的适应性,进而改善线上教学效果。

参考文献:

[1]William H. Money, Benjamin P. Dean. Incorporating student population differences for effective online education:A content-based review and integrative model[J].Computers & Education, 2019(138):57-82.

[2]雷洪德,于晴,阳纯仁.课堂发言的障碍——对本科生课堂沉默现象的访谈分析[J].高等教育研究,2017(12):81-89.

[3]谢春丽,高宇翔,吴昊聪,等.程序设计类课程项目驱动化教学改革与实践[J].计算机教育,2019(07):133-137.

[4]Chiung‑Sui Chang,Chih‑Hung Chung,Julio Areck Chang.Influence of problem‑based learning games on effective computer programming learning in higher education[J].Education Tech Research Dev,2020(06).

[5]Wong Yoke Seng,Maizatul Hayati Mohamad Yatim. Computer Game as Learning and Teaching Tool For Object Oriented Programming in Higher Education Institution[J].Social and Behavioral Sciences,2014:215-224.

[6]Priyaadharshini M,NathaMayil N,R Dakshina.Learning Analytics: Game-based Learning for Programming Course in Higher Education. Computer Science 2020(172):468-472.

[7]Xiao-Ming Wang,Gwo-Jen Hwang.A problem posing-based practicing strategy for facilitating students’computer programming skills in the team-based learning mode, Education Tech Research Dev,2017(65):1655-1671.

[8]董付國,葛诗煜,陈思佳,等.Python教学及基于攻击鼓励和过程管理的教学系统[J].计算机教育,2019(05):124-127.

作者简介:孙玉星(1977—),女,江苏南京人,南京审计大学信息工程学院副教授,工学博士,从事程序设计学科专业建设,计算机网络、无线网络安全研究;赵燕飞(1978—),女,山东济南人,南京审计大学信息工程学院讲师,硕士,从事公共计算机基础教育。


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