徐科，孫媛

（1.中南民族大學計算機科學學院，武漢430074；2.湖北中醫(yī)藥大學科學技術(shù)處，武漢430065）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)Web2.0和云計算等技術(shù)的成熟以及知識傳播的日益全球化，教學形式呈現(xiàn)多樣化，以慕課（Massive Open Online Course，MOOC）為代表的在線學習平臺是一種新的教育模式[1]。國際慕課平臺edX、Coursera、Udacity和國內(nèi)慕課平臺學堂在線（Xu?etangX）、好大學在線等在線學習平臺吸引了近千萬用戶參與學習，慕課理念與實踐獲得包括哈佛大學、麻省理工學院、斯坦福大學、北京大學和清華大學等國內(nèi)外優(yōu)秀大學的認同。慕課具有免費性、開放性、易用性、大規(guī)模和學習資源豐富的特點，面向?qū)W習者提供在線教學視頻、習題作業(yè)、測驗練習及交互式討論區(qū)，突破學習時間和學習場所等限制，讓學習者可以更方便地獲取知識[2-3]。同時，鼓勵學習者更多自主地學習知識和參與討論，形成創(chuàng)造性和自主性的知識學習社交網(wǎng)絡(luò)，引導(dǎo)學習者相互交流和傳播知識，相互促進和共同進步[4-5]。

針對高校計算機課程的教學現(xiàn)狀和面臨的問題，諸多學者論述了大學計算機課程進行教學改革的必要性，從內(nèi)容、模式和考核等方面提出改革建議。文獻[6]以學生為主體，分層次、分模塊、有針對性地劃分教學內(nèi)容，運用MOOC和SPOC等教育新模式，對教學和考核進行合理設(shè)計。高校程序設(shè)計語言類課程的學習具有實用性、普及性等特點，計算機程序設(shè)計語言是MOOC平臺的開設(shè)的重要課程之一。王之元探討運用MOOC工具同課堂教學相結(jié)合進行課程設(shè)計實踐教學。從概念圖、學習目標、主動學習和評價等4個方面開展研究，提出具體建議和操作方法[7]。文獻[8]結(jié)合Java教學實踐，討論MOOC平臺選擇和資源建設(shè)需要注意的問題，探討MOOC與課堂教學的有效融合，提高學生的學習興趣和培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。鄭煒分析了MOOC在西北工業(yè)大學的《軟件測試》課程的實踐情況，提出結(jié)合MOOC的軟件測試課程教學方法[9]。文獻[10]分析MOOC對數(shù)據(jù)庫原理實驗課程教學的影響，并從實驗平臺建設(shè)、內(nèi)容、教學方法等方面，提出數(shù)據(jù)庫原理實驗教學改進建議。MOOC還被用于高校創(chuàng)業(yè)教育課程，在教學與實踐環(huán)節(jié)，采用MOOC、實驗拓展和反饋調(diào)試等3種模式，構(gòu)建一個多層次、模塊化的理論學習和實踐環(huán)境，豐富教學效果，更好地指導(dǎo)大學生創(chuàng)業(yè)[11]。

1 程序語言設(shè)計類課程教學現(xiàn)狀分析

當前，計算機學科知識發(fā)展日新月異，編程語言不斷推陳出新。1972年，C語言由美國貝爾實驗室推出，它可以編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計語言。1983年，美國貝爾實驗室Bjarne在C語言基礎(chǔ)上推出C++，它是一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言。1995年，Sun公司推出Java語言，它具有卓越的通用性、高效性、平臺移植性和安全性。1989年，Guido發(fā)明Python語言，它的語法簡潔而清晰，具有豐富和強大的類庫。

程序設(shè)計語言類課程是計算機學科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，學生的學習效果直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學習。目前，程序設(shè)計語言類課程教學主要面臨以下幾個問題：（1）教學思想和方式陳舊。教學方式主要以書本為核心、以教師為主導(dǎo)、以課堂為中心，這種單純知識傳授的教學模式可以快速和系統(tǒng)地傳遞知識，但這種“灌輸”方法不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新思維。培養(yǎng)具有創(chuàng)造能力的人才，需要改變傳統(tǒng)的教學方法。（2）學習者主動性缺失。在傳統(tǒng)教學模式下，學生是被動接受的“聽眾”群體，忽視調(diào)動學生主觀能動性。在課堂之外，由于各種因素導(dǎo)致教師和學生雙向交流不足，造成學生雖在課堂但沒有進入到學習狀態(tài)的現(xiàn)象。（3）理論教學脫離實踐。理論教學過于強調(diào)語法知識、注重語法細節(jié)，導(dǎo)致知識講授抽象、枯燥和無味。特別是低年級學生大多數(shù)初次接觸編程語言，往往難以理解和接受，導(dǎo)致教學成效不佳。

2 MOOC為程序語言設(shè)計類課程教學帶來的影響

國內(nèi)外高校的課堂教學模式有著較大的不同，美國高校針對低年級學生采用課堂教學和小組討論模式，針對高年級學生采用開放式課堂教學模式，程序設(shè)計類課程往往需要獨立完成項目實踐。英國高校主要形式是學生閱讀相關(guān)內(nèi)容，作課堂匯報，教師會提出問題，學生就問題在課后繼續(xù)查閱文獻資料，準備下一次匯報。國外高校教師授課是以講座和研討會的形式進行，課程對學生能力的考核包括資料查閱、方案設(shè)計、社交能力、協(xié)助精神、領(lǐng)導(dǎo)力和表達能力等方面。國內(nèi)高校教學模式主要是傳統(tǒng)課堂講授形式，受制于師資力量和教學資源限制，針對本科生的課堂教學暫時無法實施開放式課堂教學模式，但是在研究生階段的諸多課程采用課堂匯報和分組討論形式。由此可見，國外教學模式的特點是“學生為中心”和“重視合作學習”，國內(nèi)在逐步向這種教學方式轉(zhuǎn)變。MOOC是促進和加速這種教學方式改變的重要工具。

MOOC的迅猛發(fā)展，其教學效果受到越來越多的關(guān)注。但慕課針對學習者不限制選修條件，由于學習者的基礎(chǔ)知識參差不齊，導(dǎo)致慕課注冊率高但完成率低[12]。相關(guān)研究對當前部分高校在主流慕課平臺的學習行為數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，雖然有課程完成率能達到40%的情況，但大部分課程完成率不到10%[13]。慕課的高輟學率和未通過率，是困擾當前包括MOOC在內(nèi)的在線教育面臨的重大難題。提高學習者的學習效果是勢在必行，諸多研究通過對在線學習行為與學習效果的關(guān)系進行實證研究，發(fā)現(xiàn)學習者的學習行為對學習效果有著重要影響[14-15]。哈佛大學、加州大學伯克利分校等全球頂尖高校提出一種比慕課更精細化的課程教學模式——SPOC（Small Private Online Course，小規(guī)模限制性在線課程，微課）[16]，這類課程的人數(shù)規(guī)模一般限制在幾十人到幾百人，要求學習者滿足一定門檻要求。微課同慕課一樣屬于免費在線課程，是融合了實體課堂與在線教育的混合教學模式[12,17]。

MOOC為學習者提供一種新的知識傳播模式和學習方式，給學習者帶來影響是多方面的：（1）滿足學習個性化需求。慕課促使學習者從被動型和功利性學習環(huán)境中解脫，讓他們體驗到非功利性的學習興趣，形式靈活的微課更貼近新時代大學生的個性化需求和學習習慣。（2）提高學習的自主性。慕課教學模式給學習者更大的靈活自主性，他們可以自主選擇學習時間和地點，隨時隨地學習短視頻微課；在較好的學習狀態(tài)時，選擇學習內(nèi)容和學習進度、視頻的觀看次數(shù)，實現(xiàn)按需學習。（3）增加學習交流互動。慕課給學習者提供更多參與學習活動和互動交流的機會，例如：在線練習、作業(yè)互評、學習社區(qū)中的交流討論。學習者與其他學習者、教師等通過平臺進行交流互動，突破只能當面向教師提問題的限制，增加學習交流互動的機會。

3 MOOC環(huán)境下程序語言設(shè)計類課程教學改革方法

程序語言設(shè)計類課程教學改革，主要從在線學習環(huán)境、課堂教學手段、考核方式等三方面著手。通過兩個學期的實踐，以《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計》課程教學為試點，進行教學模式改革探索和實踐。

3.1在線學習環(huán)境

根據(jù)計算機類專業(yè)學生的實際情況，借鑒微課的教學模式，課程學習流程分為幾個環(huán)節(jié)：（1）課前根據(jù)任務(wù)開展在線自主學習，觀看視頻、學習資料，并進行提問。（2）課堂上根據(jù)學生的掌握程度，有針對性地講解和討論，選取重點案例剖析。（3）課后在線提交作業(yè)、實驗報告和項目材料。

在國家精品課程資源網(wǎng)（http：//www.jingpinke.com）上，選擇浙江工業(yè)大學的錢能老師開設(shè)的《C++程序設(shè)計》精品課程作為本課程的學習資料。在2017年至2018年的第1個學期和第2個學期，我們在PTA程序設(shè)計類實驗輔助教學平臺（https：//pintia.cn/），分別創(chuàng)建了《C++藍橋杯競賽編程》和《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計》兩門課程的在線學習課程練習模塊，前者是面向2014級至2016級計算機專業(yè)的選修課，后者是面向2017級計算機科學與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，見圖1所示。

圖1 在PTA平臺開設(shè)的課程練習題目集

3.2課堂教學手段

國外CDIO工程教育理念將課堂教學劃分為構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）等環(huán)節(jié)[18]，涵蓋培養(yǎng)計劃、教學方法、師資、學生考核以及學習環(huán)境等方面，以期達到“做中學”和“基于項目的教育和學習”的目標。根據(jù)計算機專業(yè)的程序語言設(shè)計類課程的相關(guān)要求，考慮學生的基礎(chǔ)知識特點，我們的課堂教學采用了以下多種教學手段相結(jié)合。

（1）課后視頻回看與小結(jié)。針對上課沒聽懂的內(nèi)容，要求學生在課后通過觀看MOOC教學視頻來補救和復(fù)習，并且需要簡要進行小結(jié)。（2）課前預(yù)習與提問。針對即將學習的內(nèi)容，要求學生在課前觀看MOOC視頻進行預(yù)習，并且要能夠提出問題，在任課教師課堂講授時候進行回復(fù)或者提問；帶著教師在課堂提出的問題在課后去回看MOOC視頻，達到更有效率和有針對性學習。（3）自主在線練習。在PTA程序設(shè)計類實驗輔助教學平臺定期發(fā)布在線訓(xùn)練題目和自主測試作業(yè)，給學生提供更多編程鍛煉機會，培養(yǎng)他們的自主學習能力。（4）自我評價與反饋。在線作業(yè)允許學生多次提交，采納最高分作為最終成績，學生提交后發(fā)現(xiàn)錯誤后可再提交。每一次提交的錯誤結(jié)果反饋，可以大概指出問題所在，促使學生在多次作業(yè)提交中強化所學的知識，達到自動反饋與自我評價，達到“在學中做，并在做中學”的學習效果。（5）項目實踐驅(qū)動教學。挑選一些有趣、有實際意義、難度適中的“任務(wù)”或經(jīng)典算法以項目實踐形式布置給學生。先將課程中抽象的概念與實踐任務(wù)結(jié)合起來，以此加深對概念的理解，再將課程中的重點、難點分解，適時、適量地滲透到各個任務(wù)中，讓學生循序漸進地學習程序設(shè)計的思想和方法。

MOOC環(huán)境下程序語言設(shè)計類課程教學，要能夠保持學生參與學習的持續(xù)性。通過MOOC平臺提供豐富的學習資源給學生，通過在線練習平臺給學生提供訓(xùn)練機會，通過互動討論及時答疑解惑。在線上和線下學習過程中，提供一些幫助和指導(dǎo)可以幫助學生克服困難、保持興趣。除了教師的答疑之外，可以鼓勵學有余力的學生參與答疑、討論、互動，來提升學習體驗、學習效果。

3.3考核方式

課程考核是檢驗教學效果和學生掌握水平的有效方式。計算機類專業(yè)的C、C++、Java和Python等程序設(shè)計語言是強調(diào)操作性、實踐性的課程，要求學以致用和解決實際問題。本課程的考核擬采用理論卷面考試、上機實驗考試與在線練習考核相結(jié)合的方式。本文探討《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計》課程的考核成績由3個部分構(gòu)成：（1）平時課堂情況：包括考勤、課堂討論、回答提問、實驗題解答、綜合項目完成情況。（2）理論卷面考試成績，主要考察基礎(chǔ)知識的掌握情況，題目類型包括選擇題、判斷題、填空題、程序結(jié)果分析、編程題等。（3）在線練習成績，在PTA程序設(shè)計類實驗輔助教學平臺完成作業(yè)的情況。

3.4教學改革效果分析

本文將選修了《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計》的4個小班的學生作為研究對象，分為試驗組和對照組，每組兩個小班。試驗組的教學采用MOOC和SPOC資源，在PTA程序設(shè)計類實驗輔助教學平臺進行在線練習。對照組采用傳統(tǒng)教學方式。在數(shù)據(jù)預(yù)處理環(huán)節(jié)，考慮到對比的可信度，將兩組學生都限定為該課程的初學者，將選修學生中非應(yīng)屆初修者的學習數(shù)據(jù)剔除。

兩組學生的教學手段略有不同，但是教學進度相同。試驗組的學生被要求在PTA程序設(shè)計類實驗輔助教學平臺進行三次在線練習，每次練習題目根據(jù)前一階段的教學內(nèi)容進行設(shè)定，每次練習題目集由判斷題、選擇題、函數(shù)題、編程題等幾種題型構(gòu)成。三次在線練習考核的知識模塊和知識點的分值情況、學生答題情況、得分率，依次見表1、表2、表3所示。

表1 第一次在線練習考核的知識點得分情況

表2 第二次在線練習考核的知識點得分情況

表3 第三次在線練習考核的知識點得分情況

表4 試驗組期末考試卷面成績統(tǒng)計分析

三次在線練習題目覆蓋了《C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計》的知識點，針對知識點得分情況的統(tǒng)計分析，可以分析學生整體的掌握情況。通過分析學生答題過程提交答案的時間、次數(shù)、頻率等，可以微觀分析每位學生針對相關(guān)知識的掌握情況。

本文選擇期末考試卷面成績來分析兩組學生的學習效果，試驗組期末考試卷面成績統(tǒng)計分析見表4所示，對照組期末考試卷面成績統(tǒng)計分析見表5所示。試驗組學生的平均分為74.67，對照組學生的平均分為71.86；前者的優(yōu)秀率為17%，后者的優(yōu)秀率為10%?？傮w來說，試驗組學生的表現(xiàn)優(yōu)于對照組學生的學習表現(xiàn)。兩組學生均來自2017級相同專業(yè)的學生，任課教師也相同，學生的選擇哪個班級課堂進行學習，是他們自由選擇。實驗對照結(jié)果表明，采用MOOC和SPOC教學模式有助于提高學生的學習效果。

表5 對照組期末考試卷面成績統(tǒng)計分析

4 結(jié)語

采用MOOC和SPOC教學模式的班級，學生在學習過程中具有更大的優(yōu)勢，講授內(nèi)容可以隨時重復(fù)，得以加深鞏固知識；在線練習過程和結(jié)果，可以方便教師查看，給出有針對性的學習建議；在討論區(qū)與教師、同學有效互動，提高答疑的效率。因此，計算機類專業(yè)程序設(shè)計類課程可以嘗試采用MOOC和SPOC模式，它能提升教學效果，加深學生對問題的理解和提高學習效果。MOOC環(huán)境下的程序設(shè)計類課程教學，采用MOOC和SPOC方式改變傳統(tǒng)的教學手段，融合線上和線下的混合式教學，在高校課堂中的應(yīng)用切實可以提高教與學的質(zhì)量。