張睿萍，周雪燕，孔夢榮

（中原工學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

0 引 言

在目前由“互聯(lián)網(wǎng)+”向“智能+”轉(zhuǎn)變的時(shí)代，信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的快速發(fā)展，迫切需要新型工科人才支撐，要求面向未來布局新型工科專業(yè)，要求工程科技人才具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力，要求建立更加個(gè)性化多樣化的工程教育培養(yǎng)模式[1]。對各工科專業(yè)的計(jì)算思維能力及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力都有極大的要求，程序設(shè)計(jì)類課程可促使非計(jì)算機(jī)專業(yè)的工科學(xué)生將知識(shí)作為載體，掌握利用計(jì)算機(jī)來解決復(fù)雜工程問題的思想、方法和專業(yè)技能，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和終生學(xué)習(xí)能力。

PBL（project-based learning），以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，是提倡以學(xué)生為中心、以實(shí)踐式應(yīng)用為導(dǎo)向的教學(xué)模式。SRS（student response system），學(xué)生實(shí)時(shí)應(yīng)答系統(tǒng)，為目前北美從K12到大學(xué)各專業(yè)教育中被廣泛使用的一種教學(xué)手段，改進(jìn)了第二代課堂相應(yīng)系統(tǒng)CRS 中對教室特殊硬件設(shè)備的依賴，僅需在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支持下，可使用電腦、筆記本、智能手機(jī)等任意設(shè)備即可實(shí)施發(fā)起互動(dòng)式教學(xué)進(jìn)程。目前，大部分高校均實(shí)現(xiàn)了免費(fèi)的WIFI 網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，滿足SRS 的教學(xué)基本需求，使得本教學(xué)模式可以得到更為廣泛的推廣和應(yīng)用。

1 各工科專業(yè)國內(nèi)教學(xué)實(shí)施現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)語言程序設(shè)計(jì)類課程，是培養(yǎng)理工科各專業(yè)學(xué)生計(jì)算思維的重要課程之一，該類課程實(shí)踐性強(qiáng)，程序設(shè)計(jì)的語法基礎(chǔ)易于理解和掌握，為信息技術(shù)與各專業(yè)的融合提供必要基礎(chǔ)。但在由理論基礎(chǔ)向?qū)崙?zhàn)應(yīng)用項(xiàng)目轉(zhuǎn)化時(shí)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式很難給予有力支撐。如何采用新型教學(xué)手段及教學(xué)方法以達(dá)到優(yōu)化教學(xué)模式，使得課程的基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)、計(jì)算思維訓(xùn)練和實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造性思維和解決問題的能力，是新工科背景下高等教育模式和方法探索的一個(gè)重要方向。目前國內(nèi)高校的工科專業(yè)在程序設(shè)計(jì)類課程中，通常采用的教學(xué)法及其亟待解決的問題包括如下幾方面。

1.1 理論講解+上機(jī)練習(xí)

此傳統(tǒng)教學(xué)法過多地干涉了學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程及自主性，在理論講解時(shí)由于學(xué)生參與度不高而造成困倦走神，國內(nèi)高校學(xué)生大多不能積極主動(dòng)提出問題，造成課堂反饋不夠及時(shí)，教師不能及時(shí)了解到學(xué)生對知識(shí)的理解和獲取情況。另外此教學(xué)法的實(shí)施與實(shí)際項(xiàng)目的聯(lián)系薄弱，造成實(shí)踐與理論脫節(jié)，使得學(xué)生不能建構(gòu)完整的知識(shí)體系，學(xué)生所學(xué)與企業(yè)所需產(chǎn)生偏差。

1.2 PBL 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法實(shí)施

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，在目前的程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)中，通常由教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，按知識(shí)模塊或章節(jié)制定出難易適中的項(xiàng)目，然后由學(xué)生來完成項(xiàng)目的規(guī)劃和實(shí)施，最終實(shí)現(xiàn)某個(gè)目標(biāo)或者解決某個(gè)問題。這種方法可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生的思維，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。但由于學(xué)生缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在學(xué)習(xí)過程中仍然需要老師根據(jù)實(shí)際需求把握學(xué)習(xí)方向和學(xué)習(xí)目標(biāo)，需要教師的引導(dǎo)和評價(jià)。因此增強(qiáng)有效溝通和建設(shè)健康評價(jià)體系是PBL 順利實(shí)施的基礎(chǔ)。

2 程序設(shè)計(jì)類課程改革目標(biāo)

Banks 教授在“文化和教育的多元化”中指出，教育者們應(yīng)調(diào)整教學(xué)實(shí)踐以適應(yīng)多樣化的學(xué)生學(xué)習(xí)需求[2]。教育者應(yīng)為學(xué)生提供分享其觀點(diǎn)，交流其經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，以促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與課堂。因此，教師應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生成為主動(dòng)學(xué)習(xí)者并且采用一些創(chuàng)新的教學(xué)手段去促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)[3]。

SRS，是在北美課堂中被廣泛使用的一種被認(rèn)為可以顯著提升學(xué)生課堂專注度的教學(xué)方法。教師可以使用SRS 系統(tǒng)進(jìn)行一系列的互動(dòng)活動(dòng)來促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，提升專注度和學(xué)習(xí)興趣。Socrative、Mentimeter、Kahoot等均是北美常用的SRS 實(shí)時(shí)應(yīng)答系統(tǒng)。此處以Socrative 為例，該系統(tǒng)分為教師端和學(xué)生端兩部分。教師在注冊Socrative 賬戶并登錄后，即可獲得一個(gè)全球唯一的ROOM 號(hào)，如圖1 所示，可發(fā)起測試（QUIZ）、團(tuán)組競賽答題游戲（Space Race）以及投票（Exit Ticket），也可發(fā)起快速測試，如多選（MC）、判斷（TF）和簡答（SA）等題目類型。學(xué)生只需使用電腦或智能手機(jī)登錄學(xué)生端，輸入教師的ROOM 號(hào)，即可參與互動(dòng)。互動(dòng)結(jié)束后可以立即收集學(xué)生答案或課堂反饋并將結(jié)果顯示在教室投影屏幕上，這些教學(xué)活動(dòng)有助于促進(jìn)課堂內(nèi)同伴間的討論以及課堂反饋[4]，激活課堂氣氛。

因此在工科專業(yè)的程序設(shè)計(jì)類課程中采用基于PBL+SRS 的融合分組式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，是為了適應(yīng)未來工程領(lǐng)域?qū)⒃诳沙掷m(xù)發(fā)展、計(jì)算能力、跨學(xué)科合作的新趨勢。適應(yīng)新工業(yè)革命與工程發(fā)展的新趨勢，需要整合教育技術(shù)，采用多元化教學(xué)方法、多元化教學(xué)資源，促進(jìn)生生互動(dòng)、師生互動(dòng)、實(shí)踐互動(dòng)，從而培養(yǎng)新工科學(xué)生對知識(shí)的認(rèn)知能力，團(tuán)隊(duì)合作的人際交往能力以及為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)而應(yīng)具有的自省能力、終生學(xué)習(xí)能力等。

3 程序設(shè)計(jì)類課程改革內(nèi)容

針對工科專業(yè)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)類課程所采用的教學(xué)模式，學(xué)?？梢劳幸延械腗OOC 資源、線上線下混合式教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，配合PBL+SRS 教學(xué)法的使用，將理論知識(shí)的學(xué)習(xí)向工程應(yīng)用能力進(jìn)行轉(zhuǎn)化，改變傳統(tǒng)的上課、復(fù)習(xí)、考試的學(xué)習(xí)方法，將碎片化的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為可以進(jìn)行知識(shí)遷移的整體知識(shí)鏈，也為其他相關(guān)課程的教學(xué)方法提供參考和借鑒價(jià)值，并由此進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體改革內(nèi)容如圖2 所示。

圖1 Socrative 教師端界面

圖2 程序設(shè)計(jì)類課程教學(xué)模式改革內(nèi)容

3.1 基礎(chǔ)理論知識(shí)部分

PBL 教學(xué)法，需要學(xué)生面向項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，創(chuàng)新思維，這要求學(xué)生要有扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)。在計(jì)算機(jī)程序類課程中，通常各章內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)清晰、邏輯性強(qiáng)，適合將其劃分為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的小知識(shí)點(diǎn)，圍繞知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)方案的設(shè)計(jì)，制作并上傳各種視頻、微課、課件、習(xí)題等配套教學(xué)資源。

由教師根據(jù)教學(xué)預(yù)測，設(shè)計(jì)對知識(shí)點(diǎn)的個(gè)人考查內(nèi)容，重點(diǎn)針對各知識(shí)點(diǎn)的理解、應(yīng)用以及易混淆內(nèi)容設(shè)計(jì)題目及答案。在此部分題目設(shè)計(jì)過程中，要盡可能多地提升每個(gè)學(xué)生的課堂參與度，因此題型的設(shè)計(jì)應(yīng)降低主觀問答題型內(nèi)容，增加單項(xiàng)選擇、多項(xiàng)選擇以及判斷等題型內(nèi)容。

題目設(shè)計(jì)完畢后，由教師將內(nèi)容在所選擇的SRS 平臺(tái)上進(jìn)行編輯整理，圖3 為使用Socrative平臺(tái)選擇Quiz 模式后編輯整理題目，并選擇Teacher Paced 發(fā)布模式在課堂上實(shí)時(shí)發(fā)布的相關(guān)設(shè)置，然后由學(xué)生現(xiàn)場登錄答題。測試或競賽游戲結(jié)果可以答題正確率或正確題數(shù)等不同形式直接顯示在投影屏幕上，對比直觀、高效，學(xué)生的參與感、浸入感強(qiáng)，可更強(qiáng)烈激發(fā)學(xué)生的求知欲，同時(shí)促使學(xué)生對相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的回憶和反思，此時(shí)加入教師點(diǎn)評，可促進(jìn)知識(shí)的內(nèi)化吸收，使學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的理解更加透徹、深刻。通過SRS的在線答題，教師則可以實(shí)時(shí)獲得課堂教學(xué)效果反饋，了解學(xué)生所掌握知識(shí)的薄弱所在，重點(diǎn)講解、深入剖析，高效提升學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備。面對多元化的學(xué)生群體，對于主動(dòng)外向型學(xué)生，積極鼓勵(lì)現(xiàn)場提問，對于被動(dòng)內(nèi)向型學(xué)生，由SRS 平臺(tái)提供匿名提問支撐，逐步提升學(xué)生自信和參與意識(shí)，使知識(shí)和能力同步發(fā)展。

3.2 PBL 項(xiàng)目內(nèi)容的設(shè)計(jì)

以PBL 導(dǎo)向的課堂教學(xué)，側(cè)重以項(xiàng)目進(jìn)行引導(dǎo)、貫穿整個(gè)教學(xué)活動(dòng)始終。項(xiàng)目內(nèi)容設(shè)計(jì)可分為側(cè)重知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用的小型應(yīng)用案例設(shè)計(jì)和側(cè)重實(shí)際應(yīng)用的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

小型應(yīng)用案例，由教師主導(dǎo)的課堂講授部分選擇經(jīng)典思維和算法進(jìn)行，再有選擇地進(jìn)行精簡課堂教學(xué)后，補(bǔ)充制作大量的應(yīng)用案例的屏幕操作錄制，學(xué)生可以自主選擇對經(jīng)典案例進(jìn)行重復(fù)性學(xué)習(xí)，并根據(jù)自己的需求選擇其學(xué)習(xí)內(nèi)容，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，由案例引導(dǎo)激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)熱情。

側(cè)重實(shí)際應(yīng)用的工程項(xiàng)目，由教師根據(jù)知識(shí)重點(diǎn)、難點(diǎn)、結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，提前設(shè)計(jì)好項(xiàng)目內(nèi)容，在課前進(jìn)行發(fā)布，學(xué)生即可帶著問題開展相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，促使學(xué)生積極思考解決項(xiàng)目所應(yīng)用的知識(shí)范圍和應(yīng)用方法。工程項(xiàng)目的展開可采用分組團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，但要加強(qiáng)生生、師生間的交流。為了解決班級人數(shù)過多的問題，強(qiáng)調(diào)小組間學(xué)生交流后的意見統(tǒng)一和匯總，教師主要解決小組存在的問題。團(tuán)隊(duì)分組在課程初始時(shí)即可開始，每個(gè)小組建議為5～7 人，其中組長1 人，開發(fā)2～3 人，測試2～3 人，如果項(xiàng)目較大還可增加運(yùn)維人員，均可根據(jù)個(gè)人興趣自由選擇。

圖3 Socrative 平臺(tái)Quiz 項(xiàng)的編輯及發(fā)布模式設(shè)置

在課堂上，教師在講解到項(xiàng)目相關(guān)內(nèi)容時(shí)，可根據(jù)不同項(xiàng)目內(nèi)容設(shè)計(jì)相應(yīng)問題，采用SRS的SA 模式進(jìn)行現(xiàn)場發(fā)布。此部分問題為主觀問答題型，可每個(gè)項(xiàng)目組提供一個(gè)統(tǒng)一的回答，題目在SRS 平臺(tái)發(fā)布后，即在課堂上留出一定討論時(shí)間，由各小組針對本小組的項(xiàng)目內(nèi)容進(jìn)行討論，充分交流達(dá)成共識(shí)后，選出一人將小組答案回答至SRS 平臺(tái)。教師掌控時(shí)間，預(yù)留時(shí)間即將結(jié)束時(shí)，提前提示學(xué)生，盡快取得共識(shí)回答問題。此部分教學(xué)內(nèi)容的實(shí)施即是在PBL 模式下采用分組討論、協(xié)作規(guī)劃制定項(xiàng)目實(shí)施方案，重視團(tuán)隊(duì)合作、交流以完成項(xiàng)目的實(shí)施，使得學(xué)生可以從宏觀上認(rèn)知和梳理整個(gè)知識(shí)脈絡(luò)，將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為工程應(yīng)用能力。

PBL 實(shí)訓(xùn)模擬，貫穿整個(gè)工程項(xiàng)目的始終，項(xiàng)目共分3 個(gè)階段：第1 階段，由教師模擬用戶提出項(xiàng)目需求，學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念模型；第2 階段，由學(xué)生完成項(xiàng)目原型設(shè)計(jì)；第3 階段，項(xiàng)目的最終驗(yàn)收。每個(gè)階段均進(jìn)行一次系統(tǒng)驗(yàn)收，每次驗(yàn)收后根據(jù)教師提供反饋意見進(jìn)行項(xiàng)目的修改和完善，在最后一次驗(yàn)收時(shí)，由小組對項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)答辯。

以中原工學(xué)院機(jī)械專業(yè)C 語言數(shù)組部分的教學(xué)為例，PBL 導(dǎo)向下的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施過程如下：①教師使用案例引導(dǎo)：任務(wù)描述，錄入班級學(xué)生某門課的平均成績，計(jì)算該科成績平均分，并統(tǒng)計(jì)超過平均分的學(xué)生人數(shù)；②學(xué)生分組討論：分析問題、分解任務(wù)、獨(dú)立編程實(shí)現(xiàn)；③學(xué)生編程過程中發(fā)現(xiàn)問題：用已學(xué)知識(shí)無法實(shí)現(xiàn)人數(shù)統(tǒng)計(jì)問題；④學(xué)生提出問題：需要同時(shí)保存多個(gè)成績數(shù)據(jù)，并最好使用同一名稱來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存放；⑤教師引入數(shù)組概念，講解相關(guān)知識(shí)，學(xué)生完成程序設(shè)計(jì)；⑥教師使用SRS 發(fā)布問題，由學(xué)生完成解答，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)易出錯(cuò)問題，如下標(biāo)溢出問題等；⑦課堂結(jié)尾：教師引導(dǎo)提出新的問題，如何實(shí)現(xiàn)多門課成績的存放；⑧課后：學(xué)生實(shí)訓(xùn)闖關(guān)，鞏固所學(xué)，并分組討論課堂結(jié)尾所提問題，討論綜合實(shí)訓(xùn)中有無涉及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，改進(jìn)設(shè)計(jì)。

3.3 考核方式的設(shè)計(jì)

在此教學(xué)模式下，注重學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)來解決實(shí)際工程問題能力的培養(yǎng)，因此其考核方式不應(yīng)局限于傳統(tǒng)的終結(jié)性評價(jià)，應(yīng)更加注重學(xué)生的形成性評價(jià)。據(jù)此，可將應(yīng)用此教學(xué)模式的程序設(shè)計(jì)類課程的考核分多次多形式進(jìn)行。

具體考核內(nèi)容包括：①基礎(chǔ)理論知識(shí)的考核，此部分內(nèi)容可根據(jù)SRS 平臺(tái)中的知識(shí)點(diǎn)的測試數(shù)據(jù)及學(xué)生參與課堂活動(dòng)的情況給出，如Socrative 平臺(tái)即可提供不同模式的測試報(bào)告；②PBL 導(dǎo)向下經(jīng)典計(jì)算思維方法和算法的掌握考核，此部分可根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)度設(shè)計(jì)階段性編程測試內(nèi)容，重點(diǎn)考查學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力和解決問題的思維能力；③PBL 導(dǎo)向下工程應(yīng)用項(xiàng)目的考核，此部分主要依據(jù)項(xiàng)目方案制定和實(shí)施情況，以及不同層次項(xiàng)目的完成情況。以中原工學(xué)院工科專業(yè)C 語言為例，PBL 教學(xué)模式下工程應(yīng)用選題在學(xué)期第4 周給出，由學(xué)生小組討論選題。項(xiàng)目的驗(yàn)收在整個(gè)學(xué)期共進(jìn)行3 次：第4-8周概念模型的實(shí)現(xiàn)，第8 周教師驗(yàn)收并給出意見；第8-12 周原型設(shè)計(jì)，第12 周驗(yàn)收并給出反饋；第12-18 周完成項(xiàng)目，其中第15 周中期檢查，第18 周最終驗(yàn)收。3 次驗(yàn)收成績比例分別為20%、20%和60%。在最后一次驗(yàn)收時(shí)，由小組對項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)答辯，項(xiàng)目評價(jià)成績由教師評價(jià)60%+小組互評30%+個(gè)人評價(jià)10%組成。④期末考核，重在考核學(xué)生的基礎(chǔ)編程能力，題型設(shè)置為全部編程題，題目設(shè)計(jì)覆蓋各章節(jié)內(nèi)容。

由于此教學(xué)模式重在持續(xù)提升學(xué)生的工程能力、合作精神以及持續(xù)的學(xué)習(xí)能力。因此，根據(jù)形成性評價(jià)的目的，由于不同學(xué)生間的個(gè)體差異，“為了激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)”“使學(xué)生獲得成就感，增強(qiáng)自信心”，將期末考核的成績比例設(shè)置為40%；提升形成性評價(jià)所占比重，其中基礎(chǔ)理論知識(shí)考核比例為10%，經(jīng)典的計(jì)算思維方法和算法的案例項(xiàng)目考核比例為20%，實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目考核為30%。由以上各項(xiàng)考核來綜合評價(jià)學(xué)生的知識(shí)掌握及工程轉(zhuǎn)化能力。

4 結(jié) 語

基于Web 的學(xué)生教學(xué)應(yīng)答SRS 系統(tǒng)提供了一種低成本投入的學(xué)習(xí)技術(shù)，能夠較好地提升課堂參與度和活躍度，而PBL 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)施，無論對于學(xué)生還是教師都是巨大的挑戰(zhàn)，對學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作交流能力，工程實(shí)踐能力都有較高的提升和要求?；赑BL+SRS 的新型融合分組式教學(xué)模式，使得教師作為課程中項(xiàng)目的組織者、引導(dǎo)者，從教學(xué)理念到綜合素質(zhì)均得到很大提升；使得學(xué)生調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)能動(dòng)性，縱深夯實(shí)、橫向拓展，提高學(xué)習(xí)成效，促進(jìn)多元發(fā)展。因此，基于PBL+SRS 教學(xué)模式的實(shí)施無論對于教師，還是對于學(xué)生都有著重要的實(shí)踐意義。