關(guān)鍵詞：新工科；程序設(shè)計(jì)；混合式教學(xué)；課程思政；階梯式教學(xué)

0 引言

新工科是在傳統(tǒng)工科的基礎(chǔ)上，為了快速應(yīng)對(duì)信息時(shí)代的新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)對(duì)技術(shù)人才的需求變化，強(qiáng)調(diào)融合文科、農(nóng)科、醫(yī)科等多個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的教學(xué)改革，從單一的知識(shí)教育轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合能力的培養(yǎng)，以“三全育人”的理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生的全面發(fā)展[1]。在工科的各個(gè)專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置中，程序設(shè)計(jì)類(lèi)的課程是普遍開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，該類(lèi)課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和程序設(shè)計(jì)能力起著非常重要的作用，如何做好該類(lèi)課程的建設(shè)以滿足社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的需要是應(yīng)用型本科院校面臨的重要課題[2]。

1 教學(xué)痛點(diǎn)

1.1 學(xué)生個(gè)體化差異較大，個(gè)人成長(zhǎng)需求難以滿足

傳統(tǒng)課堂中，教師設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)注重大部分學(xué)生的認(rèn)知能力，忽略了學(xué)生個(gè)體差異性。以2023年某應(yīng)用型本科院校的秋季課堂調(diào)研結(jié)果為例，38%的學(xué)生高中學(xué)習(xí)過(guò)其他編程語(yǔ)言，62%的學(xué)生沒(méi)接觸過(guò)編程。因此，如何關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異，因材施教，滿足不同學(xué)生的成長(zhǎng)需求，需要在整體教學(xué)設(shè)計(jì)的理念和實(shí)踐上進(jìn)行創(chuàng)新。

1.2 課程理論龐雜內(nèi)容枯燥，學(xué)習(xí)動(dòng)力難以被激發(fā)

程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程涵蓋的理論知識(shí)龐雜，各知識(shí)點(diǎn)都會(huì)涉及嚴(yán)格的語(yǔ)法規(guī)則，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)僅靠機(jī)械式記憶會(huì)比較枯燥。隨著知識(shí)量增加，學(xué)生很容易將前后所學(xué)知識(shí)點(diǎn)混淆，使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，挫敗了學(xué)習(xí)該課程的積極性和主動(dòng)性，難以激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力。

1.3 知識(shí)體系分散缺少連貫性，綜合實(shí)踐能力難提升

傳統(tǒng)教學(xué)中，各部分知識(shí)分散獨(dú)立，缺少貫穿全課程、整合各部分知識(shí)的綜合性案例，導(dǎo)致學(xué)生系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜問(wèn)題的能力不足；實(shí)踐案例集中在語(yǔ)法知識(shí)的簡(jiǎn)單應(yīng)用，復(fù)雜程度不足以培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力和實(shí)際問(wèn)題求解能力。因此，如何提升學(xué)生的綜合能力以適應(yīng)新工科人才的要求至關(guān)重要。

2 教學(xué)改革創(chuàng)新舉措

圍繞教學(xué)痛點(diǎn)，以新工科建設(shè)為背景，以學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位為基準(zhǔn)，以混合設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)思路，從教學(xué)內(nèi)容、方法、思政等方面進(jìn)行創(chuàng)新性改革，利用信息化教育平臺(tái)工具，探索形成了如下教學(xué)創(chuàng)新理念及思路。

2.1 整合教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)

在滿足國(guó)家教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，對(duì)教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)整合和創(chuàng)新，把抽象理論具象化，理論聯(lián)系實(shí)際，編程問(wèn)題貼近生活，融入專(zhuān)業(yè)思想，反映學(xué)科前沿，力求“常講常新”，提高課程的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度，更重要的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言“有趣、有用”。

1） 階梯式教學(xué)設(shè)計(jì)。根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)、理解與學(xué)習(xí)能力，將教學(xué)設(shè)計(jì)成基礎(chǔ)學(xué)習(xí)、進(jìn)階學(xué)習(xí)和提高學(xué)習(xí)三大模塊，其中基礎(chǔ)學(xué)習(xí)模塊包括每個(gè)教學(xué)單元中的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)、例題；進(jìn)階模塊包括經(jīng)典的算法和稍復(fù)雜的實(shí)用性操作；提高學(xué)習(xí)模塊體現(xiàn)項(xiàng)目實(shí)踐中知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際用途。該分層設(shè)計(jì)確保滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，從而一定程度上解決學(xué)生個(gè)體差異化大，個(gè)人成長(zhǎng)難滿足的問(wèn)題。

2） 將教學(xué)案例與真實(shí)生活相結(jié)合。編寫(xiě)程序的目的是解決實(shí)際問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)教學(xué)案例時(shí)盡量貼近生活[3]，實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用之間的有機(jī)鏈接，提升學(xué)習(xí)的成就感和獲得感，從而有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。如在C語(yǔ)言的選擇結(jié)構(gòu)的章節(jié)加入識(shí)別驗(yàn)證碼的判斷，在順序結(jié)構(gòu)中引入房貸計(jì)算器等。

3） 學(xué)科競(jìng)賽與教學(xué)內(nèi)容相融合。從學(xué)科競(jìng)賽的角度，清晰梳理計(jì)算機(jī)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的科學(xué)內(nèi)涵，從教學(xué)實(shí)施的角度，將以學(xué)科競(jìng)賽為導(dǎo)向的培養(yǎng)方法轉(zhuǎn)化為教學(xué)案例，完成“學(xué)科競(jìng)賽反哺教學(xué)”的落地。讓學(xué)生切身感受到學(xué)習(xí)的價(jià)值，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，也是應(yīng)用型本科學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提升的有效途徑。如在C 語(yǔ)言的數(shù)組知識(shí)中引入藍(lán)橋杯的真題“回文日期”，在循環(huán)結(jié)構(gòu)中引入ICPM真題“18歲生日”等[4]。

4） 學(xué)科前沿、交叉學(xué)科知識(shí)與教學(xué)案例相融合。新工科建設(shè)要求積極探索學(xué)科前沿知識(shí)，人工智能技術(shù)已經(jīng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮驅(qū)動(dòng)作用，而人工智能的核心和基礎(chǔ)是程序，因此在課程教學(xué)案例設(shè)計(jì)中融入人工智能技術(shù)，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生接觸前沿信息技術(shù)，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)和能力。人工智能中的很多基本操作和關(guān)鍵算法經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化、抽象，均可以通過(guò)課程內(nèi)的基本知識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如機(jī)器學(xué)習(xí)中的線性回歸、數(shù)據(jù)歸一化和標(biāo)準(zhǔn)化，自然語(yǔ)言處理中的中文分詞、詞頻計(jì)算、相似度計(jì)算等。另外，新工科背景下，程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)案例的設(shè)計(jì)可以結(jié)合不同專(zhuān)業(yè)學(xué)科和應(yīng)用領(lǐng)域，挖掘和設(shè)計(jì)應(yīng)用案例：如存貸款工具設(shè)計(jì)、血糖預(yù)測(cè)等，這些案例的求解過(guò)程涉及數(shù)據(jù)抽象、窮舉法、回歸求解等相關(guān)程序技術(shù)，鼓勵(lì)學(xué)生跳一跳親自嘗試難點(diǎn)。

2.2 創(chuàng)新教學(xué)方法和手段，打造線上線下、課內(nèi)課外一體化的混合式教學(xué)模式

充分利用信息化教學(xué)手段（超星學(xué)習(xí)通、Edu?Coder實(shí)踐平臺(tái)等），打造線上線下、課內(nèi)課外一體化的混合式教學(xué)模式。課程有機(jī)穿插融合多種符合認(rèn)知規(guī)律的交互活動(dòng)，理論聯(lián)系實(shí)際，注重知識(shí)遷移，組織小組合作開(kāi)發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、自主探究，讓學(xué)生在快樂(lè)中探索編程世界。引進(jìn)企業(yè)導(dǎo)師，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)了解行業(yè)現(xiàn)狀及技術(shù)前沿。

1） 課前。學(xué)生自主學(xué)習(xí)超星平臺(tái)上的自建視頻課程，主要是需要記憶、理解的概念性知識(shí)等低階內(nèi)容，不同基礎(chǔ)的學(xué)生可以根據(jù)自身情況在課前反復(fù)多次學(xué)習(xí)鞏固，并適時(shí)要求學(xué)生繪制思維導(dǎo)圖增進(jìn)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系理解與記憶，“挑戰(zhàn)微視頻”展示自己對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解吸收程度。教師通過(guò)分析課前學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定教。

2） 課中。借助智慧教室、學(xué)習(xí)通、Educoder頭歌編程平臺(tái)等開(kāi)展師生雙向交互研討式教學(xué)，教師啟發(fā)式講授時(shí)，著重搭建理論知識(shí)框架、傳統(tǒng)理論知識(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)、實(shí)踐編程的易錯(cuò)點(diǎn)等，企業(yè)導(dǎo)師講解企業(yè)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景及技術(shù)前沿。分組研討時(shí)，采用趣味案例式教學(xué)、高頻bug答疑解惑、知識(shí)拓展與研討教學(xué)等。另外，還會(huì)從不同層次設(shè)計(jì)多樣化活動(dòng)，包括“高光時(shí)刻”“你說(shuō)我猜”“趣味互動(dòng)”等，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

①高光時(shí)刻”：是由課前作業(yè)獲評(píng)優(yōu)秀的學(xué)生進(jìn)行展示分享，作業(yè)中往往體現(xiàn)了學(xué)生們的創(chuàng)新思維和人文情懷。

②“你說(shuō)我猜”：將程序設(shè)計(jì)中的語(yǔ)法、易犯錯(cuò)誤以游戲題目形式展示，讓學(xué)生主動(dòng)提取，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)關(guān)聯(lián)和生成，在概念之間產(chǎn)生更強(qiáng)的聯(lián)結(jié)，促進(jìn)長(zhǎng)期記憶。

③“趣味互動(dòng)”：如使用3個(gè)紙杯演示交換兩個(gè)杯子中東西的過(guò)程，從而加深學(xué)生對(duì)兩個(gè)變量交換如何實(shí)現(xiàn)的理解。

教師通過(guò)學(xué)習(xí)通平臺(tái)中的隨堂測(cè)驗(yàn)結(jié)果、Edu?Coder平臺(tái)的程序評(píng)測(cè)結(jié)果，適時(shí)調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)。

3） 課后。以發(fā)布的拓展性小組任務(wù)為依托，建立“學(xué)生自由組隊(duì)、合作開(kāi)發(fā)、定期匯報(bào)研討、教師點(diǎn)評(píng)拓展”的教學(xué)范式，實(shí)現(xiàn)從“教師傳統(tǒng)灌輸式講授”到“引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究式學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變。此過(guò)程綜合練習(xí)多章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，鍛煉學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和溝通能力等，提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。如在學(xué)完三種基本結(jié)構(gòu)后，布置如表2所示的小組項(xiàng)目，小組同學(xué)也可根據(jù)自己的創(chuàng)意制作項(xiàng)目。

另外將釘釘群作為拓展提升空間，不定期推送前沿資訊，互助解答問(wèn)題，開(kāi)放的交流討論，師生、生生互動(dòng)交流、思維碰撞，是個(gè)性化育人和思政引導(dǎo)的便捷陣地。

2.3 注重課程思政，德育和智育并重

將課程思政元素，有機(jī)融入教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中[5]，如在C語(yǔ)言課程中學(xué)習(xí)楊輝三角時(shí)介紹其是中國(guó)古代數(shù)學(xué)的瑰寶，并創(chuàng)作與其對(duì)應(yīng)的寶塔詩(shī)激發(fā)學(xué)生民族自豪感；再如學(xué)習(xí)數(shù)組使用時(shí)從數(shù)組越界的錯(cuò)誤引出任何一個(gè)小bug都可能引發(fā)嚴(yán)重后果，加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)責(zé)任感教育。思政使得學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)、編寫(xiě)程序的過(guò)程中擁抱愛(ài)、感受美、獲得力量，潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲地滌蕩學(xué)生心靈。

3 教學(xué)改革實(shí)踐成效

通過(guò)3個(gè)學(xué)期的教學(xué)改革，獲得了學(xué)生對(duì)這種創(chuàng)新模式的認(rèn)可，教師也在此過(guò)程中獲得成長(zhǎng)。

1） 學(xué)生總體上呈現(xiàn)深度學(xué)習(xí)狀態(tài)特征，學(xué)習(xí)動(dòng)力被激發(fā)。

2） 學(xué)生成績(jī)有了較大幅度的提高，個(gè)人成長(zhǎng)需求得到滿足，學(xué)生同等難度的期末考試成績(jī)大幅提升。

3） 學(xué)生實(shí)踐能力明顯增強(qiáng)，所教的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生中有60%以上參加了各類(lèi)科技學(xué)術(shù)實(shí)踐活動(dòng)，百余名學(xué)生參加了各級(jí)各類(lèi)科技競(jìng)賽活動(dòng)，并取得了一些成績(jī)，如省“圖森未來(lái)杯”大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽銅獎(jiǎng)一項(xiàng)；2022年網(wǎng)絡(luò)與信息安全競(jìng)賽省一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)；2023年獲睿抗機(jī)器人開(kāi)發(fā)者大賽CAIP編程技能賽：國(guó)賽一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，省賽三等獎(jiǎng)6項(xiàng)；2023年浙江省第二十屆大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽榮獲銅獎(jiǎng)。

4） 學(xué)生反饋良好，對(duì)近兩次授課學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查顯示，學(xué)生對(duì)混合式教學(xué)模式認(rèn)可度96.6%，學(xué)生對(duì)主講教師打分平均分為96.2%。

4 結(jié)論

在新工科建設(shè)視角下，經(jīng)過(guò)兩年多的探索實(shí)踐，通過(guò)將教學(xué)內(nèi)容與真實(shí)生活、學(xué)科競(jìng)賽、前沿研究進(jìn)行整合，并進(jìn)行階梯式教學(xué)設(shè)計(jì)，打造線上線下、課內(nèi)課外一體化的混合式教學(xué)模式，注重課程思政等一系列創(chuàng)新措施，基本解決了難以滿足差異化學(xué)生的個(gè)人成長(zhǎng)、理論枯燥學(xué)習(xí)興趣弱、實(shí)踐能力難提升等教學(xué)痛點(diǎn)。