0 引 言
在当前新工科+工程教育认证的背景下，以学生为本就是要面向需求、目标制导、能力为尺，面向专业人才的社会需求制定培养目标，根据专业培养目标设计培养计划中各课程的教学实施方案，以学生应用能力高低作为课程教学质量的检验标准 [1]。
程序设计是高校计算机类专业的核心基础课程，也是理工科类专业的重要基础课程之一，其教学目标是使学生掌握程序设计的思想和方法，以及基本的程序设计过程和技巧，具备初步的分析问题和利用计算机求解问题的能力[2]。该课程的教学质量直接关系到后续其他专业课程的学习。但是以知识传授为主的传统教学模式已不能适配以能力培养为目标的教学要求，学生的个性化学习需求也不能得到满足，使得课程教学效果大打折扣。围绕这门课程，许多高校从理念导向、教学模式、实践体系等不同角度提出了多种形式的教学改革方案[3-6]。围绕学生应用能力培养，全面深入地改革程序设计课程，形成系统的、可借鉴推广的优质课程教学实施方案和资源，对提高计算机类专业乃至理工科类专业的学生培养质量具
有重要的意义。
1 理念与思路
程序设计课程是计算机类专业的基础课程，其教学目标是以学生的计算机基础编程能力培养为核心，在课程教学改革时需要从教学内容与资源、教学过程、教学方法以及考核方式等方面统筹考虑和设计，形成一个完整的、可推广应用的教学实施方案，从而惠及课程相关的所有学生。
以知识为载体、应用能力培养为核心，全面重构程序设计课程教学各要素，包括主题式的教学进程重构、共建共享的支撑手段重构、混合式的教学模式重构、自评随测的学习评价重构，见图1，充分体现“两性一度”；同时，课程教学要注重持续改进，通过设计反馈机制，迭代改进和提升各教学环节，从而令课程教学质量螺旋上升。
基金项目：浙江省高等教育“十三五”教学改革研究项目“基于OBE 的程序设计类课程的目标达成设计及学习评价反馈机制研究”（JG20190567）。
第一作者简介：张泳，男，副教授，研究方向为软件工程、计算机网络安全，****************** 。
以应用能力培养为核心的程序设计课程教学
全面重构
张　泳，颜　晖，张高燕
（浙江大学城市学院 计算机与计算科学分院，浙江 杭州 310015）
摘 要：在当前新工科和国际工程教育认证的背景下，针对传统程序设计课程教学模式与方法存在的问题，以学生应用能力培养为核心，提出线上线下混合式程序设计课程教学重构方案，探讨如何充分体现“两性一度”，同时重视课程的持续改进，最后说明实践应用效果。关键词：应用能力；程序设计；混合式；两性一度；持续改进
图1 课程改革总体思路
2.1 以程序设计为主线进行主题式教学内容设计
从课程的教学内容和学生的学习进程入手，打破知识模块的完整性，采用以程序设计为主线的教学内容组织方式，进行理论实践一体化主题式设计，见图2。以程序设计贯穿各主题，见表1，采用快速入门、逐步深入、分散难点的方法，突出案例引导、渐进训练和上机随测，将知识点分化渗透到案例与编程练习中，学生的编程练习从第一周开始贯穿始终，实现快速迭代学习。混合式教学的有效实施，更需要丰富的线上线下资源和支撑平台，以支持教师教学和学生学习。倡导通过共建资源共享平台的方式进行课程资源与平台建设。
（1）新形态教材：课程教学改革，教材是核心载体和体现，建设适应混合式教学需求的程序设计新形态教材，整合优质教学资源，服务信息化教学的新趋势。
（2）MOOC/SPOC课程：可以自主建设MOOC课程，也可以选用共享的国家精品在线开放程序设计课程。更进一步，基于MOOC课程，可以开设配套的SPOC课程，补充实施教学所需的相关资源，包括短视频、课件、例题、讨论、练习测验等。
（3）在线编程平台和题库建设：程序设计课程的编程类作业批改难度大是老大难问题，因此需要强有力的实验辅助平台支撑。目前，国内已有较多具有在线自动判题功能的平台，例如程序设计类实验辅助教学平台（PTA，又名“拼题A”），可以将平台引入课程，在题库建设时，遵循教育学关于样例、补
全和独立作业的设计理念，结合编程能力培养特点，按照“模仿－改
图2 主题设计
表1 主题内容设计（节选）
主题案例知识模块实验/测验
1.用C语言编写程序
在屏幕上显示Hello World!数据的输出（printf）  1.1熟悉C语言编程环境求华氏温度 100°F 对应的摄氏温度
数据表达（基本数据类型，算术/赋值运算）；流
程控制（顺序结构）
1.2基本数据处理
计算分段函数
流程控制（分支结构if-else/else-if）；数据表达
（关系运算）；数据的输入（scanf）
1.3计算分段函数
输出华氏—摄氏温度转换表流程控制（循环结构for）  1.4指定次数循环生成乘方表与阶乘表
流程控制（函数简介）；
基本的程序设计方法和风格
1.5使用函数
2.分支结构程序设计
简单的猜数游戏流程控制（分支结构if-else/else if）
2.分支结构程序设计
四则运算
数据表达（字符类型/逻辑运算）；
数据的输入和输出（getchar/putchar）
查询自动售货机中商品的价格流程控制（分支结构switch/嵌套if）
3.循环结构程序设计用格里高利公式求π的近似值；
统计一个整数的位数
流程控制（循环结构while/do-while）
3.1基本循环语句使用
3.2嵌套循环
判断素数流程控制（break/ continue）
求1! + 2! + …. + 100!流程控制（嵌套循环等）
4.函数程序
设计计算圆柱体积；数字金字塔；
算数运算
流程控制（函数的定义/调用）  4.函数程序设计
2.3 采用线上线下混合式教学模式
利用MOOC/SPOC+PTA多平台及资源，实施强调学生自主学习的翻转课堂教学方案。在课前，教师提供精心设计的学习内容，学生按照学习任务单，看MOOC微视频或者阅读教材、课件，在PTA上运行例题、做练习和自测，在论坛上与同组或其他组的同学讨论；在课堂上，学生能够更专注于基于问题或项目的学习和编程训练，并且以合作学习的方式共同参与教学活动，从而获得更高效的知识内化过程；课后，完成拓展编程巩固提高。学生通过见图3。
每一节翻转课堂教案内容包括课前任务、课中衔接、课后任务（表2），其中课前、课后以学生自主的线上学习为主，课中以教师主导的线
下教学为主，学习资源涵盖视频、例题源程序、课前预习自测、课前编程题、课堂讨论题、课堂编程题、课堂测验题、课后拓展编程题、课后自测等，为学生的自主学习提供全程指导。所有教学环节既有知识学习又有编程实践，并且相互衔接迭代递进，从而实现在掌握基本知识的基础上培养学生的实际应用能力。
图3 翻转课堂实施流程
表2 翻转课堂单元内容设计（以多分支结构为例）
教学环节教学任务教学资源教学内容
课前1. 观看视频，运行例题，
完成课前自测
2. 完成课前编程
3. 完成讨论题
MOOC视频多分支结构
教学例题查询商品价格、求解简单表达式、分类统计
课前自测3道选择题、1道填空题（MOOC原题）
问题讨论采用三种分支结构实现数值比较大小
课前编程查询水果价格
课中
1. 讲解典型例题
2. 分组汇报讨论话题
3. 完成课堂编程与测验
课堂编程题简单计算器、计算天数、 念数字
课堂测验3道选择题、3道填空题
课后1. 完成拓展编程
2. 完成课后自测
拓展编程计算油费
课后自测2道选择题、4道填空题
第 1 期
2.4 制订多维度考核评价方案
实施混合式教学时，学生的学习方式一般是循序渐进的迭代学习，因此，学习情况的及时评价、反馈和改进非常重要。
为了实现程序设计能力目标达成，建议课程考核方案（表3）中的过程性评价和期末考试比例各占50%，侧重编程能力考核。考核内容涵盖线上线下、课内课外、理论实践、个人团队，考核形式包括自测与统测、随测与阶段性测验。通过PTA实验平台，基本做到即时评价和反馈。
表3 课程考核方案（建议）
中国在线编程
考核内容平时练习与测验
（随测）
月考
（阶段性测验）
期末
考试
学生自测10%（线上）
统测30%（线上）50%翻转课堂5%（多思多辩）
大作业5%（增加挑战度）
学生自测
加分≤5
（完成MOOC课程，
获得证书）
3 两性一度与持续改进
3.1 两性一度
“两性一度”是教育部提出的“金课”建设标准，即高阶性、创新性、挑战度。
以程序设计能力培养为核心的课程教学重构提升了课程高阶性。通过理论实践一体化的主题式设计，系统性改革教学进程、教学资源、教学模式和学习评价，推进知识、能力、素质融合发展。
基于“MOOC/SPOC+PTA”的混合式教学改革与资源建设突出了课程创新性。线上+线下的混合教学模式和翻转课堂实施方案促进了学生个性化学习和自主探究学习，形成了适合推广和共享的教学资源，
从而将优质资源真正融入课堂，使学生受益。
强调实践能力培养的评价方式改革增加了课程挑战度。考虑到学生迭代学习的特征，以能力为主要考核要素，鼓励平时多学多练，使学生在循序渐进的编程实践中逐步提高；期末则通过综合性大作业，考查学生知识能力的融会贯通；同时适时引入第三方考试作为课程考核的补充，给课程的持续改进主动增加外部压力。
量的重要保障。可以在混合式课程教学方案实施的基础上，借助线上平台资源功能以及教学辅助软件，实现课内、课后、课外多层次的反馈机制（图4），课内是主体，课后、课外是补充，为课程持续改进提供支持。
图4 课程教学反馈机制
课内通过翻转课堂教学过程的4个环节：预习、复习、巩固、深化，实现前馈、诊断性反馈、巩固性反馈、延续性反馈。在此过程中，可以借助线上平台（MOOC/SPOC、PTA）的统计功能和移动端课堂教学工具，管理、分析课程相关数据，辅助教师与学生动态掌握学习情况。
课后通过调查问卷的形式进行课程学习效果反馈，了解学生的主观感受和意见。调查问卷内容大致包括4部分：学生基本信息、课程学习情况、课程学习感受、课程学习结果，以线上（如问卷星）方式发放。
课外可以引入第三方测评，进一步验证课程教学效果。第三方测评可以是如“计算机程序设计能力考试”（P A T）的具有较高公信力的测评考试，这样的第三方测评能够客观公正反映学生能力。
4 以应用能力培养为核心的程序设计课程教学实践及效果说明
通过多年的教学改革与探索，逐步形成了“MOOC+SPOC+翻转课堂+PTA+慕课堂”五位一体的线上线下混合式教学方案，从2015年起，在浙大城市学院连续实施课程重构方案，直接受
训练量，增加了综合性大作业，并通过翻转课堂教学方式引导学生深度学习，促进知识能力的融会贯通。同时，充分利用MOOC/SPOC、PTA等在线教学平台线上教学，将课程教学案例、习题、编程练习等教学内容和资料完全在线化，在线题库数量达到1 500余题，分3类100余个题目集供学生和教师进行分层次教学，已有300多所高校约2 000名教师引用了题库资源，学生总提交数超过2 600 万次。特别是在新冠疫情期间发挥了重要作用，保证了课程教学计划的高质量实施。
学生的程序设计能力明显提升，课程学生平均编程代码量超过3000行，编程能力明显提高。学生参加第三方考核平台“计算机程序设计能力考试”（PAT）的考试，学校平均成绩在国内排名前列。优秀学生参加ACM/ICPC亚洲区程序设于MOOC+SPOC翻转课堂教学模式、基于PTA 平台的实践训练都充分认可，认为课程对自身程序设计能力提高有明显帮助，尤为认可运用课程知识解决实际问题（如大作业）的能力提升。
5 结 语
当前，如何利用线上资源和平台开展线上线下混合式课程教学是热点问题。随着我国经济社会的不断发展以及对外交流合作的扩大深入，特别是计算机技术的日新月异，对高校的专业教学提出了更高的要求。对程序设计课程来说，如何在目前的基础上进一步开展计算机思维和专业应用领域知识衔接的教学改革将是后续的一个重要工作方向。
参考文献：
[1] 支希哲, 罗向阳, 张清江.后《华盛顿协议》视域下的我国工科专业建设研究[J].现代教育科学, 2015(3): 69-74.
[2] 何钦铭, 颜晖, 苏小红, 等.“程序设计基础”课程教学实施方案[J].中国大学教学, 2010(5): 62-65.
[3] 宋友.面向大类工科专业的程序设计课程教学改革[J].中国大学教学, 2018(11): 47-50.
[4] 肖卓宇, 黎妍, 叶嘉笑.以计算思维为导向的大学生程序设计能力培养研究[J].计算机时代, 2017(1): 79-81.
[5] 李春艳.翻转理念下开放教育混合式教学设计实践探究[J].成人教育, 2018(9): 30-34.
[6] 韩建平, 刘春英, 胡维华.“课内外贯穿, 竞赛教学融合”的程序设计教学模式[J].实验室研究与探索, 2014(6): 169-171.
（编辑：孙怡铭）
4 结 语
学生是学习的主体，学生对课程的深度参与及采用深层次学习方法是取得良好教学效果的重要基础。计算机网络课程的教学实践证明，学生能否采用深层次学习，与教学内容的组织、教学过程的设计、评价机制的选择密切相关。针对研究型大学本科学生的特点，从多维度综合优化计算机网络课程，引导和激励学生采用深层次学习方法，从而达到“教”与“学”的良性互动。下一步，将根据学生学习过程和学习结果的反馈以及计算机网络技术的发展，不断优化课程设计，提升教学效果。
参考文献：
[1] 张所娟, 廖湘琳, 余晓晗, 等.深层学习视域下的翻转课堂教学设计与实践[J].计算机教育, 2018(2): 147-151.
[2] Ham Y, Myers B.Supporting guided inquiry with cooperative learning in computer organization [C]//Proc. of ACM technical sympo-
sium on computer science education. New York: ACM, 2019: 273-279.
[3] Prince M J, Felder R M. Inductive teaching and learning methods: Definitions, comparisons, and research bases [J]. Journal of Engi-
neering Education, 2006, 95(2): 123-138.
[4] Ramsden P. Learning to teach in higher education [M]. London: Taylor and Francis, Inc., 2003.
（编辑：孙怡铭）（上接第69页）

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