基于三维一体化教学模式的程序设计课程教学实践探索

摘要：作为新工科建设的一门基础性学科，程序设计类课程的传统教学方式已无法满足高质量专业技术人才的培养需求。文章在分析三维一体化教学模式基础上，以C语言教学为例进行程序设计课程教学实践探索，分别提出了“线上+线下”混合互动式教学措施、应用实践的递进式教学措施和多元化思德培养教学措施。实践效果分析表明，文章的教学措施能有效提升学生的专业知识技能和思想道德修养，为助力新工科建设提供一定的理论依据和实践参考。

关键词：三维一体化教学；混合互动式；应用实践；思德培养；C语言

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）04-0160-03

0 引言

近些年，为了服务国家战略发展的新需求，教育部等积极推动新工科建设，新工科建设已经受到了国家以及社会各界的广泛关注[1]。与传统工科相比，新工科强调“新”这一理念，注重以工程科技创新和产业创新为主体，强化学科的实用性、交叉性和综合性，直接将工程教育、科学实践与产业需求紧密联系在一起，从而培养引领未来技术发展的多元化、创新性卓越人才。

作为助力新工科建设的一门基础性学科，程序设计类课程更加注重理论知识与实践应用的结合，以增强计算思维和动手实践能力为培养目标，通过渗透程序设计的思想与方法提升分析问题和解决问题的能力，为后续专业性深入学习奠定良好的基础，满足学生高质量发展需求[2]。现阶段，随着信息技术的高速发展，程序设计类课程已不再是计算机相关专业的专有课程，而是逐渐成为诸如人工智能等多学科交叉融合的基础课程。然而，传统的教学模式已无法满足这类课程的高质量教与学的需求，诸如难以从理论到实践的过渡、原始教学手段跟不上学科发展速度以及缺乏思想品德元素的主导作用等弊端凸显，严重阻碍了高技能工科人才的培养进程。

为了打破传统教学模式的弊端，抓住新工科建设与发展这一契机，本文在先前研究中提出了一种“思德培养为引导，混合教学为方法，应用实践为根本”的三维一体化教学模式[3]，初步分析了该教学模式的理论优势。本文以C语言程序设计为具体研究对象，进一步将三维一体化教学模式应用到实际的课堂教学中，探索该教学模式的实际应用方式以及可行性，讨论在强化计算思维和动手实践能力培养过程中应用效果，总结在实际教学过程中存在的不足，为助力新工科建设提供有效的教学改革措施。

1 三维一体化教学模式简析

如图1所示，三维一体化教学模式以培养学生高尚的道德品质、良好的计算思维和强大的动手实践能力为目标，强调三种教学方式的深度融合，相辅相成地促进程序设计类课程的教学优化与改革，简述如下：首先，多元化思德培养教学方式能够挖掘程序设计类课程隐含的多种思德特征，将正确的思想道德元素和程序设计专业知识进行有机结合，实现对学生的高尚人格塑造和鲜明价值导向；其次，“线上+线下”混合互动式教学方式能够充分利用新一代信息技术的优势，有机结合在线教学和传统教学的优势，发挥教师的主导作用并调动学生的自主学习积极性；最后，应用实践的递进式教学方式聚焦理论与实践的融合，强调题库实验——合作竞赛——项目实训的逐级递进式学习方式，在巩固基本知识点的基础上，使学生真正参与到实际工程项目研究与开发工作中，最终帮助学生增强抽象思考能力、提升逻辑辨析能力以及提高实际动手操作能力。

2 C 语言教学的三维教学模式实践探索

C语言课程已经成为新工科相关专业的必要课程，而传统C语言教学无法适应新工科建设的教学目标[4-5]。三维一体化教学模式能够弥补传统C语言教学的弊端，其相关措施的应用实践不仅能够满足信息技术高速发展下学生日益增长的学习需求，而且能够为学生树立正确的思想和行为观念。

2.1“ 线上+线下”混合互动式教学措施

“线上+线下”混合互动式教学的主要目标是融合并发挥C语言在线教学与传统教学的优势，具体实施措施包括以下几个方面：

1） 分析线上教学和线下教学的优缺点，挖掘在线教学与传统教学的优势互补点

C语言教学往往采用传统主/辅式的“课堂授课+ 上机实验”教学方式，这种教学方式的突出优点在于能够充分发挥课堂教学对基础理论知识讲解和梳理的优越性，同时能够通过实验与演练加深对C语言语义语法的理解。然而，这种教学方式仍存在以下不足[6-7]：①学生在整个教学过程中往往处于被动的知识接受者；②虽然能够在课上布置课前预习和课后复习等任务，但教师无法跟踪和了解学生真实的学习情况；③课堂授课往往面对本班级的所有学生，很难达到因才或因能力施教；④C语言本身具有“理论+实践”的双重属性，单一的期末考试成绩难以评价整个学习过程。

线上学习改变了传统学习方式，学生在课下学习过程中也可以随时通过即时通讯软件等手段向教师提问，教师也可以实时帮助学生解决遇到的难题，并且线上的多样化教学手段更有利于整合不同教学资源，按照学生的个性需求量身定制学习内容与进度。此外，线上教学具有一定的“记忆性”，即能够对学生学习的整个过程进行留痕，同时在线的多种考核方式不仅能够完善考核制度，而且还可以进一步激发学生主动学习的热情。然而，单一的线上教学也存在一些问题，最典型的就是缺少面对面的交流，造成教师无法观察学生上课时的学习状态与情绪表现，不能实时准确地评估知识理解程度，并且对于自律性较差的学生在线上学习时也易受外界干扰。

2） 以学生为中心实施全阶段的“线上+线下”混合式教学，强化教与学的互动

在线教学和传统教学并非相互矛盾，完全可以实现具备相辅相成的“线上+线下”混合式教学，即在教学生命周期的每一个阶段，有机融合两种教学形式，真正实现以学生为中心，强化教与学的互动，具体实施方式包括：①在课前，教师可利用线上教学平台将每节教学PPT和程序实例进行上传，学生可以进行自主学习和协作学习，并将学习成果、心得以及遇到的问题在线上教学平台发布、交流与讨论；②在课中，可以采用线下讲解与线上实验模式，比如在普通的弹幕、投票问卷、聊天群基础上，可以针对C语言教学运用网页版的程序编译运行环境，让学生随时对课上程序实例进行调试，调动学生学习的主动性与积极性，增强对基本语义语法的理解；③在课后，可以采用线下布置思考题、线上答疑与辅导等方式，一方面巩固课堂教学内容，培养学生分析、解决问题的能力，另一方面根据学生的个体差异，实施个性化辅导和拓展个性化学习实践，例如，面对C语言语义语法掌握不牢的学生，可以增加线上基础知识测验，而面对动手能力较强的学生，可以进行线上程序调试与改错等。

2.2 应用实践的递进式教学措施

C语言教学的最终目标是在树立高尚品德的基础上培养学生良好的计算思维和动手实践能力，从而解决真实生活中实际工程问题。因此，学生不仅要充分理解和熟练掌握C语言基本语法语义知识，而且还需要完成从基础理论向实践应用的过渡，通过进行大量的、循序渐进的编程实践活动，加强理论与实践融合共进[3，8]。

在理论知识方面，要进行由浅入深、稳中求进的教学，具体措施如下：①从讲述C语言的基本语句与语法开始，逐渐深入到基本程序的结构与执行顺序，并较好地描述代码的逻辑功能；②布置小型程序的设计与编写任务，让学生利用所学的程序语言与编程思想独立完成，解决简单的实际问题；③在独立完成编程的基础上，进一步让学生寻找更简洁的代码，并排查与更正代码中存在的编程错误。

在应用实践方面，要与理论知识的学习方式保持一致，进行逐级递进式学习。具体地，将应用实践的学习过程分为以下三个级别[3]：

第一级，题库实验。基于已经建立的C语言实验题库，每次实验任务选择不同难易程度的题型和题目，学生可以根据自己的能力和需求自由选择完成哪些任务，也可以由易到难设计多种小任务，例如先是给出不完整程序补充语句的题型，再安排程序改错题目，然后列出多个简单题目，最后设计较为复杂的程序题。此外，针对同类题型，也可进行难度分级，让学生多角度地思考辨析，提高学生对同类问题的不同侧面和不同层次的洞察能力。

第二级，合作竞赛。在题库实验基础上，举行程序设计竞赛，学生可以自组小组完成比赛，以“学中练、练中学”的方式巩固理论知识并加以实践，通过设置奖品调动学生比赛的积极性，并让每一位参与竞赛的学生获得满足感和成就感。同时，鼓励学生参加国内外程序设计比赛，使学生的目光不再只着眼于与本班同学的比较，认识更多的强者，寻找更高的目标。

第三级，项目实训。在产学研协同育人的背景下，通过校企合作以及教师的科研项目等方式，让学生真正参与到具有现实应用需求的工程项目研发工作中，完成功能模块的程序编写任务，在帮助学生巩固基本知识点的基础上，使学生能够利用学到的知识解决现实问题，逐步提高自身的实际工程能力，最终实现计算思维和动手实践能力的大幅提升。

2.3 多元化思德培养教学措施

多元化思德培养教学的主要目标是充分挖掘思想道德元素与C语言知识的融合点，具体实施措施包括以下几个方面：

1） 强化教师自身的思德培养意识，优化教学内容与策略

在C语言的教学过程中，教师应强化自身的思德培养意识与能力，积极参加各种思想道德素养的培训、讲座、报告等活动，开展思想道德素养与师德师风建设的专题研讨，在交流融合中查找自身的不足，从专业化的角度真正提升自己的思德培养能力。同时，优化传统C 语言知识理论和实验教学实例，挖掘和梳理教学内容中隐含的思想道德教育元素，并与现实世界的真实问题相关联，以具体算法为例，启发学生使用程序设计去解决实际问题，从而提高对生活意义的深入理解和感悟，培养良好的社会责任感，引导学生思考正确人生观和价值观的意义，并激发学生的创新精神。

2） 制定形式多样的教学方法与评价机制，落实思德教育

在整个C语言教学周期中，制定并实施多样化的教学方法与评价机制，具体包括：①将C语言知识按照由浅入深进行内容分类、难度分级，按照不同难度级别建立学习小组，一方面培养学生的团队协作意识，另一方面激励学生相互帮助、相互包容；②组织具有一定发挥性和自由性的比赛，并引入竞争和奖励机制，激发学生的学习兴趣、创新意识和勇于探索的精神；③以学生为中心，建立师生互评机制，以师生角色互换方式设置思德讨论环节，评估学习效果；④制定项目驱动式教学方法，鼓励学生参加工程项目，在解决实际问题过程中践行育人理念，树立其务实求真、工匠精神的科学品质。

3 实践效果分析

2023年3月，本文将所提出的教改措施应用于辽宁大学信息学院本科生课程高级语言程序设计中，并进一步分析三维教学模式的实践效果，具体如下：

首先，在“线上+线下”混合互动式教学的实践效果方面，本文在线下采用课堂教学+上机实验的传统教学手段，在线上采用雨课堂+班级QQ群+网页版C 语言辅助实验的新型教学手段，实现了针对高级语言程序设计的混合式互动教学。以一次雨课堂线上作业为例，统计结果表明，总完成率达到97%（其中2人错过了作业提交截止时间），平均分可以达到7.8分（满分10分）。实际上，这种线上作业的方式能够为教学带来充分的便利，一方面教师可通过统计结果来了解学生的学习状态和效果，另一方面学生也不再局限于纸质作业的限制，提高了学习效率。此外，本文还对“线上+线下”混合互动式教学的整体效果进行了调查，学生普遍喜欢这种教学模式，其不仅为学生提供更多的学习手段，让学生的学习从被动转为主动，而且能够更有效地帮助学生对C语言基础理论知识的理解，并按照自己的个性化需求进行深入学习。

其次，在应用实践的递进式教学实践效果方面，本文首先设置了10次题库实验（8次章节实验+2次综合测试），每次实验给出不同难度的题目完成上机编程操作，帮助学生对C语言基本理论知识的理解和消化；然后鼓励学生积极参加2023年（第16界）中国大学生计算机设计大赛，这次参赛不仅激发了学生对程序设计的兴趣，而且帮助学生开阔眼界和增长见识；最后根据作者所主持的横向科研项目需求，让感兴趣的同学参与到“数据捕获与协议解析”功能模块的开发中，真正将所学的知识与实际工程项目相关联，掌握了解决实际问题的能力。通过上述递进式的学习，学生一致反映他们的计算思维和动手实践能力得到了较好的提升。

最后，在多元化思德培养教学措施实践效果方面，本文随机选取50名学生通过调查问卷的方式分别对思想道德品质、积极主动态度、工匠创新精神、团队协作意识等四个方面进行问卷调研，问卷反馈结果如图2所示。总体来看，实施的教学措施在四个方面都有明显的促进作用，特别是在思想道德品质提升和积极主动态度培养方面，“效果很好”的占比达到一半以上，主要原因是课上讲述的生动事迹和实际事件，不仅给学生带来了好的榜样，而且激发了学生的求知欲和学习主动性。此外，在工匠创新精神培养和团队协作意识提升方面总体上表现“效果较好”，但不如前两方面的效果突出，这主要是由于工科课程属性的限制，后期将在教学内容和教学方法层面分别多增加一些前沿真实问题案例和分工分组合作的程序设计实例。

4 结论

根据“思德培养为引导，混合教学为方法，应用实践为根本”的基本思想，本文在分析传统C语言教学的局限性基础上，进一步探索三维一体化教学模式的应用与实践，具体包括：首先分析传统被动式线下教学问题，提出“线上+线下”混合互动式教学措施；其次关联理论基础知识与实际工程项目需求，提出应用实践的递进式教学措施；最后挖掘思想道德元素与C语言知识的融合点，提出多元化思德培养教学措施。实践探索证明，本文的教改措施在提升学生专业知识技能和思想道德修养方面具有较好的应用效果，能够培养学生高尚的品德与工匠创新精神，调动学生学习的主动性，并增强学生的计算思维和动手实践能力，为同类课程的教学改革提供了一定的参考价值和示范作用。

参考文献：

[1] 徐嬴颖，施晓秋.传统专业课程新工科改造的路径、方法与实践[J].高等工程教育研究，2023（3）：46-52.

[2] 赵满坤，徐天一，张文彬，等.新工科背景下程序设计类课程教学改革探索[J].计算机教育，2023（2）：149-152.

[3] 万明，刘砚秋，刘允.程序设计类课程建设的三维教学模式研究与探索[J].科技视界，2022（29）：148-150.

[4] 吕洪柱，张光妲，李敬有，等.新工科背景下C语言课程多元立体式教学效果分析[J].高师理科学刊，2021，41（7）：75-78.

[5] 张雪. 新工科专业人才工程实践能力培养的影响因素研究[D].阜新：辽宁工程技术大学， 2021.

[6] 刘秋菊，王仲英.新工科背景下C语言程序设计混合式教学模式探索与实践[J].洛阳师范学院学报，2020，39（11）：90-93.

[7] 张菁，龙正吉.以能力为导向的“ C语言程序设计” 课程混合式教学模式探索与实践[J].教育教学论坛，2021（51）：94-98.

[8] 李薇，黑新宏，王磊，等.新工科背景下的C语言程序设计课程实验教学[J].计算机教育，2021（7）：188-192.

【通联编辑：王 力】