C++程序设计混合式教学中分层教学实施策略研究与实践_李家春.pdf

第 22卷 第 2期2023年 2月Vol.22 No.2Feb.2023软 件 导 刊Software GuideC+程序设计混合式教学中分层教学实施策略研究与实践李家春1，冼进1，熊冬青2（1.华南理工大学 计算机科学与工程学院，广东 广州 510006；2.广东机电职业技术学院 电子与通信学院，广东 广州 510515）摘要：针对学生在学习C+程序设计课程中展现出的个体化差异及由此产生的个性化学习需求，结合混合式教学中过程性评价数据对教学实施的动态反馈作用，分析混合式教学中分层教学设计的必要性，设计混合式教学分层教学策略，并在一线教学活动中进行应用实践。实践结果表明，混合式分层教学方式能有效提高学生学习能力、编程能力和课程平均成绩、提升教学满意度和学习兴趣，验证了该方法的有效性。关键词：混合式教学；分层教学；过程性评价；教学模式DOI：10.11907/rjdk.221782开 放 科 学（资 源 服 务）标 识 码（OSID）：中图分类号：G642 文献标识码：A文章编号：1672-7800（2023）002-0188-05Study and Practice of Stratified Teaching Method Based on C+Programming Blended LearningLI Jia-chun1，XIAN Jin1，XIONG Dong-qing2（1.School of Computer Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510006，China；2.School of Electronics and Communications，Guangdong Mechanical&Electronical College of Technology，Guangzhou 510515，China）Abstract：Due to the fact that individual differences of students are very prominent and distinctive in C+programming course，personalized learning is needed to be followed up.In addition，procedure evaluation data from blended learning could provide dynamic feedback to teaching implementation.In the paper，the study on stratified teaching based on blended learning is analyzed，and a stratified teaching method based on blended learning is designed and applied into practice.The results show the method proposed could effectively improve students learning ability and programming skills，and promote teaching satisfaction，learning interest and course average score.Key Words：blended learning；stratified teaching；learning procedure evaluation；teaching mode0 引言C+程序设计是华南理工大学计算机基础公共课，由于各专业培养目标、学生学习需求和学习兴趣各不相同，学生的计算机基础、学习能力、学习意愿等也不尽相同。因此，该课程学生个体化差异非常突出，具有鲜明的分层特点。混合式教学1-2是将教学资源、教学平台、教学工具、教学模式进行深度混合，从而取得最优教学效果的一种教学模式，是当前主流的教学形式。而分层教学则充分体现面向全体、因材施教的特点，以激发全体学生学习兴趣，提高学习能力。因此，本文以C+程序设计课程为例，研究混合式教学中分层教学设计策略，并开展分层教学探索与实践。收稿日期：2022-07-07基金项目：2021年度广东省教学质量与教学改革工程项目（高等教育教学改革No.39）；华南理工大学2021年度“质量工程”项目（教务2021 56号-21）；广东高校公共计算机课程教学改革项目（2021-GGJSJ-001）；全国高校计算机基础教育研究会计算机基础教育教学研究项目（2021-AFCEC-254）作者简介：李家春（1968-），女，博士，CCF会员，华南理工大学计算机科学与工程学院副教授，研究方向为计算机网络与信息安全、智慧教学；冼进（1970-），男，华南理工大学计算机科学与工程学院高级实验师，研究方向为大数据、区块链、信息安全、软硬件系统开发；熊冬青（1969-），男，广东机电职业技术学院电子与通信学院教授，研究方向为物联网工程。第 2 期李家春，冼进，熊冬青：C+程序设计混合式教学中分层教学实施策略研究与实践1 相关研究关于分层教学理论，20世纪60年代末，美国心理学家和教育学家布鲁姆创立了掌握学习理论3，认为只要提供最佳教学并给予足够时间，绝大多数学生在学习能力、学习速率和继续学习动机等方面的个体差异将变得很小，都能学会学习并取得优异成绩。掌握学习理论采用“反馈-矫正”手段，促进个体充分发展。前苏联著名心理学家和教育家维果茨基提出最近发展区理论4，认为学生发展有两种水平：现有水平和潜在水平，两者间差异为最近发展区，即“跳一跳，够得着”的水平。把握最近发展区，不断将“潜在水平”转为“现有水平”，能加速学生发展。前苏联教育家巴班斯基提出教学过程最优化理论和区别教学法5，认为传授不同类型新知识时，可采用不同教学方式（比如集体教学、临时分组教学或个别辅导），从而实现教学方式优化结合。分层教学是基于上述多样化理论，充分考虑学生个体差异，在集体教学中有针对地加强对不同个体学生的指导，使每位学生都能得到最好的发展。早在公元前四世纪我国古代的教育论著 学记 就提出了“因材施教”的教育原则，认为让学生看到差距，能激发学生的内在学习动机，使学生的能力获得可持续发展6。近年来，分层教学的发展优势日益凸显，分层教学已成为教育部一流本科课程建设7中“两性一度”8建设标准重要实现方式。目前，国内对分层教学的研究多集中在中小学英语、数学等基础教育中，大多采用分层分班式9或分层走班式10显性分层教学模式，人为使学生形成某种偏向，将有限优质资源过度集中在所谓“好班”，忽略所谓“差班”学生的进步和协调发展。目前已逐步转向班内隐形分层教学模式的研究11-12，依照学生实际水平和学习能力设定不同发展目标，但传统教学方式大多采用结果性考核评价方式，难以及时动态掌握学生学习情况，不能实现动态分层，应用效果有限。混合式教学通过使用智慧化教学工具（如雨课堂）13产生丰富的过程性评价数据，用于教学过程回溯和教学行为分析改进诊断14。在混合式教学中实施分层教学策略的过程中，可以充分利用数据，作出更为科学合理的动态分层，确保分层教学实施效果。本文基于混合式教学进行C+程序设计课程分层教学设计，通过对C+程序设计知识点分层设计和基于过程性评价动态分层策略，激发本课程学生学习积极性，从而提高课程教学质量。2 混合式教学中分层教学分析混合式教学案例如图 1所示，将不同教学资源、教学工具、教学平台和教学模式进行深度融合，通过课前预习和前测、课中互动讨论和堂测、课后温习和后测及答疑等活动，提高学生自主学习积极性和课堂持续参与度，以期取得理想的学习效果，促进学生深度学习和个性化学习。选取4个学期观察混合式教学实施，有如下特点：（1）大一新生各科功课较繁重，课余时间并不充足，故投入到每门课程的学习时间有限。在此 4学期发放的问卷中，有效问卷数为 299份。从调查结果中发现，学生在本课程投入时间集中在02小时内，如表1所示。（2）班级内学生差异较大，对学习难度的感知不一致，自学能力、学习兴趣均不相同。在4个学期的开学5周后均发放调查问卷，让学生对本课程学习情况进行自评，得到的结果如表2所示。学生学习状况呈正态分布，具有明实践项目教学模式 教师学生雨试卷、雨试题、雨视频、雨课件；SPOC;QQ共享资源等过程性评价数据教学资源OJSPOC（学堂云）智慧教学平台（长江雨课堂）实验系统腾讯QQ课堂分组讨课前预习论课堂作业互课堂弹幕评QQ课程答疑课后温习Fig.1Map of blended teaching case图1混合式教学案例示意图Table 1Statistics of students study time表1本课程学生学习投入时间统计投入时间大于等于2小时/天约1-2小时/天小于1小时/天几乎没有人数281401283占比（%）9.36546.82342.8091.003Table 2Characteristics of students study status表2本课程学生学习状况特点教学学期学期1（59份）学期2（56份）学期3（89份）学期4（51份）学习状况学习课程感觉很困难学习课程略有困难，但通过努力可以克服自我感觉良好，学习有积极性学习课程感觉很困难学习课程略有困难，但通过努力可以克服自我感觉良好，学习有积极性学习课程感觉很困难学习课程略有困难，但通过努力可以克服自我感觉良好，学习有积极性学习课程感觉很困难学习课程略有困难，但通过努力可以克服自我感觉良好，学习有积极性占比（%）27.1154.2411.868.9350.0041.0719.168.5412.365.8866.6727.45 1892023 年软 件 导 刊显的分层特点：学习轻松、学习略困难但能跟上进度、学习困难。其中，感到学习轻松和学习困难的学生占比较小，能够跟上进度的学生占比较大。两端的学生比例也具有个性化特点，不同学期不同专业不同年级的占比呈动态变化。（3）同一学期同一班级学生层次不断变化，每层学生人数呈动态变化，选用平时成绩量化分层，A层为80-100分，B层为60-80分，C层为60分以下。任意选取某学期12次平时测试（课堂测试或OJ实验成绩）进行统计，得到分层动态分布示意图如图2所示。18次为课堂测试，讲解新知识点后即随堂测试，因此A层学生占比偏低；912次为OJ实验成绩，多为每章节授课完成后的课后测试，学生可对所学知识进行温习，因此A层学生占比上升。线上学习或线上为主线下为辅的模式并不适合大一新生，线下为主线上为辅的教学模式才是其最佳学习模式。学生学习状况分层及其动态变化特点也对开展灵活分层教学提出了迫切需求，设计良好的分层教学设计方法有助于激发每位学生的学习兴趣，使其“现有水平”向“潜在发展水平”转化，从而促进全体学生共同发展。3 混合式教学中分层教学设计混合式教学中分层教学设计思路如图 3所示。按照布鲁姆教育目标分类认知理论15，将教学目标分为3层：基础目标（记忆、理解）、提高目标（应用、分析）和提升目标（评价、创造），分别对应3种层次的学生群体，即A层、B层和C层。教学活动包括课前、课中、课后及线上线下活动，每一类活动均基于教学目标进行分层设计，并根据过程性评价数据进行动态调整。具体教学活动分层设计策略如表3所示。教学目标根据课程知识点难易程度及学生学习基础进行设定，由学生主动选择和教师鼓励引导共同完成分层，以帮助学生找到自己的“最近发展区”。课堂教学活动采用共性+个性的教学组合方式进行分层，通过提炼出课前预习阶段学生反馈的共性问题，在课堂中进行讲授、发布堂测或组织学生讨论互动，对于个性问题则采用课堂提问、作业回复或课后一对一答疑辅导解决。对照教学目标分层标准，将C+程序设计课后作业知识点考核分层为3类，即必做题、选做题和开放题，如表4所示。教学目标分层基础目标提高目标提升目标教学活动分层课前活动形成性评价数据学生分层正常学C 层 学 生习超前学习个性教学共性教学实选做必做题题验活开放题动课后课堂活作业动答疑AB 层 学 生层 学 生Fig.3Design ideas of stratified teaching based on blended learning图3混合式教学分层教学设计思路00.20.40.60.81051015占比课次A层B层C层Fig.2Dynamic change diagram of formative evaluation data图2形成性评价数据动态变化示意图Table 3Stratified strategy for teaching activities表3教学活动分层设计策略学生分层C层B层A层分层类别基础目标提高目标提升目标布鲁姆六层认知维度记忆、理解应用、分析评价、创造教学活动分层设计课前正常学习：预习+前测正常学习：预习+前测超前学习：预习+前测+自学课中共性+个性教学：堂测+讨论+提问；OJ实验（必做）共性+个性教学：堂测+扩展知识+讨论+提问；OJ实验题（必做+选做）共性+个性教学：堂测+扩展知识+讨论+提问；OJ实验题（必做+选做）课后后测+课后OJ题（必做）+综合实践（基本功能）后测+课后 OJ 题（选做+必做）+综合实践（扩展功能）后测+课后 OJ 题（必做+选做+开放）+综合实践（创新功能）答疑一对一一对多/一对一一对多+学生助教Table 4Stratification of knowledge point in C+programming course表4C+程序设计知识点分层分层类别必做题选做题开放题分层点编程基础概念、语法、简单应用综合应用创新应用、代码优化程序结构指针 函数 数组 结构动态内存管理类&对象继承&多态模板文件操作 190第 2 期李家春，冼进，熊冬青：C+程序设计混合式教学中分层教学实施策略研究与实践将课程知识点划分为11个教学模块，其中概念、语法和独立模块的简单应用作为必选题的分层标准；结构化编程、面向对象编程的多个教学模块组合应用及前面两种组合与文件操作的综合应用是选做题的分层标准；每个教学模块中的难点（比如递归算法、链表、指针数组、动态二维数组、虚继承、异质链表等）、创新应用（如String类、标准模板、窗体程序）优化程序及得到图形界面等作为开放题考虑要素。4 混合式教学中分层教学实施效果评价以 2021-2022 年第 2 学期 C+程序设计课程为例，对共计 70 名学生进行调查，从课堂活跃度（互动参与人数占比）、学习兴趣、学习能力、编程能力、学习收获和满意度 6个维度评价混合式教学中分层教学实施效果。课堂活跃度数据通过长江雨课堂的形成性评价中统计得到，其余 5 个维度数据通过问卷调查统计（其中有效问卷数为 57 份）得出。前 4 周（1-4 周）未使用分层教学，第 5 周开始使用分层教学，任选其中 4 周（7-10 周）的分层教学数据，如图 4 所示，采用混合式分层教学后，学生参与课堂互动人数明显增加，即互动占比增加，课堂活跃度明显提升。如表5所示，混合式分层教学方式能有效提高学生学习能力（赞成率 96.49%）和编程能力（赞成率 92.99%）；较好地提升教学满意度（赞成率85.97%）；在一定程度上提高学生的学习兴趣（赞成率82.45%），并让学生觉得学有所获（赞成率80.71%）。考虑到撰写本文时 2021-2022 学年第 2 学期并未结束，因此采用过去3学期（2020-2021学年，2021-2022学年第1学期）期末考试平均成绩数据，比较混合式分层教学班和平行班之间的学习效果。如图5所示，采用混合式分层教学后，学生平均成绩均大幅提升。5 结语混合式教学模式下分层教学方式是教育部一流本科课程“两性一度”建设基本原则的重要体现之一，也是促进学生发展的教学改革方式。本文研究混合式教学中学生学习特点，设计C+程序设计课程混合式分层教学设计思路和分层策略，并在一线教学活动中验证实施效果。后续研究将增加问卷调查样本数量、丰富样本多样性，设计更合理的分层，实施对比教学周持续时段，以提高分层教学效果评价有效性。参考文献：1 HE K K.On new trend of theory for educational technology from blending learningJ.Journal of National Academy of Education Administration，2004，25（4）：10-14.何克抗.从Blending Learning 看教育技术理论的新发展 J.电化教育研究，2004，25（4）：10-14.2 LI J C，XIONG D Q.Design and implementation of hybrid online teaching of computer programming course J.Computer Education，2021，18（2）：3-8.李家春，熊冬青.计算机程序设计课程混合式在线教学设计与实施J.计算机教育，2021，18（2）：3-8.3 BLOOM B S.Bloom master learning essays M.Translated by WANG G，et al.Fuzhou：Fuzhou Education Press，1986.本杰明 S 布鲁姆.布鲁姆掌握学习论文集 M.王刚等，译.福州：福建教育出版社，1986.4 YU Z Q.Selected works of vygotsky on education M.Beijing：People s Education Press，1994.余震球.维果茨基教育论著选 M.北京：人民教育出版社，1994.81.9382.3481.2870.6174.2468.92606570758085平均成绩2021学年第1学期 2021学年第2学期 2122学年第1学期教学周期分层教学非分层教学Fig.5Comparison of learning effect图5学习效果对比Table 5Other evaluation dimensions of stratified teaching effect表5其他分层教学效果评价维度评价维度提高了学习能力提高了编程能力学习有很大收获提高了学习兴趣教学效果令我满意评价结果占比（%）同意96.4992.9980.7182.4585.97不同意3.517.0119.2917.5514.0300.20.40.60.81123456互动人数占比周次非分层教学分层教学Fig.4Comparison of classroom activity图4课堂活跃度对比 1912023 年软 件 导 刊5 WANG C H.An analysis of Babanski s theory of optimization for teaching process J.Shandong Social Science，2012（10）：188-192.王春华.巴班斯基教学过程最优化理论评析 J.山东社会科学，2012（10）：188-192.6 WU Y X，ZHANG D Q.The study on sustainable education from the teaching theory of Xue Ji and thinking explorationJ.Exploring Education Development，2001（9）：74-77.吴永熙，张德启.从 学记 及“诱思探究”教学理论谈可持续发展教育J.教育发展研究，2001（9）：74-77.7 Ministry of Education of the People s Republic of China.Implementation opinions of the Ministry of Education on the construction of first-class undergraducate coursesEB/OL.http：/ WU Y.Building China s golden classC/Guangzhou：The 11th China University Teaching Forum，2018.吴岩.建设中国金课 C/广州：第十一届中国大学教学论坛，2018.9 LU Q W.The 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