教学数据驱动的C语言程序设计课程混合式教学改革路径.pdf

西部素质教育2023 年 11 月第 9 卷第 22 期DOI：10.16681/ki.wcqe.202322034作者简介：石建全（1990），男，讲师，博士。研究方向：数据驱动建模技术。注：本文系南京工程学院校级科研基金项目“基于数据驱动的火电厂磨机负荷复合软测量研究”资助（编号：YKJ202017）。摘要：文章首先介绍了 C 语言程序设计课程混合式教学的基本情况，然后论述了 C 语言程序设计课程混合式教学的主要教学数据，最后提出了教学数据驱动的 C 语言程序设计课程混合式教学改革路径。关键词：混合式教学；教学数据驱动；C 语言程序设计课程中图分类号：G434文献标志码：A文章编号：2095-6401(2023)22-0139-05C 语言程序设计课程是高校计算机、自动化等相关专业的核心基础课程，多是以 C 语言为基础，介绍程序设计的思想和方法，从而丰富学生的编程知识、培养学生的计算机思维。C 语言程序设计课程具有知识点分散、内容多、难点不易讲解和需要大量上机练习等特点1。随着信息技术的高度发展，基于智慧教学平台，如超星、雨课堂等，采用线上和线下相结合的混合式教学逐渐成为 C 语言程序设计课程授课的主要方式2。在该方式下会产生大量的教学数据，如线上预习数据、课堂互动统计数据、作业和考试成绩数据等，教学数据已经成为教学过程中不可或缺的一部分。在教育领域，教学数据驱动的教学模式逐渐受到重视。教学数据驱动是指以数据为中心，通过数据的收集、分析和应用，促进学生深入学习和掌握知识技能的一种教学模式3。在 C 语言程序设计课程中，教师可以尝试采用教学数据驱动的教学模式，以促进学生深入学习和掌握 C 语言编程技术。但在实际教学过程中也出现了诸多问题，使教学数据难以反映学生对知识点的实际掌握程度，典型问题总结如下：淤部分学生的各项数据之间存在不相关性，如平时作业成绩和考试成绩；于基于教学数据得到的重难点统计具有一定的随机性；盂线上学习效果难以真实反映学生掌握情况等。因此，为解决上述问题，本文基于混合式教学模式下的教学数据，研究各项数据之间的关系，分析学生的学习情况，如学习进度、知识掌握程度等，探索可以提高学生学习效果和教师教学效率的混合式教学改革路径。一、C 语言程序设计课程混合式教学的基本情况混合式教学是将在线学习与传统授课模式组合在一起，通过精心设计教学内容，使学生获得较好的学习效果的一种教学方式。目前，混合式教学的过程主要包括四个基本环节：淤识别及定义学习需求；于根据学生特征来制定学习计划及测评策略；盂根据混合式学习环境来确定开发或选择需要学习的内容；榆执行计划，跟踪学习过程，对最后结果进行测评，以判断阶段学习是否达到预期目的4。在 C 语言程序设计课程的混合式教学中，教学基本情况主要如下：淤学习需求和教学目标为培养学生的编程能力和解决实际问题的程序设计能力5；于根据学生的学习需求和教学目标设计教学活动，包括面对面教学和在线学习；盂C 语言程序设计课程需要使用各种在线资源，包括在线编译器、编程环境、在线教育工具等，教师需要选择并整合这些在线资源，并对学生进行操作指导和答疑解惑；榆教师需要对学生的学习表现和反馈进行评估，并及时进行改进，以提高混合式教学的效果。通常教师可以利用在线测试和作业对学生进行评估，了解学生的学习体验和需求，并进一步改进教学方式。在确定在线教育工具后，C 语言程序设计课程的混合式教学可以将第 2 个环节中的教学活动分解为三个阶段进行，分别是课前学习、课堂教授和课后考核。本文以超星学习通智慧教学平台作为在线教育工具，开展 C 语言程序设计课程的混合式教学。课前学习阶段，建立线上教学课程，通过学习通建设课程资源，给学生提供课程的全部教学视频、教学资料、编译软件和随堂作业，供学生在课外进行线上自主学习。课堂教授阶段，通过优化课堂教学设计，增加思政教育，培养学生核心素养，同时采用实验教学、互动教学教学数据驱动的 C 语言程序设计课程混合式教学改革路径石建全（南京工程学院，江苏 南京，211167）的方式对重难点知识点进行讲解，并进行课堂测试，检测学生对重难点的掌握情况。课后考核阶段，教师布置章节作业并批改，同时将优秀作业发布至讨论区，供学生讨论学习，并通过期中、期末考试检测学生对知识点的融会贯通情况。二、C 语言程序设计课程混合式教学的主要教学数据在 C 语言程序设计课程混合式教学中，一般将产生的主要教学数据分为过程数据和考核数据。笔者现结合所在学校自动化专业 2022 级 5 班，分析 C 语言程序设计课程混合式教学的过程数据和考核数据。过程数据主要分为自主学习情况数据、课堂互动数据、作业统计数据等；考核数据主要为期中、期末考试中的不同题型得分数据和课程目标达成度数据。（一）过程数据1.自主学习情况数据。自主学习情况数据主要包括学习时长数据、学习进度数据、学习成果数据、学习资源使用数据和学习行为数据。自主学习情况数据分析是指教师通过在线学习平台和学生学习记录系统等获取和分析学生学习状态，并以此为根据及时反馈和指导学生，帮助学生更好地完成自主学习任务，提高学习效果和质量6。同时，教师也可以根据数据分析结果对课程设计和教学方法进行优化和改进，促进教学的创新和发展。以日学习时长数据为例，2022 年 11 月 13 日到2022 年 11 月 29 日 5 班所有学生学习通上每天的日学习次数每分钟为 1 次，如图 1 所示。分析可得，在2022 年 11 月 13 至 2022 年 11 月 29 日，学生的学习次数有较明显波动，在 13 日和 27 日学习次数达到峰值，在 21 日至 25 日学习次数接近低谷。通过分析发现，13 日、19 日、20 日和 26 日、27 日为周末。由于周内课程学习任务繁重，学生线上预习多是在周末完成；19 日、20 日为第 12 周的周末，出现较低学习次数的原因是第 12 周开展数组章节的教学任务，该任务需要学习两周，即在第 13 周仍然是学习数组相关知识，因而学习次数较少。从学习时段来分析，周内学生多是在早自习和 16:0020:00 时段完成学习，周末在 20:0024:00 时段学习次数增加，主要原因是学校强制要求学生早晚自习。因此，可以通过日学习次数和日学习时段等学习数据获取学生线上预习情况，从而制定相应的课堂教学内容。2.课堂互动数据。课堂互动数据分析是指在教学过程中，通过在线学习平台、课堂投票工具、学生反馈问卷等方式获取和分析学生的互动行为、反馈、评价等数据7。图 1 日学习次数数据这些数据可以反映出学生课堂的学习状况、兴趣和需求，为教学提供依据和参考。主要包括以下内容：淤学生提问和回答数据，通过记录学生的提问和回答情况，可以了解学生对知识的疑惑之处和理解程度，为教师及时解决学生的问题提供依据；于课堂参与度数据，通过记录学生的课堂参与情况，包括发言、举手、回答问题等，可以了解学生对课堂内容的兴趣和理解程度，为教师进行课堂互动提供依据；盂知识点掌握情况数据，通过记录学生的考试成绩和知识点掌握情况，可以了解学生对课程内容的掌握程度和薄弱环节，为教师调整教学策略和方法提供依据；榆课堂反馈数据，通过收集学生对教学内容、教学方法和教师的反馈，可以了解学生对教学的满意度和需求8。以课堂提问中 5 班所有学生的回答数据为例，某个单项选择题中各选项结果的占比如图 2 所示。图 2 课堂提问环节数据通过分析可得，针对学生的回答人数和每个选项所占的比率，如果有 80%以上学生回答错误，就需要西部素质教育2023 年 11 月第 9 卷第 22 期西部素质教育2023 年 11 月第 9 卷第 22 期对该部分重点内容重新强调一遍。除了单个课题互动的分析，也要对本章所有课堂互动的数据进行总结。比如，个别没听课的学生会出现题目全错的情况，这时可以查看一下该学生的回答时间，如果每次用时都小于 10 秒，应该是每次都没有审题直接随机选择造成的，需要对该学生进行单独提问。3.作业统计数据。作业统计数据是指通过各种方式获取和分析学生作业的完成情况、提交情况、评分情况等数据，以便教师了解学生的学习情况和表现，及时发现和解决学生存在的问题。常见的作业统计数据如下：淤作业完成情况数据，可以了解学生对作业的重视程度和学习状况；于作业提交情况数据，可以了解学生对作业的认真程度和学习态度；盂作业评分情况数据，可以了解学生对作业的理解程度和学习效果；榆作业反馈情况数据，可以了解学生对作业的理解程度和教师的教学效果；虞作业质量分析数据，可以了解学生存在的问题和教学瓶颈，为教师制定针对性教学计划提供依据。以作业评分情况数据为例，不同章节作业统计中5 班学生的最高分、平均分和最低分统计如图 3 所示，其中作业统计为成绩统计，即统计本班所有学生每一个章节作业的最高分、最低分和平均分。课后作业完成往往存在抄袭、应付等现象，不能真实反映学生的掌握程度，因此可以通过不同题型的正确率、相同分数学生之间题型正确率、课堂互动题型统计与作业详情统计的一致性等方面进行分析，找出不认真学习和抄袭的学生，并基于统计结果了解学生对知识点的掌握情况，重点讲解易错题型。图 3 作业统计数据（二）考核数据考核数据主要为考试成绩数据，包括期中考试和期末考试，通过分析学生不同题型、不同知识点、不同课程目标下的成绩分布，可以了解学生对相应课程内容的掌握程度和学习效果。以期末考试为例，期末考试试卷中不同题型的平均分、正确率及与总成绩的相关系数如图 4 所示。本次考试试卷由选择题（30 分）、填空题（10 分）、程序填空题（20 分）、程序修改题（18分）和程序设计题（22 分）组成。题目由基本到综合，由易到难，全面考查学生对所学知识的掌握情况及应用能力。其中，第一大题选择题和第二大题填空题考查大纲要求的教学内容的基本概念及知识点的基本应用。包含以下知识点：程序的编译、C 语言中数据的表现形式及特点、标识符规则，运算符及表达式、运算符的优先级、数据的输入输出类型及输入输出语句基本应用、结构体的赋值、if 语句的基本概念、do while 循环语句的使用，实参和形参区别、指针的使用，字符数组的输入、数制的转换、ASCII 的存储，指针数组和数组指针的使用、文件的打开和共用体的使用，以及学生对简单程序的阅读能力。第三大题程序填空题和第四大题程序修改题考查学生 for 循环求和、数组输入和求最小值、if 语句求数的阶乘等程序设计的思路，自定义函数调用中一般变量、数组名做实参与形参的关系及其调用中数组名传递地址、数组的引用、函数调用等综合程序的阅读能力。第五大题为程序设计题，全面考查结构化程序设计的理念与方法，学生所学知识（包括结构体指针等较难知识点）的综合应用能力。5 班的期末考试成绩不呈正态分布，其中 90100 分占 2.70%，8089 分占到 8.11%，7079 分占到 18.92%，6069 分占到 21.62%，而 59 分以下占48.65%。从成绩来看，该班高分较少，不及格率较高，整体成绩偏低。通过图 4 可知，选择题正确率最高为80%，说明学生对基本概念及基本应用掌握良好。填空题正确率为 46%，说明学生个别知识点的掌握不细致。程序填空题正确率最低，为 41%，主要原因是需要学生理解程序设计原理，掌握程序设计的设计方法，要求偏高，难度较大，且该题型共 20 分，每空 2 分，单个题型分值偏高，不同学生的成绩差距较大。这也说明学生程序分析能力较差，对很多知识点没有真正理解。此外，程序设计题正确率为 46%，说明学生知识的综合应用能力一般。同时，程序设计题与总成绩的相关系数较高，这是因为程序设计题具有综合性的特点，对课程知识点覆盖全面，能真实考查学生的知识掌握程度。图 4 期末考试试卷不同题型统计数据三、教学数据驱动的 C 语言程序设计课程混合式教学改革路径笔者所在学校自动化专业于 2020 年获得工程教育专业认证，C 语言程序设计课程贯彻“以学生为中心”9“以产出为导向”10的教学理念，基于培养目标、毕业要求和课程体系进行持续改进。因此，笔者依然以所在学校自动化专业 2022 级 5 班为例，从课程目标、教学组织和考核评价三个方面研究基于教学数据驱动的 C 语言程序设计课程混合式教学改革路径。（一）重构课程目标以往，C 语言程序设计课程目标由两部分组成，即课程目标 1 和课程目标 2。课程目标 1 为能够运用面向过程的程序设计思路和方法，在 C 语言开发环境下，进行常用程序设计，并能够理解不同程序算法的应用场合和局限性，为今后进行复杂工程化软件设计奠定基础。课程目标 2 为通过安排学生进行线上课程视频的学习，培养学生自学能力，通过组织学生团队进行综合案例程序设计调试，培养学生团队合作意识，帮助学生拓展知识、提高综合素养，为学生终身学习奠定基础。课程目标 1 和课程目标 2 分别对应自动化专业培养方案中的毕业要求 5 和毕业要求 12。毕业要求 5 为针对自动化及相关领域的复杂工程问题，能够合理选择、熟练使用乃至开发恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，并能够理解所用工具与手段的局限性；毕业要求 12 为具有自主学习和终身学习的意识，具有不断学习及适应经济、社会和技术发展的能力。5 班的课程目标 1 和课程目标 2 的达成度分别为0.68 和 0.86，可以发现不同课程目标之间存在达成度数据不一致问题，说明课程目标设计之间的关联性较弱，不能反映学生对混合式教学中不同知识点的真实掌握情况。因此，针对自动化专业的毕业要求，基于 C语言程序设计课程中的主要知识点，采用混合式教学时，要重构课程目标，具体如下。课程目标 1：了解计算机的基本组成结构，熟悉各部件的功能，了解计算机的工作原理，掌握计算机中的各种编码方式，熟悉 C语言编译开发环境，支撑毕业要求 5（使用现代工具）。课程目标 2：掌握 C 语言的数据类型、运算符及其优先级和结合性，正确写出各种表达式；掌握变量初始化和赋值语句、输入输出语句等基础语法知识，支撑毕业要求 1（工程知识）。课程目标 3：了解程序流程图的表示，掌握分支结构、循环结构、函数、数组、指针和结构体的常用算法，能够针对实际问题编写并调试相应程序，支撑毕业要求 2（问题分析）。课程目标 4：通过组织学生团队进行综合案例程序设计调试，培养学生团队合作意识，支撑毕业要求 9（个人与团队）。课程目标 5：通过安排学生进行线上课程视频的学习，培养学生自学能力，帮助学生拓展知识、提高综合素养，为学生终身学习奠定基础，支撑毕业要求 12（终身学习）。（二）优化教学组织C 语言程序设计课程混合式教学改革的实施离不开教学组织的优化。在重构后的课程目标的基础上，主要从以下三点入手进行教学组织优化。淤要对学习小组的组建、运行和评估起到引导、干预和评价作用。首先，要引导学生根据班级、兴趣和学习需求，合理组建学习小组；其次，在小组运行过程中给予适当的干预和指导，以确保小组学习的有效性和可持续性；最后，对小组成员的互评结果进行反馈和评价，保证互评的真实性。于由于课程目标的重心在于加强学生对基础知识点的掌握，因此要先选择有代表性和重要性的基础知识点进行教学，每讲授完一个知识点，要设计课堂互动练习题，用于考查学生的听课情况，最后分配适合学生学情的练习和作业，以帮助学生巩固、加深对知识点的理解和掌握。盂增强课后作业和期中考试环节的互动性，在批阅完作业后，教师要将优秀学生的作业发到讨论区供其他学生学习和讨论。同时，对优秀学生和参与讨论的学生进行表扬和鼓励，以提高学生的学习热情和自信心。（三）创新考核评价以往 C 语言程序设计课程进行混合式教学后，对学生的考核评价包括三个部分，分别为过程考核（包括线上自学、作业和期中测试）、上机和结课考试。具体的课程目标与考核评价权重关系如表 1 所示。其中，期中考试、结课考试、上机（70%）对应课程目标 1，西部素质教育2023 年 11 月第 9 卷第 22 期西部素质教育2023 年 11 月第 9 卷第 22 期总分值为 74 分；线上自学、作业和上机（30%）对应课程目标2，总分值为26分。表 1 课程目标与考核评价权重关系期中、期末考试均在课程目标 1 中体现，线上自学和作业均在课程目标 2 中体现，这是造成不同课程目标达成度不一致的主要原因。因为学生在课下可以对作业进行抄袭，导致课程目标 2 失真，所以考核不能真实反映学生掌握知识点的状态。对此，笔者在课程目标重构的基础上对线上自学的考核方式进行改革，主要如下。淤提高线上学习考核的真实性，即通过组建学习小组，将学生随机分成若干个学习小组，每个小组人数不超过 5 人；将线上自学和作业任务分配给小组成员，每个小组成员需要独立完成任务；增加互评成绩，让小组成员对自学数据和上机程序进行互评互查，相互督促、相互监督，包括任务完成的质量、准确度、时间等指标，并给出得分和建议；将小组成员的互评成绩进行汇总，得出每个小组成员的最终得分；对于学习积极性不高的学生，教师可以提供适当的帮助和指导，并对小组成员的互评结果进行反馈和评价。于提高班级整体成绩，即设置对应基础知识掌握情况和综合知识掌握情况的课程目标，分别为课程目标 2 和课程目标 3；由易到难，关注基础知识点的巩固和考核，增加基础知识点在过程考核中的分布，在下一年度的教学中，以全部学生高质量、高标准达到课程目标 2 为目标。改革后的课程目标与课程考核权重关系如表 2 所示。四、结语笔者首先介绍了 C 语言程序设计课程混合式教学的基本情况，然后依据所在学校自动化专业的学生数据，分析了 C 语言程序设计课程混合式教学的过程数据和考核数据，获取了目前课程目标和考核评价存在的问题，最后从课程目标、教学组织和考核评价三个方面提出了基于教学数据驱动的 C 语言程序设计课程混合式教学改革路径。参考文献：1 徐猛,楚旺,宋英杰,等.新工科背景下软件工程 C 语言本科教学改革J.计算机教育,2019(7):173-176.2 吴建萍,侯雪梅,南煜,等.基于多平台的 C 语言程序设计课程混合式教学模式探索J.计算机教育,2022(6):97-102.3 王月,张晶.教师数据驱动教学影响因素及能力提升策略研究J.教育与装备研究,2023,39(3):12-17.4 郭威.基于 CDIO 理念的大学英语混合式教学模式探究:以应用型工科院校为例J.西部素质教育,2023,9(4):21-24.5 李炳超,李俊生,谢丽霞.C 语言程序设计线上线下混合式教学课程建设J.电脑知识与技术,2020,16(31):17-19.6 邬婉莹.大学生在线自主学习模式优化策略J.中国新通信,2022,24(12):242-244.7 宋宇,郝天永,刘葵.学习分析视角下培养高阶思维的课堂互动研究J.现代教育技术,2020,30(7):50-57.8 陈麟,陈旭.数据驱动让课堂反馈更精准J.中国教育学刊,2020(10):108-110.9 罗映红.高校混合式教学模式构建与实践探索J.高教探索,2019(12):48-55.10 王小瑞,夏永泉,徐盛.工程教育专业认证背景下通信原理教学内容和课程考核体系改革J.中国现代教育装备,2023(5):82-84.表 2 改革后的课程目标与考核评价权重关系课程目标考核评价与权重合计过程考核（40%）上机（20%）结课考试（40%）线上自学（10%）作业（10%）期中考试（20%）课程目标 1课程目标 2总计010010001001001000100703010010001007426100课程目标考核评价与权重合计过程考核（40%）上机（20%）结课考试（40%）线上自学（10%）作业（10%）期中考试（20%）课程目标 1课程目标 2课程目标 3课程目标 4课程目标 5总计0005050100020203030100060400010070201000100060400010014422888100