在线编程平台在C++实践教学中的应用研究.pdf

145计 算 机 教 育Computer Education第 8 期2023 年 8 月 10 日中图分类号：G642在线编程平台在 C+实践教学中的应用研究许超焕，许新华，虞烨青，邓贵斌，刘志鹏（湖北师范大学 计算机与信息工程学院，湖北 黄石 435002）摘 要：针对 C+实践教学中教与学编程环境不统一的问题，提出将头歌在线编程平台应用于 C+实践教学的方案，设计一种线上线下结合的 SPOC 组织形式，从教学课堂管理、班级与考勤管理、学习资料管理、作业与试卷管理、问卷与成绩管理方面探讨在线编程平台在 C+实践教学中的具体 应用。关键词：在线编程平台；C+实践教学；应用研究；头歌文章编号：1672-5913(2023)08-0145-05作者简介：许超焕，男，硕士研究生在读，研究方向为教育大数据，；许新华（通信作者），男，教授，研究方向为教育大数据，。0引 言“互联网+教育”的时代特征是基于移动互联网等技术，让学习者能够不受时间、地点的限制获得大量的数字化学习资源1。信息技术的高速发展让越来越多的人注重学生信息素养的培养，学习通、雨课堂等在线学习平台为用户提供了良好的交互界面和学习资源，学生观看课程的同时可以在本地环境编写代码、运行程序，但是授课教师与学生的软件运行环境、网络条件、硬件设施不尽相同，常常出现学生按照步骤编写程序却得不到预期结果的情况。1在线编程平台在教学中的应用国内外对于在线编程平台的研究相对有限且主要集中在设计与应用层面，文献 2 中针对 C/C+程序设计课程课时少、上机资源受限等问题，借助互联网技术构建了多元协同的混合式实验教学平台，提出了理论课使用在线编程，实验课侧重对创新性程序调试的教学模式，取得了较好的教学效果；文献 3 中针对大数据实验课程学生接触集群难、编程难度高、学习效率低等问题，设计实现了大数据在线实训平台，对培养学生大数据应用和编程能力等方面起到了一定的 作用。头歌在线编程平台（简称头歌）能够为用户提供在线实践教学服务。在课程建设方面，头歌提供了大量的优质教学视频和实践案例，不仅支持大数据、计算机系统、电子信息等课程，还支持 C+、Python、Java 等程序设计课程，教学工作者也可以根据需要自行创建课程；在教学工具方面，头歌为学习者提供了在线编程环境，免去了配置本地运行环境的繁琐操作，自动批改作业、定时发布学习任务等功能不仅减轻了教师的压力，还能够帮助教师获取学生学习的过程性数据，进而对学生进行更加全面的评价，提升教学效果。2头歌在线编程平台设计1）教学课堂管理。头歌不仅支持 MOOC 式教学，同时还支持SPOC 式教学。从平台管理员处认证身份并获得编辑权限后可创建在线教学课堂。2）班级与考勤管理。在线教学课堂中可以实现分班教学，创建班级后，教师可以为不同的班级开启不同的学习任务，布置不同的作业，学生仅能接收和查看本班级的作业与任务，但是任何班级的学生都可以访2023146计 算 机 教 育Computer Education问课堂的学习资源。在线教学课堂中使用签到的方式代替传统的上课点名。3）学习资料管理。头歌提供了丰富的教学资源库，教师可以根据课程需要从公共资源库中下载使用，还支持教师上传一定大小的资源文件，如教学 PPT、视频、文档、程序源码等。除常规资料外，教师还可以添加外部资源的链接，同时，头歌还支持使用第三方直播平台。4）作业与试卷管理。在线教学课堂中提供了 4 种类型的作业，分别是：实训作业，教师可以根据课程需要为本课程创建一系列的实践项目或者直接从平台的资源库中选用公开的实践项目，通过实训作业能够实现文件访问、环境配置等复杂操作，同时系统能够根据预先设置的测评规则对实训作业进行自动测评并给予提示信息；编程作业，也可以实现自动化测评，创建更加灵活，但是无法实现访问文件等复杂操作；普通作业，需要教师或者学生手动批阅和打分，教师可以设置匿名互评任务，互评任务开启后每位学生会被随机分配指定数量的作品，学生需要在指定时间内完成评价；分组作业，需要多个学生协作完成一个作品，对学生分组并指定小组人数，在互评环节，系统不会将本组作品分配给组内成员。在线教学课堂试卷的题目类型更加多样，除了选择题、判断题、简答题外，还可以在试卷中加入编程题和实训题；在线教学课堂试卷的批改更加智能，头歌能够实现主观题和客观题的自动测评，客观题的测评是根据预先设置的规则进行判定和评分，主观题测评的规则是设置一个得分区间，被批阅的学生在该区间内随机得分。3在线编程课堂的组织形式以头歌为依托开展教学活动，从课堂的组织形式上看，在线编程课堂适合于 SPOC（SmallPrivateOnlineCourse）教学，它是一种比MOOC 更精致、更小众的在线开放课程类型,它既融合了大规模在线开放课程的优点,同时也能弥补传统课堂教学的不足4。在线编程课堂整体分为课前、课中、课后 3 个阶段，在传统教学方式的基础上，课前和课后阶段使用在线编程平台，教师活动主要包括编制在线编程习题、上传学习资料、发布学习任务、点评学生作业、统计学生数据等，学生活动主要包括熟悉在线编程环境、在线编写代码、调试并运行程序、提交作业、参与社区讨论等。在线编程课堂的总体框架设计如图 1 所示。课前阶段，教师除了需要准备教案、习题等必要的教学资料外，还需要在头歌上创建在线编程习题并设置习题发布的时间和发布的班级，创建在线编程习题的过程中必须标明习题所属章节、编译语言、运行环境等信息，还应当为学生提供一定数量的初始代码和调试样例，比较预期输出与学生编写程序的实际输出来判定学生是否完成习题。除此之外，教师还可以在初始代码中提供一定的提示信息，帮助学生完成在线编程习题；熟练运用编程工具是学习 C+编程的重要基础，在线编程环境与学生本地编程环境有一定的差异，在开始编程前，学生需要阅读相关的操作手册，熟悉在线编程的运行环境，掌握调试与运行的基本操作。课中阶段，教师根据教学大纲和教学任务对重难点进行讲解并进行必要的操作演示，完成授课任务；学生根据学习任务和学习目标，使用网络、教材等工具获取资料并进行操作实验。课后阶段，学生需要在规定时间段内登录头歌，完成指定章节的作业。一次作业中可能包含多个在线编程习题，只有所有的习题通过样例测试后才会判定该学生的作业已经完成，在任务时间内，学生可以多次修改和提交作业，提交结果以学生最后一次提交结果为准；教师可以在管理界面查看各个班级整体的作业完成情况，还可以详细查看每位学生的完成作业用时、调试次数、源代码等信息，这些过程性数据能够帮助教师了解班级整体学习情况并掌握个别同学学习 状态。4头歌在线编程平台在C+实践教学应用的实证分析在某大学计算机专业大三年级两个班级的C+程序设计课程中使用头歌进行教学，教学大教育与教学研究第 8 期147纲要求 C+程序设计 32 学时，2 学分，课程考核采用“平时成绩+期末成绩”的方式，平时作业与期末考核均在头歌上完成。4.1创建教学课堂从管理员处获得权限后创建课堂，课程名称与课堂名称都设置为 C+程序设计，设置课程总学时为 32 学时，学分为 2 学分，将课堂设置为私有课堂，只有获得课堂邀请码或者链接的学生才能进入课堂，其他用户无法进入。4.2分班与学生签到学生加入课堂前在课堂里创建 2006、2007两个班级，将两个班级的邀请码发送至对应班级学习委员，学生全部加入课堂班级后发起登录C+程序设计课堂的第一次签到任务，确保每一位学生加入到课堂并接收到了在线教学课堂中的信息。4.3上传教学资料教学课堂中的教学资源模块用于存放本课程中使用的各种资料。创建课堂后将头歌在线编程平台使用手册上传至教学资源模块，供学生下载使用；每次授课前三天将对应章节的教学 PPT上传至课堂，学生可以下载用作预习和复习；对于每个章节的重要例题，课中授课时进行详细讲解，课后将例题的源文件上传至资源模块，供学生参考；对于在教学中使用的体积较大的视频文件，需要通过链接的方式进行引用，学生可以通过链接播放和下载视频资源。4.4发布作业任务在教学中使用头歌发布作业，以此替代传统的在纸质作业本上书写程序的方式。C+程序的运行依赖于一定的资源，头歌提供了大量的系统镜像和运行时库，教师也可以根据课程需要将资源上传到代码仓库，在创建习题过程中指定程序需要使用的系统镜像和额外的资源库后，学生在编程时就无须再考虑编程环境问题。每次发布作业任务前，需要确保提供给学生的代码准确无误，通常的做法是在本地调试和运行无误后将代码粘贴到头歌的工作台里，再根据每个章节的知识点删除部分代码，由学生补齐被删除的代码。课程结束时在教学课堂中共发布了 5 次编程作业，11 个编程题目，涉及 C+与 JAVA 的书写方式的异同、类与对象、虚函数、运算符重载、图 1 在线编程课堂的总体框架设计线下教师活动：重难点精讲操作演示学生活动：上机操作线上线下教师活动：编制在线编程习题发布学习任务学生活动：熟悉在线编程环境接收学习任务线上线下教师行为：点评学生作业统计学习数据学生行为：查阅学习资料完成在线编程作业在线编程课前课中课后反馈提供支撑2023148计 算 机 教 育Computer Education派生类等知识点，题目通过率为 93.18%；在教学课堂中共发布了 1 次实训作业，涉及 C+文件读取的知识点，题目通过率为 84.38%。4.5问卷与成绩管理4.5.1 头歌在线编程平台在程序设计类课程适合度的调查本研究使用的问卷改编自计算机网络课程教学现状调查问卷5，问卷采用李克特五点评分法，设置基本信息、学习时间、学习兴趣、课程体验、教学方式 5 个维度，题目得分越高表示越赞同题中表述。对某大学计算机专业大三年级两个班级学生进行调查，共发放问卷 96 份，回收有效问卷 94 份，回收率为 97.92%。对除基本信息和开放式题目的 26 项指标进行可靠性分析，可得到克隆巴赫 Alpha 系数为 0.917，根据克隆巴赫 alpha 系数值范围以及信度的效果表得知该问卷信度较高，选择 KMO 和巴特利特检验描述问卷效度，样本显著性为 0.000，小于 0.005说明该问卷适用于做因子分析，样本 KMO 值为0.848，根据 KMO 值范围以及效度的效果表得知，该调查问卷效度较高，问卷的数据内部一致性比较好，问卷调查结果见表 1。表 1 头歌在线编程平台在程序设计类课程适合度的调查结果一级指标二级指标非常不同意不同意一般同意非常同意学习时间我能够保证每周使用头歌平台的时间超过 90 分钟32392822学习兴趣使用头歌平台增加了我对学习编程语言的兴趣21324019课程体验不用自己配置程序的运行环境，直接在头歌平台上编写代码就可以运行，这让我觉得很方便23165023我喜欢直接在头歌平台上编写代码、调试和运行程序310372816我喜欢先在本地编写程序，然后再粘贴到头歌平台上19253920头歌平台里的闯关模式对我的学习有帮助22254322我愿意花费在头歌平台里获得的资源（金币）去解锁关卡、答案112534177做题的时候我会看看评论区，这有时能够帮助我解决问题21235369我喜欢在实训作业的评论区发表意见，对于别人的回复我会很有成就感61743226在头歌平台上编程时，题目的描述信息和测试信息能够为我提供解题思路02165620在头歌平台上编程时，题中的注释能够为我提供解题思路12164827在头歌平台上编程时，我常常不清楚为什么会编译、运行失败110283322在头歌平台上编程时，我可以根据编译器的提示信息找到出现问题的地方16344013我喜欢头歌平台里的答题提示（问题描述、注解、测试样例等）12224821我不是很清楚编程题和实训题的区别01533379相较于普通纸质试卷，我更喜欢在头歌平台上做编程题和实训题04134532相较于普通纸质试卷，我更喜欢在头歌平台上做选择题、填空题这样的客观题03194527我常常关注头歌平台里的班级排名，并努力提升自己的排名21145279根据头歌平台提供的排名，我能够大致确定自己在班级的相对位置，并以此来规划自己以后的学习路线36373513相较于本地编程，我更喜欢使用头歌平台学习编程21040339教学方式课中的时候没有很多时间上机实操22839205在没有提示的情况下独自编程，让我觉得难度比较大13324216课前、课后在头歌平台上完成学习任务，可以帮助我巩固知识，提高编程能力01205617教育与教学研究第 8 期149在学习时间方面，此次调查中绝大部分学生每周使用头歌的时间达到 2 学时，满足课程学习的要求；在学习兴趣方面，绝大多数学生认为使用头歌提高了其对编程的学习兴趣，有利于学生学习；在课程体验方面，学生对应用头歌的 C+实践课程的体验感整体良好，主要体现在不用配置本地环境、闯关机制、编程提示等方面，但是在线教学课堂的奖励机制和评论功能在一定程度上降低了部分学生的课程体验；在教学方式上，相较于传统的教学方式，绝大多数学生更喜欢应用头歌的 SPOC 教学方式。4.5.2 学生成绩管理C+程序设计课程考核采用“平时成绩+期末成绩”的方式，期末考试使用头歌进行线上考试，题目类型包括选择题、判断题、填空题、编程题、实训题，学生提交试卷后系统进行自动测评并给出分数。相较于传统的答题和批改方式，在头歌上编写代码和运行程序不仅有助于提高学生的编程实践能力，还能够提高试卷批改的准确率，各班级期末成绩统计结果见表 2。续表 1一级指标二级指标非常不同意不同意一般同意非常同意我喜欢课前和课后线上、线下结合学习，课中线下学习的教学模式01255117相较于观看视频、跟随视频编写程序的方式，我更喜欢直接在头歌平台上编写程序的方式04344511相较于大规模线上学习（例如观看 MOOC 视频，然后线上考试），我更喜欢小规模班级教学（例如线下机房授课，在头歌平台上完成学习任务）05284813表 2 各班级期末成绩统计表班级提交率/%最低分最高分平均分不及格（得分低于 60%）/人及格（得分 60%70%）/人良好（得分 70%90%）/人优秀（得分 90%100%）/人20061005910084.714251820071003710085.63513275结 语头歌在线编程平台在 C+实践教学中应用的优势主要体现在教学课堂管理、班级与考勤管理、学习资料管理、作业与试卷管理、问卷与成绩管理方面，学生不用受到硬件设备、编程软件运行环境等因素的限制，可以直接在线编程，原来用于配置环境、安装软件的时间和精力也可以用来学习，为学生学习和教师教学提供了便利。从实施效果来看，头歌在程序设计类课程中具有一定的适合度，能够提高学生学习兴趣，降低教师的教学压力，但是其为教学带来益处的同时，也伴随着各种各样的问题。例如，使用在线编程的方式让抄袭作业变得容易；有些学生为获得较高的课堂表现分而利用平台机制反复刷取分数。头歌在线编程平台在程序设计类课程实践教学中的应用仍有很多值得发掘的地方，需要广大教师和教育工作者不断努力探究。参考文献：1 聂竹明,刘钊颖.微课与慕课:基于信息技术的教育供给方式变革J.电化教育研究,2018(4):19-24.2 孙伟峰,杨华,齐玉娟,等.C/C+程序设计多元协同实验教学平台构建J.实验室研究与探索,2019,38(3):144-148,233.3 顾荣,殷瀚,王肇康,等.大数据在线实训平台及综合实验课程体系设计J.实验技术与管理,2021,38(7):201-207.4 苏小红,赵玲玲,叶麟,等.基于MOOC+SPOC的混合式教学的探索与实践J.中国大学教学,2015(7):60-65.5 陈玉莲.对分课堂在中职信息技术教学中的应用研究D.南昌:江西科技师范大学,2022.（编辑：孙怡铭）