0 引 言
教育部 2019 年发布的《关于一流本科课程建设的实施意见》 [1] 指出“课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量”，“必须深化教育教学改革，必须把教学改革落实到课程建设上”。
学校调查结果显示，学过至少一门编程语言的学生从 2019 年的 27% 增加到 2021 年的 30%，不同的班级或者同一个班级不学生之间的计算机编程能力差异很大，迫切需要改变现有的以教师“教”为中心的课堂教学方式，形成以学生“学”为中心的教学方式，从而有效地发挥学生主动性，解决学生学习差异性问题。
国内已经有一些高校在计算机程序设计的课程中采用了智慧教学工具，如兰州工业学院电子信息工程学学院的兰聪化等 [2]，将雨课堂、MOOC 和移动手机编程等方法运用到 C 语言程序设计课堂中；大连东软信息学院的肖尧等 [3] 基于智慧教学工具，将教学目标、教学成果、教学资源等分别按照层级组织，并在教学过程中实施全方位层级管理，实践表明该模式有效提高了教学效果；中国矿业大学的赵莹等 [4] 针对疫情期间在线教学面临的问题，将腾讯课堂与雨课堂相结合，实现了反馈互动的在线教学模式，并将其用于 C++ 程序设计课堂的教学实践，提升了学生参与课堂教学的积极性和主动性；西安科技大学计算机科学与技术学院的梁荣等 [5] 基于雨课堂进行了翻转课堂教学模式的实践。方式灵活、创新高效的教学模式极大地促进了教学手段和方式的变革，为教与学赋予了新的意义和活力。
1 混合教学模式的构建
1.1 教学工具的使用
教学中采用广泛的免费智慧教学解决方案——雨课堂，教师在计算机上安装“雨课堂” [6]，该软件在 PC 端体现为 PPT 的插件工具，借助该工具即可创建新的课程与班级。每次上课之前，学生通过扫码 / 邀请码加入班级，或者在授课时学生通过课堂二维码 / 暗号进入班级。
雨课堂将 PPT、慕课资源、手机微信软件融为一体，串联了演示、资源共享、教学互动等传统终端、互联网、移动终端的连通。通过其提供的课前预习内容发布、课中 PPT 演示与互动、课后的可控复习等串接功能，实现了阶段学习的无缝对接，灵活而有效地保障了学习的持续性，其及时的课堂互动反馈及课后数据统计分析，高效地反馈了教学中的每一个环节。随时课堂测试、弹幕、红包、随机点名等创新互动形式使课堂充满活力的同时，也促进了教与学的多元展现。
智慧教学工具具有多样化特点，包含电子文档、
、影视、语音和 PPT 信息，智慧教学工具获得的教学反馈数据内容信息量大，包括学生学习过程中对于课程内容、课程进度、课后习题等的掌握情况和存在问题，只有将信息技术与教学进行深度融合，才能实现智慧教学。计算机程序设计的课程中，教学以 C 语言为载体，以培养学生计算思维能力、自主学习能力与编程实践能力为目标，教师需要以此为指导方针，结合学生计算机编程能力差异很大，但是数理基础好、好奇心强、勤奋等特点，设计出合理的教学模式，探索教学方法，这是智慧课堂实施的关键。
1.2 教学模式的设计
计算机程序设计课程不仅要求学生学习算法，还要求学生能够通过编程实践，解决实际问题，在该门课程的课堂上会有理论的讲解以及程序的编写、调试和运行。因此，课堂以传统教学方式为基础，结合在线教学，采用“线上” +“线下”的混合教学模式 [7-10]，计算机程序设计的智慧课堂在教学工具、教学方式、教学内容等方面进行改革，首先设计出混合教学模式的实施框架，如图 1 所示。
（1）课前：教师线上发布 PPT，学生进行在线学习并提出问题，线上学习不要求掌握全部新的知识点，教师会根据学生的问题进行线上或者线下的答疑，线上借助笔记本、台式机、手机等硬件工具，雨课堂、 QQ 群和邮箱等工具软件。
（2）课中：线下采用多媒体教室，借助计算机、投影仪、手机等硬件工具，教师通过雨课堂与学生共享课件和资料，以教师讲解知识点及课堂演示实例编程为主，学生讨论或学生讲授若干知识点为辅的形式。每一章的内容讲授结束后，教师通过智慧教学工具的试卷功能发布题目，学生现场完成测试，用于检测和巩固课堂理论知识学习的效果。每节课前知识回顾或者课堂中有需要及时回答的问题时，教师进行答疑。
（3）课后：学生进行线上复习，提出理论课程和上机没有解决的问题，对于每节理论课的课件问题，通过智慧教学工具提供的功能，将学生不懂的部分统一汇总到教师端，由教师或者助教答疑。教师借助智慧教学工具提供的数据，总结学生在线上和线下的问题反馈，判断学生是否已经掌握各章学习要点，是否已经达到教学目标要求，并将这些信息用于调整教学进度、更新教学内容。
2 混合模式教学案例分析
2.1 课堂的基本信息
以中国科学技术大学计算机程序设计 A 班的学生为研究对象，采用雨课堂作为智慧教学工具，于 2019—2021 年的秋季学期开展了课程教学改革实践。课程的总理论课时为 60 学时，其中 40 学时采用智慧教学工具。每学年的班级总人数有所不同，每班约 60 人 , 其中少年班创新班人数约占 90%。
2.2 教学过程简介
计算机程序设计的教室配备计算机、投影仪和投影幕布，学生主要借助这些设备完成听课，而手机上同步的智能教学软件内容起到辅助作用，当学生对课件有些内容不理解或者有疑问时，点击自己手机同步接受幻灯片对应页码下方“不懂”按钮，即可将信息反馈到教师的“课件数据”。课后老师及时了解学生“不懂”的情况，与学生逐一交流解决。对于学生反馈较多的问题，教师要仔细分析问题产生的原因，并找到对应的解决方法，为学生提供个性化指导，并在下次课程时将重点问题进行解释分析。智慧教学工具给师生提供了“弹幕”的互动模式，当教师开启这一功能后，学生的文字信息会显示在课堂的大屏上，对于弹幕的问题，教师会在课堂上及时回复学生。
2.3 教学数据分析
智慧教学工具在课堂教学的实施效果统计数据见表 1。学生在这种教学方式下，积极思考，更多地参与课堂，并及时反馈新课件的内容的疑惑点。在表 1 中，主要统计了“课件不懂页数”和“弹幕”条数。
依据课堂的反馈结果，“数据类型、运算符和表达式”“控制结构与基本算法”“数组”和“函数”等章节问题集中在基本概念的理解，通过课后的讲解和实验都能够较好地得到解决。在指针这章，学生的问题最多，集中在“指针如何作为参数传递指针的地址信息”和“指向二维数组（行向量）的指针”这两个地方。指针被认为是 C 语言最大的难点，而指针与数组关系微妙，有必要向学生解释清楚数组与指针都是由基本类型开始重复派生所生成的，在表达式中，数组可以被解读成指针，但是数组不是“指向数组的指针”，而是“指向数组初始元素的指针”。在学生理解了指针与数组的关系之后，再进一步阐明函数形参的传址机制，同时结合实验中的相关编程练习，使学生真正掌握指针的用法，为后面指针在结构体和文件中的应用打好基础。“结构体”的学习中问题集中在链表的排序，通过课后增加不同的排序实例，并以动画形式演示如何用指针实现结点查找、遍历和连接，取得了较好的教学效果。
从课堂的统计数据来看，刚开始上课时弹幕的条数比较多，因为这种模式在高中没有，作为大一新生对于这种学习方式感到新鲜并觉得有趣。随着课堂的进行，弹幕的条数减少，因为大多数学生的学习主动性增强了，愿意直接举手提出问题，少数学生仍用弹幕形式问询。弹幕增强了师生互动、活跃了课堂气氛，但是过多的弹幕会影响学生听课的注意力和效果，所以教师可以有选择地开启该功能，例如，在课件内容较难的地方，需要启发学生思维的地方，短时间开启弹幕的功能。
此外，智慧教学工具还提供了手机扫码签到、问卷调查、课堂小测等功能等，方便了教学管理。工具软件的数据统计见表 2。采用智慧课堂，签到率达到 90% 以上，互动率也随之提高。统计数据便于老师及时了解课堂教学及学生的情况，为后续的教学活动提供了有力的支撑。在某个秋季学期的课程中，采用智慧课堂工具的随堂考核功能进行了 6 次课堂小测，表 2 中包含部分课堂小测的成绩数据。在完成每一章内容的线下教学之后，教师通过软件将测试题发给学生，学生在课堂上完成，教师批改后评估教学效果并将这些内容作为反馈结果，再次完善教学内容和教学方式。因为用手机编辑编程题非常耗时，所以采用作业纸完成，拍照上传，题目选择本章的重点和难点，数量和内容不宜过多。
第一次课堂小测的内容是数据类型、运算符和表达式，给出了两个主观题，一道题目测试不同运算类型和预算符优先级和结合性，另一道题目是字符型数组的加密编程。通过课后批改，发现少数学生没有掌握课程学习的知识，大部分学生能够熟练应用课堂已学的编程思想解决实际问题，有近五分之一的学生已经超前课堂进度，能够采用书本后面章节的方法来编程，算法新颖而高效。依据这些反馈信息，教师加快了课堂进度，在上机编程时给出难度更大、更有挑战性的选做题，以提高不同层次学生的学习主动性 , 激发学生潜能。
第四章的第一部分选择结构部分试卷包括两个主观题：模拟银行取钱场景和用 switch 语句判断控制台输入的某个月份属于春、夏、秋、冬哪4 个季节。这两个命题是用条件判断语句解决日常生活的问题，目的是通过代码的编写掌握控制语句的程序设计方法。从测试结果看，学生已经学会了相关的语法知识点，但对于实际问题的抽象描述方法还没有熟练掌握，需要在后面的课程中多增加编程例题，更多地训练计算思维能力。
3 教学效果分析
在教学方式改革的学期中，进行了投票，其中支持课堂使用智慧教学工具的学生占班级总数的 90%。学校期末问卷调查（匿名）的选项“教师善于与学生互动，有良好的课堂氛围”得分为92 分，选项“通过该课程学习，我掌握了大量相关知识，知识结构得到了完善”得分为 91 分，选项“通过该课程学习，我的分析问题、解决问题、探究问题、自主学习能力均得到了提升”得分为 90 分，可见绝大部分的学生对智慧教学工具走进课堂持认可的态度。教改所在的班级在期末的全校统考中也获得了很好的成绩。
3 个学期的教学实验表明借助智慧课堂教学工具，较好地体现了以学生为中心的教学方式，线上线下混合教学模式实现了教学内容和教学方式的深度融合，充分调动了学生学习程序设计的主动性和创新性。
4 结 语
早在 2009 年，中国科学技术大学已将计算机程序设计列为面向全校所有专业的通修课程，教研室以 C 语言为载体，逐步推进课程内容与教学方法的改革。为满足不同基础学生的学习需求，本课程采用进阶班、 A 班和 B 班的分层次教学模式，在全校推行统一教材、统一考试和阅卷，不断探索提高教学质量的方法。本课程连续十年被评为中国科大毕业生十大“收益最深的课程”之一。将智慧教学工具引入计算机程序设计课堂，在有效提升教学效果的同时，能初步达到培养学生能力与素质的目标，将知识课堂转化为智慧课堂。本课程下一步的教学改革思路包括探索新的教学模式以适应不同专业的培养需求，培养学生的团队合作能力、综合实践能力，为进一步的专业深造打下基础。
参考文献：
[1] 教育部. 关于印发《一流本科课程建设的实施意见》的通知[EB/OL]. [2022-07-21]. http://www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191031_406269.html.
[2] 兰聪花, 何辉. C语言程序设计课程教学改革与实践[J]. 工业和信息化教育, 2020(4): 29-32.
[3] 肖尧, 李婷婷, 刘子源. 基于“雨课堂”的层级管理模式在混合式教学中的应用[J]. 计算机教育, 2021(8): 147-151.
[4] 赵莹, 刘佰龙, 王志晓. 腾讯课堂与雨课堂相结合的反馈互动式在线教学模式[J]. 计算机教育, 2021(2): 13-16, 21.
[5] 梁荣, 张进, 崔海文. 基于“雨课堂”的翻转课堂教学模式实践[J]. 教育教学论坛, 2019(34): 155-156.
[6] 王帅国. 雨课堂: 移动互联网与大数据背景下的智慧教学工具[J]. 现代教育技术, 2017, 27(5): 26-32.
[7] 刘芳, 邓玉, 纪兆华. 基于“雨课堂”的《高级语言程序设计C》混合式教学模式研究[J]. 科技创新导报, 2020(6): 162-163.
[8] 张翠平, 赵晖. 基于雨课堂混合式学习的 C 语言课程教学设计[J]. 计算机教育, 2019(3): 85-88.
[9] 张燕红, 李瑛, 温明明, 等. 基于雨课堂的大学计算机基础课程智慧教学模式研究[J]. 计算机教育, 2020(3): 76-79.
[10] 李志芳, 牛琳. 以培养学生自主学习和问题求解能力为出发点的教学改革研究[J]. 软件, 2020, 41(1): 106-109.
基金项目： 安徽省高等学校省级质量工程重大教学研究项目“以生为本的计算机程序设计通修课程教学改革”（2018jyxm1409）；安徽省教学研究项目“智慧教学工具在计算机程序设计通修课程中的应用”（2020jyxm2268）；中国科学技术大学校级教学研究项目“线上线下混合式课程”（2020xylkc020）。
第一作者简介： 秦琳琳，女，中国科学技术大学高级工程师，研究方向为人工环境建模与控制、工业自动化，qinll@ustc.edu.cn。
引文格式：秦琳琳，王雷，王百宗. 智慧教学工具在计算机程序设计课程中的应用[J].计算机教育,2023(2)：109-113.
转自：“计算机教育”微信公众号
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