0 引 言
“四新”探索是高等教育领域的新教改、新质量、新体系、新文化 [1]。互联网、人工智能对学科发展和专业人才培养都产生了非常大的冲击，程序设计基础课程应深刻把握新时代的发展规律，面向国家产业发展需要和学生专业发展需求，进行培养方案和课程体系的优化。程序设计基础课程是大学第一门计算机课程，也是本科生公共基础课程，旨在通过程序设计学习，培养学生的计算思维能力和逻辑思维能力，提升学生分析和解决问题的能力。面向人工智能时代的“四新”人才培养，程序设计基础课程如何通过学科交叉、产学协同，加强学生创新实践能力培养，激发学习兴趣，提升综合素质是值得探讨的重要问题。
1 拟解决的问题
传统教学模式在能力培养和创新实践方面主要存在以下 4 点不足。
（1）侧重理论知识讲解，实践不足。程序设计实践课程作为理论课的辅助部分，教学内容设置上缺乏系统性与完整性。
（2）实践课程线下课堂存在时间、空间上的限制，课时不够、实验设备不足等现状制约了学生运用理论知识解决实际问题的能力获取与发展。
（3）验证性实践训练占比较大，综合设计性、创新研究性、开放性实验较少，多学科融合实验项目缺乏，不利于学生创新和综合能力的提升，不同层次学生的差异化需求无法得到满足，降低了非计算机类专业学生学习编程的兴趣。
（4）过程性评价方式单一，缺少有效的过程化管理机制，不利于学生学习数据的收集、整理和分析，使教师无法及时全面地掌握学生学习情况 [2]。
2 基于百度人工智能平台的混合式教学模式
早在 2018 年中华人民共和国教育部就已经在《教育信息化 2.0 行动计划》[3] 中明确指出“必须强化以能力为先的人才培养理念”。能力是完成一项目标或者任务所体现出来的综合素质，它与实践紧密相连，实践是人们发展能力和展现能力的途径。与传统“以知识传授”为主的课堂教学相比，能力为先理念下的课堂教学应该以知识的学习为起点，以能力、素质和创新的培养为目标 [4]。为了迎接数智时代和“四新”建设要求给高校创新创业教育带来的挑战，解决上述教学问题，应创新构建信息化、数字化、立体化教学混合式教学模式。
混合式教学是指线上 + 线下的教学模式。线上教学部分依托互联网大幅度地扩展了有限的教学资源，同时在教学组织、教学数据采集、教学反馈等方面的有着极大的优势。线下教学则在师生互动、生生互动及教学监管方面具有优势。二者相互衔接，互为基础，相辅相成。混合式教学的目的是充分发挥线上 + 线下两种教学的优势，以最大限度地提升传统教学的效果。
2.1 基于百度人工智能平台的“双线三阶”混合式教学模式
将百度优质教育资源和成熟的人才培养模式与高校程序设计课程人才培养过程相衔接，构建线上线下双线交叉互补，“慕课 MOOC+ 翻转课堂 + 百度人工智能平台” 三位一体的“双线三阶”混合式教学模式，如图 1 所示。学生课前通过慕课线上学习和测验，可以实现随时随地、异时异地自主学习，不受资源、条件的限制而获得高水平的教育。课中翻转课堂上分组协作、研讨交流，促进协同学习、协同创新，实现教与学深度融合、知行并进。课后学生在百度平台上进行实践训练、自主设计、创新探究实现考核创作化。
“双线三阶”混合式教学以学生的学习成果输出为目标，实现“系统化、主动化、个性化、互动化”的教与学，构建内容硬核、模式灵活、考核多样、效率倍增的课程，解决传统授课模式侧重知识点，实践不足，综合设计性、创新研究性、开放性实践较少以及评价方式单一的问题。
2.2 BOPPPS 有效教学法
依据教育学的客观规律，可以得出如下公式：
教学效率 = 教学效果 / 教学投入
或者
教学效率 = 有效教学时间 / 实际教学时间
教学效果公式表明教不等于学。有效的教学等同于“有效果”和“有效率”，要达成这两点，教和学就不能是单一而谈。教学和学习形成的共同体才是实现有效教学的前提。“双线三阶”混合式教学采用 BOPPPS 有效教学法提高学生学习参与度和教学效率。通过前导、目标、前测、参与式学习、后测、总结六大环节提高教学效果。
（1）前导 B：教师在课前采用或者创设多种情境的方式引入教学。
（2）目标 O：以布鲁姆教育目标分类法作为标准。教师通过价值、信念、态度的传输，让学生明确学习的方向和目标。
（3）前测 P：前测是“学生对课程主题已经了解了什么”的预评估。预评估可以揭示学生的兴趣，了解学生对复习的需求，帮助教师调整课程教学的深度和速度，以更好地适应学生群体，使教师能够对个人的长处和短处有相应的了解。
（4）参与式学习 P：参与式学习是“双线三阶”混合式教学的核心和主体部分，翻转课堂的目标就是鼓励学生尽可能积极地参与学习过程，旨在通过有一系列有意义的活动或学习事件，帮助学生实现指定的教学目标，达到期望的结果。例如，通过翻转课堂开展辩论、情境模拟、实践操演、个案研究、分组讨论、反思报告等多种教学组织形式，增强师生、生生之间的互动性，有效提高学生参与度。
（5）后测 P：通过后评估直接了解学生是否确实已经学习并达到预期目标或取得相关结果，包括学生学到了什么、预期目标是否实现。
（6）总结 S：教师引导学生回顾并反思，帮助学生整合学习、融会贯通。
3 “双线三阶”混合教学实践
3.1 MOOC 资源建设建设
具有“系统化”“一体化”特点的全英文国际慕课课程，构建每节课的课前 / 课后测试试题库、线上讨论案例库，满足学生“自主化”“主动化”学习需求。基于 MOOC 和百度人工智能平台进行线上线下混合式教学，由资源和平台构建多元化的学习空间和智能化的学习环境，通过实践环节促进学生讨论、思考和探究。智慧视域下构建数字化课堂、互联网辅助教学、钉钉虚拟教室等立体化混合式教学环境，使教学效果可观可控，学生能力可评估、可量化。
3.2 超大规模程序设计实践项目试题库建设
基于百度人工智能平台建设一个超大规模程序设计实践项目试题库，覆盖各类本科院校、高职院校，植根课程（程序设计类、数据结构类、算法设计类等），以在线评测 OJ 为评测系统，按知识点、能力点分为初级、中级、高级 3 个层次、 9 个阶段，满足不同能力、不同基础学生的学习需求，推动课程建设、教材建设、教学改革及教师教学能力提升。目前我们已完成题面、程序、测试数据集、题解文档共 33 000 个，其中初级 5 445 个、中级 13 800 个、高级 13 800 个、中控文件 143 034 个，规模在西部地区首屈一指。
试题库结构基于成果产出导向理念反向设计，对课程内容进行有机整合，通过“做中学”的教学模式，集“理论 + 设计 + 创新 + 实践”等教学环节为一体，按教学规律、课程知识点和能力点设置，分层次设计 1 800 个实践项目试题库，见表 1。对学生进行系统化的训练，满足不同基础学生的“高阶个性化”学习需求。试题库按教学内容组织，按“知识集”分若干专题训练，形成个性化训练阶梯，引导学生重视实践能力的提高。
初级一阶 L1 ：掌握基本语法；
初级二阶 L2 ：熟练简单运算；
中级一阶 L3 ：进阶复杂的算法；
中级二阶 L4 ：达到计算机行业内各大公司互联网项目笔试标准；
高级一阶 L5 ：能够通过高校国际大学生程序设计竞赛（ACM）选拔；
高级二阶 L6 ：省级 ACM 题；
高级三阶 L7 ：国家级 ACM 铜牌题；
高级四阶 L8 ：国家级 ACM 银牌题；
高级五阶 L9 ：亚洲级 ACM 金牌题。
3.3 百度人工智能平台应用
百度人工智能平台全方位覆盖训练、作业、设计、竞赛全环节，含不同层次的训练题、题解微视频等立体化教学资源，从思维导向和实践导向两个方面培养学生的批判性思维、逻辑思维、形象思维和创造性思维，将这些思维应用到创新创业过程中，促进学生主动学习、协作式学习，真正推动人才发展，推动程序设计教学变革。
3.4 教学过程
针对课程教育教学目标，以布鲁姆教育目标分类法作为标准，将课程总体目标分解成一个或多个具体的学习目标，让学生明确在课程结束时应该知道、思考、重视或做什么，以及如何做好或者应该达到什么标准或准则。
开始学习的阶段，教师帮助学生建立学习动力并解释课程为何重要。例如，讲述与课程主题相关的故事，提出与当前主题相关的问题，吸引学生注意力，帮助学习者专注于课程中即将学习的内容；同时解释学习该主题的理由或者为什么这个主题很重要以及它在特定情况下如何有用。
前测阶段通过学情分析、问卷调查等方法和手段分析评估学生数理基础、学习效果，掌握学生兴趣与能力，动态调整课程内容的深度与进度，实现个性化教学。
通过翻转课堂围绕课程材料中产生的特定问题进行小组讨论，如通过小型软件开发或解决编程小问题等简短的应用任务，引导学生反思；组织学生进行“思考—结对—分享（TPS）”协作式学习， TPS 策略要求学生独立思考一个主题或一个问题的答案并与同学分享想法。学生通过两两交互，对课程要点进行批判性探讨与思考，并共同解决问题，独立进行任务演示；学生互评，如学生解决一个问题，然后相互评估彼此的工作；针对现实中具体的开发任务、实际工程案例进行角色扮演、案例研究、场景模拟等。
通过后测阶段评估学生学习效果。根据布鲁姆教学目标法，针对教学目标为“知识回忆和理解”的部分采用以下方式评估基础知识和思维：选择题、对错题、匹配、简短的书面回答或测试、简短的口头回答或测试。针对教学目标为“应用、分析、评估和创造”的部分通过以下方式评估更高层次的思维：解决问题的任务、论文与评论、创新或解释、情景分析。针对教学目标为“技能”的部分通过以下方式评估：评分量表、使用该技能开发产品或产生示例、学生演示或示范。针对教学目标为“态度（价值观）”的部分通过以下方式评估：笔记、其他个人反思作品等。
在学习周期结束时，通过总结为学生提供简要反思和整合学习的机会。总结包含教师或学生简要回顾要点进行学习内容的总结、学生分组讨论任务进程、教师反馈、教师对学生努力和成就的认可和评定、对有效的成果确定后期如何运用、创建个人行动计划、以“每个人的总结句”为主题的快速圆桌会议式个人总结。
融合 BOPPPS 有效教学法的“双线三阶”混合式教学模式，首先保障了教与学“有效果”，即教学活动结果与预期教学目标的吻合程度高；其次是“有效率”，教学效果与教学投入比值大；第三是“有效益”，教学目标与特定的社会和个人的教育需求吻合程度高。
4 教学效果
近 2 年国内外线上线下学习人数 5 348 人（中国大学 MOOC 1 293 人，爱课程 3 582 人），完成单元测试 62 916 题次，含也门、沙特等十几个一带一路沿线国家。随机对 2 280 名学生进行问卷调查，以了解学生对混合式教学模式的适应情况，每周自主实践训练时间如图3 所示。
调查结果显示：① 100% 的学生支持并积极参与了线上线下混合式教学；② 100% 的学生可以熟练使用各种教学设备和工具；③ 100% 的学生积极投入实践题库的训练， 95% 的学生每周自主实践训练时间为 3 h 以上；④ 94% 的学生以为解析视频对提高学习有效果。
5 结 语
程序设计基础课程教学针对“四新”建设如何赋能创新创业教育，尝试突破常规教学方式，依托百度人工智能平台，多学科融合开展知识理解性、应用分析型、技能传授型、态度价值型等多形态强化训练，采用案例化教学，设置综合设计性实验、创新研究性实验、开放性实验等，推动学生创新和综合能力的提升。授课过程以原先的讲解语法为主变为以实践为核心，从问题求解的角度对学生进行由浅入深、循序渐进的实践训练。实践训练从企业的角度和真实的市场需求出发，将企业需求、问题解决、创新创业的全链条人才培养理念贯穿始终，并在这个过程中融入程序设计的思想和批判性思维、逻辑思维、形象思维、创造性思维，从而使得原先割裂的理论知识和综合能力培养融为一体，弥补了原有课程设置的不足，探索出一条以产学协同育人为牵引，依托人工智能综合实践平台赋能学生创新能力培养的人才培养路径，切实提升了学生的创新能力、合作能力与实践能力。
参考文献：
[1] 吴岩. 深化“四新”建设, 走好人才自主培养之路[J]. 重庆高教研究, 2022, 10(3): 3-13.
[2] 王雪, 姜学锋, 刘君瑞, 等. 线上线下混合式教学模式在C语言程序设计实验教学中的应用[J]. 计算机教育, 2021(11): 152-156.
[3] 中华人民共和国教育部. 教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[EB/OL]. (2018-04-25)[2022-08-26].http://www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.
[4] 种惠芳, 王亚利, 马延周. 能力为先理念下的课程教学研究与实践: 以程序设计基础课程为例[J]. 计算机教育, 2022(5): 36-41.
基金项目：陕西省重点研发计划项目“海量多态信息的机器学习、融合与数据挖掘研究”（S2023-YF-YBGY-0443）。
第一作者简介：汪芳，女，西北工业大学副教授，研究方向为计算机软件与理论，wangf@nwpu.edu.cn。
引文格式：汪芳，李轩涯，李春科，等. 基于百度人工智能平台的程序设计课程混合式教学探索[J].计算机教育,2022(10):36-40.
转自：“计算机教育”微信公众号
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