基于“慕课+”的螺旋渐进教学模式

0 引 言

教育部长陈宝生在四川成都召开的新时代全国高等学校本科教育工作会议上指出，人才培养的质量和效果是检验一切工作的根本标准，内涵建设、质量提升应体现在每一个学生的学习成果上。在学科频繁交叉、知识、信息爆炸的时代，世界范围新一轮科技革命和产业革命扑面而来，我国高等教育需因时而进，因势而新，在人才培养过程中，要遵循教育规律和人才成长规律，创新思想、创新理念、创新方法技术和创新教育教学模式，形成勇于创新和实践的高素质专业人才不断涌现的局面。

当前，创新教育教学模式已经成为改革与提升教学质量的必由之路。慕课的迅速发展，不仅对传统教学模式进行了创新，而且翻转课堂、碎片化学习、自主与互动学习、线上线下教学等模式对传统课堂教学也产生了巨大的冲击[1]。在推动高等教育变轨超车的目标指引下，探索“以学生为中心，学生学习成果驱动”的教育教学新模式，不仅是高等院校普遍关注的新焦点，还是当前迫切需要解决的问题。

1 新型教学模式的影响因素

为了解决传统教学中学生被动接受知识传授的问题，教育工作者积极探索新的教学模式，提出了案例教学模式、启发式教学模式、问题驱动模式、基于项目学习模式、团队学习模式、翻转课堂教学模式等。

案例教学模式的难点在于案例设计的深度与教师水平有关。启发式教学模式的难点在于教师能否巧设情境、抓住时机。问题驱动模式的教学效果取决于教师是否具备较强的课堂掌控能力和引导能力。基于项目的学习（project-based learning, PBL）[2]模式的效果取决于学生是否能达到项目学习的目标，并且解决项目中所出现的问题与学生自身的能力有关。团队学习（Team-based learning, TBL）[3]模式的效果与学生的主动合作意识和参与度有关。翻转课堂[4]模式拓展了学习时空，激发了学生的学习兴趣，培养了学生的研究性学习能力和创新能力。不足之处是学生在自主学习过程中不能与教师进行实时互动，当学生对知识的理解有偏差时，教师无法像传统教学模式那样，在课堂上及时解决学生提出的问题。

综上所述，已有的典型教学模式在加强学生素质，提高学生专业技能等方面表现出各自的优势。然而学生个体存在差异，例如有的学生上课认真听讲，但自学能力弱；有的学生上课不愿意互动，但具有较强的学习能力，动手能力强；有的学生自学能力强，且善于表达，上课愿意互动；因此在教学过程中，如果只是采用单一的教学模式，则很难满足所有学生的需求。

2 “慕课+”螺旋渐进教学模式在C语言程序设计课程教学中的应用

2008年斯蒂芬•唐斯和乔治•西蒙斯提出了慕课，即大规模网络开发课程平台（Massive Open Online Courses, MOOCs），2012年得到广泛的认同。慕课的迅猛发展，不仅引发了高等教育教学模式的创新，而且给高等教育带来了新的挑战和机遇。传统的课堂教学特点是重知识轻能力、重学轻思，学生通常是积累了很多“知识”，但也失去了创新的“动力”。C语言程序设计课程中实施“慕课+”螺旋渐进教学模式，旨在引导学生将知识内化为经验、能力，培养和提高学生的“分析问题能力+求解复杂工程问题能力+创新能力”。通过本课程的学习，学生将掌握C语言程序设计的基本概念、抽象思维和逻辑思维能力、算法分析与设计能力、程序设计与实现能力，并能够在设计环节中体现创新意识。“慕课+翻转课堂多元化教学+团队学习”的螺旋渐进教学模式如图1所示，整个教学过程由课前学习、课堂内化和实践强化组成。

以C语言程序设计课程教学内容中的循环结构为例，课前学习阶段（1）～（4）和课堂内化阶段（5）～（9）的具体步骤如下。

（1）布置视频学习任务：在第一次线下课程前，学生完成视频学习任务，掌握while语句、do-while语句和for语句的语法，理解循环嵌套的结构及其应用场景；并将学生分为若干个小组。

（2）自主学习：学生通过观看视频对循环结构进行自主学习。

（3）自我测试：学生完成视频中的相关测试。

（4）小组讨论：每个小组讨论老师布置的思考题，并给出解决方案。

（5）重点、难点分析：采用讲授法教学模式，对重要的知识点进行讲解。例如，当循环体语句超过一条，必须用花括号形成复合语句；强调for语句中的循环体必须有能够使得表达式3趋于假的语句，以保证循环正常结束；while语句和do-while语句中必须有能够使条件表达式趋于假的语句，否则将出现死循环现象；设计循环结构时，需要思考哪些语句是在循环开始之前执行，哪些语句是在循环中执行，哪些语句是在循环之后执行。学生学习有一个过程，每个学生对知识的认识能力不同。教师通过对重点及难点知识的讲解，可以加深学生对知识的理解。

（6）学生代表讲解：每个小组选派一个代表讲解程序，重点讲解自己的设计思路和算法原理，尤其是设计思想的特点；接着，该代表讲解在设计程序时需要注意的问题，以及自己出现的错误；最后，本组的其他学生进行补充。

（7）提问：采用研讨式教学模式。例如计算直到最后一项的绝对值小于10^-4为止。提问学生针对未知求和项数，仅知道终点条件的问题该如何处理。引导学生思考，对于之前学习的while语句、do-while语句和for语句，应该用哪条语句，采用不同语句的优点和缺点是什么？其次，对于问题中的一正一负的项目求和的一般处理方法是什么？最后，教师故意演示整数相除导致运算结果错误的程序，帮助学生理解并注意整数相除，结果依然是整数的性质。在提问环节中，引导学生积极思考、讨论、交流，从认识知识到消化知识，培养学生的探究能力。

（8）点评：在提问结束后，教师进行点评，进一步对基本理论及概念进行讲解并总结，保证学生知识的系统性和连贯性。

（9）布置任务：通过任务驱动式教学方式，继续给学生布置新的任务，并给予一定的引导，要求学生课后完成。在完成任务的过程中，学生要对所学知识进行思考、挖掘和灵活应用，从而掌握隐含在任务里面的知识。

课前采用慕课学习方式的目的是培养学生解决问题的自主学习能力，引导学生进行渗透式学习，使学生认识知识、吸收知识、活跃思路。课堂上采用翻转课堂多元化教学模式是以学生为中心，充分调动学生学习的积极性，激发学生的学习兴趣，改变学生被动接受知识的现象，提高学生对知识理解的深度和宽度；学生依靠自身努力达到学习目标，成就感的不断获得进一步激发了学生强烈的求知欲望和创造欲望，学生在运用知识的过程中创新知识。因此，课前学习和课堂内化促进了学生的个性发展，形成了认识知识、吸收知识、理解知识、运用知识和创新知识的螺旋渐进式发展。

实践环节是能力培养的一个重要环节，实践环节与教学环节有机地结合是学生实现知识、能力和素质协调发展的重要保证。然而，传统的实践环节基本过程是：学生按照实验指导书编写程序，然后将所得到的实验结果与预期的结果进行对比，最后做出相应的解释和分析。实验内容大多是验证性，枯燥单一。在这种模式下，学生的自由度很少，不利于发挥学生的积极性；学生的参与度不高，缺少探索激情，其创新能力很难得到行之有效的培养[5]。此外，有些学者提出的改进实验教学方法虽然在一定程度上激发了学生编写程序的兴趣，但是由于有限的工程知识和技能，一个人独立、成功地完成一个项目往往较为困难。为此，笔者对实践教学环节进行改进，引入团队学习模式。

在实践环节中，为了保证学生高效率地掌握知识，鼓舞学生持续保持浓厚的学习兴趣，实验题目分为3个层次：第1层次为基础性实验，这一阶段主要是树立学生的自信心，培养学生形成概念和解决问题的能力，以及学生学会提出问题的能力；第2层次为深层次实验，这一阶段主要是培养学生直接思维、发散思维和归纳思维的能力，以及以批评的方式系统推理的能力；第3层次为综合设计实验，这一阶段重点培养学生的综合能力。

以设计“学生信息管理系统”为例，这是一个综合设计实验。首先，小组进行讨论，这个系统应该分解为几个模块，每个模块涉及哪些知识点。学生通过讨论对系统分解的结果是：系统整体框架设计（模块化设计）、整个系统的菜单设计（选择结构）、学生成绩统计（循环结构）、学生成绩排序（数组）、学生信息的定义和处理（结构体）、学生信息查找（用指针实现）、学生信息的存储（文件）。团队学习模式加强了学生之间的交流与合作，学生通过交流，加深了对课堂知识和概念的理解，并将课程内容有效地结合起来。接着，学生分工对各模块进行实验方案设计；然后整合成一个完整的系统，观察并分析实验结果；针对实验结果，一方面检查实验结果是否正确，另一方面讨论实验方案是否是最优的，如果不是，还能进行哪些优化。此时教师根据学生实践能力的反馈，及时掌握学生对知识的掌握程度及薄弱环节，进而及时修订和完善教学内容。同时，教师将设计思路新颖、效率高的算法向全班同学展示，进一步拓展学生的思路。最后，实践环节通过处理实验数据、撰写实验报告等加强了学生科学工作的基本素养的培养。

在实践强化环节中，通过团队学习模式，学生不再是仅仅编写单一的程序，而是完成与实际紧密结合的综合应用实例，激发学生的实践兴趣；通过理论与实践相结合，激励学生以多视角来观察和解决问题、反思并锤炼自身发展的意识与能力；通过学生之间的相互交流与学习，培养了学生与他人合作的能力、责任意识和团队精神，为以后进行项目开发积累经验。实践环节通过3个层次的实验，培养了学生学习研究能力、分析问题能力、求解复杂工程问题能力、交流合作能力和创新竞争能力的螺旋渐进式发展。

3 “慕课+”螺旋渐进教学模式效果分析

为了检验“慕课+”螺旋渐进教学模式的教学效果，笔者选择了2个专业的学生，分别进行 “慕课+”螺旋渐进教学模式和传统教学模式，并在教学过程中分3个阶段对学生进行测试。第1阶段测试的内容是：基础知识、常量、变量和表达式、顺序结构、选择结构，5道题目，主要考核知识的掌握程度；第2阶段测试的内容是：循环结构、函数和数组，8道题目，考核知识的掌握和编程能力；第3阶段即期末测试，考核知识的掌握和综合能力。采用“慕课+”螺旋渐进教学模式和传统教学模式的学生在3个阶段学习成果评价对比如图2所示。

图2表明，第一阶段采用传统教学模式的学生掌握程度好。这是因为第一阶段主要是测试基本概念的掌握程度，传统教学模式以教师的讲解为主，教师的详细讲解有助于学生很快地理解知识并记忆。“慕课+”螺旋渐进教学模式要求学生首先通过看视频进行自学，然后教师在课堂上对重点、难点知识进行讲解。个人学习能力强的，则掌握得比较好；反之，个人学习能力弱的，则掌握得比较差。第二阶段不仅检测知识的掌握，还有能力测试，这时采用“慕课+”螺旋渐进教学模式的学生成绩略高于采用传统教学模式的学生成绩。这是因为经过一段时间的学习，采用“慕课+”螺旋渐进教学模式的学生已经适应了这种模式，学习能力和解决问题的能力逐步增强。期末测试结果表明，“慕课+”螺旋渐进教学模式通过课前学习、课堂内化和实践强化环节，引导学生将知识内化为经验、能力，提高了学生的分析问题能力、求解复杂工程问题能力和创新能力，因此采用“慕课+”螺旋渐进教学模式的学生学习成果比采用传统教学模式的学生学习成果有了显著提高。

4 结 语

创新驱动发展战略的提出、“互联网+”的发展以及“华盛顿协议”的签署，我国高等工程教育国际化进程日益加速，对创新型工程人才和工程师应对复杂系统问题的能力也提出了更高的要求[6]。西安理工大学计算机科学与工程学院在“学习能力、工程实践能力、创新能力、交流能力和国际竞争能力”的能力目标驱动下，根据知识的特点，对教学环节进行改革，构建了“慕课+”螺旋渐进教学模式，通过课前学习、课堂内化和实践强化环节的能力培养，激发了学生的创新思维，培养了学生具有科学研究精神和探求真理精神，磨练了学生的意志品质，提高了学生的学习能力，交流沟通能力，团队组织、分工协调能力和创新能力。计算机科学与工程学院组织学生参加2017“ACM-ICPC国际大学生程序设计竞赛亚洲区域赛青岛站”比赛和第十六届“图灵杯”竞赛取得的成果表明，我们所提出的教学模式对学生能力培养具有重要的意义。

基金项目：西安理工大学2018年学位与研究生教育教改研究资助项目“基于学习成果的研究生教学模式探索与实践”（xjy26）。

作者简介：李薇，女，副教授，研究方向为智能计算、机器学习，[e-mail]；王磊(通信作者)，男，教授，研究方向为智能计算、机器学习，[e-mail]。

参考文献：

[1] 徐晓飞, 李廉, 傅育熙. 发展中国特色的慕课模式提升教改创新与人才培养质量[J]. 中国大学教学, 2018(1): 23-24.

[2] Warin B, Talbi O, Kolski C, et al. Multi-Role Project (MRP): A new project-based learning method for STEM [J]. IEEE Transactions on education, 2016, 59(2): 137-146.

[3] Robert M. Adapting team-based learning for application in the basic electric circuit theory sequence[J]. IEEE transactions on education, 2015, 58(2): 90-97.

[4] Hawks S J. The flipped classroom: now or never?[J]. AANA journal, 2014(4): 264-269.

[5] 叶佩青, 张辉, 朱陶元敏, 等. 设计贯通式教学模式践行个性化人才培养理念[J]. 中国大学教学, 2015(7): 43-46.

[6] 周玲, 马晓娜, 孙艳丽, 等. 工程教育, 让世界更美好: 2015年全面工程教育国际研讨会（TEE 2015）综述[J]. 高等工程教育研究, 2015(4): 27-35.

（完）

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