满足不同能力水平学生学习需求的差异化教学设计

0 引 言

随着编程教育的低龄化趋势，很多地区已经逐渐在中小学开设了计算机及编程类课程。计算机相关课程普及程度的地区差异性，造成了计算机、软件工程、信息类专业的大一新生在开始学习程序设计类课程时知识及能力储备上的差距日趋明显。此外，不同学生对新的学习环境和学习方式的适应能力不同，思维方式转变的速度不同，也加剧了在刚开始学习程序设计类课程时学习速度上的差异。传统线下课堂难以满足所有学生的差异化学习需求，通常造成有些学生“吃不饱”、有些学生“不消化”的尴尬现状。

大规模在线开放课程（Massive Open OnlineCourses，MOOC）等多种形式的在线课程成为了对传统课堂教学的重要补充^[1-2]。学生可以不受时间和地点的约束，随时随地自由选择学习内容，参与线上学习活动。教师也可以通过建设线上课程，辅助线下课堂教学，通过线上线下相结合的混合式教学模式满足不同能力水平学生的学习需求，从而全面提升教学效果，特别是在新冠肺炎疫情防控期间，按照教育部“停课不停教、停课不停学”的要求，全国大中小学都进行了不同形式的在线教学探索与实践，显著推动了线上教学在实际教学中的应用。

然而，如何有效结合线上线下教学活动，特别是针对程序设计类课程学生基础及能力上的明显差异以及课程本身实践性强、入门难的特点，实现满足不同能力水平学生学习需求的差异化教学模式，仍然是大学低年级程序设计类课程教学要解决的关键问题^[3-6]。

1 学生编程基础的差异化现状

为了解学生的编程基础，2018 年，我们重点针对学生入学前的编程经历进行了调查。在参与调查的239 名学生中，有46 人曾接触过计算机编程，接近参与调查总人数的20%，其中，7人（3%）从小学开始接触编程，16 人（6.7%）从中学开始接触编程，23 人（10.3%）从高中开始接触编程，即约10% 的学生在高中之前已经开始接触编程。此外，11 人（4.6%）曾参加过小型项目的开发实践，7 人（3%）参加过信息技术类竞赛。

2019 年，我们进一步从计算机操作、软件操作和计算机编程3 方面细化了对学生学习基础的调查。在参与调查的155 名学生中，有24 人曾学习过编程课程，占参与调查人数的16%；没有接触过编程的学生中，有25 人（16%）能够熟练使用Excel、PowerPoint、Photoshop 等常用工具软件，23 人（15%）很少使用计算机；有83人（约占总人数的54%）没有接触过编程，但是能够熟练使用计算机。

从上述两份问卷调查结果可见，近两年入学的新生中已经有近20% 的学生不同程度地接触过计算机编程。在细化调查内容之后，由2019年的调查结果可见，有15% 左右的学生很少使用计算机。不同的知识和能力储备，使得学生在开始学习程序设计基础课程时面临的学习压力明显不同，开课初期的学习速度差异较大。

2 普通线下教学模式中学生学习速度的差异化分析

程序设计基础是计算机相关专业的第一门基础课，主要涉及程序设计的核心概念，实践性较强。在课程进行的不同阶段，我们对2019 级学生的学习状态进行了问卷调查。具体地，将学生的学习状态分成4 类，分别用A、B、C、D 表示，其中，A 表示完全能够理解和掌握所学内容并希望加深课程难度；B 表示完全能够理解和掌握所学内容；C 表示基本能够理解和掌握所学内容；D表示完全跟不上课程进度。在完成顺序程序设计、分支与循环、函数、结构体和数组4 部分内容后，我们分别组织了4 次学习状态调查，调查结果如图1 所示。

图1 中，每一阶段的矩形从上到下分别表示A、B、C、D 4种不同的学习状态，矩形上的数字对应处于该状态的学生人数占参与调查学生总数的百分比。从上述调查结果可以看出：①认为课程内容比较简单，希望提升难度的学生（即A 类，图中各阶段最上层矩形）始终占参与调查人数的7%，表明这部分学生应该具有扎实的编程基础，尽管从第1 阶段到第4 阶段课程难度和综合性逐渐提高，授课内容和难度仍然还是无法满足他们的学习需求；②随着课程难度的不断提升，能够完全或基本跟上课程进度的学生比例（即B类和C类，图中各阶段中间两层矩形）随着课程难度的提升逐渐降低，到最后1 阶段略有回升，这主要是因为从第1 阶段到第3 阶段，教学内容逐渐复杂，而到第4 阶段，学生已经完成了程序设计基本概念的学习并经过了一段时间的训练，部分学生在能力上已经有所提升，使得第4 阶段能够跟上进度的学生比例有所回升；③类似地，跟不上进度的学生比例（即D 类，图中各阶段最下层矩形）则在前3 个阶段随着课程内容难度的提升逐渐提升，而到了第4 阶段则有所下降，后期基本维持在16%~21%。

可以看出，随着课程内容难度和综合能力要求的逐渐提高，学生在理解和掌握课程内容的速度上呈现出差异化趋势。如果只针对中间75%左右的学生组织授课内容，势必无法满足前7%和后16%~21% 的学生学习需求，造成前7% 学生“吃不饱”、后16%~21% 的学生“不消化”的局面。

3 各类线上教学方式及教学活动中学生学习效果分析

3.1 受访者基本情况

在新冠肺炎疫情防控期间，按照教育部“停课不停教、停课不停学”的要求，全国大中小学都进行了不同形式的在线教学探索与实践。我们针对程序设计类课程的线上教学效果进行了问卷调查。本次调查共收回问卷754 份，参与调查的学生包括大一347 人、大二199 人、大三187 人和大四21 人，其中66.45% 的学生在疫情之前就进行过线上自主学习，19.76% 的学生每周线上学习时间超过15 小时，18.17% 的学生每周线上学习在10~15 小时，30.9% 的学生每周线上学习在5~10 小时，即大部分学生在疫情之前每天线上学习1 小时以上。

3.2 各类在线教学方式下学生学习效果调查分析

在受访者参与的线上教学方式中，采用在线直播和SPOC 形式的课程最多，754 位学生中分别有582 人和560 人参加了在线直播和SPOC 形式的线上课程；录播形式课程次之，有470 人选择了此项；辅导式为主的教学课程最少，362 人选择了此种形式。

从学习效果的反馈上看，认为直播方式效果更好的人数最多，达到449 人；认为SPOC 效果较好的学生数次之，共330 人；认为纯录播式和辅导式效果好的学生最少，分别为289 人和242人。对比不同在线教学方式的组合方案，55.5%的学生更希望采用直播+SPOC 的形式，即希望教师能够先直播半小时左右介绍本节的重点难点，然后再自行观看视频，同时教师在线实时答疑；36% 的学生则表示希望教师能够采取边讲边操作的形式讲解课程内容；其余3% 的学生更倾向于全程直播讲解，5.5% 的学生希望单纯使用SPOC。

从上述调查结果可见，学生并不喜欢和平时上课一样的“满堂灌”讲解模式。在课程安排中留一定时间给学生思考或操作验证，并及时予以答疑支持，可以更好地满足学生个性化学习需求，使学生达到更好的学习效果。

3.3 各类在线教学活动对学生学习效果影响的调查分析

在线上教学过程中，教师通常会安排签到、调查问卷、课堂测验、点名/ 提问、在线讨论等教学活动。参与调查的754 位学生中，认为在线讨论和课堂测验对保证学习效果的帮助最大，分别为443 人和400 人；认为签到和点名/ 提问有帮助的次之，分别为180 人和162 人；119 人认为调查问卷帮助较大，明显少于其他两项活动。

具体地，41% 的学生希望每节课都能有签到环节，他们认为签到具有一种仪式感，更能够使其进入学习状态；44.8% 的学生希望每节课都有点名/ 提问环节，能够使其保持紧张的上课状态；76% 的学生则认为课堂测验对线上学习能够起到积极的督促作用；对于课堂测验的频率，43.5% 的学生希望每两次课或每周有一次课堂测验， 分别有17.6%、15.4%、17.4% 的学生希望每次课都有测验、每两周一次测验和偶尔一次测验；85.5% 的学生认为课后作业对线上学习起到积极的督促作用。类似于课堂测验频率，50.8%的学生希望每两次课或每周能有一次课后作业；22.1% 的学生希望每次课都能有作业；15.1% 的学生希望每两周有一次课后作业。

从上述调查结果可见，课堂测验和在线讨论是学生认为能够保证学习效果最主要的教学活动，而绝大部分学生肯定了课堂测验和作业对于学习的督促作用，半数左右的学生倾向于以每两次课或每周一次的频率布置课堂测验和课后作业。

4 常态下满足不同能力水平学生学习需求的差异化教学设计

4.1 常态下开展差异化教学的必要性和可行性

经过这次对全线上教学全面而深度的体验，普通线下课堂教学仍然是大部分学生比较喜欢的教学方式。61.1% 的学生认为普通线下课堂上的学习效果更好，60.3% 的学生认为普通线下课堂上的学习效率更高。学生喜欢线下课堂的原因大多数是因为在线下课堂注意力更集中，学习氛围更好，能够与老师和同学有更直接、高效的交互，从而节省学习时间；而倾向于线上教学的学生则主要因为能够更自由地安排学习节奏，时间弹性大，且能够按需回看教学内容进行复习。也有部分学生表示，线上学习可以不受周边环境影响，更安静，更专注。

从上述对学生入学基础和学习速度的调查结果以及学生对线上教学效果的总体评价可见，学生在学习程序设计类课程时能力水平参差不齐，统一标准、统一内容的教学安排难以满足不同能力水平学生的个性化学习需求，这已经成为传统线下教学不得不解决的关键问题。线上学习则能够提供更大的灵活度， 支持学生按需预习、复习甚至进行拓展学习， 作为对普通线下教学的有效补充方式。通过在课前、课中、课后针对不同能力水平学生的学习需求提供差异性学习资源和学习任务，形成满足不同能力水平学生学习需求的差异化教学方案， 将有效提升学生整体学习效果和学习收益。

在对于疫情后常态下教学模式的期望的调查结果中，59.3% 的学生希望仍然以线下教学为主，辅以线上辅助教学；28.4% 的学生认为线上线下并重的混合式教学将成为主流。显然，线上课程的作用已经得到了绝大部分学生的认可，有效融合线上线下教学，开展满足不同能力水平学生学习需求的差异化教学将成为常态下优化教学效果的必然发展方向。

4.2 常态下满足不同能力水平学生学习需求的差异化教学设计方案

在第2 节中，将学生的学习状态划分为A、B、C、D 4 类。对于A 类学生，统一教学内容往往不能满足其对学习深度和广度的要求；D 类学生则需要更多的学习指导，提供充分的预习和复习资源，将有助于他们提升实际学习效果。此外，根据第2 节中的调查分析，上述学生分类可能随着课程内容的进展动态变化，因此，需要通过有效的教学手段及时调整学生分类，做好动态学情分析，最大程度地发挥出不同教学活动的优势，从而满足不同能力水平学生的学习需求，通过实现差异化教学全面提升学生的能力水平。

基于上述对各类在线教学方式和教学手段的教学效果分析，教师可以将直播、SPOC、慕课堂有效融入日常线下教学，形成一套面向能力提升的程序设计类课程差异化教学设计，如图2 所示。

首先，在每次上课前，为了帮助学习有困难的学生提高课上学习效率，可以利用SPOC 平台预先提供视频、文本等预习材料，并结合一些检验基本概念掌握情况的客观题，从而帮助这部分学生更快速地掌握本节课程要点，提高其课上学习效率。

然后，在线下上课过程中，教师则可以利用慕课堂等线下课堂教学工具布置课堂讨论和课堂测验。与传统课堂口头提问相比，借助课堂教学工具能够保证全员参与课堂互动。教师可以针对难点内容布置课堂讨论，激发高水平学生深入思考，提高其学习获得感，同时，通过他们的交流与分享带动其他同学，开阔思路。针对课程重点内容布置课堂测验，则可以更精准地了解和把握低水平学生的学习难点。在课后作业的布置上，除了保证评价公平的统一作业外，还应针对学生不同能力水平布置不同难度的选做作业，并提供知识扩展性学习资料，帮助学有余力的学生在深度和广度上继续拓展，支持学习有困难的学生进行循序渐进的层级化训练。

最后，结合学生在课前、课中和课后学习过程中出现的问题，以线上直播的形式进行阶段性总结和答疑。与线下课堂的出勤要求不同，线上直播则可以采取自愿参加的方式。由于不需要场地，时间安排也相对灵活，教师可以针对不同内容，面向不同能力水平的学生开展专题直播，从而帮助学生有效解决学习中遇到的各种问题。例如，对于能力较强的学生，可以设计拓展深度、广度的主题；对于能力水平较低的学生，则可以进行难点答疑或者边讲边演示类的手把手操作指导，从而实现对不同能力水平学生的个性化能力提升。

5 结 语

基于程序设计类课程实践性强、学生学习能力差别大的特点，设计的将直播、SPOC、慕课堂有效融入线下教学的优化设计方案，通过对学生线上线下学习记录的分析，划分学生能力层级，提供针对不同能力水平学生学习需求的学习资料和学习任务，能够有针对性地实现不同能力水平学生的个性化能力提升，从而全面提升学生的程序开发能力。

参考文献:

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[2] 陈肖庚, 王顶明. MOOC的发展历程与主要特征分析[J]. 现代教育技术, 2013, 23(11): 5-10.

[3] 张翠平, 赵晖. 基于雨课堂混合学习的C语言课程教学设计[J]. 计算机教育, 2019(3): 85-88.

[4] 董文永, 邵艳玲, 刘树波, 等. 基于深度学习策略的算法设计分析类课程线上线下混合教学设计[J]. 计算机教育, 2020(2): 16-20.

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[6] 丁又红. 如何实现课堂与线上教学的有机整合[J]. 实验教学与仪器, 2018(增刊1): 97-98.

基金项目：教育部微软产学合作协同育人项目（201801008014）。第一作者简介：那俊，女，东北大学讲师，研究方向为边缘智能，[e-mail]。

引文格式：那俊，徐彬，李丹程. 满足不同能力水平学生学习需求的差异化教学设计[J].计算机教育，2020（9）：优先出版.

（完）

（微信编辑：史志伟）

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