数智技术背景下C语言课程的教学设计与实施

摘要：本文针对C语言课程教学中存在的以教材为中心的教学内容不能很好地促进工程思维能力培养、以教师为中心的教学方法不能很好地促进学生自主学习意识培育、以知识为中心的教学评价不能很好地促进学生能力的持续改进等问题，分析了数智技术背景下C语言课程教学设计的改进思路，介绍了递进式教学目标、任务型教学内容、探究式教学策略、参与式教学活动、多元化教学评价的具体设计，最后说明了教学实施效果。

关键词：数智技术；教学设计；C语言

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）23-0000-05

引言

随着科技的进步和数字化的发展，教育领域迎来了前所未有的变革，国家相继出台了一系列政策文件。《中国教育现代化2035》提出“推进教育现代化的基本理念之一就是‘信息化引领构建现代教育体系’”。《教育部2022年工作要点》提出“实施教育数字化战略行动”“加快推进教育数字转型和智能升级”。党的二十大报告进一步明确“实施科教兴国战略”和“推进教育数字化”。2024世界数字教育大会发布“人工智能赋能教育发展”倡议，旨在利用大数据、人工智能、云计算等先进数字技术，通过搭建在线教育平台、开发智能教学系统、利用虚拟现实和增强现实等技术手段，为教育提供全新的可能性，从而提升教育质量和效率，促进教育公平，培养具有创新能力和国际竞争力的人才。数智技术不仅改变了教育形式，更对教育理念、教学文化产生了深远影响。[1]为了适应教育改革的新形势，很多高校在如何引入数字化技术、人工智能技术实现传统课堂向数字化教育转型这一领域进行了探索和尝试，高校课程的数字化教学不断推广，教学效果不断改善，但是依然存在教学内容与实践贴合度不够、学生探究式学习的参与度不深、考核评价机制的综合度不广以及专业知识与思政“两张皮”现象等问题。

C语言程序设计课程教学现状

“C语言程序设计”课程是笔者所在学校为电子类专业工程应用型人才培养所开设的大一新生专业基础课程。该课程集理论与实践为一体，旨在为培养面向地方新兴产业电子工程师的程序设计工程思维能力奠定基石，满足新工科时代多学科融合的“工程实践导向”要求，在课程体系中具有基础性地位，在应用实践中具有工程性特征，在岗位工作中具有工具性作用。以往的C语言程序设计教学普遍存在以下问题：

①教学内容往往以教材为中心，不能很好地培养学生在岗位工作中急需的程序设计工程思维能力。选用的案例较多取材于教材提供的习题和练习等，低综合度、去情境化、非工程性的学习任务居多，没有形成理论与实践一体的教学内容，对程序设计工程思维能力的培养力度不够。此外，教学内容中的专业知识与思政元素存在“两张皮”现象，没有形成专思相容的教学内容。

②教学方法往往以教师为中心，不能很好地培养学生在未来岗位的不断升级中急需的终身学习态度和自主学习意识。学生在课内外主要遵照教师预设的计划进行被动式学习，缺乏趣味化学习途径和个性化学习资源的有效牵引，自主思辨、合作交流、展示辩论等机会少，在面对新领域问题或复杂度较高的程序设计任务时，难以保持持续的学习动力，不利于自主学习意识的强化，难以满足新时代卓越工程师应对程序设计工程技术快速迭代实现自我提升的需要。

③教学评价往往以知识为中心，不能很好地培养学生在未来职业发展中急需的可持续综合能力。学生只关注自己的作业、期中考试等平时成绩，无法了解自己在整个班级的位置，在课业学习上仅注重知识应用能力的提升，而忽视了交流合作、创新意识、服务意识和工程伦理等核心素养和价值取向的锻炼。

为了有效解决上述教学问题，笔者认为C语言课程的教学设计需有效利用数智技术进行优化，并遵循先进的教学理念，在教学目标设计上注重“育人为本”，在教学内容设计上注重“成果导向”，在教学方法设计上注重“学生中心”，在教学考核设计上注重“持续改进”。

数智技术背景下的教学设计

1.育人为本的递进式教学目标设计

①知识目标：学会用来解决新工科背景下工程实践问题的专业知识，即精确区分数据类型、常量与变量、运算符及表达式等基础性知识；清晰解释三种程序结构、数组、函数、指针等功能性知识的使用方法和应用场合；熟悉C语言开发工具调试的方法步骤。

②能力目标：具备解决新工科背景下实践问题的工程思维能力，即能够分析工程实践复合性问题，形成问题分析思维；能够针对实际问题进行算法建模，运用三种基本结构和数组、函数等知识编写程序解决问题，形成程序设计思维。

③素质目标：塑造新时代卓越工程师的核心素养和价值取向，即面向社会需求和服务大众的数字赋能意识，统筹程序设计工程的团队协作精神，紧跟信息技术前沿的终身学习态度；树立勇于探索的创新意识，涵养精益求精的工匠精神，遵守务实守信的工程伦理，勇挑科技报国的使命担当。

2.成果导向的任务型教学内容设计

C语言课程的知识点非常琐碎，涵盖了基本数据类型、变量与常量、运算符与表达式等基础性知识和程序结构、数组、函数、指针等功能性知识，课程知识体系如下页图1所示。

考虑到C语言语法规则多，尤其是对于纯语法的基础性知识，初学者通过纯理论学习难以掌握，笔者在梳理课程知识体系的基础上，将基本数据类型、变量与常量、运算符等基础性知识分散地融合到“顺序结构”“分支结构”“循环结构”等相关模块的学习任务中，并遵循“实践—理论—实践”的归纳型认知规律，按照“学习任务统领理论知识点学习+理论知识点指导学习任务实践”的教学内容构建思路，设计一系列学习任务。任务编选的原则遵循以学生的成果产出为导向，聚焦卓越工程师岗位的程序设计工程思维和职业素养等综合能力需求，根据新工科产教融合教学内容构建要求，从产业应用、生活应用等真实案例中提炼任务，遵循“两性一度”原则，设计支撑情境化学习、个性化学习、探究式学习的任务型教学内容，并结合数字化教学平台，将系列学习任务呈现于线上。

以“自定义函数”教学内容为例，笔者分别设计了能够引领课堂深度参与探究学习的多类型任务，包括思政性导入任务、阶梯性探究任务和高阶性实战任务。

①思政性导入任务。以华为“鸿蒙”操作系统的模块化结构案例作为情境导入，既融入思政元素，增强学生的民族自豪感和科技报国的使命担当，又引出函数的模块化功能特点、作用和应用场景，便于自然转入本次教学主题。

②阶梯性探究任务。包括“机器学习之Sigmoid函数”和“信息安全之密码加密”两个阶梯性任务，同时也蕴含了丰富的思政元素，引导学生认识人工智能技术对提高生产率、促进人类社会进步的重要性，以及信息安全对国防安全的重要性，同时也提醒学生对人工智能在“信息欺诈”中的负面作用提高警惕，在技术发明和创新中要坚守工程伦理，并鼓励学生利用信息技术防止信息泄露。

③高阶性实战任务。从大学生机器人竞赛场景中提炼“购物机器人程序设计”的任务，承载了工程应用中的模块化设计方法、步骤和理念等应用性知识，引导学生通过将复杂系统分而治之进行模块化设计，实现程序设计工程思维能力培养和素质目标达成。

上述教学内容的设计，体现了目标递进、知识递进、任务递进的三线并进交融，即以知识目标、能力目标、素质目标达成为评价主线，以知识的循序渐进为信息主线，以任务的逐级递进为训练主线。

3.以学生为中心的探究式教学策略设计

充分利用数智平台开展线上线下混合式教学，以任务为驱动组织学生进行参与式、探究式学习，最大程度地开发和展示学生的协作、设计和创新等工程思维能力，将“学练赛”混合贯穿于课前、课中、课后，打造具有“新鲜感、成就感、危机感，持续度、挑战度、愉悦度”的“三感三度”课堂学习生态。例如，在“自定义函数”教学单元中，以华为“鸿蒙”系统情境案例导入触发“学”的新鲜感，以代码通过、积分奖励等触发“练”的成就感，以贯穿于课前、课中和课后全过程的“函数”任务排行榜触发“赛”的危机感，以师生共建新的“函数”任务题库强化“学”的持续度，以课中的“购物机器人”高阶性学习任务和课后的拓展性学习任务强化“练”的挑战度，以“函数”拓展任务的游戏闯关和同学PK等活动强化“赛”的愉悦度，从而提高学生在良性竞争氛围中自主学习的积极性。教学过程中具体使用的教学方法如下。

①案例引入法：通过实际案例引导学生发现自定义函数的应用，并积极思考为什么要使用自定义函数，激发其学习自定义函数的兴趣，促进知识目标和素质目标达成。

②启发设问法。在探究新知过程中，以问题为核心规划学习内容，让学生带着问题去寻求解决方案，促进问题分析思维能力达成。

③现场演示法。通过现场演示程序运行流程，让学生理解自定义函数的执行流程及参数的传递原理，促进系统优化思维能力和知识目标达成。

④发现学习法。通过对“问题链”的探究，运用观察、探究、思考、概括、归纳的方法体会自定义函数的实现和调用过程，促进问题分析思维能力达成。

⑤对比教学法。通过“新旧知识应用和方法使用”的过程和结果比较，造成强烈的效果比差，增强新知识建构深度和实度，从而实现快速有效地更新认知结构，促进高阶性的知识目标达成。

⑥探错纠错法。通过“错误案例”的过程和结果呈现，激发学生追索错误根源的好奇心，在“步步探错，步步纠错”的对比中，强化新知识构建深度和实度，从而快速有效地更新认知结构，促进高阶性的知识目标达成。

⑦任务驱动法。通过“任务”主线的活动展开，在“任务信息获取、任务要求分析、任务方案制订、任务代码编写、任务结果调试和评价”完整周期的驱动下训练，达到“学做一体”，促进程序设计工程思维能力达成。

⑧合作学习法。通过组建异质全体小组，开展小组讨论、小组评价、小组协作任务等合作活动，促进团队协作意识塑造。

4.数智平台支撑的参与式教学活动设计

本课程依托的平台为笔者所在教学团队自主研发，集成了“资源建设”“个性学习”“智能评价”等功能，除了常规的课程资源建设与管理功能外，还增加了游戏闯关、同学PK等挑战性功能，智能选题、同伴推荐等个性化资源筛选功能，抄袭检测、积分奖罚等线上学风管理功能，体现了趣味性、挑战性和智能性，为教学活动的有效开展提供了很好的技术支撑，为“三感三度”课堂教学生态的打造创造了有利条件。

以《自定义函数》一课为例，教学活动的设计借鉴BOPPPS教学流程，各个教学环节的具体活动内容如下表所示。

5.数智融合的多元化教学评价设计

课程充分利用数智平台的自动评判和数据统计分析等功能，全程关注学生的学习动态和学习成果，从多个维度开展综合评价。评价方式有线上评价和线下评价，评价环节既有阶段、期中和期末，又有课前、课中和课后，构成了“过程性评价+总结性评价”的评价体系[2]，如图2所示。

考核评价不仅是对学生的阶段性学习成果给予一个成绩，更重要的是促进学生能力的持续改进，同时也为教师及时总结反思提供有力依据，因此，将考核评价结果及时反馈给师生至关重要，主要反馈方式有三种：①平台对师生的自动反馈；②教师对学生的人工定向反馈；③学生对教师的随堂实时反馈。

教学效果

从平台统计数据来看，学生线上人均做题量达到教师布置作业量的2倍以上，充分反映了该教学设计能够培养学生的自主学习意识，课程综合考核优良率近60%，知识目标达成度高。“三感三度”课堂的打造能够让学生有充分的获得感和成就感，从学生评教数据可见对课程教学满意度高，在教务处组织的期末评教中，近三年学生对该课程的评价平均分达99.43分。大量结合实践应用的学习任务的完成培养了学生的程序设计和工程思维等能力，也为他们后续在程序设计竞赛、机器人竞赛、电子竞赛等学科竞赛中取得优秀成绩奠定了基础。学生在团队练习赛、设计应用案例并解决等教学环节中也树立了创新意识以及应用程序解决问题的数字赋能意识，并在程序调试和完善过程中培育精益求精的工匠精神，促进了素质目标的达成。

结语

针对教育数字化要求，笔者立足C语言课程的基础性地位，对课程教学进行了改进，在一定程度上解决了以教材为中心导致教学内容与岗位综合要求契合不够紧密、以教师为中心导致教学方法与终身学习能力塑成匹配不够精准、以知识为中心导致考核方式对学生综合能力发展支撑不够有力等问题，可为在数智技术背景下程序设计类课程的教学改革提供有益借鉴。

参考文献：

[1]杨波，葛荣雨，王艳芳.数智技术赋能课程改革的价值意蕴、基本取向与实施路径[J].中国大学教学，2024（06）：55-61.

[2]陈月芬，张石清，陈荣钦，等.基于OBE理念的“一云三合”课程教学探索[J].计算机教育，2023（10）：179-184.

第一作者简介：陈月芬（1981—），女，浙江台州人，硕士，讲师，研究方向为模式识别。

基金项目：浙江省教育科学规划课题“新工科背景下数字赋能应用型本科专业基础课教学范式的创新与实践”（2024SCG174）；浙江省2022年一流本科课程项目“C语言程序设计”（浙教办函〔2022〕352号）；浙江省2022年课程思政示范课程项目“C语言程序设计”（浙教函〔2022〕51号）；台州学院2021年教材研究专项课题（台学院教发〔2022〕14号）。