“新工科”和工程认证背景下基于改进ADDIE理念的民族院校程序设计课程教学探索.pdf

第 8 期2023 年 8 月 10 日计 算 机 教 育Computer Education中图分类号：G642132“新工科”和工程认证背景下基于改进 ADDIE理念的民族院校程序设计课程教学探索郝 洁，刘 勇，李 妍（西北民族大学 电气工程学院，甘肃 兰州 730030）摘 要：分析“新工科”和工程认证背景下程序设计类课程的教学现状，提出基于改进 ADDIE 理念的程序设计课程教学模式，介绍教学实施的各个环节，探讨如何扩展和融合每个步骤，从而形成一个完整的闭合系统。关键词：改进 ADDIE 理念；“新工科”建设；工程认证；程序设计课程 文章编号：1672-5913(2023)08-0132-06基金项目：西北民族大学教育教学改革研究项目“新时代教育评价改革 体系下C 语言程序设计 课程的研究与实践”（2021XJYBJG-10）；西北民族大学一流课程及课程思政示范课程项目“C 语言程序设计”（YLKC-68）；西北民族大学校级 MOOC 项目（2022MOOC-01）。第一作者简介：郝洁，女，讲师，研究方向为制造业信息化，。0引 言西部院校和国家民委所属院校是面向民族地区和少数民族办学的主体。相对于民族院校中起步较早的语言类文科专业，大多数工科专业的发展水平都相对落后。“新工科”是以立德树人为导向，以应对变化、塑造未来为基本思想，以继承创新、交叉融合、协作共享为基本路径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才1。因此，“新工科”建设是民族院校为西部地区和民族地区的产业转型升级提供合格工程人才的有效措施，也是民族院校发展工科类专业的新契机。工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，对符合华盛顿协议 中所规定的毕业生资格标准的专业进行认定，使该本科学位在国际范围内得到互认2。因此，积极推进工科类专业的工程教育认证工作，对于民族院校的工科建设有着重要的现实意义。1“新工科”和工程认证背景下民族院校程序设计类课程的教学现状依托“新工科”建设政策进行课程建设和人才培养方面的结构性改革，打造服务本地区产业转型升级的新型智库和人才培养基地，是民族院校践行办学使命和助力区域发展的重要措施。工程教育专业认证是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。通过工程教育认证的高校，在一定意义上表明该校工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求。工程教育认证对本科毕业要求有明确规定，其中与程序设计课程相关的有两个方面：知识目标方面，要求学生将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题；能力目标方面，学生能够对复杂的工程问题选择与使用恰当的技术和资源，包括现代工程工具和信息技术工具等，对复杂工程问题进行预测、模拟和分析3。这需要依托程序设计课程培养两个能力：针对具体问题建立计算模型并求解的能力；选择程序语言、开发环境、辅助工具等对复杂工程问题进行分析、设计和编程实现的能力。即使是非计算机类的很多专业，程序设计类课程也是培养方案中的核心课程。无论是工程教育认证要求，还是顺应社会发展需求，尤其是在鼓励万众创新的今天，显得尤为重要。“新工科”建设为工程教育提供了新的思路。教育与教学研究第 8 期133“新工科”建设既要保持一定的继承性，也要具有较大的创新性，而民族院校多地处经济发展相对落后区域，工科建设起步较晚，因此面临着一定的挑战。针对民族院校的工科教育改革研究，无论是工程教育认证方面，还是程序设计类课程的改革方面都比较少。以西北民族大学为例，电子信息大类专业更重视电路分析等专业基础课程的建设。其次，目前针对计算机专业的程序设计类课程的改革研究较多，目的在于进一步提高学生的编程能力和自主创新能力。作为非计算机专业开设的程序设计类课程，首先其课程要求与目标应该与计算机专业有所不同。针对非计算机专业学生，课程目标主要是通过程序设计类课程培养计算思维，但教学效果又要符合工程教育认证的标准，如何更好地平衡程序设计类课程的培养目标和毕业要求的达成，是很多教学改革项目从未提及的方向。2ADDIE模式的含义教学设计模型是用来解释教育设计以及开发过程的策略。ADDIE 模型是历史上最古老的教学设计模型，但在当今的教学设计世界中，它并没有失去相关性4。ADDIE 涵盖了整个教学过程，它的每个字母代表创建学习材料或课程过程中的一个阶段或步骤，分别为分析（Analysis）、设 计（Design）、开 发（Development）、实 施（Implementation）和评价（Evaluation）。ADDIE 模式为开发有效的教学模式提供了一个正式的框架。它可以说是目前最有效的教学理念之一。ADDIE 对于确保所有学习活动有助于实现学习目标也能够起到关键性的作用5。ADDIE 模式的最大优点是它的连续性、重复性和可操作性，它能够帮助教师对课程设计进行思考，从而形成教学设计培训模式。因此，许多国内外的教育家评价 ADDIE 模式能够提高人类的“性能”。3基于改进ADDIE理念的程序设计类课程教学模式基于 ADDIE 模式的教学改革能够很好地推动以学生为中心的教学实施，使教师教学和学生学习的各个环节依据工程认证的标准和“新工科”建设的要求进行过程实施和结果评价。ADDIE 模型有一个主要缺点就是它的线性性质，而且前一个步骤完成之后，才能开始下一个步骤。这种线性性质对创造力产生了负面影响，而创造力在教与学的过程中又是至关重要的。因此，我们对 ADDIE 模型进行了改进，根据程序设计类课程的特点，对每个步骤进行扩展和融合，从而形成一个完整的闭合系统。同时，将创新的 ADDIE 模式应用于程序设计类课程的教学改革中，对教学实施的各个环节进行详细的研究。改进后的 ADDIE 模式如图 1 所示。图 1 基于改进 ADDIE 理念的程序设计类课程教学模式通过项目组集体面试法、学生自主设计相关例题等方法使被动教育变为主动学习有趣的融入方式设计将学科竞赛参与度、社会活动参与度等融入课程考核中创新的考核方式从MOOC课程到课堂教学，再到实践教学,以学生为中心贯穿其中有效的教学过程深层次剖析各章节内容、挖掘各平台的素材，构建多种形式的教学资源库丰富的课程内容从学生成绩、同行评价、满意度调查、在校表现、学科竞赛获奖、就业单位反馈等多方面进行评价和自省多元的教学效果开发实施评价分析2023134计 算 机 教 育Computer Education4基于改进ADDIE理念的程序设计类课程教学实践1）分析环节的教学设计是所有其他阶段的基础。该阶段的重点是了解目标受众的需求和教学问题，包括教学目标和目的、学习环境及学习者的先验知识和能力在分析环节得到明确。它可以被描述为“目标设定阶段”。作为教学设计者，还需要区分学习者已经达到的和他们在使用学习材料后应该达到的知识能力目标。具体的问题如图 2 所示。图 2 分析环节的主要问题分析/再分析阶段 学生的学习背景是什么？目标受众需要什么来达到这个目标？教师的效果效果如何？课程最终的预期目标是什么？什么样的策略和材料可以用来达到预期的学习结果？学生的学习效果如何？学生的学情分析是分析环节的第一步，可以通过了解学生生源地信息、学生谈话、直接观察和问卷调查的方法进行。以西北民族大学为例，我校学生大多来自全国各民族地区，计算机基础参差不齐，部分学生在中学时几乎没有学习过计算机相关知识。此外，学生个体差异性很大，一方面体现在基础知识方面的差异：有的学生中学就参加过信息类竞赛，学习过简单的编程语言或图形化的编程方式，掌握了一定的基础知识；有些民族地区，教学条件相对落后，学生上大学前很少接触电脑，使得他们只能对电脑进行最基本的操作。对不同程度的学生按照同样的进度开展教学，既满足不了具有一定编程技巧的学生的求知欲，又超过了基础知识较薄弱的学生所能够接受的难易程度和课程进度。有的学生计算思维强，通过关键内容的知识讲解和几次练习，就能上手操作，编写程序；有的学生工科思维较弱，单条语句还好理解，多条语句放在一起就很难理解，如果没有反复的理论知识讲授、例题示例讲解和讨论等环节，很难使这部分学生理解所要掌握的知识内容。其次是对于程序设计类课程学习任务的分析。根据工程教育认证的要求，需要分析学习者必须完成的课程任务有哪些，这些课程任务完成后会对他们哪方面的能力有所提升。还包括每项课程任务的重要性、难点及任务持续的时间等。这就需要对整个教学内容进行任务拆分，使任务的顺利执行和能力目标的达成一一对应。以 C 语言程序设计课程为例，在进行 MOOC 录制或课堂教学时，将章节内容按照知识点进行分解，寻找每个分解任务对应的能力要求，将工程认证的要求细化到每一堂课，具体见表 1。最后，分析环节还包括整个教学设计、教学实施和教学评价后的再分析。它结合了教学专业知识、可视化分析和基于设计的研究，以支持教师使用数据和证据来提高教学质量的诊断性教学能力。再分析阶段为教师提供了一个平台，用数据来反思教学效果，以提高教学质量。例如，学生的课堂参与度分析、阶段性考核成绩及线上课程完成率等，都可以作为教学效果分析的依据。为了确保教学设计和学习支持是基于证据的，需要教师具有一定的数据素养，即教师需要掌握教学数据获取和分析的途径和必要知识。缺乏这些知识可能会导致对分析的错误解读，进而形成对学生产生重大影响的决策失误，使学生在获得学习机会和支持制度方面造成更多的不平等。2）在分析的基础上，再进行教学设计，可教育与教学研究第 8 期135以更好地解决通过该课程学习者应该会什么，而不是老师想要教什么。首先需要考虑最适合每个任务和学习水平的媒体类型，以及学习材料是自己开发的，还是使用第三方资源。程序设计类课程教学过程的设计要从教学内容体系、教学手段等方面充分体现时代特征，使得课程能以更加灵活的讲授方式出现，从而从整体上提高学生的综合素质。因此，设计阶段应该覆盖教学环节的全过程，具体如图3 所示。3）开发阶段也可以看作构建课程生态的过程。所谓课程生态，不仅包括针对课程内容的教学过程，还要注重学生的思想教育和动手能力，从而关注学生的全面发展。具体包括以下几个 方面。（1）融入创新创业教育。加强铸牢中国民族共同体意识、课程思政、创新创业、“新工科”建设与程序设计类课程的联系。党的二十大报告中强调科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂。当今社会，“创新性”离不开对计算机的应用。表 1 C 语言程序设计教学安排（示例）序号专题名称时长/分钟关键词能力要求对应指标1为什么是 C？20课程介绍、C 语言的发展及其特点能够理解结构化程序的思想2“Hello C!”20C 语言程序的结构及运行方法能够认识现代化信息工具3从理解算法开始20算法的相关概念能够将实际问题抽象为计算思维下的问题4怎样表示一个算法20流程图的画法能够运用流程图展示工程设计思路5丰富的数据类型20数据的表现形式能够认识计算机中的数据6二进制也很重要10数制转换与位操作能够理解计算机的工作原理71/2 不等于 0.5？20算术运算符和表达式能够将数学表达式转换为计算机语言8“=”的重要作用20C 语句能够掌握计算机语言的表达方式9两个重要的函数20输入和输出函数能够正确应用库函数10我的第一个 C 程序20顺序结构程序示例能够编写简单程序并进行调试图 3 设计环节的主要任务设计 拟采用的教学方法 每项教学活动的时间范围 每项教学活动的学习过程 完成每项任务后需要发展的知识和技能 整个教学项目的大纲 采用的反馈机制2023136计 算 机 教 育Computer Education无论是对电子技术软硬件的“创新”，还是将计算机作为“创新”的平台，程序设计类课程是科技创新的有利支撑，要通过程序设计类课程中实施创新创业教育，例如科技类公司成功案例的讲解、“互联网+”比赛项目书的撰写等课程环节，从而更好地推动创新创业教育的开展。（2）强化实践环节。针对应用型人才的培养，程序设计类课程的目的并不是让学生完成教师布置的作业、通过考试，而是培养学生的计算思维与应用能力。要坚持理论知识学习与实验、实践、实训相结合的培养模式，逐步开展包括基础性实验、