教育部長陳寶生在四川成都召開的新時代全國高等學校本科教育工作會議上指出，人才培養的質量和效果是檢驗一切工作的根本標準，內涵建設、質量提升應體現在每一個學生的學習成果上。在學科頻繁交叉、知識、信息爆炸的時代，世界範圍新一輪科技革命和產業革命撲面而來，我國高等教育需因時而進，因勢而新，在人才培養過程中，要遵循教育規律和人才成長規律，創新思想、創新理念、創新方法技術和創新教育教學模式，形成勇於創新和實踐的高素質專業人才不斷湧現的局面。
當前，創新教育教學模式已經成為改革與提升教學質量的必由之路。慕課的迅速發展，不僅對傳統教學模式進行了創新，而且翻轉課堂、碎片化學習、自主與互動學習、線上線下教學等模式對傳統課堂教學也產生了巨大的衝擊[1]。在推動高等教育變軌超車的目標指引下，探索「以學生為中心，學生學習成果驅動」的教育教學新模式，不僅是高等院校普遍關注的新焦點，還是當前迫切需要解決的問題。
為了解決傳統教學中學生被動接受知識傳授的問題，教育工作者積極探索新的教學模式，提出了案例教學模式、啟發式教學模式、問題驅動模式、基於項目學習模式、團隊學習模式、翻轉課堂教學模式等。
案例教學模式的難點在於案例設計的深度與教師水平有關。啟發式教學模式的難點在於教師能否巧設情境、抓住時機。問題驅動模式的教學效果取決於教師是否具備較強的課堂掌控能力和引導能力。基於項目的學習（project-based learning, PBL）[2]模式的效果取決於學生是否能達到項目學習的目標，並且解決項目中所出現的問題與學生自身的能力有關。團隊學習（Team-based learning, TBL）[3]模式的效果與學生的主動合作意識和參與度有關。翻轉課堂[4]模式拓展了學習時空，激發了學生的學習興趣，培養了學生的研究性學習能力和創新能力。不足之處是學生在自主學習過程中不能與教師進行實時互動，當學生對知識的理解有偏差時，教師無法像傳統教學模式那樣，在課堂上及時解決學生提出的問題。
綜上所述，已有的典型教學模式在加強學生素質，提高學生專業技能等方面表現出各自的優勢。然而學生個體存在差異，例如有的學生上課認真聽講，但自學能力弱；有的學生上課不願意互動，但具有較強的學習能力，動手能力強；有的學生自學能力強，且善於表達，上課願意互動；因此在教學過程中，如果只是採用單一的教學模式，則很難滿足所有學生的需求。
2 「慕課+」螺旋漸進教學模式在C語言程序設計課程教學中的應用
2008年史蒂芬•唐斯和喬治•西蒙斯提出了慕課，即大規模網絡開發課程平臺（Massive Open Online Courses, MOOCs），2012年得到廣泛的認同。慕課的迅猛發展，不僅引發了高等教育教學模式的創新，而且給高等教育帶來了新的挑戰和機遇。傳統的課堂教學特點是重知識輕能力、重學輕思，學生通常是積累了很多「知識」，但也失去了創新的「動力」。C語言程序設計課程中實施「慕課+」螺旋漸進教學模式，旨在引導學生將知識內化為經驗、能力，培養和提高學生的「分析問題能力+求解複雜工程問題能力+創新能力」。通過本課程的學習，學生將掌握C語言程序設計的基本概念、抽象思維和邏輯思維能力、算法分析與設計能力、程序設計與實現能力，並能夠在設計環節中體現創新意識。「慕課+翻轉課堂多元化教學+團隊學習」的螺旋漸進教學模式如圖1所示，整個教學過程由課前學習、課堂內化和實踐強化組成。
以C語言程序設計課程教學內容中的循環結構為例，課前學習階段（1）～（4）和課堂內化階段（5）～（9）的具體步驟如下。
（1）布置視頻學習任務：在第一次線下課程前，學生完成視頻學習任務，掌握while語句、do-while語句和for語句的語法，理解循環嵌套的結構及其應用場景；並將學生分為若干個小組。
（2）自主學習：學生通過觀看視頻對循環結構進行自主學習。
（3）自我測試：學生完成視頻中的相關測試。
（4）小組討論：每個小組討論老師布置的思考題，並給出解決方案。
（5）重點、難點分析：採用講授法教學模式，對重要的知識點進行講解。例如，當循環體語句超過一條，必須用花括號形成複合語句；強調for語句中的循環體必須有能夠使得表達式3趨於假的語句，以保證循環正常結束；while語句和do-while語句中必須有能夠使條件表達式趨於假的語句，否則將出現死循環現象；設計循環結構時，需要思考哪些語句是在循環開始之前執行，哪些語句是在循環中執行，哪些語句是在循環之後執行。學生學習有一個過程，每個學生對知識的認識能力不同。教師通過對重點及難點知識的講解，可以加深學生對知識的理解。
（6）學生代表講解：每個小組選派一個代表講解程序，重點講解自己的設計思路和算法原理，尤其是設計思想的特點；接著，該代表講解在設計程序時需要注意的問題，以及自己出現的錯誤；最後，本組的其他學生進行補充。
（7）提問：採用研討式教學模式。例如計算直到最後一項的絕對值小於10-4為止。提問學生針對未知求和項數，僅知道終點條件的問題該如何處理。引導學生思考，對於之前學習的while語句、do-while語句和for語句，應該用哪條語句，採用不同語句的優點和缺點是什麼？其次，對於問題中的一正一負的項目求和的一般處理方法是什麼？最後，教師故意演示整數相除導致運算結果錯誤的程序，幫助學生理解並注意整數相除，結果依然是整數的性質。在提問環節中，引導學生積極思考、討論、交流，從認識知識到消化知識，培養學生的探究能力。
（8）點評：在提問結束後，教師進行點評，進一步對基本理論及概念進行講解並總結，保證學生知識的系統性和連貫性。
（9）布置任務：通過任務驅動式教學方式，繼續給學生布置新的任務，並給予一定的引導，要求學生課後完成。在完成任務的過程中，學生要對所學知識進行思考、挖掘和靈活應用，從而掌握隱含在任務裡面的知識。
課前採用慕課學習方式的目的是培養學生解決問題的自主學習能力，引導學生進行滲透式學習，使學生認識知識、吸收知識、活躍思路。課堂上採用翻轉課堂多元化教學模式是以學生為中心，充分調動學生學習的積極性，激發學生的學習興趣，改變學生被動接受知識的現象，提高學生對知識理解的深度和寬度；學生依靠自身努力達到學習目標，成就感的不斷獲得進一步激發了學生強烈的求知慾望和創造欲望，學生在運用知識的過程中創新知識。因此，課前學習和課堂內化促進了學生的個性發展，形成了認識知識、吸收知識、理解知識、運用知識和創新知識的螺旋漸進式發展。
實踐環節是能力培養的一個重要環節，實踐環節與教學環節有機地結合是學生實現知識、能力和素質協調發展的重要保證。然而，傳統的實踐環節基本過程是：學生按照實驗指導書編寫程序，然後將所得到的實驗結果與預期的結果進行對比，最後做出相應的解釋和分析。實驗內容大多是驗證性，枯燥單一。在這種模式下，學生的自由度很少，不利於發揮學生的積極性；學生的參與度不高，缺少探索激情，其創新能力很難得到行之有效的培養[5]。此外，有些學者提出的改進實驗教學方法雖然在一定程度上激發了學生編寫程序的興趣，但是由於有限的工程知識和技能，一個人獨立、成功地完成一個項目往往較為困難。為此，筆者對實踐教學環節進行改進，引入團隊學習模式。
在實踐環節中，為了保證學生高效率地掌握知識，鼓舞學生持續保持濃厚的學習興趣，實驗題目分為3個層次：第1層次為基礎性實驗，這一階段主要是樹立學生的自信心，培養學生形成概念和解決問題的能力，以及學生學會提出問題的能力；第2層次為深層次實驗，這一階段主要是培養學生直接思維、發散思維和歸納思維的能力，以及以批評的方式系統推理的能力；第3層次為綜合設計實驗，這一階段重點培養學生的綜合能力。
以設計「學生信息管理系統」為例，這是一個綜合設計實驗。首先，小組進行討論，這個系統應該分解為幾個模塊，每個模塊涉及哪些知識點。學生通過討論對系統分解的結果是：系統整體框架設計（模塊化設計）、整個系統的菜單設計（選擇結構）、學生成績統計（循環結構）、學生成績排序（數組）、學生信息的定義和處理（結構體）、學生信息查找（用指針實現）、學生信息的存儲（文件）。團隊學習模式加強了學生之間的交流與合作，學生通過交流，加深了對課堂知識和概念的理解，並將課程內容有效地結合起來。接著，學生分工對各模塊進行實驗方案設計；然後整合成一個完整的系統，觀察並分析實驗結果；針對實驗結果，一方面檢查實驗結果是否正確，另一方面討論實驗方案是否是最優的，如果不是，還能進行哪些優化。此時教師根據學生實踐能力的反饋，及時掌握學生對知識的掌握程度及薄弱環節，進而及時修訂和完善教學內容。同時，教師將設計思路新穎、效率高的算法向全班同學展示，進一步拓展學生的思路。最後，實踐環節通過處理實驗數據、撰寫實驗報告等加強了學生科學工作的基本素養的培養。
在實踐強化環節中，通過團隊學習模式，學生不再是僅僅編寫單一的程序，而是完成與實際緊密結合的綜合應用實例，激發學生的實踐興趣；通過理論與實踐相結合，激勵學生以多視角來觀察和解決問題、反思並錘鍊自身發展的意識與能力；通過學生之間的相互交流與學習，培養了學生與他人合作的能力、責任意識和團隊精神，為以後進行項目開發積累經驗。實踐環節通過3個層次的實驗，培養了學生學習研究能力、分析問題能力、求解複雜工程問題能力、交流合作能力和創新競爭能力的螺旋漸進式發展。
為了檢驗「慕課+」螺旋漸進教學模式的教學效果，筆者選擇了2個專業的學生，分別進行 「慕課+」螺旋漸進教學模式和傳統教學模式，並在教學過程中分3個階段對學生進行測試。第1階段測試的內容是：基礎知識、常量、變量和表達式、順序結構、選擇結構，5道題目，主要考核知識的掌握程度；第2階段測試的內容是：循環結構、函數和數組，8道題目，考核知識的掌握和編程能力；第3階段即期末測試，考核知識的掌握和綜合能力。採用「慕課+」螺旋漸進教學模式和傳統教學模式的學生在3個階段學習成果評價對比如圖2所示。
圖2表明，第一階段採用傳統教學模式的學生掌握程度好。這是因為第一階段主要是測試基本概念的掌握程度，傳統教學模式以教師的講解為主，教師的詳細講解有助於學生很快地理解知識並記憶。「慕課+」螺旋漸進教學模式要求學生首先通過看視頻進行自學，然後教師在課堂上對重點、難點知識進行講解。個人學習能力強的，則掌握得比較好；反之，個人學習能力弱的，則掌握得比較差。第二階段不僅檢測知識的掌握，還有能力測試，這時採用「慕課+」螺旋漸進教學模式的學生成績略高於採用傳統教學模式的學生成績。這是因為經過一段時間的學習，採用「慕課+」螺旋漸進教學模式的學生已經適應了這種模式，學習能力和解決問題的能力逐步增強。期末測試結果表明，「慕課+」螺旋漸進教學模式通過課前學習、課堂內化和實踐強化環節，引導學生將知識內化為經驗、能力，提高了學生的分析問題能力、求解複雜工程問題能力和創新能力，因此採用「慕課+」螺旋漸進教學模式的學生學習成果比採用傳統教學模式的學生學習成果有了顯著提高。
創新驅動發展戰略的提出、「網際網路+」的發展以及「華盛頓協議」的籤署，我國高等工程教育國際化進程日益加速，對創新型工程人才和工程師應對複雜系統問題的能力也提出了更高的要求[6]。西安理工大學計算機科學與工程學院在「學習能力、工程實踐能力、創新能力、交流能力和國際競爭能力」的能力目標驅動下，根據知識的特點，對教學環節進行改革，構建了「慕課+」螺旋漸進教學模式，通過課前學習、課堂內化和實踐強化環節的能力培養，激發了學生的創新思維，培養了學生具有科學研究精神和探求真理精神，磨練了學生的意志品質，提高了學生的學習能力，交流溝通能力，團隊組織、分工協調能力和創新能力。計算機科學與工程學院組織學生參加2017「ACM-ICPC國際大學生程序設計競賽亞洲區域賽青島站」比賽和第十六屆「圖靈杯」競賽取得的成果表明，我們所提出的教學模式對學生能力培養具有重要的意義。
基金項目：西安理工大學2018年學位與研究生教育教改研究資助項目「基於學習成果的研究生教學模式探索與實踐」（xjy26）。
作者簡介：李薇，女，副教授，研究方向為智能計算、機器學習，liwei@xaut.edu.cn；王磊(通信作者)，男，教授，研究方向為智能計算、機器學習，wangleeei@163.com。
參考文獻：
[1] 徐曉飛, 李廉, 傅育熙. 發展中國特色的慕課模式提升教改創新與人才培養質量[J]. 中國大學教學, 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] 葉佩青, 張輝, 朱陶元敏, 等. 設計貫通式教學模式踐行個性化人才培養理念[J]. 中國大學教學, 2015(7): 43-46.
[6] 周玲, 馬曉娜, 孫豔麗, 等. 工程教育, 讓世界更美好: 2015年全面工程教育國際研討會（TEE 2015）綜述[J]. 高等工程教育研究, 2015(4): 27-35.