基于阶段性多场景课堂思政运用模型的程序设计课程教学改革与探索

刘永福　苑迎春　王希望　刘丽娟　张广辉

关键词：课程思政；程序设计；思政运用模型；多阶段；多场景

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）08-0140-05

程序设计类课程是高校计算机公共课程教育的重要组成部分，主要培养学生的计算思维意识和运用计算机解决专业问题的能力，也是构建学科交叉型人才培养的重要课程支撑。河北农业大学计算机程序设计公共课主要包括《C语言程序设计》《Python语言程序设计》和《Python数据处理与分析》等课程，每年修读人数5000多人，覆盖农、工、理、文、经、管等学科80多个专业。

1 程序设计课程落实立德树人根本任务，需要推动课程思政教学改革

计算机程序设计公共课授课对象为全校大部分一年级学生，授课时间为一年下学期，此时的大学生对知识充满了渴望，对理想和未来充满了期待和憧憬，这个时候正是学生塑造品格和价值观的关键时期，也是开展思政教育的最佳阶段[1]。

在当前的课程教学中，教师主要关注的是知识维度和能力维度的教学和知识传授，而忽略对学生思想品格、社会主义核心价值观、工匠精神、创新精神和职业道德素质等核心素养的培养[2-3]。因此，在计算机程序设计课程中引入思政教育，潜移默化地将思政元素融入教学知识点中，更容易被广大学生接受，不会引起其对思政教育的抵触、反感情绪。所以“课程思政”思想教育，有着以专业课程理论知识育人、以价值观念化人的作用，其中以程序设计课程理论知识作为思想政治教育内容的载体，实现理论知识传授、专业技能培养和价值观念塑造的多元统一，才是“课程思政”教学发展的重要方向与目标。

2 挖掘程序课程具有的思政教育素材，构建课程学习多阶段思政案例库

思想政治教育元素是指我国大学生应该具有的思想品德的基本要素，或者说，是党和政府对我国大学生思想品德的基本要求。从思政课的要求来理解思想政治教育元素，其实就是凡有利于促进学生德智体美劳全面发展的思想教育工作，都可视为思想政治教育；只要有益于学生发展和社会进步的正能量的教育，都可以归入思想政治教育。在程序设计课程中，注意挖掘工程伦理教育、大国工匠精神、职业道德素养、家国情怀和使命担当等相关方面的思想政治教育素材和思政元素。

程序设计课程涉及大量抽象语法规则的学习、逻辑思维和计算思维的训练以及利用工具解决复杂问题，课程具有一定的难度和挑战度，学生在学习过程的不同阶段呈现出不同的特点。结合程序设计课程特点、教学内容学生学习心态变化规律和心理动力学理论模型[4]，课程组经过多次调研和讨论，将整个课程行课周期分为3个阶段：课程学习精神充盈期、课程学习精神困顿期、课程学习攻坚期，建设课程对应的三阶段思政案例素材库。

（1） 程序设计课程学习精神充盈期课程思政案例库建设

课程学习充盈期也就是课程学习的初级阶段，此时学生学习精神饱满，都有一种认真学习和好好学习的意愿和精神，此阶段学习内容相对简单，是对学生进行规则意识、家国情怀和爱国主义教育的最佳时期。此时，梳理程序设计课程知识点，注重与法律法规、思想品格和社会主义核心价值观等思政教育元素相结合。例如，用程序设计语言编写代码的时候变量、常量、数组、函数的命名都有规则，思政元素就是做事先做人，凡事守规矩。讲解课程相关知识点时可以加以引申和拓展，潜移默化地引入思政案例，对学生开展思政教育，本阶段课程思政案例素材库如表1所示。

（2） 程序设计课程学习精神困顿期课程思政案例库建设

在课程学习精神困顿期，也就是课程学习爬坡阶段，随着课程的学习逐步推进，越来越多新知识、新内容逐步展开，涉及了大量的语法规则，同时引入程序设计的思想和方法，加强计算思维能力培养。此时，学生往往有畏难情绪，精神有些浮躁，此阶段是承上启下的关键阶段。因此，梳理程序设计课程教学内容，注重将其与家国情怀、科学精神和工匠精神相结合。教师在教学过程中可以结合知识点简述历史人物科学精神，鼓励同学们勤奋学习，刻苦钻研，不要言败、不要放弃。例如，简述计算机科学家巴贝奇为了研制差分机几十年如一日的科学研究奋斗历程，鼓励同学们奋斗不息，加强学习。又如，在此阶段讲解“每天进步一点点”的案例，鼓励学生们珍惜时间，不负韶华，努力学习。在工匠精神方面，以输出Fibonacci數列前40为例进行讲解，可以使用循环迭代的方式、可以使用一维数组的方式还可以使用写函数递归调用的方式实现，告诉同学们一个问题有多种解决办法，这是工匠精神的一种体现。又如利用格雷戈里公式实现π的近似值计算，从循环条件的设置导致输出结果的细微变化，告诉同学们做事情一定要细致认真、捋清思路，这也是工匠精神的一种体现。本阶段相关课程思政案例和思政教育元素如表2所示。

（3） 程序设计课程学习攻坚期课程思政案例库建设

在课程学习攻坚期，也就是课程学习深入阶段，课程教学内容变得相对难一些，课程思政教学开展着重与创新精神、工程伦理、职业道德素养相结合。学生们已经具有了解决问题的基本知识和技能，充分理解了计算思维的核心是抽象与自动化，此时，给学生们布置一些具有难度和挑战度的问题，注重创新能力和探索精神培养。例如，一个大型项目往往是由团队开发完成的，团队成员之间要加强沟通和协作，以此鼓励同学们要有团队精神和集体荣誉感。通过病毒熊猫烧香和黑客加里·麦金农的故事，告诉同学们学会了编程技术，不要做违法和违背公共利益事情，相关思政案例库建设如表3所示。

3 基于课程学习多阶段思政案例素材库，构建了多场景课堂思政运用模型

在程序设计课程行课过程中，在不同阶段有不同的教学场景出现，课程组教师经过多次调研和研讨，将课程教学常见场景分为6种，如图1所示。针对不同的课堂教学场景，按照模型匹配方法选择思政案例进行课堂运用，采用不同的课程思政教学方法，营造氛围、激励斗志、提升教学效果的同时，完成品格塑造、精神提振、价值观影响、职业道德培育等核心素养的培养。

（1） 场景一：理论课知识传授教学场景

理论课讲授课程知识点是大学课程最常见的教学场景，是教学活动开展的主战场。此场景结合教学内容开展思政教育也是课程思政的主要形式之一。此场景下，主要使用课程学习分阶段案例素材库中的课程学习充盈期、课程学习困顿期和课程学习攻坚期的案例素材，对学生着重进行爱国主义、家国情怀、优秀传统历史文化、科学精神、大国工匠精神和精益求精精神的教育、熏陶和感染。

课程思政融入教学是技术[5]，将课程思政融入教学还需要进一步研究教学方法，使得思政元素更好地与课程相结合，同向同行。此阶段采用的课程思政融入教学方法主要有以下三种。

①結合时事热点，开门见山、直截了当地显性进行课程思政

习近平总书记在201903月在学校思想政治理论课教师座谈会上指出：“要坚持显性教育和隐性教育相统一，挖掘其他课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，实现全员全程全方位育人[6]。”如何做到显性教育那？在提到程序设计课程是通信技术的基础时，引申到中国5G通信技术的发展，从落后到跟跑再到领跑，可以增强民族自豪感和荣誉感，体现了我们国家制度的先进性。讲到前两年美国对中兴的制裁以及这两年对华为的制裁的时候，引申到我们国家还有很多“卡脖子”技术没有攻克，解决这些问题的重任都在你们肩上，鼓励同学们要好好学习，将来为国家为社会做出自己的贡献。

②解决中国传统历史文化数学问题，做到思政教育润物细无声

选取中国传统经典数学问题，在使用程序设计方式实现的同时，简述一下问题的历史背景，融入中国的传统历史和文化，对学生进行潜移默化的思政教育。例如，在打印杨辉三角形时，需要讲解一下杨辉是中国南宋时期的数学家，在1261年所著的《讲解九章算法》一书就提出了杨辉三角形，比欧洲帕斯卡发现同样的规律要早393年。将思政教育融入具体中国历史优秀的数学问题，引发学生思考，可以增强同学们的民族自豪感和荣誉感。

③适当选择案例素材进行思政教育，启迪学生心灵

在程序设计课程中，课程组将学生的练习素材进行了更新。在练习素材中注意挖掘思政教育元素。例如，使用程序语言将以前输出的简单图形更换为与“抗疫”有关的图形，绘制图形的时候，学生内心一定是会思考些什么的，只要有思考，教育目的就达到了，同时再加以延伸和引导，让学生体会战斗在“抗疫”一线医护人员的奉献精神以及我国政府在抗击疫情全过程中所展现的人民至上的理念，感受社会主义制度的优越性。在程序设计课程中选取适当的案例素材进行课程思政，也可以起到育人的目的。

（2） 场景二：课程学习存在畏难情绪、缺乏学习动力

学生在课程学习过程中，随着课程内容的逐步展开，当讲授内容有一些枯燥或者有一些难度的知识点时，学生就会出现畏难情绪。此时就需要使用课程学习三阶段案例素材库中的课程学习精神困顿期中的相关课程思政教学案例素材，通过科学精神、爱国主义、大国工匠精神对学生进行思政教育，鼓励同学不要畏惧困难，不要轻易放弃，要努力学习，奋发向上。主要采用的课程思政融入教学方法有如下两种。

①结合课程知识点概述人物事迹，挖掘历史人物科学精神

在计算机科学发展的历程中，诞生了很多传奇历史人物，在他们身上发生了很多可歌可泣的故事，有很多科学精神值得挖掘。例如，在讲到计算机发展史的时候，阿兰·图灵放弃自己的科研工作应国家召唤去破译德军密码，使得二战能够提早结束，这就是爱国的一种体现。又如，讲解中国计算机科学家王选和激光照排技术、巴贝奇和差分机的故事，就要讲到科学家的自强不息奋不顾身的科学家精神，鼓励同学们要克服困难，努力学习，勇攀科学高峰。

②精心构造案例设计，做到润物细无声的潜移默化

根据课程内容精心设计教学案例，将思政教育元素融入其中，例如，课题组在程序设计课程中讲解了一个经典教学案例：“每天进步一点点”[7]。假设一个学生的能力值初始值为1，如果每天都进步1%，或退步1%，一年后学生的能力值分别变为37.78和0.03。老师在课上通过for循环带领学生完成这个例子，让学生在编程中得到的37倍的结果中来感受努力学习，坚持不懈的力量，此处无声胜有声，再加以适当引导，效果更好，课堂现场如图2所示。

（3） 场景三：研究性小组学习与翻转课堂开展

在程序设计课程教学开展过程中，研究性小组学习和翻转课堂是一种常见的课堂教学场景。此场景下，主要使用课程学习三阶段案例素材库中的课程学习攻坚期中的相关课程思政教学案例素材。一个中小型案例，需要几个同学公共完成，小组成员之间就需要相互协作，相互沟通，这锻炼了学生的沟通能力和合作能力。由于程序设计课学生人数比较多，开展翻转课堂的时候需要分组教学，给各小组布置翻转内容，各小组成员任务安排不同，只有相互协作才能完成任务。通过小组学习和翻转课堂在学生不知不觉中锻炼了合作意识和沟通能力，取得非常好的课程思政教学效果。

（4） 场景四：课堂讨论、学生作业点评

在课堂教学过程中，课堂讨论和学生作业点评是常见的一种教学场景。在教学进行中，教师会有意识地布置一些讨论话题，但有时会出现冷场、讨论不热烈、不融洽，十分尴尬的情况。此时可以使用课程学习三阶段案例素材库中的课程学习充盈期和课程学习攻坚期里的相关课程思政教学案例素材库。通过爱国主义事件和故事，通过科学家的科学精神鼓励同学们要克服心理障碍，积极回答问题，将自己所想畅所欲言，这样可以培养学生敢于尝试、不怕失败的性格；学生在回答问题时能够积极思考，也培养了学生勇于探索的科学精神，提高学生独立思考的能力和逻辑思维能力。

（5） 场景五：实践教学场景

实践课教学也是常见的课堂教学场景，学生需要独立完成教师布置的实验任务，利用程序解决实际问题。此阶段应用课程学习三阶段素材库中的课程学习精神困顿期和攻坚期案例素材库。例如，Fibonacci数列的求解可以采用迭代、数组、递归等多种解决方法，冒泡法排序、选择法排序、快速堆排序等练习任务可以锻炼学生的大国工匠和精益求精的精神。又如，采用分治法求解最大值，可以告诉同学们一个大的困难的任务可以分解为多个问题相似的规模更小的问题来求解，各个击破，问题就会变得很简单，解决生活中遇到的问题也是如此。通过案例可以让学生获得积极向上、奋发有为的精神力量。

在实践课上，学生在编写代码过程中会出现各种错误，学生只有不断调试和改正，才能够得到正确的结果，此时教师要鼓励学生，培养学生耐心思考，严谨求实的科学态度；当学生完成简单程序后，教师将任务难度适当增加，让学生进一步进行探索，培养学生灵活运用知识能力和系统思维能力；在实践环节开展小组项目活动，学生共同查阅资料、讨论、编程，大家齐心协力完成任务，培养了学生的团队协作能力和创新能力。

（6） 场景六：指导学生竞赛

学生的创新创业竞赛在河北农业大学正在如火如荼地开展中，已经成了一种常见的教学场景。在此场景，使用课程思政三阶段案例素材库中的课程学习攻坚期素材。根据竞赛需求，教师指导学生提炼出具有一定难度的参赛题目，通过团队协作实践提高学生的沟通表达、自我学习和团队协作方面的能力，同时引导学生树立正确的技能观，鼓励学生提高技能为社会和人民造福，例如积极参与社会科普和应用推广活动。可以通过使用案例素材库中的“熊猫烧香”和最危险的黑客加里·麦金农的故事引发学生思考，通过交流使学生认识到构造虚假信息、非法解密、黑客行为等活动的非法性，绝不利用自己的技能从事危害公共利益的活动。

在指导学生参加程序设计竞赛的过程中，通过一点一滴地耐心指导和严格要求，培养学生的工匠精神和创新精神，在潜移默化中将社会主义核心价值观、职业素养融合进去。在学生解决竞赛项目遇到困难有畏难情绪时，鼓励学生锐意进取，不要轻言放弃，只要坚持再努力一点点也许就会成功。鼓励学生查找资料，尝试使用多种方法和手段完成项目任务，使学生具有开拓进取和大国工匠精神。

4 结束语

自2019年开始，程序设计课程组教师在教学过程中注重挖掘工程伦理教育、大国工匠精神、职业道德素养、家国情怀和使命担当等相关方面的思想政治教育素材和思政元素，于2020年挖掘了32个思政案例，建立了课程学习分阶段思政案例库。教师由原来的无意识思政教育逐步转为有方法有手段的思政教育，强化思政育人理念，在程序设计类课程中经过两年实施，育人效果明显，逐步构建了阶段性多场景课堂思政运用模型，实现了理论知识传授、专业技能培养和价值观念塑造的多元统一，实现了课程育人育才教学目标。