基于云計算環(huán)境的軟件工程專業(yè)翻轉(zhuǎn)課堂教學式研究

文章編號：1672-5913（2015）07-0032-04

中圖分類號：G642

摘要：翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新型的教學形式，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)教學模式的革新。構(gòu)建云計算教學平臺是一種有效實施翻轉(zhuǎn)課堂的現(xiàn)代技術(shù)手段。文章介紹翻轉(zhuǎn)課堂的概念，提出軟件工程專業(yè)課程翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式，討論如何構(gòu)建一個與翻轉(zhuǎn)課堂教學模式相適應的軟件工程專業(yè)教學平臺。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；云計算；軟件工程；教學平臺

0 引 言

軟件工程是一個具有實踐性、工程性、實用性等特征的綜合型應用學科。軟件工程專業(yè)的學生要在不斷的實踐中掌握軟件開發(fā)的方法和思維方式。目前各高校的軟件工程專業(yè)課程仍然沿用計算機類課程的教學模式，重理論而輕實踐，導致學生學習積極性不高、實踐能力較差。業(yè)界諸多學者提出面向應用的教學模式和項目驅(qū)動式教學法等新型教學方式來強化軟件工程專業(yè)課程的實踐學習，提高學生的動手能力和創(chuàng)新意識。翻轉(zhuǎn)課堂是這些教學理念中較為成功的一種，而借助計算機、網(wǎng)絡和多媒體等是翻轉(zhuǎn)課堂成功的關(guān)鍵所在，云計算環(huán)境的引入就是翻轉(zhuǎn)課堂得以實現(xiàn)的重要手段。

1 翻轉(zhuǎn)課堂的概念

翻轉(zhuǎn)課堂（flipped classroom），顧名思義就是顛覆課堂教學過程和課下學習活動的一種新型教學模式。美國科羅拉多州的林地公園高中于2007年最早提出了翻轉(zhuǎn)課堂的概念，該校的化學教師喬納森·伯爾曼使用軟件錄制了一段教學視頻并上傳到網(wǎng)絡中供缺席的學生學習，學生在家觀看教學視頻，然后在課堂上完成作業(yè)和答疑活動。這種教學方式很快得到了學生的認可。翻轉(zhuǎn)課堂在全美迅速推廣，各大高校推出的微課視頻為翻轉(zhuǎn)課堂教學模式提供了充足的資源支持，促進了翻轉(zhuǎn)課堂的發(fā)展。

翻轉(zhuǎn)課堂教學模式顛覆了傳統(tǒng)的知識傳授和知識內(nèi)化的過程，讓學生在課上通過實踐完成知識內(nèi)化，提高課堂教學的成效性。學生可以在教師的幫助下在于同學的互動中主動學習，避免了傳統(tǒng)課堂的單一教學形式對學生積極性的影響。寓教于樂的教學視頻也可以提高學生在課下主動學習的積極性，為知識傳授提供了新的形式。

2 軟件工程專業(yè)的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式

軟件工程專業(yè)課程的特點是基礎理論較為抽象、對學生的創(chuàng)新能力要求較高。目前各高校的軟件工程專業(yè)課程都有專門的實踐教學環(huán)節(jié)，但仍離不開理論知識的講解和思維方式的訓練，這些都導致學生積極性不高、教學質(zhì)量下降。哈爾濱師范大學軟件工程專業(yè)在研究翻轉(zhuǎn)課堂教學模式和本專業(yè)課程特點的基礎上，提出了一個適用于軟件工程專業(yè)課程特點的翻轉(zhuǎn)課堂教學模型，如圖1所示。

在軟件工程專業(yè)的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式中，學生課前觀看教學視頻學習理論知識，通過和教師的即時交流完成知識學習；教師則根據(jù)學生的反饋統(tǒng)計課程的開展情況，酌情安排課上時間分配。在課上的教學環(huán)節(jié)中，教師首先集中講解學生反饋的疑難知識點，對重點內(nèi)容進行簡要歸納，然后根據(jù)課程內(nèi)容和教學統(tǒng)計結(jié)果提出實踐學習內(nèi)容。學生自由分組創(chuàng)建實踐團隊，按照軟件開發(fā)過程的要求進行分工和調(diào)研，最終在教師的指導下完成一個具有項目特征的實訓工作，提交相關(guān)的設計文檔和研究成果。教師的課上任務就是點評提交的成果，總結(jié)學生的表現(xiàn)，解答學生實踐過程中的問題等。

3 軟件工程翻轉(zhuǎn)課堂云計算教學平臺

翻轉(zhuǎn)課堂教學模式需要一定的技術(shù)和資源支持，云計算環(huán)境無疑是最佳選擇。經(jīng)過不斷的探索和研究，哈師大軟件學院構(gòu)建了一個基于云計算環(huán)境的翻轉(zhuǎn)課堂教學平臺，包括課堂軟件開發(fā)、課前理論學習、運行管理和教學評價等模塊，如圖2所示。

3.1 軟件開發(fā)模塊

軟件開發(fā)模塊體現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂中實踐教學的具體內(nèi)容，是整個教學平臺的核心功能模塊。按照軟件工程對軟件開發(fā)生命周期的定義，軟件開發(fā)模塊分為項目規(guī)劃、需求分析、系統(tǒng)設計、代碼實現(xiàn)和系統(tǒng)測試等教學過程。在一個項目目標的規(guī)劃內(nèi)，每個教學過程都對應前后關(guān)聯(lián)的任務、文檔和成果。實際的教學過程是學生登錄云計算平臺進行實際的軟件項目實訓練習，以團隊的方式完成項目，編寫文檔和提交成果報告。教師也要登錄云計算平臺全程監(jiān)控和指導。云計算教學平臺的教學資源庫是通過深化校企合作得來的，所有的案例都來源于真實的軟件開發(fā)項目，學生甚至可以在企業(yè)項目經(jīng)理的指導下通過教學平臺進行真實項目的開發(fā)。軟件開發(fā)模塊結(jié)合了翻轉(zhuǎn)課堂、任務驅(qū)動和校企聯(lián)合等面向應用的教學模式，體現(xiàn)了“工學結(jié)合、頂崗實習”的軟件工程專業(yè)課程實踐教學理念。

3.2 理論學習模塊

理論學習模塊是體現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂模式課前學習的功能模塊，該模塊的主要功能包括教學視頻、課前訓練和課程統(tǒng)計等。教學視頻功能的資源都來自國內(nèi)知名高校的公開課，并且具有快進、回放、重放、暫停等播放功能，便于學生自定義課前學習。課程教學視頻的內(nèi)容、視覺效果、互動性和長短都要根據(jù)學生的學習效果定期調(diào)整，不僅要保證教學內(nèi)容和課前學習的目標吻合，還要突出教學重點和難點，方便教師和學生的課前交流。課前訓練功能是在每個教學視頻播放前設置一些教學問題，讓學生在觀看視頻時尋找答案，在視頻結(jié)束后學生要根據(jù)提示進行簡單的問題解答和知識訓練。課程統(tǒng)計模塊可以統(tǒng)計學生觀看視頻和回答問題的情況，有效提高教學的目的性。除了上述3個主要功能外，教學平臺還提供了方便教師和學生交流的論壇，所有與課程相關(guān)的討論和問題都可以在論壇上交流和解答。

3.3 運行管理模塊

運行管理模塊是部署在軟件工程翻轉(zhuǎn)課堂云計算教學平臺云端應用服務層中，將各種即時通訊、視頻播放和在線論壇等應用集中封裝的服務層次。具體的功能包括項目管理、學生管理、資源管理和師生溝通等。

1）項目管理子模塊。

項目管理模塊用來保存學生的實訓成果和相關(guān)報告。該模塊具有文檔在線編輯和軟件展示功能，可以根據(jù)課程類別和章節(jié)提供在線的實訓環(huán)境和展示服務。學生在課程進行中提出的問題也可以發(fā)布在項目管理模塊，由任課教師或企業(yè)專家在線解答。在實踐教學中，教師可以通過項目管理模塊掌握所有學生團隊的項目進展情況，并通過在線成果交流來提高實踐教學的教學質(zhì)量。學生在項目管理模塊中能夠即時了解本隊同學和其他團隊學生的開發(fā)進度，這不僅有助于提高團隊內(nèi)部的溝通和協(xié)作，還可以通過比較和競爭提高團隊凝聚力。

2）學生管理子模塊。

學生管理模塊用來監(jiān)控學生的課前視頻觀看和課中實訓練習狀態(tài)。學生課前的視頻教學是獨自進行的，有效的教學監(jiān)控是保證出勤率和質(zhì)量的重要因素。學生管理功能不僅能監(jiān)控學生是否觀看了視頻，還能知道他們觀看了哪些視頻，哪段視頻的播發(fā)次數(shù)最多、時間最久。這些監(jiān)控數(shù)據(jù)對教師掌握學生課前學習狀態(tài)有至關(guān)重要的作用，教師可以通過在線統(tǒng)計獲取課前學習數(shù)據(jù)，也可以在線設置各項參數(shù)自動獲取指定人員和章節(jié)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。對于課中的實踐教學，學生管理模塊也可以獲取學生團隊的練習資料，比如項目進展情況、資料是否齊全等，這些數(shù)據(jù)可以為課后評估和項目管理等模塊提供有效數(shù)據(jù)支持。在課程結(jié)束后，學生成績也通過學生管理模塊統(tǒng)計和查詢。

3）資源管理子模塊。

資源管理模塊用來存儲和維護云計算教學環(huán)境中教學資源。教學資源包括理論學習視頻、課堂項目資料、軟件開發(fā)資源和企業(yè)開發(fā)知識庫等。這些資源的質(zhì)量決定了教學的質(zhì)量和效果，比如理論學習視頻是否寓教于樂直接影響學生的學習積極性，課堂項目資料是否具有針對性直接影響教學的應用價值，企業(yè)開發(fā)庫的資源是否有效直接影響學生的實際工作能力等。資源管理模塊不同于傳統(tǒng)的軟件資源庫，它具有在線文檔編輯、視頻制作、網(wǎng)絡資源搜集等高級功能，可以實現(xiàn)對已有資源的改進和創(chuàng)新，也可以實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的匯總和摘選。另外，通過和一些國內(nèi)知名云供應商的合作，我們還構(gòu)建了包括軟件開發(fā)云環(huán)境、企業(yè)軟件項目庫和軟件開發(fā)技術(shù)資料庫、軟件開發(fā)文檔模板庫等在內(nèi)的高級應用型軟件開發(fā)資源平臺。

3.4 學生評價模塊

學生評價模塊對學生學習過程和教師教學過程的評估打分。其中學習過程根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的要求分為課前理論學習和軟件開發(fā)實訓兩部分：課前理論學習主要包括視頻觀看、作業(yè)完成、課堂交流表現(xiàn)等方面的評估；軟件開發(fā)實訓則是通過對項目成果和研發(fā)報告的評估來獲得分數(shù)。這兩部分分數(shù)按照一定比例折算成學生專業(yè)課程的課程分數(shù)，和期末考試筆試成績一起考核。對教師教學的評估則通過課程中的表現(xiàn)定性評價，評價的指標包括在線時間、操作頻率、交流次數(shù)和學生打分等。

4 實施效果

基于云計算環(huán)境的軟件工程專業(yè)翻轉(zhuǎn)課堂教學經(jīng)過4個月的試運行，取得了顯著的教學成果。使用云計算平臺的學生在知識認知和技能實踐等方面的能力比往屆學生有較大提升。學生可以通過線上交流和團隊合作完成開發(fā)任務，教師可以通過在線審核完成教學任務，基本達到了云計算平臺的設計目標。

為了進一步掌握云計算平臺的翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的實踐效果，通過校內(nèi)走訪和問卷調(diào)查等方式深入了解學生的學習積極性、動手能力和計算思維意識。結(jié)果顯示學生對這種寓教于樂的教學方式普遍認同，對自身知識掌握和動手能力的提升感到滿意，教師則對系統(tǒng)帶來的豐富教學資源和低成本辦學模式感到滿意。

5 結(jié)語

云計算環(huán)境為軟件工程專業(yè)課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學提供了技術(shù)條件和資源條件，在擺脫了課堂的束縛后，學生的在線學習更有針對性，更貼近真實，教師的在線教學資源更豐富，教學組織更有效，學生和教師在線一對一或一對多的交流更順暢。這些都是傳統(tǒng)課堂教育和實驗室教學無法達到的。另外，所有的教學資源都在云端實現(xiàn)，學校對教學固定資產(chǎn)的投入和運行成本也較低，最大限度地降低了學校和學生的負擔，可謂一舉多得。