翻轉(zhuǎn)課堂在軟件體系結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的實(shí)踐

丁智國(guó)

（浙江師范大學(xué) 數(shù)理與信息工程學(xué)院，浙江 金華 321004）

翻轉(zhuǎn)課堂在軟件體系結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的實(shí)踐

丁智國(guó)

（浙江師范大學(xué) 數(shù)理與信息工程學(xué)院，浙江 金華 321004）

隨著IT技術(shù)的發(fā)展及其在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在現(xiàn)代教學(xué)過(guò)程中獲得廣泛的發(fā)展應(yīng)用。文章分析當(dāng)前軟件體系結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀，闡述如何以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為主線，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)之前、之中和之后的三部曲操作，完成翻轉(zhuǎn)教學(xué)。

翻轉(zhuǎn)課堂；任務(wù)驅(qū)動(dòng)；軟件體系結(jié)構(gòu)；教學(xué)改革實(shí)踐

1 背 景

隨著IT技術(shù)的發(fā)展，翻轉(zhuǎn)課堂（f ipped classroom或inverted classroom）作為一種新興教學(xué)模式，在現(xiàn)代教學(xué)過(guò)程中得到廣泛的研究應(yīng)用，也被稱為是影響未來(lái)課堂教學(xué)的重大技術(shù)變革。這種教學(xué)模式來(lái)源于美國(guó)的一些中小學(xué)，其目的是考慮學(xué)生的個(gè)性化從而進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)。傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師為中心并占據(jù)課堂上大部分時(shí)間，與之不同的是，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)以學(xué)生為中心，要求學(xué)生課前對(duì)教師布置的與教學(xué)主題相關(guān)的資源進(jìn)行預(yù)先學(xué)習(xí)，學(xué)生帶著問(wèn)題聽(tīng)課，教師的角色從“教”翻轉(zhuǎn)為“導(dǎo)”和“答”，學(xué)生的角色則從“聽(tīng)”翻轉(zhuǎn)為“問(wèn)”，即教師的主要任務(wù)是基于學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行引導(dǎo)，進(jìn)而針對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行答疑解惑。教師與學(xué)生角色的轉(zhuǎn)換強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，這種新的教學(xué)模式更注重學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。研究和應(yīng)用結(jié)果表明，該種模式能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，具有良好的應(yīng)用效果[12]。

軟件架構(gòu)師是軟件項(xiàng)目的總設(shè)計(jì)師，是培養(yǎng)軟件人才的最高級(jí)階段，軟件質(zhì)量本質(zhì)上也是由架構(gòu)決定的，因此軟件體系結(jié)構(gòu)課程在軟件工程專業(yè)教學(xué)及人才培養(yǎng)中扮演著重要的角色；然而，軟件體系結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特征和教學(xué)中存在的問(wèn)題使得該課程的教學(xué)效果一直不太理想[3]。近年來(lái)，慕課（MOOCs）的迅猛發(fā)展為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實(shí)施提供了良好的技術(shù)支持，筆者借鑒翻轉(zhuǎn)課堂這種新興教學(xué)模式的諸多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革進(jìn)行思考并作一些探索性的實(shí)踐。

2 軟件體系結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)及教學(xué)中存在的問(wèn)題

軟件體系結(jié)構(gòu)作為軟件工程專業(yè)高年級(jí)的一門(mén)專業(yè)選修課，教學(xué)目的是讓學(xué)生在學(xué)完該門(mén)課程后，可以從宏觀上了解軟件產(chǎn)品的分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和后期維護(hù)。隨著現(xiàn)代軟件規(guī)模越來(lái)越大，功能越來(lái)越復(fù)雜，軟件體系結(jié)構(gòu)在大型軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中的作用也越來(lái)越重要，體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)作為現(xiàn)代軟件開(kāi)發(fā)中最為重要的一環(huán)，設(shè)計(jì)得是否合理直接關(guān)系到軟件開(kāi)發(fā)的成敗，這也對(duì)軟件架構(gòu)師提出更高的要求。軟件體系結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)如下[45]。

（1）課程內(nèi)容抽象。軟件體系結(jié)構(gòu)從較高層次上把握和理解復(fù)雜軟件的整體結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)原則、技術(shù)和方法可以應(yīng)用在不同的軟件項(xiàng)目中并位于所有具體項(xiàng)目之上，用以指導(dǎo)全體軟件項(xiàng)目，因此課程內(nèi)容是高度抽象的。

（2）體系結(jié)構(gòu)的作用體現(xiàn)在軟件開(kāi)發(fā)階段的后期。由于軟件開(kāi)發(fā)是從軟件需求分析到運(yùn)行維護(hù)的多個(gè)階段，體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在這些階段通常反映不出來(lái)；設(shè)計(jì)階段的一個(gè)決定，可能要到編碼、測(cè)試甚至后續(xù)維護(hù)才能體現(xiàn)出價(jià)值。

（3）軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是多種因素的綜合體。我們通常說(shuō)“軟件架構(gòu)師不是完美主義者，而是現(xiàn)實(shí)主義者”。在軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，軟件中的一些因素通常是相互沖突的，因此，在實(shí)際的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須根據(jù)具體情況對(duì)各種要素進(jìn)行折中與權(quán)衡，最終才能滿足用戶的需求。

軟件體系結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)使其在教學(xué)過(guò)程中存在以下很多問(wèn)題。

（1）學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。軟件體系結(jié)構(gòu)課程的理論性較強(qiáng)，概念繁多，學(xué)生普遍覺(jué)得課程內(nèi)容太抽象，沒(méi)有什么實(shí)際的東西。理論使得學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)沒(méi)有興趣，而學(xué)生通常沒(méi)有實(shí)際的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，因此很難將軟件體系結(jié)構(gòu)的抽象理論和實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，導(dǎo)致很多學(xué)生對(duì)該課程沒(méi)有興趣。

（2）學(xué)生的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)不足。大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程之前沒(méi)有項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，不能認(rèn)識(shí)到該課程的重要性；而學(xué)生的作業(yè)和課程實(shí)踐通常只局限于小項(xiàng)目，因此他們很難體會(huì)到軟件體系結(jié)構(gòu)在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的指導(dǎo)性作用。

（3）教材內(nèi)容與課程教學(xué)缺乏交互性。目前使用的教材單一、可用性較差且更新緩慢，而實(shí)踐教學(xué)形式單一且以理論教學(xué)為主，課程主要講授軟件體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)概念和基本原理，只起到導(dǎo)論的作用，交互性差；此外，課程教學(xué)中缺乏體系結(jié)構(gòu)的習(xí)題庫(kù)和案例庫(kù)，學(xué)生缺乏實(shí)戰(zhàn)演練。

軟件體系結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)和教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，使得傳統(tǒng)教學(xué)模式不能較好地勝任該課程的教學(xué)。翻轉(zhuǎn)課堂充分體現(xiàn)以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，和傳統(tǒng)的以教師為中心的課堂教學(xué)完全不同，可改善學(xué)生只聽(tīng)不問(wèn)的被動(dòng)式學(xué)習(xí)，使學(xué)生敢于提出問(wèn)題并解決問(wèn)題，也為不同層次的學(xué)生提供更合理的學(xué)習(xí)方式。筆者近年來(lái)一直從事軟件體系結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)工作，通過(guò)應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，取得了較好的教學(xué)效果。

3 軟件體系結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)式課程建設(shè)探索

3.1 翻轉(zhuǎn)課堂的建設(shè)

利用翻轉(zhuǎn)課堂，我們對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)中的各個(gè)步驟進(jìn)行調(diào)整并以任務(wù)為主線，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)之前、之中和之后三部曲的構(gòu)建，3階段的功能如圖1所示。

圖1 翻轉(zhuǎn)課堂三部曲功能

構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂三部曲的工作比較復(fù)雜，需要分教師和學(xué)生兩個(gè)角色分階段完成。教師在每個(gè)階段之前都需要作充分的準(zhǔn)備。在課程教學(xué)之前，教師須基于教學(xué)任務(wù)，開(kāi)展課前教學(xué)設(shè)計(jì)，包括根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)劃分和歸納，總結(jié)核心教學(xué)點(diǎn)并制作教學(xué)視頻或者教學(xué)PPT，搜集和教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的背景素材，基于教學(xué)內(nèi)容給學(xué)生布置一定的學(xué)習(xí)任務(wù)，完成教學(xué)內(nèi)容布置和目標(biāo)制訂、教學(xué)素材和視頻上傳、在線答疑等。需要注意的是，課前教學(xué)設(shè)計(jì)的主要目的是讓學(xué)生大致對(duì)講解的教學(xué)內(nèi)容有所了解，能使其對(duì)所學(xué)內(nèi)容不至于太陌生，減少學(xué)生自學(xué)的壓力，因此課前素材的制作要簡(jiǎn)練，如視頻不能太長(zhǎng)，以知識(shí)點(diǎn)為劃分依據(jù)，每個(gè)視頻8～15min左右。教學(xué)過(guò)程中，教師需要針對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行引導(dǎo)性講解并針對(duì)學(xué)生的提問(wèn)開(kāi)展課堂討論；課后進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的總結(jié)分析、批改作業(yè)、在線答疑等。學(xué)生須在課前認(rèn)真學(xué)習(xí)教師提供的素材，完成一定數(shù)量的作業(yè)測(cè)試；在課堂上積極參與討論，在課后完成作業(yè)并對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行反思總結(jié)，通過(guò)強(qiáng)化實(shí)踐練習(xí)對(duì)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)加深鞏固。

3.2 基于翻轉(zhuǎn)課堂的體系結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

實(shí)際上，翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施是一項(xiàng)系統(tǒng)化的工程，并非錄制幾個(gè)視頻、準(zhǔn)備點(diǎn)材料讓學(xué)生課前學(xué)習(xí)就能稱為翻轉(zhuǎn)課堂。教師需要基于翻轉(zhuǎn)課程的思想，對(duì)課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，課堂學(xué)時(shí)分配，課堂學(xué)生的人數(shù)（小組確定），課堂翻轉(zhuǎn)程度，課堂互動(dòng)方式，課程考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，課前、課間和課后的教學(xué)內(nèi)容安排，知識(shí)點(diǎn)測(cè)試等課程教學(xué)中涉及的一切內(nèi)容作出統(tǒng)籌安排，實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)的相互補(bǔ)充。

1）教學(xué)內(nèi)容的重新組織。

考慮到翻轉(zhuǎn)課堂形式和軟件體系結(jié)構(gòu)課程的特點(diǎn)，教師需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸納整理。由于該課程基本理論多、知識(shí)點(diǎn)多且應(yīng)用廣泛，我們可以把課程內(nèi)容分為以下4部分進(jìn)行組織：①基礎(chǔ)理論，包括體系結(jié)構(gòu)概述、風(fēng)格、描述、動(dòng)態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)和Web服務(wù)體系結(jié)構(gòu)；②方法技術(shù)，包括UML建模的方法、技術(shù)等；③上機(jī)操作，針對(duì)具體的系統(tǒng)進(jìn)行分析并建立模型；④應(yīng)用，討論基于體系結(jié)構(gòu)的軟件開(kāi)發(fā)方法。

在教學(xué)內(nèi)容的選擇方面，需要添加一些引起學(xué)生興趣的素材。例如，在講解軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格時(shí)，課程教學(xué)內(nèi)容包括管道/過(guò)濾器風(fēng)格、層次風(fēng)格、MVC風(fēng)格、C/S、B/S風(fēng)格、混合風(fēng)格、面向?qū)ο箫L(fēng)格、事件驅(qū)動(dòng)風(fēng)格及新型軟件體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格，可以結(jié)合具體的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行講解，如使用高級(jí)語(yǔ)言編輯器作為管道/過(guò)濾器風(fēng)格的典型案例進(jìn)行教學(xué)、使用操作系統(tǒng)作為層次風(fēng)格的主要案例進(jìn)行教學(xué)以及使用學(xué)校教務(wù)管理平臺(tái)作為B/S風(fēng)格的典型案例進(jìn)行教學(xué)，能取得較好的教學(xué)效果。此外，為了拓展學(xué)生的視野，可以引入一些在軟件工程領(lǐng)域有突出貢獻(xiàn)的大學(xué)所應(yīng)用的軟件架構(gòu)課程，如卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)軟件工程研究所（SEI）的軟件架構(gòu)實(shí)踐、軟件架構(gòu)評(píng)估、RUP軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程和架構(gòu)模式的課程相關(guān)資料。

課程資源應(yīng)該盡可能微型化并及時(shí)更新，這樣可以使學(xué)生在任何形態(tài)下學(xué)習(xí)，如“一個(gè)概念為一個(gè)資源，一個(gè)案例為一個(gè)資源”的方式。資源也應(yīng)該分類，如分為自主學(xué)習(xí)類和課堂講解類，自主學(xué)習(xí)類包括一些簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)、操作、案例等，這部分知識(shí)點(diǎn)只需要由學(xué)生自主學(xué)習(xí)，而不需要再占用寶貴的課堂時(shí)間進(jìn)行詳細(xì)講解；課堂講解部分包括一些較難的知識(shí)點(diǎn)以及教師覺(jué)得學(xué)生可能容易出現(xiàn)問(wèn)題的教學(xué)點(diǎn)，在學(xué)生自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，教師可在課堂上對(duì)該部分內(nèi)容進(jìn)行講解和討論。

在線討論的問(wèn)題設(shè)置要有針對(duì)性和開(kāi)放性，上述兩類素材中的內(nèi)容要讓學(xué)生學(xué)習(xí)后既能有一定的成就感，又產(chǎn)生對(duì)學(xué)習(xí)新知識(shí)點(diǎn)的渴求，因此視頻的錄制使學(xué)生看了視頻后不至于還是完全弄不清楚。這一點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中很難把握，教師可以通過(guò)問(wèn)題設(shè)置，驅(qū)動(dòng)學(xué)生進(jìn)一步探索；為了適應(yīng)學(xué)生提問(wèn)較少的情況，教師還可以通過(guò)設(shè)置小測(cè)驗(yàn)考核學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。

需要注意的是，在教學(xué)過(guò)程中，雖然翻轉(zhuǎn)課堂以學(xué)生提問(wèn)為主，但是教師作為教學(xué)主線的引導(dǎo)作用仍是關(guān)鍵。教師可根據(jù)布置的教學(xué)任務(wù)和測(cè)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行提問(wèn)，對(duì)課前的知識(shí)進(jìn)行重點(diǎn)講解。通過(guò)預(yù)習(xí)，學(xué)生通常能掌握50%～60%的教學(xué)內(nèi)容，剩余內(nèi)容則需要教師利用課堂教學(xué)時(shí)間進(jìn)行重點(diǎn)闡述，加深學(xué)生的理解；此外，教師還可以采取多種方式，如小組之間進(jìn)行討論，羅列的問(wèn)題應(yīng)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，以調(diào)動(dòng)學(xué)生討論的積極性。這個(gè)步驟較難操作，教師可以采用一定的激勵(lì)機(jī)制，如對(duì)積極參加討論并陳述自己觀點(diǎn)的學(xué)生給予加分，并將這個(gè)分?jǐn)?shù)作為該門(mén)課程最終成績(jī)中平時(shí)分的一部分。

2）考核方式的改革。

軟件體系結(jié)構(gòu)課程不但要求學(xué)生掌握體系結(jié)構(gòu)的一些抽象定義、風(fēng)格等基礎(chǔ)理論知識(shí)，還需要考核學(xué)生熟練應(yīng)用課程知識(shí)的能力。傳統(tǒng)卷面筆試的單一考核方式不能真正反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，因此，應(yīng)該建立多元化的考核機(jī)制。我們通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改革，對(duì)應(yīng)于教學(xué)過(guò)程的三部曲，對(duì)考核方式也進(jìn)行相應(yīng)改革。新的考核方式見(jiàn)表1。

在上述課程考核方式中，項(xiàng)目答辯大作業(yè)包括一些具體項(xiàng)目的文檔報(bào)告，大作業(yè)采取答辯講解形式進(jìn)行考核，答辯學(xué)生根據(jù)作業(yè)答辯內(nèi)容，制作PPT并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。考慮到時(shí)間的限制，我們采用申請(qǐng)優(yōu)秀的學(xué)生必須參加答辯，而隨機(jī)抽查其余學(xué)生作業(yè)的方式。此外，對(duì)于上述各種打分環(huán)節(jié)，為了體現(xiàn)公平性，可以在教師評(píng)分為主的前提下，在打分過(guò)程中隨機(jī)抽取5位非主體講解小組的學(xué)生進(jìn)行打分，按照加權(quán)平均法給出最終成績(jī)。需要注意的是，考慮到在該門(mén)課程學(xué)習(xí)中，這種考核方式對(duì)一些基礎(chǔ)理論的理解和記憶也至關(guān)重要，因此新的考核方式也沒(méi)有完全拋棄傳統(tǒng)的卷面考核（占30%），全面考核軟件體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，如通過(guò)名詞解釋、簡(jiǎn)答、判斷等傳統(tǒng)題型對(duì)一些概念進(jìn)行考核。

表1 課程考核方式

通過(guò)實(shí)施上述教學(xué)改革，軟件體系結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)效果得到明顯改善。一些枯燥的基礎(chǔ)理論和術(shù)語(yǔ)在具體的實(shí)例引導(dǎo)下變得容易理解；教師在教學(xué)過(guò)程中，也不局限于教學(xué)大綱內(nèi)容按部就班地講解，而是將整個(gè)教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)籌劃分；教學(xué)過(guò)程中，我們也能及時(shí)得到學(xué)生的反饋；考核方式的改革在一定程度上也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

4 結(jié) 語(yǔ)

翻轉(zhuǎn)課堂是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革和創(chuàng)新，是一種教學(xué)觀念的改變，這種課堂教學(xué)模式的推廣應(yīng)用勢(shì)必會(huì)對(duì)未來(lái)的課程教學(xué)產(chǎn)生深刻影響。筆者在分析軟件體系結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的特點(diǎn)和面臨的問(wèn)題之后，借鑒翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)開(kāi)展課程改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性并獲得良好的教學(xué)效果。在教學(xué)改革中我們也發(fā)現(xiàn)，由于課程的特點(diǎn)，并不是所有的教學(xué)內(nèi)容都適合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，因此在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)該與傳統(tǒng)教學(xué)方式相輔相成，靈活應(yīng)用以更好地開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。此外，雖然翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式自提出以來(lái)就受到國(guó)內(nèi)外的廣泛認(rèn)可，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還有很多問(wèn)題亟待解決，我們也將繼續(xù)關(guān)注該教學(xué)模式的應(yīng)用。

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（編輯： 宋文婷 ）

1672-5913(2017)03-0068-04

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浙江師范大學(xué)2016年研究生重點(diǎn)課程建設(shè)、教育教學(xué)改革和教學(xué)案例建設(shè)項(xiàng)目（26）。

丁智國(guó)，男，講師，研究方向?yàn)檐浖w系結(jié)構(gòu)、軟件質(zhì)量與測(cè)試等，dzg_jsj@zjnu.cn。