基于翻轉(zhuǎn)課堂的程序設(shè)計課程教學(xué)改革實踐

翁佩純 馬慧

[摘 要]程序設(shè)計課程是一門實踐性很強(qiáng)的課程，其教學(xué)效果將直接影響學(xué)生對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)信心。翻轉(zhuǎn)課堂強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主教師為輔的教學(xué)模式，通過延展學(xué)生課外學(xué)習(xí)時間，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。通過分析翻轉(zhuǎn)課堂模式帶來的挑戰(zhàn)，針對程序設(shè)計課程設(shè)計了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)案例，為程序設(shè)計課程提供一種新的教學(xué)思路。

[關(guān)鍵詞]翻轉(zhuǎn)課堂；程序設(shè)計課程；教學(xué)案例

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）10-0089-04

翻轉(zhuǎn)課堂的思想自2007 年由美國科羅拉多州的兩位化學(xué)教師提出以來，已成為國內(nèi)外教育界關(guān)注的熱點(diǎn)，并取得了令人滿意的教學(xué)效果。翻轉(zhuǎn)課堂的核心思想是：課前學(xué)生自主通過線上的視頻、測驗等教學(xué)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)；課堂上學(xué)生通過各種教學(xué)活動，如小組討論、實驗操作等，達(dá)到知識的內(nèi)化[1]。

程序設(shè)計課程是一門計算機(jī)核心基礎(chǔ)課程，具有較強(qiáng)的實踐性與應(yīng)用性。在該門課程的授課過程中，通過培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，強(qiáng)化學(xué)生的上機(jī)訓(xùn)練，從而提高學(xué)生的編程技能。其教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，并通過實際問題的編程實踐培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，強(qiáng)化學(xué)生的動手能力。在以往的教學(xué)中，學(xué)生的上機(jī)練習(xí)多以驗證型為主，完成上機(jī)任務(wù)和課后作業(yè)，便極少投入時間加強(qiáng)編程能力的培養(yǎng)，學(xué)生對編程興趣不高，學(xué)習(xí)積極性較差，屬于典型的被動式學(xué)習(xí)。翻轉(zhuǎn)課堂的思想是以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，教師啟發(fā)為輔。如何翻轉(zhuǎn)課堂，變被動為主動，選擇以生活中的實際問題和工程實際應(yīng)用為背景的教學(xué)案例，從講授編程語法為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詥l(fā)學(xué)生的編程思維為主，從課堂上的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)檎n后的主動學(xué)習(xí)，是進(jìn)行程序設(shè)計課程翻轉(zhuǎn)課堂實踐的思考之一。

一、翻轉(zhuǎn)課堂帶給程序設(shè)計課程的挑戰(zhàn)

翻轉(zhuǎn)課堂的思想是學(xué)生先在課前通過在線教學(xué)課件、視頻、練習(xí)等進(jìn)行知識的獲取和學(xué)習(xí)；在課堂上經(jīng)教師的啟發(fā)和引導(dǎo)，通過實際題目的演練來完成知識的內(nèi)化[2]；課后再通過在線練習(xí)、測驗等方式進(jìn)行知識的鞏固。將傳統(tǒng)的課堂中教師與學(xué)生之間的主輔地位翻轉(zhuǎn)，形成“課前學(xué)習(xí)+課堂內(nèi)化+課后鞏固”的教學(xué)模式[3]。將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于程序設(shè)計課程的實際教學(xué)過程中，面臨以下3個方面的挑戰(zhàn)。

（一）改革學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，變“被動學(xué)習(xí)”為“主動學(xué)習(xí)”

翻轉(zhuǎn)課堂要求學(xué)生自主安排時間上網(wǎng)學(xué)習(xí)視頻資料并完成在線試題。對學(xué)生而言，最大的挑戰(zhàn)則是需要改變原來被動接受知識的方式，培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)問題并總結(jié)問題的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。這需要學(xué)生有良好的自制能力和學(xué)習(xí)積極性。

（二）改革教師的授課方式，變“課堂授課”為“引導(dǎo)協(xié)助”

翻轉(zhuǎn)課堂不僅需要教師根據(jù)教學(xué)資源，裁剪、整合、設(shè)計在線學(xué)習(xí)資料和練習(xí)，還需要教師充分發(fā)揮在線教育的統(tǒng)計和分析能力，在上課前先根據(jù)學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)的記錄、學(xué)習(xí)過程中反饋的問題，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計適合課堂進(jìn)行的教學(xué)活動計劃。在翻轉(zhuǎn)課堂，教師不再占主導(dǎo)地位，而是協(xié)助學(xué)生分析問題、組織學(xué)生解決問題，答疑解惑、組織向?qū)綄W(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。

（三）改革成績評定方式，變“傳統(tǒng)筆試”為“上機(jī)考試”

改革成績評定方法，建立以上機(jī)考試和編程能力為主的客觀評價體系。打破以往期末成績占大頭的總評方法，完全取消卷面筆試，改為上機(jī)考試。上機(jī)考試采用機(jī)器自動評分的考試平臺，并借助考試平臺對學(xué)生的答卷進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，使學(xué)生可以通過上機(jī)測驗查漏補(bǔ)缺，教師可以針對學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)精講精練。為了客觀公正地考核學(xué)生的編程實踐能力，所建立題庫必須做到題型多樣化，覆蓋面廣等要求。

二、翻轉(zhuǎn)課堂在程序設(shè)計課程中的實施

程序設(shè)計課程的授課重點(diǎn)，不僅在于語法結(jié)構(gòu)，更重要的是讓學(xué)生通過實戰(zhàn)訓(xùn)練去鍛煉程序設(shè)計的思維。翻轉(zhuǎn)課堂的線上線下結(jié)合正好可以作為程序設(shè)計課程有效的實施手段。為此，可將每個章節(jié)的語法知識提煉并錄制視頻，布置小測驗讓學(xué)生在線上學(xué)習(xí)并驗證學(xué)習(xí)效果。再將實際案例設(shè)計為課堂小組協(xié)作題目，組織學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的知識點(diǎn)在課堂上開展討論、分工、編程和協(xié)作。

在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)內(nèi)容和實踐練習(xí)的設(shè)計上，應(yīng)注意把握以下幾個方面。

（1）應(yīng)多一些設(shè)計性的實踐內(nèi)容，少一些驗證性的實踐內(nèi)容。弱化學(xué)生對編程知識和語言本身的關(guān)注，著重對知識的運(yùn)用。

（2）課堂教學(xué)案例的設(shè)計應(yīng)該逐步提高、前后連貫，要能緊密聯(lián)系實際，讓學(xué)生在實踐中鞏固課堂知識的同時，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。

（3）在進(jìn)行課堂教學(xué)時，由教師對實踐題目進(jìn)行分解，組織學(xué)生討論，并制定解決方案，再以小組協(xié)作形式進(jìn)行實踐，使學(xué)生學(xué)習(xí)如何按“分而治之”策略解決一個具有相當(dāng)規(guī)模與復(fù)雜性的實際問題。

（4）鼓勵學(xué)生在實踐題目的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定程度的創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（5）在翻轉(zhuǎn)課堂上，每組學(xué)生完成任務(wù)后，請一位代表進(jìn)行課堂演示和答辯，組織全班同學(xué)對各組完成作品進(jìn)行投票，并作為課程的考核方式之一。這樣一方面可以鍛煉理科學(xué)生的演講能力，另一方面也能帶動班級的學(xué)習(xí)氣氛。

以C++程序設(shè)計為例，在講授“類與對象”這一概念時，傳統(tǒng)的實踐練習(xí)一般局限于驗證性實驗的形式，強(qiáng)調(diào)某個語句格式、某個語法問題等。例如，定義class A， 然后定義對象Aa。這種“重語法”的實踐教學(xué)太過強(qiáng)調(diào)程序語言本身的要素，忽視了對知識綜合運(yùn)用和實踐能力的培養(yǎng)。因此在設(shè)計翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)時，可以先提煉出語法的知識點(diǎn)讓學(xué)生在線學(xué)習(xí)，實際課堂可以組織一些設(shè)計性的實踐內(nèi)容，少一些驗證性實踐內(nèi)容。例如，課前讓學(xué)生在線學(xué)習(xí)如何定義類、如何定義對象、如何通過對象調(diào)用成員函數(shù)等等。而在課堂環(huán)節(jié)，組織學(xué)生通過小組分工，設(shè)計并實現(xiàn)一個電子時鐘，通過任務(wù)分解、課堂討論、小組協(xié)作等方式讓學(xué)生在實踐中鞏固課堂知識的同時，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。把抽象的概念用具體的實例展示給學(xué)生，使學(xué)生能融會貫通。課后通過布置學(xué)生在線作業(yè)，幫助學(xué)生鞏固疑難點(diǎn)和遺漏點(diǎn)。

1.課前資源準(zhǔn)備

根據(jù)“類與對象”的知識點(diǎn)和理解難點(diǎn)，設(shè)計了4個相應(yīng)的小知識模塊提供給學(xué)生在線學(xué)習(xí)，包括：①類的定義；②數(shù)據(jù)成員的定義；③對象的定義；④成員函數(shù)的調(diào)用。學(xué)生在學(xué)習(xí)完視頻之后，需要完成一份在線測驗，其中包括選擇題、判斷題、程序題等，經(jīng)過分析思考或進(jìn)一步看書、上網(wǎng)查詢資料后驗證所學(xué)知識。如果學(xué)生對知識點(diǎn)理解有疑問，可以在線提問和討論。教師在線檢查學(xué)生的完成情況，記錄學(xué)生成績，并根據(jù)學(xué)生的在線答題統(tǒng)計數(shù)據(jù)來修改和完善教學(xué)計劃。

在本例當(dāng)中，學(xué)生在線學(xué)習(xí)之后，要完成下列編程題目。

定義一個電子時鐘類，模擬如圖1的電子時鐘的功能，要求實現(xiàn)：

l初始化時間（可初始為：00：00：00）

l設(shè)置時間（小時，分鐘，秒）

l顯示時間（格式如圖所示）

學(xué)生通過分析該題目，回答以下問題：

l起個類名？（知識點(diǎn)：類的定義）

l有哪些屬性？（知識點(diǎn)：數(shù)據(jù)成員的定義）

l如何初始化時間？（知識點(diǎn)：構(gòu)造函數(shù)的定義）

l有哪些功能？（知識點(diǎn)：成員函數(shù)的定義）

通過以上問題，學(xué)生可以梳理出如下類的定義。

class Timer

{

public：

Timer（）； //構(gòu)造函數(shù)，用于初始化時間

void setTime（int h， int m， int s）； //設(shè)置時間

void showTime（）； //顯示時間

private：

int hour；

int minute；

int second；

}；

Timer：：Timer（）

{

hour = 0；

minute = 0；

second = 0；

}

void Timer：：setTime（int h， int m， int s）

{

hour = h；

minute = m；

second = s；

}

void Timer：：showTime（）

{

cout << hour << “ ： ”

<< minute << “： ”

<< second << endl；

}

2.課堂教學(xué)活動

翻轉(zhuǎn)課堂的關(guān)鍵在于課堂教學(xué)活動的設(shè)計，教師通過組織課堂活動來完成知識的內(nèi)化。教師首先在課前對學(xué)生在線學(xué)習(xí)與測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，了解學(xué)生學(xué)習(xí)時遇到的難點(diǎn)和理解誤區(qū)，為課堂的教學(xué)活動提供設(shè)計參考。在課堂上，教師首先對學(xué)習(xí)難點(diǎn)及學(xué)生普遍存在的問題進(jìn)行統(tǒng)一講解。其次，設(shè)計實踐題目組織學(xué)生進(jìn)行小組討論和協(xié)作開發(fā)。所設(shè)計題目盡量兼顧實用性和趣味性。實踐案例的內(nèi)容應(yīng)注重前后知識運(yùn)用的綜合性和連貫性，后續(xù)案例以前續(xù)案例為基礎(chǔ)。例如，在講授類與對象的知識時，設(shè)計的案例除了包含如何類的定義和實現(xiàn)，成員函數(shù)的調(diào)用等內(nèi)容外，還應(yīng)結(jié)合前面的基礎(chǔ)，如數(shù)組，指針，選擇結(jié)構(gòu)，循環(huán)結(jié)構(gòu)等編程語言要素。這樣一方面可以復(fù)習(xí)前面的知識，一方面可以培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)化意識，以幫助學(xué)生建立知識體系。另外，為了避免學(xué)生面對一個實踐任務(wù)時毫無頭緒，可將任務(wù)分解為一個個小任務(wù)，組織學(xué)生通過課堂討論等形式，由易入難，逐步推進(jìn)。針對“類與對象”這一知識點(diǎn)，設(shè)計了如下題目讓小組進(jìn)行討論。

【任務(wù)1】完成Timer類的定義之后，組織學(xué)生進(jìn)行小組討論：

問題1：如何使用Timer類定義對象？

問題2：如何設(shè)置時間？

問題3：如何調(diào)用showTime函數(shù)來顯示時間？

在課堂上開展討論之后，讓學(xué)生擬出解決的方案，并通過上機(jī)編程驗證。

int main（）

{

Timer timer1；

timer1.setTime（1，59，59）；

timer1.showTime（）；

return 0；

}

教師通過以上實例，講解“類與對象”的概念，加深學(xué)生對這個概念的理解，使學(xué)生搞懂本次課程的所有內(nèi)容，從而幫助學(xué)生完成知識的內(nèi)化。在完成以上編程之后，教師可以設(shè)置以下編程任務(wù)。

【任務(wù)2】針對以上完成的內(nèi)容，提出改進(jìn)的方向。

（1）目前顯示時間的功能仍不完善，例如01：59：59，會顯示為1：59：59。

（2）如何讓電子時鐘的時間真正走起來？

在課堂上再次開展討論之后，讓學(xué)生擬出解決的方案：

①解決時間的顯示問題可以用setw（）和setfill（）函數(shù)，該知識點(diǎn)屬于“格式化輸出”，在之前的章節(jié)講授過，在此可以幫學(xué)生復(fù)習(xí)并梳理下思路。參考代碼如下：

cout << setfill（'0'） << setw（2） << hour << “：”

<< setfill（'0'） << setw（2） << minute <<“：”

<< setfill（'0'） << setw（2） << second << endl；

②讓時間走起來，可以每次暫停1秒，并在當(dāng)前時間上累加1秒，清屏后再重新顯示時間。這里可以提供給學(xué)生以下函數(shù)： （注：需包含頭文件：windows.h）

System（“cls”）； //清屏

Sleep（1000）； //使程序暫停1秒

③要考慮時、分、秒的進(jìn)位問題。

通過上機(jī)編程進(jìn)行驗證，學(xué)生為Timer類新增了一個成員函數(shù)increase（）：

void Timer：：increase（）

{

second++；

if（second == 60）

{

second = 0；

minute++；

}

if（minute == 60）

{

minute = 0；

hour++；

}

if（hour == 24）

{

hour = 0；

}

}

修改showTime（）函數(shù)，代碼如下：

void Timer：：showTime（）

{

while（1）

{

system（“cls”）；

cout << setfill（‘0） << setw（2） << hour << “：”

<< setfill（‘0） << setw（2） << minute <<“：”

<< setfill（‘0） << setw（2） << second << endl；

Sleep（1000）；

increase（）；

}

}

通過上述的上機(jī)練習(xí)，學(xué)生基本能掌握類的定義、構(gòu)造函數(shù)的含義與作用、對象的使用等，此時在原基礎(chǔ)上提出實踐進(jìn)階要求，學(xué)生只需在已完成的項目上略加修改即可，較容易被接受。

【任務(wù)3】豐富電子時鐘的功能，模擬如圖2的電子時鐘的功能（日期+時間）。

要求可由用戶設(shè)置日期和時間，能顯示日期、時間和星期。

學(xué)生分析這個任務(wù)不難發(fā)現(xiàn)，可以在電子時鐘的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充，得出如下類的定義。

class DateTime

{

public：

void setTime（int h， int m， int s）；//設(shè)置時間

void setDate（int y， int m， int d）；//設(shè)置日期

void showTime（）；//顯示電子鐘時間

void showDate（）；//顯示年月日

void getDay（）；//獲得星期幾

void weekDay（）；//計算星期幾

private：

int year；

int month；

int day；

int hour；

int minute；

int second；

int weekday；

}；

這個任務(wù)雖然看似簡單，卻包含了許多知識點(diǎn)，如星期的換算，閏年的判斷等?？梢越M織學(xué)生以2～3人的團(tuán)隊形式進(jìn)行討論和課后開發(fā)，再由團(tuán)隊進(jìn)行演示，從而加深學(xué)生對“類與對象”概念的理解。從教學(xué)效果來看，多數(shù)學(xué)生都能完成以上題目，其中有不少學(xué)生還考慮到字體顏色、背景顏色等效果，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3.課后在線鞏固

在課堂教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生主要通過在線練習(xí)和測試來鞏固知識，在OJ平臺上進(jìn)行編程并提交程序。該平臺能自動根據(jù)教師提前設(shè)計的測試?yán)樱u判學(xué)生所提交程序的對錯，能實時顯示各種排行榜，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。教師根據(jù)學(xué)生的正確題目數(shù)給予相應(yīng)的平時成績獎勵，其成績記入期末總評分?jǐn)?shù)。此外，學(xué)生可以通過論壇分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗，提出疑問，教師根據(jù)學(xué)生容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行整理總結(jié)，在線進(jìn)行答疑。

三、翻轉(zhuǎn)課堂在程序設(shè)計課程中的效果

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)是對傳統(tǒng)課堂教學(xué)的一次全新改革，教師需要顛覆原來的一套教學(xué)習(xí)慣，學(xué)生則要自主利用碎片時間，通過手機(jī)、PC機(jī)等設(shè)備，隨時隨地自主完成學(xué)習(xí)和測試。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革已在我校計算機(jī)專業(yè)進(jìn)行了兩個學(xué)年，得到了學(xué)生和老師的普遍認(rèn)可。在教學(xué)過程中，研發(fā)適合翻轉(zhuǎn)課堂形式的教材，設(shè)計適合在線學(xué)習(xí)的微課，以及開發(fā)在線測試的題庫，都是實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的關(guān)鍵因素。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)思路有一定的實際意義，進(jìn)一步推動程序設(shè)計類課程教學(xué)效果的提高，為程序設(shè)計類課程教學(xué)改革提供了新思路。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 陳晉音，俞山青，毛國紅.面向C++ 程序設(shè)計課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革[J].計算機(jī)教育， 2015（19）：39-44.

[2] 裴大容.翻轉(zhuǎn)課堂在應(yīng)用型本科C語言程序設(shè)計課程中的教學(xué)應(yīng)用探索[J].電腦知識與技術(shù)，2017（32）：173-174.

[3] 李文彬，楊勃，潘理，吳岳芬.基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在《C語言程序設(shè)計》課程中的探索與實踐[J].現(xiàn)代計算機(jī)（專業(yè)版），2017（6）：58-61.

[責(zé)任編輯：黃緊德]