翻轉(zhuǎn)課堂在軟件類課程教學(xué)中的創(chuàng)新實踐探索

吳海霞 馬瑞敏 李慧玲

摘要：介紹了翻轉(zhuǎn)課堂的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，概述了計算機專業(yè)教師團(tuán)隊在一系列軟件類課程中開展基于項目案例驅(qū)動進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂嘗試的總體思路和實施過程，結(jié)合課程改革和教學(xué)改革的效果，給出應(yīng)用型本科院校開展創(chuàng)新教學(xué)和提升教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；項目案例驅(qū)動；慕課；創(chuàng)新實踐

中圖分類號：TP301；G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）11-0170-02

1 背景

在計算機相關(guān)專業(yè)的課程體系中，軟件類課程群占近一半的比例，包括離散數(shù)學(xué)、匯編語言、高級語言程序設(shè)計（C/C++/JAVA/Python）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計與分析、軟件工程、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫原理等核心主干課程，對學(xué)生的知識、技能、思維、方法、應(yīng)用等綜合要求都較高，對后續(xù)專業(yè)發(fā)展也起到?jīng)Q定性作用。因此，有效的課堂教學(xué)對于學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)和發(fā)展十分重要。

本教學(xué)團(tuán)隊在過去兩個學(xué)年中，采用基于項目案例驅(qū)動的教學(xué)思路，開展大膽的翻轉(zhuǎn)課堂嘗試，進(jìn)行創(chuàng)新性地教學(xué)研究和實踐改革，不僅提升了師資團(tuán)隊的能力和素養(yǎng)，還優(yōu)化了課堂教學(xué)效果，提升了學(xué)生的專業(yè)水平和實踐能力。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)研究現(xiàn)狀

隨著BYOD和移動終端的普及，數(shù)字化成為青年學(xué)生的重要生活學(xué)習(xí)方式。各種社交平臺、微信小程序、APP移動應(yīng)用工具愈發(fā)活躍和豐富，為遠(yuǎn)程教育、在線MOOC、虛擬社區(qū)學(xué)習(xí)提供了技術(shù)平臺。

近年來，翻轉(zhuǎn)課堂和MOOC教學(xué)已在各國的高等教育和中等職業(yè)教育中逐漸推行。國內(nèi)外出現(xiàn)了Coursera、edX、CMOOC、超星爾雅等多種課程形態(tài)和教育平臺，我國各類學(xué)校和教育機構(gòu)也陸續(xù)開設(shè)新的教育服務(wù)產(chǎn)品及教學(xué)資源平臺，使傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式發(fā)生了改革，推動著教育的創(chuàng)新發(fā)展和高質(zhì)發(fā)展。

由于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式更適合學(xué)業(yè)內(nèi)容廣深、思維活躍敏捷、自主性和適應(yīng)性較強的大學(xué)生群體，所以在本科生和碩士研究生的專業(yè)課程中嘗試應(yīng)用最多。

3 基于項目案例的教學(xué)模式

基于項目案例（PBL）的教學(xué)是廣受師生推崇的一種教學(xué)方法，特別受到應(yīng)用型本科院校的高度重視，對計算機等工科專業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)起到較好的促進(jìn)作用。

通過在翻轉(zhuǎn)課堂上實施項目案例教學(xué)，激勵學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、培養(yǎng)學(xué)習(xí)自覺、掌握科學(xué)有效的學(xué)習(xí)方法。以軟件類課程為例，該教學(xué)模式主要考慮以下幾方面的目標(biāo)：兼顧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計、算法分析等課程的知識要求、能力要求，完善相關(guān)案例和項目內(nèi)容，構(gòu)建立體化教學(xué)資源體系，包括講義、課件、視頻、微課、作業(yè)、題庫、項目、實驗集等。通過對學(xué)生的跟蹤測試和問卷調(diào)查，實現(xiàn)對翻轉(zhuǎn)課堂、項目案例教學(xué)等創(chuàng)新教學(xué)模式的有效運用和評價。

4 翻轉(zhuǎn)課堂教改思路和方案

4.1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式探索

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實踐主要有課堂實施、小組活動、項目實驗三個重要環(huán)節(jié)。基于此，采用過程化考核方式，結(jié)合平時成績和實驗成績，以小組為單位評測，個人附加成績參考在團(tuán)隊的參與度和專項表現(xiàn)加權(quán)考量。

課堂實施：在探索式創(chuàng)新初期，課堂翻轉(zhuǎn)的時間安排把握在40-60%之間，如開設(shè)17周共68課時的課程，創(chuàng)新模式的課時控制在25-40課時；每節(jié)課完全翻轉(zhuǎn)的時間不超三分之二，如學(xué)生自主講述交流約20分鐘，討論提問互動約10分鐘，教師點評或測試、強化輔導(dǎo)或答疑10分鐘，下節(jié)導(dǎo)學(xué)/實驗準(zhǔn)備/項目布置10分鐘。

小組活動：根據(jù)班級人數(shù)分成若干個3-5人一組的團(tuán)隊，各成員在課前自主完成資料查找、內(nèi)容自學(xué)、研究討論、項目分工，通過團(tuán)隊或小組等學(xué)習(xí)聯(lián)盟完成規(guī)劃、建模、分析、設(shè)計、實驗、調(diào)試、錄制、拓展等，達(dá)到自主學(xué)習(xí)和深化學(xué)習(xí)的目的，還會產(chǎn)生意外的靈感和收獲。

項目實驗：合理設(shè)置驗證型、設(shè)計型、綜合性實驗的比例。按照實驗大綱進(jìn)度提前1-2周明確項目任務(wù)，各小組自行準(zhǔn)備，課前一天提交實驗任務(wù)書，實驗過程中利用50分鐘完成基本實驗要求，20分鐘完善實驗報告，教師實時監(jiān)控和巡視學(xué)生狀況，并適當(dāng)指導(dǎo)設(shè)計和調(diào)試。與每組交流討論5-10分鐘并評價指導(dǎo)實驗任務(wù)書。最后，教師集體強調(diào)和總體評價，互動答疑10分鐘，預(yù)告下次教學(xué)內(nèi)容和實驗項目，重點強調(diào)與本次實驗的關(guān)聯(lián)。

4.2 課程單元模塊的劃分

為便于項目案例的實施，按照課程單元進(jìn)行模塊劃分或整合。以兩門主要的軟件類課程為例。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的主要模塊：

模塊A：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型之線性表：順序表、隊列、棧、廣義表、串、數(shù)組和矩陣；

模塊B：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型之非線性表：鏈表、圖、樹；

模塊C：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基本應(yīng)用：查找/索引、排序；

模塊D：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)高級應(yīng)用：哈希專題、遍歷算法、離散數(shù)學(xué)建模等。

算法設(shè)計課程的主要模塊：

模塊A：算法理論之基礎(chǔ)部分：算法描述、性能評價、時空復(fù)雜度計算；

模塊B：算法理論之高級部分：算法優(yōu)化理論、NP理論；

模塊C：簡單算法策略：蠻力法、分治法、動態(tài)規(guī)劃法、貪心法；

模塊D：中級算法策略：回溯法、分支限界；

模塊E：高級算法策略：隨機算法、近似算法、其他常用建模算法。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法設(shè)計有很多相同或相關(guān)的知識單元，可根據(jù)課時或?qū)W生接受情況進(jìn)行案例融合和實驗整合。

4.3 多元評價機制和分類分層指導(dǎo)

建立多元教學(xué)評價機制，開展分層次的課外引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生研究精神和創(chuàng)新潛能。結(jié)合學(xué)生課前準(zhǔn)備、課堂交流、互動表現(xiàn)、團(tuán)隊合作、實驗思路與效果等過程性指標(biāo)進(jìn)行量化評價，以學(xué)生個體的進(jìn)步和提升情況進(jìn)行相對水平評價。

5 翻轉(zhuǎn)課堂項目實施

5.1 翻轉(zhuǎn)課堂的開展方式

主要圍繞四個方面進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的實施推進(jìn)：廣查文獻(xiàn)，研究現(xiàn)代教育教學(xué)理念和工程素質(zhì)/能力培養(yǎng)；通過問卷調(diào)查對校內(nèi)外教學(xué)模式、師生認(rèn)可度、實踐效果進(jìn)行動態(tài)檢測；通過個案研究，對參與受試班級和學(xué)生跟蹤觀察、記錄、分析。通過教育實踐研究，立足教學(xué)班級，通過創(chuàng)新教學(xué)前后學(xué)生學(xué)習(xí)的變化，尋求科學(xué)施教方案。

5.2 翻轉(zhuǎn)課堂的實施范圍

實施范圍為本校計算機系、數(shù)學(xué)系、電子信息與物理系、生物系等四個教學(xué)系部，覆蓋計算機科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息與計算數(shù)學(xué)、光電物理等七個專業(yè)，對開設(shè)的《算法設(shè)計與分析》、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《高級程序設(shè)計》等課程中進(jìn)行教改探索和創(chuàng)新實踐。每學(xué)期每名教師確定1-2個班級約100名左右學(xué)生為授課對象；

形成的實踐成果資料包括專題教學(xué)設(shè)計、實驗指導(dǎo)手冊、研究性學(xué)習(xí)報告。每學(xué)期組織1次算法設(shè)計和編程應(yīng)用競賽活動，檢驗教學(xué)成果。

5.3 實施方案

在教學(xué)中開展翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)當(dāng)做到準(zhǔn)備充分、設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)、實時監(jiān)控、統(tǒng)籌兼顧、系統(tǒng)完整。

1）組建師資隊伍：學(xué)習(xí)現(xiàn)代教育教學(xué)理念、觀摩校外教學(xué)、客觀調(diào)研分析、明確目標(biāo)任務(wù)；

2）制定階段方案：嚴(yán)格課題組的管理制度、規(guī)劃階段任務(wù)、列出具體時間表，明晰分工；

3）重新審視課程：構(gòu)建課程學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖、繪制知識圖譜、幫助學(xué)生梳理知識架構(gòu)和輪廓；

4）起草教學(xué)設(shè)計：對重要的模塊和章節(jié)，以“項目案例”為驅(qū)動，基于“翻轉(zhuǎn)課堂”形式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計的編制，并交流修改，模擬試用；

5）籌備課堂嘗試：對學(xué)生講解新教學(xué)的意義和目標(biāo)，鼓勵學(xué)生積極參與，挑選積極性高、表現(xiàn)力強、基礎(chǔ)較好的同學(xué)優(yōu)先組隊進(jìn)行準(zhǔn)備。做好鼓勵、指導(dǎo)和督促；

6）實踐創(chuàng)新模式：按既定方案進(jìn)行開展，階段性組織觀摩、交流、總結(jié)、反思、改進(jìn)；

7）搭建在線課程教育平臺：師生利用教育平臺或網(wǎng)盤下載課件、從專題網(wǎng)站下載視頻資料、在專業(yè)論壇上交流提問、知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫下載主題論文、微課平臺上觀看示范教學(xué)、學(xué)習(xí)軟件工具編輯自制錄像。分類匯總后可形成資源庫，供后續(xù)學(xué)習(xí)及教學(xué)使用；

8）課外延伸：指導(dǎo)個別學(xué)生參加研究性學(xué)習(xí)、開放性實驗、創(chuàng)新項目應(yīng)用、專業(yè)技能比賽；

9）匯集成果：根據(jù)階段進(jìn)展撰寫分析報告、教學(xué)案例、實驗指導(dǎo)報告、心得體會等。

6 翻轉(zhuǎn)課堂實施效果和評價

翻轉(zhuǎn)課堂在軟件類課程教學(xué)中的創(chuàng)新實踐和探索，體現(xiàn)出以下特色和創(chuàng)新之處：

1）面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)、工程素質(zhì)教育的教學(xué)改革目標(biāo)導(dǎo)向；

2）利用建構(gòu)主義理念、翻轉(zhuǎn)式互動教學(xué)，發(fā)揮學(xué)生主體作用和教師主導(dǎo)作用，受學(xué)生歡迎；

3）以課程群為依托，便于連續(xù)實施和推廣，利于強化計算思維、專業(yè)素養(yǎng)和工程能力；

4）構(gòu)建立體化教學(xué)資源體系，為師生教、學(xué)、研、練提供時空便利，學(xué)生學(xué)習(xí)更自主；

5）基于移動終端、社交平臺、虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)進(jìn)行E-Learning。

基于項目案例驅(qū)動方式實施翻轉(zhuǎn)課堂，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法課程在教學(xué)形式創(chuàng)新和教學(xué)效果上的優(yōu)化。通過2-3個學(xué)期的創(chuàng)新學(xué)習(xí)和實踐，取得了多方面的成效。

1）教師綜合能力的提升。通過在多門課程中進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的實踐探索，扭轉(zhuǎn)了任課教師拘謹(jǐn)而保守的教學(xué)理念。在多元資源構(gòu)建過程中，切實提高了設(shè)計教學(xué)、編制微課、指導(dǎo)學(xué)生、科學(xué)研究的綜合能力。老師和學(xué)生都從課堂上得到解放，課前交互密切，課堂互動自然，趣味性和實用性凸顯。

2）學(xué)生的學(xué)習(xí)效果顯著。通過翻轉(zhuǎn)課堂的參與，學(xué)生自學(xué)能力增強，專業(yè)意識得以強化，個性得到張揚和展現(xiàn)，多維指標(biāo)評測科學(xué)有效。學(xué)生真正樹立了“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法=程序設(shè)計”的軟件開發(fā)思想，培養(yǎng)了計算思維。學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和應(yīng)用能力明顯增強。

3）人才培養(yǎng)效果彰顯。通過組建創(chuàng)新教學(xué)團(tuán)隊，共同鉆研教學(xué)過程，提高導(dǎo)學(xué)督學(xué)水平，提升了學(xué)生的專業(yè)實踐能力，真正活學(xué)活用。在專業(yè)認(rèn)證考試和學(xué)科競賽中取得較往年顯著的成果。顯然，非常有助于提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量，增強學(xué)生和學(xué)校的就業(yè)競爭力。

可見，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革對教學(xué)質(zhì)量的提升作用和總體效果顯著， 師生總體滿意，有待進(jìn)一步推廣和優(yōu)化。

7 結(jié)束語

創(chuàng)新開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中仍有需要解決的關(guān)鍵問題：支撐教學(xué)軟環(huán)境的不斷優(yōu)化；翻轉(zhuǎn)課堂案例的遷移策略，教學(xué)過程的精準(zhǔn)管理和質(zhì)量控制；項目化案例資源庫的構(gòu)建、完善、運用、推廣；教和學(xué)多維評價機制的建立和實施。同時，在軟件資格認(rèn)證考試和計算機等級考試指導(dǎo)實訓(xùn)中可以嘗試，每期控制人數(shù)在20-40人，確保效果和質(zhì)量。

在未來的改革實踐中，將繼續(xù)以課程群建設(shè)為依托，以學(xué)生的綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)為目標(biāo)，利用“翻轉(zhuǎn)課堂”和“項目案例教學(xué)”的現(xiàn)代教育思想開展教學(xué)改革創(chuàng)新研究，推動應(yīng)用型本科院校的優(yōu)質(zhì)人才培養(yǎng)。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】