“翻轉(zhuǎn)課堂”下軟件工程專業(yè)的課堂教學(xué)研究與實踐

華南師范大學(xué)軟件學(xué)院 潘家輝 曾碧卿

在高等教育改革中，課堂教學(xué)是“學(xué)生生存與發(fā)展的重要方式”。軟件工程作為一門交叉性的應(yīng)用型專業(yè)，注重培養(yǎng)學(xué)生的實際操作與思維創(chuàng)新能力，讓學(xué)生在工程實踐和項目開發(fā)中體會和掌握軟件工程的最新技術(shù)和開發(fā)思想。因此，軟件工程的課堂教學(xué)非常適合采取項目驅(qū)動式的教學(xué)方法，強(qiáng)化實訓(xùn)，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，提高學(xué)生的軟件開發(fā)實踐能力。而最近幾年興起的“翻轉(zhuǎn)課堂” （Flipped Learning）正是有效實施項目驅(qū)動式教學(xué)法的教學(xué)模式。與傳統(tǒng)教學(xué)不同，“翻轉(zhuǎn)課堂”讓學(xué)生在課下自主地根據(jù)學(xué)習(xí)資源學(xué)習(xí)新知識，而在課上完成體系的構(gòu)建以及知識的內(nèi)化和固化。由此可見，“翻轉(zhuǎn)課堂”恰好是“傳統(tǒng)教學(xué)”的顛倒。筆者所在教學(xué)團(tuán)隊經(jīng)過將近2年的教學(xué)實踐，在軟件工程專業(yè)的課程教學(xué)中采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的思想，將軟件工程專業(yè)的教學(xué)實現(xiàn)從以“教”為中心，轉(zhuǎn)變到以“學(xué)”為中心，研究、探索與實踐軟件工程專業(yè)新的教學(xué)模式?，F(xiàn)在，本人總結(jié)了關(guān)于翻轉(zhuǎn)課堂下軟件工程專業(yè)的課程教學(xué)的一些經(jīng)驗，與同行共勉。

一、以項目為中心的翻轉(zhuǎn)課堂模型

為了提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識分析、解決實際問題的能力，軟件工程專業(yè)的課堂教學(xué)一般采用以項目為導(dǎo)向的教學(xué)。我們嘗試把項目驅(qū)動融入到翻轉(zhuǎn)課堂中，由具有軟件工程實踐經(jīng)驗的教師作為項目經(jīng)理安排一個完整具體的軟件開發(fā)任務(wù)作為翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)活動，讓學(xué)生在有意義的任務(wù)完成過程中更好地掌握工業(yè)界最新的技術(shù)。從而在項目實踐的同時進(jìn)行知識建構(gòu)和技能訓(xùn)練。具體分為以下5 個步驟：

（1）案例導(dǎo)入。項目驅(qū)動教學(xué)的第一步是“案例導(dǎo)入”，即老師以事先準(zhǔn)備的工程案例為教學(xué)材料，通過設(shè)定現(xiàn)實中問題或展示一個具體項目等形式將學(xué)生引入到教學(xué)內(nèi)容的情景中。例如，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》的“最短路徑算法及應(yīng)用”課堂教學(xué)中，以城市公路網(wǎng)的生活案例，給學(xué)生都提一個本課相關(guān)的路徑規(guī)劃問題，讓學(xué)生對這個知識點的應(yīng)用有一個感性的認(rèn)識。在該階段，教師主要工作是引導(dǎo)學(xué)生帶著具體的問題在課下進(jìn)行概念探究的自主學(xué)習(xí)。

（2）概念探究。傳統(tǒng)課堂中，概念學(xué)習(xí)主要依賴于教師的課上講解，但由于學(xué)生的差異性和時間的有限性，學(xué)生對基本概念的學(xué)習(xí)極度依賴于教師的教學(xué)進(jìn)度。在翻轉(zhuǎn)課堂中，基本概念的學(xué)習(xí)是學(xué)生在課下通過教師提供的教學(xué)資源自主完成的，他們可以根據(jù)自身的學(xué)習(xí)特點和時間來自由掌控。對于復(fù)雜的概念可以反復(fù)學(xué)習(xí)、深入思考，遇到疑難知識點，可以與同學(xué)們一起討論交流。

（3）體系構(gòu)建?！绑w系構(gòu)建”是指學(xué)生在概念探究的基礎(chǔ)上對相關(guān)的概念及知識建立相互間的聯(lián)系，利用我們提供的知識地圖和思維導(dǎo)圖實現(xiàn)知識點的體系化。為了幫助學(xué)生強(qiáng)化知識的理解，我們在概念探究階段為學(xué)生提供知識地圖和思維導(dǎo)圖等拓展教學(xué)資源，讓學(xué)生以較為充足的時間進(jìn)行意義建構(gòu)。對于學(xué)生在建構(gòu)過程中遇到的問題，一方面可以通過學(xué)者網(wǎng)的在線交流平臺進(jìn)行提問，另一方面可以在課上進(jìn)行開放式討論。

（4）知識內(nèi)化。在前面階段的基礎(chǔ)上，學(xué)生需要對自學(xué)的知識進(jìn)行更高階的遷移與應(yīng)用，從而掌握解決問題的能力，這樣的能力一般需要在知識內(nèi)化階段獲得。在翻轉(zhuǎn)課堂的理論課堂中，我們會圍繞著課前自學(xué)布置的問題，組織課堂匯報或答辯。在此過程中，學(xué)生是課堂討論的主體，老師起到一個引導(dǎo)和管理的作用，對全體學(xué)生的共性問題，教師可以進(jìn)行針對性講解。

（5）知識固化（項目開發(fā)）。在實驗課堂中，以具體的項目任務(wù)為導(dǎo)向，與第一階段“案例導(dǎo)入”相呼應(yīng)，學(xué)生進(jìn)行與知識點相關(guān)的軟件開發(fā)實踐，檢查掌握情況，并完成知識擴(kuò)展和應(yīng)用擴(kuò)展，固化學(xué)習(xí)效果。這一階段也是培養(yǎng)學(xué)生合作意識和溝通能力的重要環(huán)節(jié)，而教師的任務(wù)是及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題，并予以糾正。例如，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》的“最短路徑算法及應(yīng)用”的實驗課中，我們布置的任務(wù)是利用 Dijkstra 算法或Floyd 算法完成實例“華南師范大學(xué)南海校區(qū)景點導(dǎo)游圖”小型系統(tǒng)。通過一個與學(xué)生相貼近的項目，要求學(xué)生在開發(fā)實踐中自主完成知識點的應(yīng)用，同時強(qiáng)化項目開發(fā)的能力。

二、構(gòu)建動態(tài)的立體個性化資源中心

在翻轉(zhuǎn)課堂的實施過程中，如何建設(shè)豐富有效的課程資源并進(jìn)行網(wǎng)上共享是一個關(guān)鍵問題。本教學(xué)團(tuán)隊的大部分課程已在科研協(xié)作平臺——學(xué)者網(wǎng)（http://www.scholat.com/）以及華南師范大學(xué)南海校區(qū)網(wǎng)絡(luò)硬盤（http:// nhwebdisk.scnu.edu.cn）進(jìn)行了課程資源中心的初步建設(shè)，包括《C 語言程序設(shè)計》《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計》《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》《軟件工程與UML》《軟件需求》等軟件工程專業(yè)的核心課程。我們的實踐經(jīng)驗是把傳統(tǒng)的課程網(wǎng)站建設(shè)成為“動態(tài)的立體個性化資源中心”，即具有資源形式立體化、資源特點個性化、資源建設(shè)動態(tài)化的學(xué)習(xí)平臺。

學(xué)者網(wǎng)的課程網(wǎng)站提供了教學(xué)公告、教學(xué)資源、課程作業(yè)、互動交流、課程信息、學(xué)生管理、個人主頁等模塊功能。教師首先在課程網(wǎng)站的基礎(chǔ)上添加基本的課程內(nèi)容（例如課程簡介、教學(xué)大綱等），然后根據(jù)教學(xué)的進(jìn)度不斷上傳課程資源（如教學(xué)視頻、課件、項目案例等）。為了保證學(xué)生課下學(xué)習(xí)的有效性，翻轉(zhuǎn)課堂需要建立和提供訪問途徑豐富和展示形式多樣的立體化學(xué)習(xí)資源。針對軟件工程專業(yè)的特點，我們除了提供了網(wǎng)頁形式的教學(xué)大綱、Word 形式的教案，PPT 形式的教學(xué)課件，視頻形式的微課堂錄像等常規(guī)資源，還提供項目工程案例、FAQ知識庫、實踐實驗題、科技亮點等拓展資源。此外，針對部分涉及大量的抽象概念、晦澀難懂的模型及操作算法的課程（如《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》），通過提供思維導(dǎo)圖和知識地圖等拓展資源直觀地呈現(xiàn)知識點的關(guān)聯(lián)，從而促進(jìn)高效學(xué)習(xí)的發(fā)生。

對于參與翻轉(zhuǎn)課堂的每位學(xué)生，他們需要在學(xué)習(xí)開始之前，在學(xué)者網(wǎng)上注冊帳號和加入課程，建立一份自己的學(xué)習(xí)檔案。學(xué)習(xí)檔案記錄了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的情況，包括實驗提交的時間、互動交流的提問、登陸系統(tǒng)學(xué)習(xí)的情況等。在學(xué)者網(wǎng)上，教師可以隨時跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，分析不同班級或個人的特點，為學(xué)生提供豐富多樣的學(xué)習(xí)資源，并根據(jù)學(xué)生的情況對課程資源做出相應(yīng)的動態(tài)更新和調(diào)整。同時，在教學(xué)和應(yīng)用的過程中，學(xué)生也將成為課程內(nèi)容的建設(shè)者。因此，學(xué)生自始至終是整個學(xué)習(xí)過程的主導(dǎo)者，學(xué)生能自由選擇學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)地點和學(xué)習(xí)伙伴，還可以定制自己的學(xué)習(xí)內(nèi)容，定制自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)方式。

三、翻轉(zhuǎn)課堂與資源中心的無縫對接

我們將上述建設(shè)的共享資源與“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式無縫對接，即把精品資源的內(nèi)容呈現(xiàn)貫穿于“翻轉(zhuǎn)課堂”的各個教學(xué)環(huán)節(jié)中。

首先，教師預(yù)先構(gòu)建完整的“翻轉(zhuǎn)課堂”學(xué)習(xí)支持體系，制作翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)資源，包括導(dǎo)學(xué)工程案例、微視頻、網(wǎng)頁、PPT 課件、以及知識地圖等。其中，教師設(shè)置案例引入環(huán)節(jié)，通過一個具體的項目任務(wù)需求以及向?qū)W習(xí)者提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考。

其次，學(xué)生在課外利用學(xué)習(xí)支持體系提供多種形式的常規(guī)資源（教學(xué)大綱、課件、微課視頻等），自主地根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度、認(rèn)知風(fēng)格選擇知識點并開展學(xué)習(xí)，解決導(dǎo)讀部分提出的問題，完成知識點的初步學(xué)習(xí)。教師可利用精品資源提供的知識地圖和思維導(dǎo)圖等拓展資源，幫助學(xué)生強(qiáng)化對知識的理解。另外，課程資源中心為學(xué)生提供了在線互動交流，從而為學(xué)生的知識內(nèi)化提供全方位的學(xué)習(xí)支持。在理論課堂上，教師組織課堂匯報，鼓勵學(xué)生之間相互提問和回答，并針對共性問題進(jìn)行回答，并“畫龍點睛”地進(jìn)行知識點的總結(jié)，使學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能夠真正地得到深化，實現(xiàn)知識內(nèi)化。在實驗課堂上，教師以具體的項目任務(wù)為導(dǎo)向，學(xué)生進(jìn)行與知識點相關(guān)的軟件開發(fā)實踐，完成知識擴(kuò)展和應(yīng)用擴(kuò)展，固化學(xué)習(xí)效果。在知識固化環(huán)節(jié)，課程資源中心還提供了課程實驗庫、配套試題庫、項目實踐任務(wù)以及個性化學(xué)習(xí)檔案，便于學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)束之后自行檢驗其學(xué)習(xí)效果。

最后，教師開展階段性評估測試。一方面，教師可以結(jié)合學(xué)生的日常學(xué)習(xí)檔案對學(xué)生進(jìn)行總結(jié)性評價；另一方面，實驗中布置的項目工程將是學(xué)生在“做重學(xué)”中最好的檢查載體。

四、結(jié)束語

翻轉(zhuǎn)課堂的實質(zhì)在于增加師生互動的環(huán)節(jié)，并提供學(xué)生自主學(xué)習(xí)的資源與環(huán)境。針對軟件工程學(xué)科的特殊性，本教學(xué)團(tuán)隊把項目驅(qū)動融入到翻轉(zhuǎn)課堂中，以一個項目任務(wù)貫徹于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)中，并建議與之相適應(yīng)的立體個性化資源，讓項目驅(qū)動、翻轉(zhuǎn)課堂、動態(tài)資源三者有機(jī)地結(jié)合在一起。我們相信，翻轉(zhuǎn)課堂的思想已成為課堂教學(xué)改革的一個新的潮流。針對不同類別的學(xué)科，翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵與外延還將在實踐中不斷發(fā)展完善，這為不同學(xué)科課堂教學(xué)的改革深化提供了一定的借鑒意義。

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