基于模塊化的翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)實踐

胡靜　張榮國　趙建　張銳

摘 要：對C語言程序設(shè)計的知識點進(jìn)行模塊化設(shè)計，給出模塊化結(jié)構(gòu)圖。線上MOOC+SPOC基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，線下依據(jù)模塊化結(jié)構(gòu)圖重新組織教學(xué)，并以翻轉(zhuǎn)課堂為教學(xué)模式、以移動通信技術(shù)為教學(xué)手段提升計算思維求解問題的能力。通過成績、課堂教學(xué)效果和學(xué)生評價說明實施效果并進(jìn)行評價，對基于模塊化的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：模塊化；MOOC+SPOC；翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：The paper conducts a modular design of the knowledge of C Language Programming and presents the modular structure diagram.MOOC+SPOC are applied to learn basic knowledge online，while th modular structure diagram is used to reorganize the teaching offline.In order to improve the ability of solving problems through computational thinking，the teaching mode of flipped classroom is adopted and the teaching means of mobile communication technology is used.The implementation effect is evaluated through examination results，classroom teaching effects and student evaluation.The teaching mode of flipped classroom based on modularization is summarized.

Keywords：modularization；MOOC+SPOC；flipped classroom

1 引言（Introduction）

大學(xué)計算機教育已被教育部確定為非計算機專業(yè)大學(xué)生的必修課，課程包括大學(xué)計算機基礎(chǔ)、C語言程序設(shè)計和數(shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用。現(xiàn)有非計算機專業(yè)C語言程序設(shè)計課程學(xué)時數(shù)少，教學(xué)內(nèi)容只能停留在基本概念和基本應(yīng)用上，而后續(xù)專業(yè)課卻要求學(xué)生使用C語言解決專業(yè)問題。如何在兼顧課程內(nèi)容穩(wěn)定性和適用性的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)學(xué)科知識傳授和應(yīng)用技能訓(xùn)練之間的關(guān)系，如何在思維與能力之間、基礎(chǔ)到應(yīng)用之間搭起橋梁成為C語言程序設(shè)計課程改革的緊迫任務(wù)。我們認(rèn)為要從兩個方面著力破解，一是從課程教學(xué)內(nèi)容體系方面，尋求培養(yǎng)計算思維能力并能拓展應(yīng)用能力的關(guān)鍵知識點；二是從教學(xué)手段教學(xué)方法方面，驗證是否可以利用MOOC+SPOC等先進(jìn)的教學(xué)手段來破解這樣的矛盾[1]。

2 線上MOOC+SPOC與線下翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式

（The teaching mode of online MOOC+SPOC and

offline flipped classroom）

MOOC（Massive Open Online Courses，大規(guī)模開放在線課程）是近幾年涌現(xiàn)出的一種開放在線課程模式，其強大的數(shù)據(jù)存儲能力和處理能力，能將學(xué)習(xí)過程、進(jìn)度、參與討論等保存下來，通過對大數(shù)據(jù)的處理和分析，實時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況并實現(xiàn)教學(xué)過程化的電子管理。

SPOC（Small Private Online Course，小范圍私有在線課程）是MOOC的一個分支，規(guī)模一般為幾十人到幾百人不等。MOOC+SPOC是指各學(xué)校基于同一門MOOC課程建設(shè)的專有的個性化在線開放課程[2]。SPOC分同步SPOC和異步SPOC，同步SPOC是指SPOC和MOOC同時進(jìn)行，學(xué)生不但可以得到MOOC團(tuán)隊的在線輔導(dǎo)，而且可申請到結(jié)業(yè)證書；而異步SPOC是由本校教師獨立發(fā)布MOOC資源，根據(jù)學(xué)校定位、專業(yè)及入學(xué)基礎(chǔ)的差異，教師可以對MOOC資源如短視頻、教學(xué)課件、測試題、期末考試題及討論話題進(jìn)行增加或刪除，建設(shè)高于或低于MOOC標(biāo)桿性課程內(nèi)容，形成符合本校特色的SPOC課程資源。

我們建設(shè)了C語言程序設(shè)計的SPOC資源包括視頻，延展思維、拓展應(yīng)用、單元測試，并上傳至中國大學(xué)MOOC的SPOC平臺，作為適合我校MOOC教學(xué)的必要補充，如圖1所示的是“C程序在 Visual C++6.0 運行”的SPOC資源。

3 線下翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)內(nèi)容模塊化設(shè)計（Offline

modular design of the teaching content of flipped

classroom）

要達(dá)到翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果，除了借助MOOC、SPOC線上儲備知識、使知識由被動接受變?yōu)橹鲃诱J(rèn)可和自主輸出之外，還需要對翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新設(shè)計和編排。

隨著各種事務(wù)被數(shù)字化而成為計算機處理的對象，數(shù)據(jù)處理成為人們?nèi)粘９ぷ骱蜕畹幕臼侄?，從這個意義上講，求解現(xiàn)實問題面臨的首要任務(wù)是如何將現(xiàn)實問題抽象表示為數(shù)據(jù)并通過程序?qū)?shù)據(jù)處理從而求得問題的解，使用程序設(shè)計語言求解問題也應(yīng)該符合這一規(guī)律。因此，可以將C語言程序設(shè)計知識點重新組織成以數(shù)據(jù)處理為中心若干內(nèi)容和時間上自成一體、帶分值、可檢測、具有限定內(nèi)容的模塊，分別是數(shù)據(jù)表示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)引用模塊。

當(dāng)然，設(shè)計程序時還應(yīng)該以程序結(jié)構(gòu)為框架、以算法性能為衡量標(biāo)準(zhǔn)。因此，C語言程序設(shè)計除數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)引用模塊之外，還應(yīng)該有程序結(jié)構(gòu)模塊和程序性能模塊，重新組織的以模塊為單元的知識結(jié)構(gòu)如圖2所示，具體某一模塊如數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計如表1所示。endprint

以模塊化為單元的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，實現(xiàn)了知識點由點到面向由面到類的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)了知識輸入為導(dǎo)向的內(nèi)容講授向以知識輸出為導(dǎo)向的能力轉(zhuǎn)變。

4 教學(xué)實踐（Teaching practice）

（1）線上MOOC+SPOC學(xué)習(xí)

線上通過MOOC獲得來自不同優(yōu)秀院校豐富立體化的教學(xué)資源，通過不同校學(xué)生間、師生間的在線討論、答疑以及相互評閱等為模塊化教學(xué)做知識的儲備。

課前除了要學(xué)習(xí)MOOC之外，還應(yīng)該學(xué)習(xí)教師提供私有SPOC資源，教師根據(jù)學(xué)習(xí)情況反饋的數(shù)據(jù)調(diào)整線下翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)容，實現(xiàn)知識儲備和課前導(dǎo)讀的融合。

（2）基于模塊化的課堂翻轉(zhuǎn)

線下基于模塊化的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，以任務(wù)、活動、小組、討論等形式，引入探討式、協(xié)作式、主動式學(xué)習(xí)手段，引領(lǐng)學(xué)生探究類問題的解決方案，實現(xiàn)深度教學(xué)，打破單一知識點的點到面?zhèn)魇?，實現(xiàn)以問題求解為目標(biāo)面到類的轉(zhuǎn)變，提升學(xué)習(xí)主動性，課堂翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式如圖3所示。

學(xué)習(xí)程序設(shè)計的目的是學(xué)會計算機分析問題和解決問題的思路和方法，并將這些思想、方法融合、創(chuàng)造性地應(yīng)用于新問題的解決，按照循序漸進(jìn)的方式開展實踐教學(xué)內(nèi)容，通過“理解程序—模仿程序—改寫程序—編寫程序”的實踐方式，逐步加深理解程序設(shè)計的思維方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力和創(chuàng)新能力。表2是不同模塊所采用的不同翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式、所體現(xiàn)的不同計算機思維能力及多元化的評價方式。

計算思維能力的培養(yǎng)體現(xiàn)在三個方面[3]：首先，建立計算思維意識，使學(xué)生明確學(xué)習(xí)程序設(shè)計的目的不僅僅是編寫代碼，更重要的是學(xué)會抽象和自動化解決問題的方法，通過實際案例等問題的展示，引導(dǎo)學(xué)生感受和領(lǐng)悟計算機分析問題和求解問題的思維模式、過程和基本方法，深刻地理解計算思維的本質(zhì)，即抽象化和自動化。其次，訓(xùn)練計算思維的方法，程序設(shè)計涉及許多常用算法，注重學(xué)生對算法思想的理解而非代碼實現(xiàn)，對同一問題，引導(dǎo)學(xué)生用不同的方法求解，使學(xué)生深入理解計算機求解同一問題的算法的多樣性，例如排序問題，可以使用不同的算法進(jìn)行排序，并通過分析循環(huán)執(zhí)行的次數(shù)讓學(xué)生理解不同算法在計算效率上的差異。最后，提升計算思維能力，要求學(xué)生按照問題求解的一般步驟，即問題的表示、求解的算法、代碼編寫與調(diào)試來求解，并將求解問題的方法，即算法設(shè)計作為重點，讓學(xué)生在上述思考過程的基礎(chǔ)上，融合所學(xué)過的算法思想，提出解決問題的思路與算法，最后引入程序設(shè)計語言來實現(xiàn)這一算法，編寫代碼并調(diào)試執(zhí)行。

（3）移動通信技術(shù)在翻轉(zhuǎn)課堂中的應(yīng)用

課前：教師把模塊化教學(xué)儲備知識的要求發(fā)布在云班課上，同時將課堂討論的主題也同時發(fā)布在云班課上。

課中：教師基于模塊化重新組織教學(xué)，學(xué)生將實際案例的解決方案上傳至云班課，教師通過加分、點贊、表情包、書面評語等鼓勵優(yōu)先上傳者，并對課堂討論內(nèi)容進(jìn)行現(xiàn)場答疑或點評。SPOC視頻資源和程序流程圖的動畫以二維碼的形式編寫在教材中，可通過手機掃描二維碼的方式配合翻轉(zhuǎn)課堂。

課后：以3—5人為小組，完成具有實際價值的程序設(shè)計題目，將優(yōu)秀學(xué)生的課程報告上傳至云班課，實時分享互助式學(xué)習(xí)。

5 實施效果與評價（Effect and evaluation）

（1）課程考核方面：選擇廈門大學(xué)的C程序設(shè)計MOOC課程。從機械電子工程學(xué)院隨機挑選78名學(xué)生作為實驗班，MOOC與SPOC、基于模塊化的翻轉(zhuǎn)課堂是異步模式且是先行學(xué)習(xí)，SPOC與基于模塊化的翻轉(zhuǎn)課堂是同步模式習(xí)，同一專業(yè)的其他普通班級采用傳統(tǒng)模式。比對的數(shù)據(jù)來自于某教師同時授課的普通班和實驗班，實驗班平均分為82.8分，比普通班平均分76高出6.8分，對具體試卷分析發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)題得分率基本相差不多，高出的6.8分主要來自于編程題和程序填空題，說明實驗班的編程能力確實得到提高。

（2）在課堂效果方面：實驗班學(xué)生課上參與性強、交流互動內(nèi)容豐富、杜絕走神、低頭看手機、注意力不集中的現(xiàn)象。課下自主學(xué)習(xí)時間長，師生、學(xué)生間在云班課上交流互動多、學(xué)習(xí)競爭意識強。

（3）學(xué)生評價方面：對改革實驗班線上問卷調(diào)查顯示絕大多數(shù)學(xué)生對教學(xué)改革是滿意的。但也有部分學(xué)生抱怨：學(xué)習(xí)時間的增加與學(xué)時不協(xié)調(diào)、手機流量的增加。新教學(xué)模式下，仍需要教師探索折中的教學(xué)方法，學(xué)生也應(yīng)該調(diào)整適應(yīng)線上線下混合教學(xué)的學(xué)習(xí)方法。

6 結(jié)論（Conclusion）

計算機基礎(chǔ)教學(xué)將擔(dān)負(fù)起培養(yǎng)作為科學(xué)思維三大支柱之一的計算思維能力的主要任務(wù)，將為計算機學(xué)科與其他學(xué)科的交叉融合做好必要的知識和應(yīng)用能力鋪墊，將培養(yǎng)具有計算思維素養(yǎng)，熟悉計算機應(yīng)用的信息社會公民[3]。

MOOC優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的使學(xué)生擴充了知識面，完善知識結(jié)構(gòu)，使教師教學(xué)水平不斷提高，同時也實現(xiàn)了模塊化教學(xué)模式的落地、實現(xiàn)了個性化教學(xué)。學(xué)生從MOOC或SPOC中“有備而來”，移動通訊技術(shù)成為實時交流的手段、云班課成為互動交流的平臺，翻轉(zhuǎn)課堂為模塊化教學(xué)效果的提升添磚加瓦，分散的知識點重新組織成模塊化，實現(xiàn)了知識點的傳授由點到面向面到類的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)以培養(yǎng)計算思維為導(dǎo)向的、以問題求解為目標(biāo)的實用新型技術(shù)人才的落地。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] 戰(zhàn)德臣，等.大學(xué)計算機課程基于MOOC+SPOCs的教學(xué)改革實踐[J].中國大學(xué)教學(xué)，2015（8）：29-33.

[2] 戰(zhàn)德臣，等.“大學(xué)計算機”“MOOC+SPOCs+翻轉(zhuǎn)課堂”混合教學(xué)改革實施計劃[J].計算機教育，2016（1）：12-16.

[3] 教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會.大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求[M].北京：高等教育出版社，2016.

作者簡介：

胡 靜（1977-），女，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：圖像處理，智能計算.

張榮國（1964-），男，博士，教授.研究領(lǐng)域：圖形圖像處理，計算機圖形學(xué)，模式識別.

趙 建（1978-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：圖形圖像處理.

張 銳（1982-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：自動化控制技術(shù).endprint