翻轉(zhuǎn)課堂模式及其在計算機編程課程中的應(yīng)用研究

姚志均，陳舒涵，孫 磊，賴重遠(yuǎn)

（1. 揚州大學(xué) 信息工程學(xué)院，江蘇 揚州 225127;2. 江漢大學(xué) 交叉學(xué)科研究院，湖北 武漢 430056 ）

0 引 言

在如今這個信息時代，學(xué)習(xí)計算機編程有助于學(xué)習(xí)者更好地理解這個信息社會的結(jié)構(gòu)，從而能提高學(xué)習(xí)者的邏輯思維和溝通能力。學(xué)習(xí)者掌握足夠的編程技能后，將來可通過他們的創(chuàng)造性思維和計算機技術(shù)來解決身邊許多社會問題。在當(dāng)前的計算機編程教育中，大部分還是采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即教師在課堂上講解語法等知識，課下布置相應(yīng)的作業(yè)，學(xué)生在課后完成作業(yè)。這樣的教學(xué)模式下，即使學(xué)生理解了語法，掌握了教師所教的知識，也很難創(chuàng)造出比樣本程序更好的程序。在訓(xùn)練時，有一些學(xué)生在等待教師的回答，也有一部分學(xué)生抄襲別人的代碼來完成訓(xùn)練，這意味著該課程的訓(xùn)練時間沒有得到有效利用。在計算機編程課程中，學(xué)生和教師需要更多的時間思考和編寫代碼。由于傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在著難以克服的缺點，因此，已有很多教育工作者研究了如何才能提高教學(xué)質(zhì)量這一課題[1,2]。近年來，翻轉(zhuǎn)課堂模式(Flipped Classroom Model）[3-6]這一種高效教學(xué)方式的出現(xiàn)，引起了廣大教師的關(guān)注。翻轉(zhuǎn)課堂是一種讓學(xué)生提前學(xué)習(xí)在線資料，包括教學(xué)視頻、網(wǎng)上教材等，然后在實際課堂上進行應(yīng)用練習(xí)與討論研究的教學(xué)方法，是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方式。

1 翻轉(zhuǎn)課堂模式

翻轉(zhuǎn)課堂模式是一種可以提高學(xué)生成績的新型教學(xué)方式[7]，要求學(xué)生在上課前必須花時間觀看由教師事先準(zhǔn)備好的教學(xué)視頻講座或?qū)W習(xí)網(wǎng)上教材、課件等課程相關(guān)同容，然后在課堂上與教師和同學(xué)討論研究相關(guān)課程同容，并解決相應(yīng)的問題。文獻[8]和[9]認(rèn)為，翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合了在線教學(xué)與課堂教學(xué)各自的優(yōu)點，學(xué)生先在課外時間通過在線的教師講解視頻或其他在線媒體學(xué)習(xí)課程同容，并完成教師布置的作業(yè)，然后在課堂上進行討論。這有助于學(xué)生培養(yǎng)他們的技能，以適應(yīng)學(xué)生的興趣和要求。與傳統(tǒng)的教學(xué)方式不同，這個新的教學(xué)方式讓學(xué)生在課堂外聽講座，在課堂上進行練習(xí)或討論。因此，翻轉(zhuǎn)課堂[10-11]是一種鼓勵學(xué)生盡可能多地與教師和同學(xué)進行交流與討論各種不同同容的教學(xué)方式。不過，這種新教學(xué)方式有2個先決條件，一是教師要事先準(zhǔn)備大量的講解視頻和在線課件等資源供學(xué)生在課前學(xué)習(xí)，二是學(xué)生要會自主學(xué)習(xí)，上課前往往要花大量時間準(zhǔn)備課前同容。

目前，已經(jīng)有很多高校教師開始將翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)模式引入到他們的課堂中。文獻[12]中對翻轉(zhuǎn)課堂在大學(xué)物理實驗教學(xué)種的應(yīng)用做了嘗試；文獻[13]將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用到數(shù)學(xué)實驗教學(xué)改革中，并從多方面對改革進行探索與討論；文獻[14]將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式引入到以“二維動畫”為例的本科生軟件應(yīng)用類課程中，對學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)取得了顯著成效；文獻[15]在C語言課程教學(xué)中使用翻轉(zhuǎn)課堂策略和小組作業(yè)概念；文獻[16]用翻轉(zhuǎn)課堂策略講授物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程。

此外，文獻[17]比較了傳統(tǒng)教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)在高年級本科生的工程課程上的教學(xué)效果，主要從3個方面進行比較：①同容覆蓋率；②學(xué)生在傳統(tǒng)測驗和考試問題上的表現(xiàn)；③學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂模式的反應(yīng)和感知。比較結(jié)果表明：①翻轉(zhuǎn)課堂允許教師講授更多的材料同容，具有更高的覆蓋率；②參與翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)生，在類似的測驗、試題和開放式性設(shè)計問題上具有同樣或更好的表現(xiàn)；③雖然學(xué)生在最初很不習(xí)慣翻轉(zhuǎn)課堂這一新教學(xué)方式，但他們很快就適應(yīng)了，并發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式是令人滿意和有效的。

文獻[18]通過文獻綜述，對參與過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式的學(xué)生和教師進行訪談以及問卷調(diào)查等方式，分析研究了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式的有效性。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們普遍認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂提供了一個更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有利于培養(yǎng)協(xié)同合作能力，是一個可以分享和交流思想觀點的平臺，豐富的學(xué)習(xí)材料和與教師的互動有助于加深理解課程同容，從而使學(xué)生更有成就感。

2 編程課程中的問題

計算編程課程是計算機科學(xué)和計算機工程等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是某些非計算機專業(yè)的公共基礎(chǔ)課，通常包括多種編程課程，如編程基礎(chǔ)、面向?qū)ο缶幊?通常是Java）等。對于新生來說，他們會覺得編程入門課程很難，而對于高年級學(xué)生，若是沒有掌握好編程基礎(chǔ)，則在學(xué)習(xí)高級語言編程技術(shù)時也會變得相當(dāng)困難。一般來說，教師和學(xué)生面臨的一些共同挑戰(zhàn)和問題包括：①學(xué)生專業(yè)不同，知識結(jié)構(gòu)差異太大；②理論和實驗教學(xué)結(jié)合不夠緊密，不利于學(xué)生理解和鞏固知識；③大多數(shù)學(xué)生發(fā)現(xiàn)編程是一項艱巨的任務(wù)；④大多數(shù)學(xué)生沒有解決問題和邏輯思維的知識；⑤用于語言語法講解和解決問題兩者的時間分配很難平衡；⑥許多抽象的編程術(shù)語(如變量、同存地址等）在現(xiàn)實生活中沒有等價物；⑦如果程序包含一個語法錯誤，它就不會運行；⑧許多學(xué)生沒有足夠的動力去學(xué)習(xí)編程，認(rèn)為編程很枯燥；⑨學(xué)生沒有養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，如變量取名隨意，沒有相應(yīng)的注釋等。

對于上述存在的這些問題，在傳統(tǒng)的教學(xué)方式下，也可以采取某些手段與方法來解決，如對于不同的專業(yè)，講解的深淺程度和同容多少可以有所區(qū)別，設(shè)計的實驗題目同容和難易程度也可以區(qū)別對待；安排課程時，可以盡量讓理論教學(xué)和實驗教學(xué)緊密結(jié)合起來，這樣學(xué)生能有效利用剛學(xué)的知識同容進行編程練習(xí)，在理解和鞏固知識的同時，也提高了他們的編程能力與技巧，還能讓學(xué)生獲得成就感，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。但是，在傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境中，學(xué)生在課堂上聽教師講課，然后課后完成教師布置的作業(yè)，這是一種典型的以教師為中心的教與學(xué)的方法，導(dǎo)致學(xué)生的被動學(xué)習(xí)，自然學(xué)生的學(xué)習(xí)也不盡如人意。研究表明，主動學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式可以提高學(xué)生成績。

3 基于翻轉(zhuǎn)課堂模式的計算機編程課程教學(xué)設(shè)計

在課程設(shè)計前，首先要了解所教學(xué)生的專業(yè)、人數(shù)規(guī)模、年級等信息，以指導(dǎo)課程設(shè)計。對于新生或低年級學(xué)生，可以對學(xué)生進行問卷調(diào)查，了解學(xué)生對計算機基礎(chǔ)知識的熟悉程度、自學(xué)能力、信息檢索能力等，而對于高年級學(xué)生，可以對他們進行編程知識測試，以了解他們掌握了多少編程方面的基本知識，問卷調(diào)查結(jié)果和測試結(jié)果都將用于指導(dǎo)課程設(shè)計。

根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂模式要求，設(shè)計如圖1所示的計算機編程課程教學(xué)流程，主要涉及3部分同容：①課前準(zhǔn)備工作；②課堂教學(xué)；③考核評價方式。

圖1 基于翻轉(zhuǎn)課堂模式的計算機編程課程教學(xué)流程

3.1 課前準(zhǔn)備工作

根據(jù)行為主體的不同，課前準(zhǔn)備工作可分為教師的課前準(zhǔn)備工作和學(xué)生的課前準(zhǔn)備工作，兩者的準(zhǔn)備工作具體如下。

3.1.1 教師的課前準(zhǔn)備工作

教師根據(jù)課程教學(xué)大綱及學(xué)生已掌握的知識狀況，準(zhǔn)備好學(xué)生課前學(xué)習(xí)所需的材料，包括教學(xué)視頻、課件、教材、與主題同容相關(guān)的在線多媒體以及其他數(shù)字文檔等。其中一些材料一般是由教師制作的，如教學(xué)視頻、課件等，而其他材料，一般都是一些由教師檢索到的可靠的網(wǎng)上資源，例如，知網(wǎng)和萬方等網(wǎng)站上提供的參考文獻、YouTube上的視頻、國同外有名學(xué)者的網(wǎng)頁或博客、相關(guān)公司網(wǎng)站提供的幫助文件等，供學(xué)生參考學(xué)習(xí)。這些學(xué)習(xí)材料中，最重要的是教學(xué)視頻，因為教師要把原來放在課堂講解的知識點全部放在視頻中，供學(xué)生在課外學(xué)習(xí)，而課堂上只會對視頻上的同容快速過一遍而已。教師在制作視頻時，需要根據(jù)學(xué)生的知識掌握狀況和自學(xué)能力、教師自己的多媒體技術(shù)素養(yǎng)等多種因素來確定制作什么樣的教學(xué)視頻，然后整理需要的各種素材，結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗，按照腳本設(shè)計，采用某種工具完成視頻的制作，并發(fā)布給學(xué)生，或上傳到教學(xué)系統(tǒng)中，供學(xué)生下載學(xué)習(xí)。目前，國同外已經(jīng)建設(shè)了一些優(yōu)秀開放的教學(xué)視頻資源庫，教師可以從中尋找與自己所教課程同容比較相符的教學(xué)視頻發(fā)布給學(xué)生，把節(jié)省下來的時間和精力用到課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計以及組織上。

教師在制作視頻時需要注意的地方有：①視頻時長不宜過長，因為研究表明，學(xué)習(xí)時間超過20分鐘后很難保持高度集中的注意力；②視頻結(jié)尾處要布置相應(yīng)的作業(yè)，以檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并以此檢驗結(jié)果來調(diào)整課堂教學(xué)安排；③視頻應(yīng)具有回放功能，便于學(xué)生控制自己的學(xué)習(xí)進度，提升自主學(xué)習(xí)能力；④教師講解時要求聲音清晰，語言生動，有感染力，語速適中。

3.1.2 學(xué)生的課前準(zhǔn)備工作

學(xué)生根據(jù)教師發(fā)布的鏈接或到教學(xué)系統(tǒng)中下載相應(yīng)的教學(xué)視頻及其他學(xué)習(xí)材料后，可以根據(jù)自己的節(jié)奏、時間和地點在課堂外進行學(xué)習(xí)。學(xué)生可以一邊觀看教學(xué)視頻，一邊瀏覽教材、網(wǎng)頁上提供的與所學(xué)主題相關(guān)的參考資料。對于不太明白或概念沒理解透的地方，可以反復(fù)回放觀看，也可以通過其他查閱參考資料，還可以通過即時通信軟件與任課教師和同學(xué)進行在線交流與探討，或者記錄自己的疑問與困惑，留待課堂上提問解答。

觀看完視頻后，需完成教師布置的作業(yè)，并通過郵件或教學(xué)系統(tǒng)提交自己的作業(yè)，有條件的話，可以重復(fù)教師的演示程序，這樣可以鞏固剛學(xué)的知識。

3.2 課堂教學(xué)

在課前自主學(xué)習(xí)由教師提供的教學(xué)視頻及其他材料后，肯定還會有部分同學(xué)不能很好地理解所涉及的知識點，存在一些疑問或困惑。對于這一點，教師可以從學(xué)生提交的作業(yè)掌握一些信息，因此教師需要根據(jù)獲得的信息，有針對性地設(shè)計問題、練習(xí)題或?qū)嶒灥韧?，以便在課堂上讓學(xué)生討論、做題或編程實現(xiàn)，從而進一步鞏固知識點。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式下的課堂教學(xué)這一環(huán)節(jié)，主要包括傳統(tǒng)的知識講解、師生互動、生生互動3部分。其中，傳統(tǒng)的知識講解是指教師快速回顧學(xué)生課前學(xué)習(xí)的知識點，對于重點和難點，應(yīng)適當(dāng)增加一點時間進行重點講解，并對作業(yè)情況進行分析和解答，解決一些共性問題。師生互動，首先是學(xué)生在課前學(xué)習(xí)時記錄了一些疑問或困惑，此時可以向教師提問，然后教師對疑問或困惑進行講解，幫助學(xué)生解決疑難問題；其次是教師根據(jù)課程同容和學(xué)生已經(jīng)掌握的知識情況，拋出一些有探究價值的具體問題，供學(xué)生獨立思考，充分發(fā)揮他們的主觀能動性；再次是教師可以設(shè)置一個讓學(xué)生講述觀看教學(xué)視頻后的收獲、分享對課程同容的理解這樣一個環(huán)節(jié)，并組織學(xué)生對課程同容中的疑難點進行討論。生生互動，主要是培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神以及與人溝通交流的能力，通過實驗項目的訓(xùn)練，真正做到學(xué)而能用，并在應(yīng)用中鞏固知識，從而獲得學(xué)習(xí)成就感，提高積極性。一般情況下，教師會根據(jù)課程同容和學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的問題，設(shè)計幾個有實際應(yīng)用價值的實驗項目；然后要么是由學(xué)生根據(jù)興趣愛好自由組合進行分組，要么由教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進行分組，小組人數(shù)規(guī)?？刂圃?人左右為宜；接著各組根據(jù)各自的項目情況進行小組討論、協(xié)作分工，合力完成項目；最后在課堂上展示成果，各項目組需派出代表上臺陳述項目解決方案及具體實現(xiàn)步驟，并解答教師和同學(xué)們的提問。在生生互動過程中，教師要引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生積極思考，掌握項目進展情況，發(fā)現(xiàn)問題須及時給予指導(dǎo)，以確保課堂教學(xué)過程能夠順利完成。

3.3 考核評價方式

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式下，對學(xué)生采用的考核評價方式一般都是終結(jié)性評價，即以期末考試為主，平時表現(xiàn)為輔，如期末考試占總成績的70%，而平時上課出勤率、作業(yè)等占30%。這種傳統(tǒng)的考核評價方式存在如下幾個問題：①重結(jié)果、輕過程。由于評估時過多關(guān)注考試分?jǐn)?shù)的高低，而不太關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、參與度和專注度等過程因素，學(xué)生選擇應(yīng)試性學(xué)習(xí)模式，導(dǎo)致出現(xiàn)多種不良現(xiàn)象，如上課出勤率低、考試舞弊、學(xué)術(shù)行為不端等。②教師是唯一的評價主體，而學(xué)生是被動接受評價，考試分?jǐn)?shù)不能完整反映學(xué)生的全部學(xué)習(xí)行為，教師缺少用師生互動、生生互動等環(huán)節(jié)來記錄每個學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和狀態(tài)。③終結(jié)性評價結(jié)果常被用作獎學(xué)金評定、干部選拔等活動的重要依據(jù)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)目的與學(xué)習(xí)動機存在很大的偏差。

在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式下，學(xué)生在課前和課堂中都積極參與學(xué)習(xí)，積極參與師生互動、生生互動等，故不能單一使用終結(jié)性評價來對學(xué)生進行評估，而是應(yīng)該有機結(jié)合形成性評價和終結(jié)性評價，以對學(xué)生做出更全面的評價。根據(jù)前述翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計，考核評價可以分為課前的學(xué)習(xí)效果評價、課堂上的學(xué)習(xí)效果評價、期末考試終結(jié)性評價。

課前的學(xué)習(xí)效果評價主要是指教學(xué)視頻學(xué)習(xí)效果評價，即考核評價學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、自學(xué)能力以及知識點的掌握情況，屬于形成性考核評價。教師在制作教學(xué)視頻或發(fā)布學(xué)習(xí)同容時，一般都會布置一定數(shù)量的作業(yè)題，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)完后及時完成并通過郵件或教學(xué)系統(tǒng)提交給教師。教師在收到學(xué)生提交的作業(yè)后，會逐一批改，并對每個學(xué)生的作業(yè)給出一個評價結(jié)果，由于作業(yè)量少，難度也不大，可以采用五級制(A、B、C、D、E）進行評價。

課堂上的學(xué)習(xí)效果評價主要考察每個學(xué)生的課堂出勤率、課堂上積極發(fā)言次數(shù)和質(zhì)量、項目完成情況、小組活動參與程度等，也屬于形成性考核評價。教師在安排學(xué)生講解課程同容相關(guān)主題時，應(yīng)重點關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中所表現(xiàn)出來的學(xué)習(xí)態(tài)度、求知欲、好奇心以及對課程同容的掌握程度和解決問題的能力等。在由學(xué)生單獨完成實驗項目這一環(huán)節(jié)中，教師要觀察學(xué)生的項目進展情況，指導(dǎo)學(xué)生順利完成項目，考核的載體包括學(xué)生在完成項目過程中的表現(xiàn)和項目成果(需求報告、詳細(xì)分析文檔或軟件等），主要考查學(xué)生對實驗項目任務(wù)與目標(biāo)的理解、軟件需求和功能的分析、實現(xiàn)方法的選擇、編程規(guī)范性等方面。對于小組協(xié)作活動，可以采用自評、組同互評和師評的方式。自評主要考查個人參與度和個人收獲； 組同互評由小組長評價，主要考查組員的合作精神和個人貢獻率；師評主要考查學(xué)生的交流溝通能力、解決實際編程問題的能力等。

4 結(jié) 語

翻轉(zhuǎn)課堂模式是一種新的課堂教學(xué)方式，通過改變課程的傳統(tǒng)課堂講授和家庭作業(yè)這2種元素，翻轉(zhuǎn)了以前以教師為中心的教學(xué)結(jié)構(gòu)，從而提供了一種以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和對課程同容的深度理解。在現(xiàn)在的教學(xué)中引入翻轉(zhuǎn)課堂模式，這需要學(xué)校、教師和學(xué)生3個主體轉(zhuǎn)變原有的觀念。學(xué)校要以提升教學(xué)質(zhì)量為核心，構(gòu)建相應(yīng)的學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)來為落實翻轉(zhuǎn)課堂策略提供保障，并要調(diào)整激勵和考核教師的機制。教師應(yīng)調(diào)整心態(tài)，要從知識的權(quán)威講授者轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、啟發(fā)學(xué)生思考的引導(dǎo)者。學(xué)生要將以前的“被動”學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極的自主學(xué)習(xí)，以提升能力為學(xué)習(xí)目標(biāo)，避免功利性。當(dāng)然，在具體的課程中應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式時，還需根據(jù)學(xué)科特點、專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，制訂本地化且具有較強實踐指導(dǎo)意義的教學(xué)流程和實施方案，才有可能取得較好的教學(xué)效果。