基于翻轉(zhuǎn)課堂的軟件工程教學(xué)模式應(yīng)用研究

趙淑芳 王江帆 潘理虎 陳立潮

摘 ?要：翻轉(zhuǎn)課堂是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革和創(chuàng)新，通過分析軟件工程的教學(xué)特點(diǎn)和翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)軟件工程課程存在的內(nèi)容抽象，實(shí)踐性強(qiáng)、教學(xué)方法單一問題，提出基于“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)改革方法，從課堂教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)等環(huán)節(jié)闡述具體的改革內(nèi)容，有效提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，同時(shí)采取項(xiàng)目案例教學(xué)為主線的模式提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂;軟件工程;項(xiàng)目案例

中圖分類號(hào)：TP311.5 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：Flipped classroom is the reform and innovation of the traditional teaching model.By analyzing the teaching characteristics of software engineering and the advantage of the flipped classroom，aiming at the problems of software engineering course，such as abstract contents，strong practicality and single teaching method，this paper puts forward a teaching reform method based on the flipped classroom，and expounds the specific reform content from the links of classroom teaching and experimental teaching，which improves the self-learning abilities of students，enhances the practical abilities of students with project case teaching and arouses the learning interest of students.

Keywords：flipped classroom;software engineering;project cases

1 ? 引言（Introduction）

翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新興的教學(xué)模式，不斷強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，推動(dòng)著國內(nèi)外教學(xué)模式的改革創(chuàng)新，引起了學(xué)者的廣泛關(guān)注[1]。傳統(tǒng)的教學(xué)模式，不能因材施教，不能順勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，讓學(xué)生自己去思考問題的謎底，反而讓學(xué)生都去接受教學(xué)大綱的“標(biāo)準(zhǔn)答案”，這樣會(huì)讓學(xué)生疏于思考，缺乏自己的思維，不能開拓學(xué)生的創(chuàng)造性思維[2]。這樣就達(dá)不到啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考的目的，挫傷學(xué)生的創(chuàng)新性思考的能力;傳統(tǒng)的教學(xué)模式是在課堂上進(jìn)行知識(shí)的傳授，而知識(shí)的內(nèi)化則在課堂外完成。翻轉(zhuǎn)課堂是學(xué)生在課外自主完成知識(shí)的學(xué)習(xí)，在課堂進(jìn)行提問，完成知識(shí)的內(nèi)化[3]。翻轉(zhuǎn)課堂增加了師生之間的互動(dòng)，使教師可以更好地“對(duì)癥下藥”，讓學(xué)生能夠及時(shí)掌握知識(shí)，從而加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解及應(yīng)用;在這種教學(xué)模式下，學(xué)生可以隨時(shí)隨地觀看視頻學(xué)習(xí)，掌握學(xué)習(xí)進(jìn)度，不必像在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下進(jìn)行緊張的填鴨式的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握了大部分主動(dòng)權(quán)。軟件工程是一門理論抽象、工程性強(qiáng)、操作性強(qiáng)、重實(shí)踐性的學(xué)科[4]，這就使得學(xué)生難以及時(shí)掌握所學(xué)知識(shí)，采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式正好可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂在軟件工程課程中存在的缺陷，所以將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于軟件工程課程中就顯得尤為重要。

2 ?軟件工程的特點(diǎn)及教學(xué)中存在的問題（The characteristics of software engineering and the problems in teaching）

《軟件工程》是軟件工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。這門課程強(qiáng)調(diào)用工程的思想、概念、原理、技術(shù)和方法來設(shè)計(jì)開發(fā)和維護(hù)軟件;要求學(xué)生了解結(jié)構(gòu)化思想、掌握敏捷開發(fā)等軟件開發(fā)技術(shù)，掌握面向?qū)ο蟮能浖枨蠓治?、設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)的一般方法，為今后更好地學(xué)習(xí)和從事軟件工程領(lǐng)域的工作打下良好的基礎(chǔ)[5，6]。該課程的特點(diǎn)及教學(xué)中存在主要問題：

（1）課程內(nèi)容抽象實(shí)踐性強(qiáng)，教學(xué)方法單一

軟件工程這門課程的內(nèi)容比較抽象，有較強(qiáng)的實(shí)踐性。目前該課程大部分都是由教師講授理論知識(shí)，學(xué)生填鴨式學(xué)習(xí)。但是這些理論知識(shí)并不是空洞的理論，它是從實(shí)踐中總結(jié)出來的或是前人不斷總結(jié)摸索出來的，內(nèi)容比較抽象，不易理解，教師僅講授理論知識(shí)點(diǎn)學(xué)生難以理解，而且內(nèi)容比較枯燥，容易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)心理，打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，這對(duì)軟件工程課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式提出了新的要求。

（2）前序課程依賴程度高

軟件工程的前序課程包括C++程序設(shè)計(jì)、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫原理等，由于學(xué)生對(duì)前序課程知識(shí)的掌握程度不同，積累程度不同，學(xué)生的基礎(chǔ)也參差不齊，這就給該課程的教學(xué)帶來一定的難度。在課堂講授的過程中，需要對(duì)用到的前序課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)，否則可能導(dǎo)致本部分內(nèi)容有一部分同學(xué)不能理解或理解不到位，甚至對(duì)后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)造成更大影響。

（3）項(xiàng)目案例缺乏完整性和實(shí)用性

有的教師在選取教學(xué)案例時(shí)偏離學(xué)生實(shí)際，即使花費(fèi)大量的時(shí)間講授了一些案例，由于學(xué)生平時(shí)缺少實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，也很難理解軟件開發(fā)的全過程。有的教師所選案例規(guī)模較小，如簡(jiǎn)單的學(xué)生成績(jī)查詢系統(tǒng)等，在學(xué)生看來，可能不需要完全遵循軟件工程的設(shè)計(jì)過程，也能做得較好，軟件的可用性也不差，這就導(dǎo)致學(xué)生不能更好地建立系統(tǒng)完整的軟件工程概念體系，缺乏對(duì)所學(xué)知識(shí)的整體認(rèn)識(shí)。

（4）學(xué)生項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)不足，學(xué)習(xí)積極性不高

軟件工程是一門理論性與實(shí)踐性較強(qiáng)的綜合性課程，如教師只注重理論課程的教學(xué)，忽視了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能動(dòng)性的發(fā)揮，學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)際項(xiàng)目案例的設(shè)計(jì)開發(fā)，缺乏對(duì)所學(xué)知識(shí)的整體認(rèn)識(shí)。對(duì)于剛剛講過的知識(shí)，抽取其中一部分進(jìn)行提問，學(xué)生常?；卮鸩簧蟻恚@說明學(xué)生沒有將知識(shí)內(nèi)化，一學(xué)期下來，學(xué)生可能感覺只學(xué)會(huì)了幾個(gè)概念原理，對(duì)于如何去使用這些原理根本不清楚，挫傷了學(xué)生的積極性。

3 ?軟件工程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式（Flipped classroom teaching model for software engineering）

3.1 ? 課堂教學(xué)模式

基于翻轉(zhuǎn)課堂的軟件工程課程教學(xué)采取以項(xiàng)目案例為主線的教學(xué)模式，整個(gè)教學(xué)過程由項(xiàng)目案例為導(dǎo)向，以一個(gè)具有一定規(guī)模完整的軟件開發(fā)項(xiàng)目貫穿于整個(gè)課程教學(xué)過程的始終[7]。軟件工程課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型主要由課前在線理論學(xué)習(xí)、課堂講授及訓(xùn)練、課后總結(jié)鞏固三個(gè)相輔相成的過程所組成，其模型如圖1所示。

（1）課前在線理論學(xué)習(xí)

課前理論學(xué)習(xí)是課堂講授及師生互動(dòng)的基礎(chǔ)，學(xué)生在這一階段將學(xué)習(xí)基本的概念原理性的知識(shí)點(diǎn)，教師根據(jù)教學(xué)大綱、教學(xué)進(jìn)度、章節(jié)特征安排教學(xué)活動(dòng)，并錄制視頻上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，要求學(xué)生提前觀看并完成習(xí)題。

學(xué)生按照老師布置的任務(wù)，根據(jù)自己的實(shí)際情況自主學(xué)習(xí)。教師可以在視頻中間或末尾穿插一些習(xí)題，讓學(xué)生可以在看視頻的過程中完成習(xí)題，讓他們了解自己的學(xué)習(xí)情況，增強(qiáng)互動(dòng)性。如果習(xí)題完成效果不好，學(xué)生可以反復(fù)多次觀看視頻，在每個(gè)章節(jié)最后教師可以對(duì)本章知識(shí)進(jìn)行匯總并給出一套有深度的課后習(xí)題讓學(xué)生完成，當(dāng)學(xué)生完成課后習(xí)題后，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)將學(xué)生的完成情況反映給學(xué)生，學(xué)生肯定會(huì)產(chǎn)生很多疑問，然后學(xué)生自己整理自己的問題，這些問題學(xué)生既可以在課堂上跟老師、同學(xué)討論，也可以在平臺(tái)上與教師交流溝通。

（2）課堂講授及訓(xùn)練

翻轉(zhuǎn)課堂的目的在于通過靈活多樣化組織課堂活動(dòng)把知識(shí)內(nèi)化最大化[8]。對(duì)于軟件工程這門課程，教師應(yīng)該圍繞項(xiàng)目案例軟件定義、軟件開發(fā)、軟件維護(hù)三個(gè)時(shí)期八個(gè)階段設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，在課堂上，根據(jù)每個(gè)章節(jié)內(nèi)容的特點(diǎn)，教師可以選擇演示項(xiàng)目進(jìn)展、討論案例、答疑等不同的教學(xué)形式[9]，教師可以從以下三方面完成課堂講授知識(shí)的內(nèi)化。

a.課前學(xué)習(xí)情況測(cè)試。教師根據(jù)學(xué)生課前觀看視頻情況、課后習(xí)題完成情況，以及學(xué)生提出的問題初步掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況;然后教師選取一些具有代表性的問題，對(duì)學(xué)生進(jìn)行提問，查看學(xué)生觀看視頻效果，或者教師可以根據(jù)平臺(tái)反饋的學(xué)生學(xué)習(xí)情況及課程內(nèi)容設(shè)計(jì)出一些新的習(xí)題問題，上課時(shí)檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識(shí)的情況;學(xué)生也可以提出自己目前的問題，由老師或?qū)W生進(jìn)行答疑;最后教師根據(jù)課堂的反饋總結(jié)需要重點(diǎn)講解的知識(shí)。

b.知識(shí)講解。教師根據(jù)課程教學(xué)大綱，簡(jiǎn)單的對(duì)所有內(nèi)容進(jìn)行串講，然后根據(jù)課堂反饋對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行詳細(xì)講解[10]，對(duì)于一些操作性強(qiáng)的問題教師可以邊演示邊講解。首先，導(dǎo)入案例，這要求教師將準(zhǔn)備好的項(xiàng)目案例作為教學(xué)材料，通過展示一個(gè)具體的項(xiàng)目或一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中的例子將學(xué)生帶入到課堂中[11]。例如，在圖書管理系統(tǒng)中，可以通過學(xué)生自己平時(shí)在圖案書館的借、還書情況，讓學(xué)生提前知道這個(gè)系統(tǒng)是干什么用的，有哪些主要的功能，開發(fā)這個(gè)系統(tǒng)需要什么工具等一系列問題，先讓學(xué)生對(duì)這個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，然后再演示項(xiàng)目，理論聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生更好地理解所學(xué)知識(shí)。

c.項(xiàng)目練習(xí)。通過理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有了基本了解，接下來最重要的就是實(shí)踐。教師可以將學(xué)生按角色分組，每組3-4人，保證每個(gè)組既有學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的也有學(xué)習(xí)能力一般的。然后讓每個(gè)組完成一個(gè)小項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)，進(jìn)一步理解知識(shí)，在完成項(xiàng)目過程中老師可以適當(dāng)給每組提示、指導(dǎo)，使學(xué)生能較熟練地把理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中。

（3）課后總結(jié)與鞏固

課后學(xué)生重新思考課堂中遇到的問題，對(duì)老師在課堂上提到的重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，也可以回看視頻加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解[12]。針對(duì)復(fù)雜問題，給出可行的開發(fā)方案和開發(fā)計(jì)劃，具有設(shè)計(jì)滿足特定需求的中小型軟件系統(tǒng)和大型系統(tǒng)的獨(dú)立子系統(tǒng)的能力;具有獨(dú)立撰寫軟件項(xiàng)目實(shí)施過程所需的可行性研究、項(xiàng)目計(jì)劃、需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)測(cè)試等報(bào)告文檔的能力。

3.2 ? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

由于軟件工程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，所以我們?cè)诮虒W(xué)的過程中更加注重實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的安排與設(shè)計(jì)。為了使學(xué)生更好地掌握理論知識(shí)，同時(shí)又能較好的把理論應(yīng)用到實(shí)踐中，每個(gè)階段我們都配備了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課堂教學(xué)保持同步進(jìn)行，更好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固了所學(xué)的理論知識(shí)，除此之外我們還安排了相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生能嚴(yán)格按照軟件工程的設(shè)計(jì)思想獨(dú)立完成各自的任務(wù)，并堅(jiān)持階段評(píng)審的原則，最大限度的發(fā)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)過程中的缺點(diǎn)、錯(cuò)誤，保證軟件的可用性、可靠性。

教學(xué)方法上，以培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新和獨(dú)立思考為目標(biāo)，以項(xiàng)目案例驅(qū)動(dòng)為主題，組織學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式參與到實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)的整個(gè)過程中，將復(fù)雜抽象的理論知識(shí)融入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，使學(xué)生能熟練掌握軟件工程的整個(gè)開發(fā)流程。根據(jù)項(xiàng)目案例的實(shí)際需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，確定各自的角色，各組通過實(shí)地調(diào)研或查資料確定具有一定規(guī)模的開發(fā)項(xiàng)目，或參與教師的科研項(xiàng)目，然后選取各自熟練的開發(fā)方法按照軟件工程的思想對(duì)其功能逐一進(jìn)行設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試等工作，要求每個(gè)階段都有相應(yīng)的文檔資料直至提交最終軟件產(chǎn)品。

最后，我們采用小組的形式進(jìn)行答辯。每組選派一名代表進(jìn)行答辯，能夠通過各種形式清晰表達(dá)和回應(yīng)客戶的要求，具備基本的軟件工程項(xiàng)目管理學(xué)知識(shí)，其他成員可以進(jìn)行補(bǔ)充說明。每組自述5分鐘，教師提問10分鐘，各位教師可以針對(duì)每個(gè)同學(xué)在其項(xiàng)目中所擔(dān)任的角色進(jìn)行提問，根據(jù)回答問題及項(xiàng)目演示情況進(jìn)行評(píng)分，然后算出平均分，并將其成績(jī)計(jì)入期末總成績(jī)。

通過幾年的改革與實(shí)踐，學(xué)生的實(shí)踐能力得到了有效的提高。對(duì)于掌握較好的同學(xué)在學(xué)習(xí)的同時(shí)就能參與到一些公司的項(xiàng)目研發(fā)中。

4 ? 考核方法改革（Reform of assessment methods ）

軟件工程課程既要求學(xué)生掌握一些設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法等理論知識(shí)，又要求學(xué)生能夠分析設(shè)計(jì)和開發(fā)軟件，建立和使用合適的軟件項(xiàng)目管理和質(zhì)量保證體系，提升軟件的質(zhì)量。同時(shí)要求學(xué)生具有在多學(xué)科環(huán)境中組織并管理軟件項(xiàng)目實(shí)踐的計(jì)劃和預(yù)算、協(xié)調(diào)組織任務(wù)、合理調(diào)配資源，提升項(xiàng)目組的工作質(zhì)量和效率的能力。鑒于此，傳統(tǒng)單一的卷面考核形式不能真正全面客觀的反映學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)效果，因此，我們采用多元化的考核機(jī)制[13，14]。在翻轉(zhuǎn)課堂模式下，老師可以根據(jù)課堂情況、作業(yè)完成情況以及實(shí)踐環(huán)節(jié)等多方面作為考核依據(jù)，最終客觀地給出學(xué)生的期末成績(jī)，在這種模式下可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

翻轉(zhuǎn)課堂軟件工程課程考核分為兩大部分：形成性考核和總結(jié)性考核。形成性考核分為課前在線預(yù)習(xí)、課堂討論、課后作業(yè)三部分，總結(jié)性考核分為實(shí)驗(yàn)報(bào)告、項(xiàng)目答辯和期末考試。具體的考核形式如表1所示。

5 ? 結(jié)論（Conclusion）

翻轉(zhuǎn)課堂為軟件工程教學(xué)模式提供了一種新的教學(xué)方法，把翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用到軟件工程的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有效提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，同時(shí)采用項(xiàng)目案例教學(xué)的模式提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過讓學(xué)生參與教師實(shí)際科研項(xiàng)目的研發(fā)，使學(xué)生能真正把所學(xué)的理論原理性的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)過程中，熟練掌握項(xiàng)目開發(fā)的流程，更好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

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作者簡(jiǎn)介：

趙淑芳（1978-），女，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：軟件工程，軟件測(cè)試，圖像處理.

王江帆（1997-），女，碩士生.研究領(lǐng)域：軟件工程.

潘理虎（1974-），男，博士，副教授.研究領(lǐng)域：軟件工程，文本處理與模式識(shí)別.

陳立潮（1961-），男，博士，教授.研究領(lǐng)域：軟件工程，圖像處理與模式識(shí)別.