能力導(dǎo)向的C 語言實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課研究與實(shí)踐

李 培

（1.西安郵電大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，陜西 西安 710121；2.西安郵電大學(xué) 陜西省網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析與智能處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710121）

0 引 言

C 語言課程是理工科各專業(yè)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)課，兼有高級語言和低級語言的特點(diǎn)。C 語言課程內(nèi)容大部分比較抽象，如果只是依靠老師課堂講授，可能學(xué)生實(shí)際的掌握情況并不理想，因此，課內(nèi)配有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，才可以真正做到對理論知識的消化掌握，特別是最終達(dá)到解決實(shí)際應(yīng)用問題的目的。但是，現(xiàn)在設(shè)置的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本為較簡單的課堂例題驗(yàn)證，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)并不需要太多的獨(dú)立思考，更不要說創(chuàng)新思維和結(jié)合實(shí)際了。隨著翻轉(zhuǎn)課堂在理論課上運(yùn)用的越來越多，取得了較好的教學(xué)效果，將翻轉(zhuǎn)課堂引入實(shí)驗(yàn)課就成了C 語言課程新的探究對象。

1 翻轉(zhuǎn)課堂與布魯姆教育目標(biāo)分類法

在布魯姆教學(xué)目標(biāo)的各個(gè)層次當(dāng)中，最底層的記憶和理解是最簡單的任務(wù)，處于中間層次的應(yīng)用和分析顯然是有一定難度的，而位于最高層的評估和創(chuàng)造是最有難度的任務(wù)。在傳統(tǒng)的課堂當(dāng)中，較低層次的活動(dòng)都是在課堂上完成的，之后通過課下的練習(xí)、研究從而完成階梯中較高層次的活動(dòng)。這種方式對部分學(xué)生而言，沒有專業(yè)的指導(dǎo)，會(huì)導(dǎo)致課后任務(wù)完成質(zhì)量無法保障，教師需要再次通過課堂講解或其他的方式進(jìn)行補(bǔ)充和完善。因此，在翻轉(zhuǎn)教學(xué)過程中，應(yīng)先將低層次的活動(dòng)布置給學(xué)生課前完成，而在課堂上有專業(yè)老師指導(dǎo)的情況下和學(xué)生一起進(jìn)行以能力導(dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)的高階活動(dòng)，將會(huì)提高教學(xué)的效果。這種自上而下的方式可以充分發(fā)揮課堂上最寶貴的資源——教師，因此我們翻轉(zhuǎn)布魯姆教育目標(biāo)的分類；同時(shí)，結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，將布魯姆教育目標(biāo)分類法的三角形結(jié)構(gòu)改為圖1 的菱形結(jié)構(gòu)布魯姆教育目標(biāo)分類等級模型，假設(shè)面積越大代表用于該級別任務(wù)的課堂時(shí)間越多，將分析和應(yīng)用作為我們課上的主體任務(wù)[1]。

圖1 菱形結(jié)構(gòu)布魯姆教育目標(biāo)分類等級模型

從本質(zhì)上來說，結(jié)合翻轉(zhuǎn)教學(xué)的實(shí)質(zhì)，翻轉(zhuǎn)課堂這一方法非常簡單：通過課前學(xué)習(xí)翻轉(zhuǎn)視頻，將講解的基本內(nèi)容傳遞給學(xué)生，把課堂的時(shí)間和學(xué)生分享，用于應(yīng)用、分析和實(shí)踐，在老師在場的情況下，糾正錯(cuò)誤的觀念，建立知識體系[2-4]。在和學(xué)生、教師的交流中，會(huì)發(fā)現(xiàn)幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：①學(xué)生需要將低階的基礎(chǔ)性任務(wù)在課前完成，不造成太大負(fù)擔(dān)且保證效果；②學(xué)生需要在課上完成中高階任務(wù)，需要接觸老師，得到老師的幫助；③學(xué)生需要合作，共同完成任務(wù)并討論分享；④課堂需要參與性，參與的過程讓課堂質(zhì)量提高。顯然，同時(shí)滿足了上述幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，能力導(dǎo)向的目標(biāo)也就達(dá)成了，而這幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)課上同樣可以采用，并具有可以邊討論邊實(shí)踐的優(yōu)勢，故嘗試實(shí)驗(yàn)課的翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式是具有探究意義的。

2 實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式

作為實(shí)踐操作類課程，程序設(shè)計(jì)語言課程需要大量的上機(jī)實(shí)驗(yàn)。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，課程內(nèi)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)對理論課程的輔助作用，因此，除了理論課的翻轉(zhuǎn)，在實(shí)驗(yàn)課開展翻轉(zhuǎn)混合教學(xué)是非常必要的。與傳統(tǒng)的翻轉(zhuǎn)課堂相比，借助實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺和教學(xué)輔助工具，可以在課程教學(xué)過程中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)引入翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)“教學(xué)相長”[5-6]。

在實(shí)驗(yàn)課開展翻轉(zhuǎn)教學(xué)，需要解決傳統(tǒng)理論翻轉(zhuǎn)課堂的問題之外，也面臨一些新的問題[7]。例如，如何最大化地利用實(shí)驗(yàn)課上機(jī)動(dòng)手的機(jī)會(huì)，如何在有限的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生能夠獨(dú)立編寫并執(zhí)行程序，如何在有限的時(shí)間里培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力，如何在每次課程中除了將課本所學(xué)的語法知識加以運(yùn)用還能夠掌握更多的編程技巧。因此，需要對實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，包括課前翻轉(zhuǎn)視頻、翻轉(zhuǎn)任務(wù)單、實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)形式、實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)效果評價(jià)等，通過一個(gè)完整的翻轉(zhuǎn)課堂組織設(shè)計(jì)以求達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)課堂效果。結(jié)合前期的對翻轉(zhuǎn)課堂與布魯姆教育目標(biāo)分類法的分析，我們需要構(gòu)建的是將中高階任務(wù)安排在課上，由同學(xué)討論和教師輔助，最終達(dá)到以能力導(dǎo)向?yàn)槟康牡姆D(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)課。

3 實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計(jì)

一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式需要涵蓋以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：①實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備；②課前自主學(xué)習(xí)；③實(shí)驗(yàn)課活動(dòng)；④課后反饋與評價(jià)。其中，首先由教師完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，主要包括各種與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的教學(xué)資源；學(xué)生根據(jù)課前任務(wù)單完成課前的自主學(xué)習(xí)，并通過課前測試；課堂活動(dòng)會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，由教師安排進(jìn)行分組交流討論、小組分工協(xié)作完成任務(wù)、小組匯報(bào)、班級討論、答疑指導(dǎo)等多種形式，為實(shí)驗(yàn)課的主體，并保證教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。課后反饋包含實(shí)驗(yàn)結(jié)果公示和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交，同時(shí)，每個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行評價(jià)打分，并配合課后調(diào)研，結(jié)合每個(gè)環(huán)節(jié)的反饋，全面了解學(xué)生知識和能力掌握的情況，從而對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整并結(jié)合理論課堂有針對性的補(bǔ)充。整個(gè)實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計(jì)見圖2，環(huán)環(huán)相扣，調(diào)整靈活，利用教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式。

圖2 實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段包含實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)需要的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)資源包。針對翻轉(zhuǎn)課堂，需要準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)任務(wù)單、翻轉(zhuǎn)預(yù)習(xí)視頻、課前測試題和環(huán)境設(shè)置，完善實(shí)驗(yàn)資源包。其中翻轉(zhuǎn)任務(wù)單應(yīng)該在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的基礎(chǔ)上明確翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)驗(yàn)流程，學(xué)生需要完成的前期任務(wù)和需要做的前期準(zhǔn)備，課上環(huán)節(jié)如何開展，課后需要達(dá)到的知識和技能要求。教師可以通過課前測試題完成情況對實(shí)驗(yàn)課堂教師講解設(shè)計(jì)和翻轉(zhuǎn)預(yù)習(xí)視頻進(jìn)行調(diào)整。其中，翻轉(zhuǎn)預(yù)習(xí)視頻中的理論部分可以從對應(yīng)理論課微課中提取，其他環(huán)節(jié)配以PPT 和錄屏演示，加上教師講解就可以完成?？傮w來說，翻轉(zhuǎn)預(yù)習(xí)視頻，時(shí)間應(yīng)該以10～15 分鐘為宜。

以循環(huán)嵌套為例，圖形輸出問題就是非常直觀形象，在預(yù)習(xí)視頻中經(jīng)過分析講解、總結(jié)類型編程思路后，很容易掌握的一類問題，例如實(shí)現(xiàn)圖3 的輸出。

圖3 預(yù)習(xí)視頻講解問題及該類型總結(jié)

同時(shí)，在預(yù)習(xí)視頻中加入單步調(diào)試和斷點(diǎn)使用的操作指導(dǎo)，不僅可以幫助學(xué)生解決調(diào)試中出現(xiàn)的問題，還可以通過這樣的練習(xí)觀察加深對循環(huán)嵌套的理解。

實(shí)驗(yàn)室環(huán)節(jié)除了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器和環(huán)境的要求之外，為了便于討論和展示方便，在教師機(jī)安裝共享投屏和文件傳輸系統(tǒng)。

由于學(xué)生水平存在一定差異，即使按照學(xué)情做了匹配，但是考慮到翻轉(zhuǎn)課堂后續(xù)擴(kuò)展的需要，適當(dāng)在原有的實(shí)驗(yàn)資源包中添加拓展實(shí)驗(yàn)和延伸學(xué)習(xí)資源，達(dá)到更高階的水平，供學(xué)有余力的學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)，教師同樣可以在實(shí)驗(yàn)課上提供答疑和指導(dǎo)。

3.2 課前自主學(xué)習(xí)階段

首先，學(xué)生需要認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，從而對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有所了解。第二，仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)課堂任務(wù)單，知曉實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)過程，明白需要課前完成的任務(wù)。腦中帶著問題，心中裝著問題，認(rèn)真學(xué)習(xí)翻轉(zhuǎn)預(yù)習(xí)視頻。第三，初步考查預(yù)習(xí)效果，完成學(xué)習(xí)通的課前測試題，根據(jù)完成情況查漏補(bǔ)缺，甚至二次學(xué)習(xí)，達(dá)到掌握低階基礎(chǔ)知識的目標(biāo)。第四，結(jié)合預(yù)習(xí)視頻，查找資料，完成實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)課堂課前任務(wù)，完成代碼編寫，調(diào)試和運(yùn)行驗(yàn)證。

以循環(huán)嵌套為例，布置圖4 的兩個(gè)任務(wù)，在前述的基礎(chǔ)上，學(xué)生稍加變形就可以實(shí)現(xiàn)系列代碼。

圖4 實(shí)驗(yàn)課課前翻轉(zhuǎn)任務(wù)示例

整個(gè)過程當(dāng)中，每一個(gè)環(huán)節(jié)的內(nèi)容相對基礎(chǔ)，主要是發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，支持學(xué)生交流探討，同時(shí)，老師提供答疑指導(dǎo)。但任務(wù)考核重在個(gè)人對基礎(chǔ)知識和能力的掌握，因此每個(gè)人都需要獨(dú)立完成并按時(shí)提交課前作業(yè)，并且做好實(shí)驗(yàn)課上被隨機(jī)抽到講解的準(zhǔn)備，達(dá)到每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成初級應(yīng)用的目標(biāo)。

本環(huán)節(jié)的課前講解準(zhǔn)備無需像理論課翻轉(zhuǎn)課堂制作講解PPT 和板書，重點(diǎn)是圍繞代碼本身闡述算法思想、設(shè)計(jì)思路和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，借此減輕學(xué)生課前負(fù)擔(dān)，重心落在課前預(yù)習(xí)和代碼編寫上。

3.3 實(shí)驗(yàn)課堂活動(dòng)階段

實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)課堂活動(dòng)時(shí)長以一次實(shí)驗(yàn)課的課時(shí)為宜，一般為2 學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)課堂步驟在翻轉(zhuǎn)任務(wù)單里已經(jīng)清楚闡述，加上理論課翻轉(zhuǎn)課堂有類似之處，學(xué)生較為熟悉，教師需要對環(huán)節(jié)非常熟悉，并注意時(shí)間的把控，做好一定的預(yù)案。

1）第1 個(gè)環(huán)節(jié)，基礎(chǔ)鞏固階段。

教師根據(jù)預(yù)習(xí)時(shí)完成的課前測試反饋，對重點(diǎn)難點(diǎn)易錯(cuò)點(diǎn)點(diǎn)評并講解，在后續(xù)工作開展之前掃除低階基礎(chǔ)問題。

2）第2 個(gè)環(huán)節(jié)，初級應(yīng)用階段。

隨機(jī)抽取學(xué)生，對翻轉(zhuǎn)任務(wù)單中的基礎(chǔ)應(yīng)用編程題進(jìn)行講解，采用教師機(jī)主控，學(xué)生對照代碼講解，并演示調(diào)試過程，展示運(yùn)行結(jié)果。由其他學(xué)生針對其完成和講解情況進(jìn)行評分，教師根據(jù)講解情況，進(jìn)行補(bǔ)充和點(diǎn)評。這個(gè)環(huán)節(jié)，教師只需要規(guī)定好學(xué)生講解的要素，就可以掌控時(shí)間，保證講解效果。

以循環(huán)嵌套為例，可以給出如下講解要素。題目講解要求：

（1）執(zhí)行代碼并正確演示（20 分）。

（2）題目分析講解（60 分）。

● 循環(huán)結(jié)構(gòu)解決該問題的注意事項(xiàng)（20 分）。

● 總結(jié)該類型問題的解題心得（20 分）。

（3）鼓勵(lì)同一問題采用不同思路實(shí)現(xiàn)，分析不同思路的特點(diǎn)（20 分）。

3）第3 個(gè)環(huán)節(jié)，應(yīng)用升級階段。

教師在初級應(yīng)用編程題的基礎(chǔ)上，部署分組任務(wù)，提出更貼近實(shí)際應(yīng)用、更高難度的題目要求，需要在基礎(chǔ)題的基礎(chǔ)上加以完善修改實(shí)現(xiàn)，要求小組討論研究，完成后經(jīng)教師核對無誤后，率先完成組負(fù)責(zé)講解并獲得附加分。

延續(xù)循環(huán)嵌套實(shí)驗(yàn)中圖形輸出的例子，這里可以提出如圖5 所示的3 種輸出問題，在圖3 基礎(chǔ)上通過分析，改造結(jié)題思路。

圖5 升級應(yīng)用階段任務(wù)示例

該部分講解完成，需要接受同學(xué)提問，完成解答。期間，老師根據(jù)情況適當(dāng)穿插指導(dǎo)和糾錯(cuò)。

4）第4 個(gè)環(huán)節(jié)，總結(jié)階段。

（1）內(nèi)網(wǎng)門戶。主要實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)辦公相關(guān)信息的統(tǒng)一展示；此外，需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的統(tǒng)一用戶權(quán)限管理和單點(diǎn)登錄。

課程結(jié)束前5 分鐘，由教師對該知識和能力要求進(jìn)行總結(jié)，并針對該知識點(diǎn)提出創(chuàng)新應(yīng)用思路，作為課后思考拓展問題。

3.4 課后反饋與評價(jià)

實(shí)驗(yàn)課后，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中除含有傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)方案、代碼實(shí)現(xiàn)、結(jié)果截圖、心得體會(huì)等內(nèi)容，結(jié)合實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)課堂需要添加高階應(yīng)用題完成情況、拓展任務(wù)完成情況、小組分工合作設(shè)計(jì)等在應(yīng)用技能提高、創(chuàng)新思維培養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)合作方面的內(nèi)容。

課程結(jié)束時(shí)，通過學(xué)習(xí)通發(fā)送課程調(diào)查問卷，對課程內(nèi)容、形式進(jìn)行調(diào)研反饋，重點(diǎn)圍繞實(shí)驗(yàn)題目的設(shè)計(jì)評價(jià)，從而確定題目難度、學(xué)生興趣及最終實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡倪_(dá)成情況。

第一時(shí)間圍繞普遍反映的遺留問題形成總結(jié)性文檔，可以附以視頻、資料，推送給學(xué)生，做到課程問題及時(shí)解決。最終，圍繞課程調(diào)研和實(shí)驗(yàn)報(bào)告形成對實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)課堂的評價(jià)，在評價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善改進(jìn)。

3.5 價(jià)值塑造

一門課程給學(xué)生帶來的不單單是知識掌握和能力培養(yǎng)，通過課程傳遞價(jià)值觀更是尤為重要，由于在翻轉(zhuǎn)課堂上，師生之間的交流互動(dòng)更多，生生之間的交流協(xié)作更多，因此，在翻轉(zhuǎn)課堂上傳遞價(jià)值信息應(yīng)該能夠起到事半功倍的效果。

這樣的傳遞可以通過老師的言行，也可以通過課程的題目。延續(xù)循環(huán)嵌套這節(jié)課的設(shè)計(jì)，利用循環(huán)結(jié)構(gòu)來解決圖6 的問題就非常有意義。

圖6 價(jià)值引導(dǎo)問題

4 實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果

2018—2019 學(xué)年第2 學(xué)期，在高級語言程序設(shè)計(jì)（C 語言）課程中采用混合教學(xué)模式，開展了理論課和實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)課堂，其中，實(shí)驗(yàn)課翻轉(zhuǎn)課堂為首次開展，采用了上述的以能力導(dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)的翻轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)課設(shè)計(jì)。

雖然內(nèi)容有一定難度，但是學(xué)生表現(xiàn)出了極大的興趣和積極性。課前基礎(chǔ)性題目完成理想、實(shí)驗(yàn)課堂講解順利，拓展拔高題目全部都在實(shí)驗(yàn)課當(dāng)堂通過小組討論完成，并積極踴躍進(jìn)行了講解。課后調(diào)研顯示學(xué)生收獲了知識和能力的同時(shí)，具有挑戰(zhàn)性的題目讓學(xué)生收獲了極大的成就感，相互的協(xié)作讓學(xué)生感受到了頭腦風(fēng)暴的魅力，思維的碰撞激發(fā)了學(xué)生的主動(dòng)性，同時(shí)，帶給了生生、師生之間更多的交流機(jī)會(huì)，給了老師放心大膽地嘗試有針對性的教導(dǎo)的機(jī)會(huì)，真正做到了以學(xué)生為中心，更是真正做到了讓學(xué)生學(xué)會(huì)編程，而不是紙上談兵。翻轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)課達(dá)到了能力導(dǎo)向的目標(biāo)，借助學(xué)習(xí)通和現(xiàn)代化教學(xué)理念，給C 語言這門傳統(tǒng)課程帶來了新的活力。