工程教育認(rèn)證背景下案例式翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計
——以基于Android系統(tǒng)的圖書管理系統(tǒng)設(shè)計為例

李 丹

(北部灣大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，廣西 欽州 535011)

安卓(Android)系統(tǒng)是一種基于Linux內(nèi)核的開放性操作系統(tǒng)，被普遍應(yīng)用于移動終端設(shè)備，如手機、平板電腦和智能電視等。截至2019年10月，Android系統(tǒng)的市場占有率已達(dá)到87%[1]。Android系統(tǒng)應(yīng)用程序的開發(fā)是一門實踐性很強的技能，其技術(shù)可以用于計算機相關(guān)復(fù)雜工程問題的系統(tǒng)設(shè)計和求解，符合工程教育認(rèn)證對學(xué)生能力培養(yǎng)的要求。掌握基于Android系統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)，有助于提高學(xué)生的就業(yè)競爭力。如何利用課堂教學(xué)時間有效地培養(yǎng)學(xué)生實踐能力，是工程教育認(rèn)證背景下程序語言類課程需要解決的問題。本文以北部灣大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學(xué)情況為基礎(chǔ)，考慮使用翻轉(zhuǎn)課堂的案例教學(xué)來優(yōu)化Android系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)課程，針對教學(xué)過程進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計。

1 案例教學(xué)現(xiàn)存問題

案例是對真實情景相關(guān)問題的描述，是一種有針對性地向?qū)W生傳遞信息的知識載體。基于案例的教學(xué)是一種常見的教學(xué)方法，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，案例作為固有的知識存在，被教師按照特定的方式梳理和分析，再以灌輸?shù)姆绞絺鬟f給學(xué)生，學(xué)生將案例作為對知識點理解的輔助工具，將抽象的概念放入形象的情景中加以理解。案例不僅可以作為知識的容器，還能成為知識共建的平臺[2]，這給教師提供了一種新的思考方向。工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生能夠綜合所掌握的理論知識，針對復(fù)雜工程問題進(jìn)行系統(tǒng)性的設(shè)計，并在設(shè)計方案中體現(xiàn)創(chuàng)新意識[3]。但是傳統(tǒng)教學(xué)思路的固化和單項傳輸?shù)忍攸c會阻礙學(xué)生分享新的發(fā)現(xiàn)，抹殺學(xué)生的發(fā)散思維，不能很好地利用案例引導(dǎo)學(xué)生主動創(chuàng)新。針對這一問題，如何在教學(xué)過程中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，是工程教育背景下利用Android系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)課程需要解決的問題。

在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，課堂作為師生面對面實時交互的場所，教師在課堂上能更有效組織教學(xué)引導(dǎo)、學(xué)習(xí)反饋和經(jīng)驗分享等活動。學(xué)生在對案例的學(xué)習(xí)過程中可能會有不一樣的見解，如果能在課堂教學(xué)過程中及時反饋和分享，不僅可以活躍課堂氣氛，還能方便教師及時地指正或者給予肯定，幫助學(xué)生及時修正思考方向，或者鼓勵學(xué)生繼續(xù)養(yǎng)成發(fā)散思維。Android系統(tǒng)應(yīng)用程序的設(shè)計和開發(fā)是一項復(fù)雜的工程，經(jīng)典案例提供的設(shè)計方案和實現(xiàn)方法可以幫助學(xué)生更快地理解和掌握該類實際問題的解決過程，但是這些方案和方法不一定是最優(yōu)的。以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)必須把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識作為教學(xué)重點，讓學(xué)生從案例出發(fā)，理解、模仿、優(yōu)化和推翻案例中的方案和方法。如何有效利用案例教學(xué)提高學(xué)生對Android系統(tǒng)應(yīng)用程序技術(shù)的應(yīng)用能力，是本次教學(xué)設(shè)計的一個重點。翻轉(zhuǎn)課堂是幫助學(xué)生參與課堂活動的有效方式，有利于教師掌控課堂教學(xué)的走向，但是這也導(dǎo)致原教學(xué)計劃課時不足。如何巧妙地設(shè)計教學(xué)計劃，在完成大綱任務(wù)和提高學(xué)生課堂參與度上取得平衡，是教學(xué)設(shè)計的一個難點。

2 圖書管理系統(tǒng)特點

經(jīng)過多年發(fā)展，Android系統(tǒng)應(yīng)用程序技術(shù)課程已有許多經(jīng)典的教學(xué)案例，其中圖書管理系統(tǒng)是計算機相關(guān)技術(shù)類教材中最常見的案例之一。在計算機科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程和軟件工程等計算機相關(guān)專業(yè)中，數(shù)據(jù)庫原理和Web開發(fā)技術(shù)等課程常把圖書管理系統(tǒng)作為教學(xué)案例。多個技術(shù)相關(guān)的課程之間使用相同的教學(xué)案例，可以綜合教學(xué)資源，使學(xué)生從技術(shù)的各個方面完整體驗項目的開發(fā)過程[4]。因此，選擇圖書管理系統(tǒng)開發(fā)作為教學(xué)案例可以有效節(jié)約理解和分析的時間，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

圖書管理系統(tǒng)主要是對圖書的各類信息進(jìn)行管理，需要實現(xiàn)信息的增、刪、查、改等操作和其他業(yè)務(wù)，例如借閱和銷售等。為了將界面設(shè)計、程序?qū)崿F(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)通信等應(yīng)用程序開發(fā)技術(shù)作為Android系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)課程的學(xué)習(xí)重點，把圖書基礎(chǔ)信息的管理作為本次案例教學(xué)設(shè)計的重點。為了提高知識的復(fù)雜度和案例的實用性，選擇以網(wǎng)絡(luò)版圖書管理系統(tǒng)作為教學(xué)案例。

從系統(tǒng)設(shè)計的邏輯出發(fā)，基于Android系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)版圖書管理系統(tǒng)知識結(jié)構(gòu)可以分為操作界面、控制程序、網(wǎng)絡(luò)通信程序、服務(wù)程序和數(shù)據(jù)存儲五個部分，其層次模型如圖1所示。其中操作界面、控制程序和網(wǎng)絡(luò)通信程序是Android系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)課程學(xué)習(xí)的重點，服務(wù)程序和數(shù)據(jù)存儲部分，可直接引用其他課程的結(jié)果。

圖1 基于Android系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)版圖書管理系統(tǒng)知識結(jié)構(gòu)層次模型

3 案例式翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計

翻轉(zhuǎn)課堂可以強化“教師—學(xué)生”和“學(xué)生—學(xué)生”之間的交流，讓知識從單向直線傳輸轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向網(wǎng)狀傳輸[5]，這一特點可以彌補傳統(tǒng)案例教學(xué)不能激發(fā)學(xué)生發(fā)散思維和創(chuàng)新意識的缺陷。翻轉(zhuǎn)課堂需要在有限的課時內(nèi)實現(xiàn)知識梳理、問題或建議的反饋、問題的探討和知識的總結(jié)，這給課時的分配帶來了挑戰(zhàn)。結(jié)合多年的Android系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)課程教學(xué)經(jīng)驗，借鑒相關(guān)課程改革的成果[5]，本文從教學(xué)內(nèi)容制定、教學(xué)活動組織和考核方式出發(fā)，對基于Android系統(tǒng)的圖書管理系統(tǒng)案例式翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行設(shè)計。

3.1 教學(xué)內(nèi)容制定

在工程教育認(rèn)證背景下的Android系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)課程的主要教學(xué)目標(biāo)是以Android系統(tǒng)四大組件技術(shù)為核心，使學(xué)生掌握Android系統(tǒng)應(yīng)用程序界面及其控制程序的設(shè)計與實現(xiàn)方法，針對不同應(yīng)用場景選擇數(shù)據(jù)存儲方式，獨立或者以團隊合作的方式對復(fù)雜工程問題進(jìn)行調(diào)研和系統(tǒng)性設(shè)計，并在設(shè)計中體現(xiàn)創(chuàng)新意識。為滿足工程教育認(rèn)證的要求，從工程教育認(rèn)證對畢業(yè)要求出發(fā)，需要梳理課程教學(xué)目標(biāo)，便于制定相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。課程的教學(xué)目標(biāo)與工程教育認(rèn)證畢業(yè)要求指標(biāo)的具體對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 Android系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)課程目標(biāo)與工程教育認(rèn)證對畢業(yè)要求指標(biāo)對應(yīng)關(guān)系

基于圖書管理系統(tǒng)的案例教學(xué)內(nèi)容在滿足課程目標(biāo)1、目標(biāo)2和目標(biāo)3的同時，還需要滿足翻轉(zhuǎn)課堂“設(shè)定主題—發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題—方案評價”的教學(xué)流程。本文以48課時為例，將界面設(shè)計、四大組件、數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)編程的教學(xué)內(nèi)容融入圖書管理系統(tǒng)案例中，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式等見表2，課時分配匯總見表3。

表2 教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式

表3 講授課時的分配 單位：節(jié)

每個知識單元都包含了基礎(chǔ)知識和綜合知識，其中基礎(chǔ)知識采用學(xué)生在線學(xué)習(xí)的方式，部分較難掌握的基礎(chǔ)知識采用課堂講授的方式，綜合知識采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式。在線學(xué)習(xí)不占用課時，這有利于給予翻轉(zhuǎn)課堂更多的時間。基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)應(yīng)該在綜合知識學(xué)習(xí)開始前完成，因此教師需要在每個知識單元教學(xué)開始前，提前給學(xué)生發(fā)布在線學(xué)習(xí)內(nèi)容、要求和途徑。學(xué)生可以將自學(xué)過程中遇到的問題帶到課堂上，通過向教師提問或者在討論環(huán)節(jié)提出問題等方式獲得幫助。

在線學(xué)習(xí)使用中國大學(xué)MOOC國家精品在線課程學(xué)習(xí)平臺。該平臺是教育部在“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略背景下大力推進(jìn)的信息化教育平臺[6]，目前已有782所合作高校，截至2019年7月，課程總數(shù)已達(dá)到12 545門。教師可以在該平臺建設(shè)或者使用慕課資源，并組建慕課堂，實現(xiàn)線上教學(xué)組織、發(fā)布教學(xué)要求和學(xué)習(xí)情況統(tǒng)計等。表2中展示的需要在線學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識與在線學(xué)習(xí)平臺資源的對應(yīng)關(guān)系見表4。

表4 教學(xué)內(nèi)容與在線資源的對應(yīng)關(guān)系表

3.2 翻轉(zhuǎn)課堂的組織

課堂是教師和學(xué)生近距離探索知識的地方，如何高效運用課堂時間，是各類教學(xué)改革研究所關(guān)心的問題[5]。案例式翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計需要從前期準(zhǔn)備、課堂活動組織和課程考核三個方面進(jìn)行設(shè)計。

3.2.1 前期準(zhǔn)備

在翻轉(zhuǎn)課堂活動開始前，教師需要向?qū)W生提供主題和活動流程資料，以便學(xué)生做好課前準(zhǔn)備，提高課堂活動的效果。教師需要根據(jù)課程知識點要求選擇相應(yīng)主題，準(zhǔn)備輔助材料，制定課堂活動流程和課后總結(jié)方式。以案例教學(xué)為主的翻轉(zhuǎn)課堂需要對教學(xué)案例進(jìn)行詳細(xì)描述和適當(dāng)劃分，按照教學(xué)知識點的分布和遞進(jìn)，逐步推進(jìn)案例的實施。根據(jù)表2給出的知識點和教學(xué)方式等信息，對基于Android系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)版圖書管理系統(tǒng)案例進(jìn)行描述，并劃分為五個主題，具體見表5。

表5 基于Android系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)版圖書管理系統(tǒng)的案例描述和主題劃分

在每一個翻轉(zhuǎn)課堂主題開始前，需要學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握相應(yīng)的基礎(chǔ)知識，才能更好地參與課堂討論。教師在課程開始前一個月需要將表2、表4和表5的部分內(nèi)容發(fā)送給學(xué)生，安排學(xué)生及時開始課前學(xué)習(xí)。

3.2.2 課堂活動的組織

翻轉(zhuǎn)課堂使傳統(tǒng)的“教師主導(dǎo)”模式向“教師學(xué)生共同主導(dǎo)”模式轉(zhuǎn)變。教師把握課堂活動時間，從旁記錄學(xué)生表現(xiàn)。學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)，按照要求進(jìn)行發(fā)言、討論、展示或講解。目前國內(nèi)的大學(xué)基本都以行政班級為單位進(jìn)行授課，為了能夠在有限的課時內(nèi)讓每一位學(xué)生都能參與課程教學(xué)活動，課堂活動采用分組的形式進(jìn)行。學(xué)生在主題活動開始前，自行分組，并分工完成資料收集、問題思考與解答、程序設(shè)計實現(xiàn)和作品展示等任務(wù)。

整個翻轉(zhuǎn)課堂可以分為教師主導(dǎo)和學(xué)生主導(dǎo)兩大環(huán)節(jié)。教師主導(dǎo)環(huán)節(jié)分為引導(dǎo)和總結(jié)兩部分。引導(dǎo)是指教師先對當(dāng)前主題進(jìn)行介紹和分析，再以圖表的形式展示與該主題有關(guān)的基礎(chǔ)知識結(jié)構(gòu)，供學(xué)生自我檢查是否已完成課前學(xué)習(xí)，最后把與主題相關(guān)的思考題寫在黑板上或者投影到屏幕上，并告訴學(xué)生在接下來的環(huán)節(jié)中每個小組需要完成的任務(wù)?？偨Y(jié)是指在學(xué)生主導(dǎo)環(huán)節(jié)結(jié)束后的小組點評或總體點評，用來肯定學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和指出學(xué)生作品中的不足，在學(xué)生給出的方案都不能完全滿足案例需求的情況下，教師給出案例的參考解決方案。

學(xué)生主導(dǎo)環(huán)節(jié)分為作品展示和主題討論兩個部分。作品展示是讓學(xué)生代表展示小組學(xué)習(xí)成果，用于體現(xiàn)小組成員在本次主題中的參與度和達(dá)成度，教師在此過程對小組工作進(jìn)行評分。主題討論是讓學(xué)生以個人名義或者小組名義對自己或者其他組的作品進(jìn)行點評，給出優(yōu)化建議和解決思路，教師在此過程對學(xué)生的課堂貢獻(xiàn)度進(jìn)行評分。每個班級可以分5個小組，表5中各個主題在翻轉(zhuǎn)課堂過程中的時間分配見表6。

Android系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)課程的特點是既涉及理論學(xué)習(xí)又需要實踐，根據(jù)表2和表3給出的實驗指導(dǎo)要求，在每個主題教學(xué)結(jié)束后，安排學(xué)生進(jìn)行上機實驗，獨立或分組完善各自的作品，需要教師對完善后的作品進(jìn)行評分，并以此作為學(xué)生能力的考核依據(jù)。

3.2.3 課程考核

小組作品評分采用百分制，主要從作品的主題要求完成度、基礎(chǔ)知識應(yīng)用程度和程序運行穩(wěn)定性出發(fā)，具體評分細(xì)則及標(biāo)準(zhǔn)見表7。討論環(huán)節(jié)評分采用百分制，主要從個人或小組的參與度和發(fā)言的內(nèi)容是否切合主題出發(fā)，具體評分細(xì)則及標(biāo)準(zhǔn)見表8。

表7 小組作品評分細(xì)則表

表8 討論環(huán)節(jié)評分細(xì)則表

作品展示、討論過程和實驗過程會涉及“小組”和“組員”評分的問題。小組作品是在課前由學(xué)生分組完成的，且組內(nèi)討論過程教師不參與，因此教師很難對每個組員給予相應(yīng)的評分。教師對小組作品、討論發(fā)言和作品優(yōu)化的評分是屬于整個小組的表現(xiàn)得分。組員評分的方法可以借鑒前期研究成果[5]，由小組組長在小組得分的基礎(chǔ)上，按照組員人數(shù)將分?jǐn)?shù)翻倍，再給每個組員評分，具體評分細(xì)則見表9。

表9 組員評分細(xì)則表

工程教育認(rèn)證要求課程著重考核學(xué)生的能力。與傳統(tǒng)課程考核不同，能力考核需要根據(jù)學(xué)生長期的表現(xiàn)進(jìn)行評價，而不能依賴一次考試得出結(jié)論。本次教學(xué)設(shè)計在翻轉(zhuǎn)課堂過程中，教師需要進(jìn)行小組作品、討論環(huán)節(jié)和實驗過程的評分，可以從不同角度對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、分析能力和動手能力進(jìn)行考核。通過組內(nèi)評分方式，可以從側(cè)面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。學(xué)生的期末總評由小組作品得分、討論得分、實驗得分和期末作品得分四個部分組成，比例分別是40%、10%、20%和30%，具體計算公式如下：

(1)

式中，Z表示學(xué)生期評成績；Gz_i表示第i次翻轉(zhuǎn)課堂小組作品的個人成績；Gf_i表示第i次翻轉(zhuǎn)課堂討論環(huán)節(jié)的個人成績；Gs_i表示第i次翻轉(zhuǎn)課堂后上機實驗的個人成績；Gm表示期末作品個人成績。

4 結(jié)語

在工程教育認(rèn)證的背景下，以網(wǎng)絡(luò)版圖書信息管理系統(tǒng)作為貫穿Android系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)課程的案例，結(jié)合線上教學(xué)資源，引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，從教學(xué)內(nèi)容制定、課堂活動組織和課程考核三個方面進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。整個教學(xué)過程強調(diào)對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、分析能力和動手能力的培養(yǎng)和考核，把案例從知識的容器轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生創(chuàng)新的平臺。