借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的醫(yī)科院校程序設(shè)計(jì)課程教改

張樂平 張勁柏 張偉信

摘要：翻轉(zhuǎn)課堂正成為國內(nèi)計(jì)算機(jī)教育界的改革創(chuàng)新熱點(diǎn)。針對(duì)在教改初期程序設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢(shì)沒有得到體現(xiàn)的教學(xué)實(shí)際，文章對(duì)僅僅模仿形式的翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行反思，指出在醫(yī)科院校開展程序設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂教改應(yīng)兼顧學(xué)生的素質(zhì)差異、專業(yè)要求和課程特點(diǎn)等因素，進(jìn)而借鑒翻轉(zhuǎn)課堂理念，提出增加醫(yī)科學(xué)生編程訓(xùn)練時(shí)間和空間的程序設(shè)計(jì)課堂教學(xué)模式，闡述相應(yīng)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)策略

關(guān)鍵詞：程序設(shè)計(jì)課程；翻轉(zhuǎn)課堂；任務(wù)驅(qū)動(dòng)；思維導(dǎo)圖

引 言

同內(nèi)高校計(jì)算機(jī)教育的翻轉(zhuǎn)課堂教改正日漸興起，一些大學(xué)進(jìn)行了大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐，一些院校還構(gòu)建了工程龐大的翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)。翻轉(zhuǎn)課堂顛倒了“課上教師講授、課后學(xué)生作業(yè)”的傳統(tǒng)教學(xué)流程，課前學(xué)生借助互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)教師制作的授課視頻，課上師生互動(dòng)探究并完成作業(yè)。翻轉(zhuǎn)課堂是一種“以學(xué)生為中心”的教學(xué)，學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)在課堂上高效完成知識(shí)的深度內(nèi)化吸收。

1 程序設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂反思

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的先天差異，使得學(xué)生的起跑線不同，翻轉(zhuǎn)課堂的課前學(xué)習(xí)效果將因人而異。程度好的同學(xué)通過十分鐘短視頻就能掌握的，基礎(chǔ)差的學(xué)生可能要花數(shù)倍的時(shí)間完成，更不要說提出有深度的問題。在課堂上，程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)好的學(xué)生能與教師積極互動(dòng)，程序設(shè)計(jì)技能得到迅速提升；而基礎(chǔ)差的學(xué)生慢慢成了旁觀者，與同學(xué)的差距反而擴(kuò)大了。因此，相比傳統(tǒng)課堂，學(xué)生程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的先天差異在翻轉(zhuǎn)課堂上的負(fù)面效應(yīng)更突出。

在醫(yī)科院校，醫(yī)科學(xué)生編程學(xué)習(xí)的時(shí)間和氛圍與理工科學(xué)生是無法相比的，也不允許編程占用大量時(shí)間和精力而影響專業(yè)課程學(xué)習(xí) 隨著面向?qū)ο蟪绦蜷_發(fā)架構(gòu)平臺(tái)的推陳出新，對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的醫(yī)科學(xué)生來說，開發(fā)應(yīng)用程序的門檻大大降低了，但是程序設(shè)計(jì)技能只能通過大量編程訓(xùn)練才能掌握，因此，除了少數(shù)優(yōu)秀的學(xué)生，僅僅翻轉(zhuǎn)課堂上的集中編程時(shí)間顯然是不夠的。

南于沒有兼顧醫(yī)科院校學(xué)生實(shí)際、專業(yè)實(shí)際和課程實(shí)際，程序設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂相比于傳統(tǒng)課堂的優(yōu)勢(shì)沒有得到很好體現(xiàn)。教改初期的實(shí)踐表明，翻轉(zhuǎn)課堂通過改變教學(xué)流程，最終在課堂上完成知識(shí)技能的深度內(nèi)化的理念，有利于推動(dòng)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)，克服了傳統(tǒng)多媒體教學(xué)教師滿堂灌輸?shù)牟蛔恪?/p>

2 借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革

在對(duì)教改初期翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐反思的基礎(chǔ)上，可以借助于思維導(dǎo)圖，對(duì)程序設(shè)計(jì)課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理，進(jìn)而結(jié)合醫(yī)科院校學(xué)生實(shí)際、專業(yè)實(shí)際和課程實(shí)際，實(shí)踐并完善借鑒翻轉(zhuǎn)課堂理念的程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式：在不增加學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)的前提下，改變教學(xué)流程，增加學(xué)生程序設(shè)計(jì)技能訓(xùn)練的時(shí)間和空間，最終在課堂上完成醫(yī)科學(xué)生程序沒計(jì)技能的深度內(nèi)化。

2.1 程序設(shè)計(jì)課程思維導(dǎo)圖

鑒于思維導(dǎo)圖在知識(shí)的組織和表征方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，我們借助思維導(dǎo)圖開展程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革。教師首先進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)分析，梳理教材中的全部知識(shí)點(diǎn)，明確重難點(diǎn)，同時(shí)考慮到醫(yī)科學(xué)生的計(jì)算機(jī)相關(guān)知識(shí)不足，添加數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法等方面的知識(shí)點(diǎn)，最終形成教和學(xué)的思維導(dǎo)圖如圖1所示。

程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)內(nèi)容可分為知識(shí)和技能兩部分、知識(shí)部分包括面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想、對(duì)象三要素（屬性、方法和事件）等（圖la以3個(gè)對(duì)象為例描述面向?qū)ο蟪绦蚣軜?gòu)）。技能部分為基于三種基本的程序結(jié)構(gòu)（順序、選擇和循環(huán)）進(jìn)行方法和事件的編程，具體體現(xiàn)為算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這與面向過程程序設(shè)計(jì)的要求是一致的（圖lb）二與實(shí)際程序項(xiàng)目開發(fā)密切相關(guān)的文件、圖形、數(shù)據(jù)庫，以及各種程序開發(fā)框架等屬于程序設(shè)汁課的高級(jí)內(nèi)容，而圖1所示的基本知識(shí)和技能是進(jìn)一步學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

計(jì)算機(jī)語言的語法和界面控件學(xué)習(xí)很重要，但已不是難點(diǎn)。學(xué)生習(xí)慣于用自然語言（或數(shù)學(xué)語言）描述解決問題的思路（算法），而自然語言（或數(shù)學(xué)語言）到由順序、選擇和循環(huán)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)語言的轉(zhuǎn)換，對(duì)醫(yī)科學(xué)生來說是難點(diǎn)，達(dá)到自如轉(zhuǎn)換則需要大量的編程訓(xùn)練。基于上述對(duì)程序設(shè)計(jì)思維導(dǎo)圖的分析，我們將翻轉(zhuǎn)課堂理念引入到課堂設(shè)計(jì)中，通過改變傳統(tǒng)教學(xué)流程，增加學(xué)生程序設(shè)計(jì)技能訓(xùn)練的時(shí)間和空間，從而實(shí)現(xiàn)在課堂上高效提升醫(yī)科學(xué)生的自然語言（或數(shù)學(xué)語言）與計(jì)算機(jī)語言之間的轉(zhuǎn)換能力。

2.2 借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的課堂教學(xué)模式

傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)教學(xué)是讓學(xué)生課后編程，然后教師課外批改，最后僅就共同的問題在課堂上作簡(jiǎn)單講評(píng)，用課堂的絕大部分時(shí)間進(jìn)行灌輸式教學(xué)。為了增加學(xué)生程序設(shè)計(jì)技能訓(xùn)練的時(shí)間和空間，將“教師課外批改”“翻轉(zhuǎn)”到“師生課堂上共同探究”，利用課堂上師生互動(dòng)，高效地幫助學(xué)生內(nèi)化程序設(shè)計(jì)能力，如圖2所示。

課堂的前2/3時(shí)間（以3學(xué)時(shí)一次課為例，其中2學(xué)時(shí)）用于學(xué)生匯報(bào)作業(yè)或程序項(xiàng)目。師生互動(dòng)，答疑解惑，探究如何用計(jì)算機(jī)語言描述表達(dá)解決問題的思路（算法），分享各式各樣的程序設(shè)計(jì)技巧，在這種協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生完成程序設(shè)計(jì)能力的深度內(nèi)化。

與經(jīng)典翻轉(zhuǎn)課堂的“學(xué)習(xí)知識(shí)在課外，內(nèi)化知識(shí)在課堂”的教學(xué)模式有所不同，每堂課的后1/3時(shí)問（以3學(xué)時(shí)一次課為例，其中1學(xué)時(shí)）仍然由教師講授程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括程序設(shè)計(jì)基本思想、計(jì)算機(jī)語言和基本算法等知識(shí)性內(nèi)容、、通過這樣的教學(xué)安排，幫助醫(yī)科學(xué)生從迅速發(fā)展的程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，快速準(zhǔn)確地把握程序設(shè)計(jì)的主流思想和基本技能，縮小學(xué)生之間程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的差異。

在圖2教學(xué)流程中，將教師課外批改編程作業(yè)“翻轉(zhuǎn)”到課堂上進(jìn)行，除了增加編程訓(xùn)練時(shí)間，還提供了一個(gè)師生交流編程思想的更大空間——課堂；保留了傳統(tǒng)教學(xué)的學(xué)生課后作業(yè)這一環(huán)節(jié)，但是其重點(diǎn)是通過編程作業(yè)發(fā)現(xiàn)問題，為接下來的課堂匯報(bào)做準(zhǔn)備；當(dāng)然，教師也可以制作補(bǔ)充視頻，方便學(xué)生在課余時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。

2.3 任務(wù)驅(qū)動(dòng)的課堂教學(xué)策略

翻轉(zhuǎn)課堂僅僅是一種教學(xué)組織的方式，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)流程，但是沒有涉及具體的教學(xué)策略和教學(xué)方法。單純地討論翻轉(zhuǎn)課堂是沒有意義的，在借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的程序設(shè)計(jì)教學(xué)中，可以采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)策略來實(shí)施教學(xué)，將發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)和白主學(xué)習(xí)的教學(xué)理論滲透到教學(xué)過程中。編程任務(wù)設(shè)計(jì)是程序設(shè)計(jì)教學(xué)的關(guān)鍵，課前通過任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生思考和發(fā)現(xiàn)問題，而課堂上圍繞任務(wù)，在教師的引導(dǎo)下糾正錯(cuò)誤理解和深化編程技能。教師要為每一堂課精心設(shè)計(jì)編程學(xué)習(xí)任務(wù)，編程任務(wù)不僅要反映基本概念、基本原理，更要強(qiáng)調(diào)知識(shí)的應(yīng)用和程序設(shè)計(jì)技能的訓(xùn)練。

在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中，建議以小組形式共同完成一個(gè)任務(wù)。例如，5人為一組，每個(gè)任務(wù)有4～5個(gè)子任務(wù)，指定小組分別匯報(bào)一個(gè)子任務(wù)教師組織所有學(xué)生參與討論和交流，鼓勵(lì)上臺(tái)交流同一任務(wù)的不同算法實(shí)現(xiàn)。例如，在課堂流中，數(shù)據(jù)排序會(huì)出現(xiàn)選擇、冒泡、插入等排序法，而數(shù)據(jù)查找會(huì)出現(xiàn)順序、二分法等查合找算法，甚至有學(xué)生采用遞歸方式實(shí)現(xiàn)二分查找。通過營造這樣的協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)習(xí)者的思維與智慧被整個(gè)群體所共享，在多角度的探究過程中，共同提高程序設(shè)計(jì)技能。

3 借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的教改成效及分析

3.1 程序設(shè)計(jì)課程的教改成效

近年來，第二軍醫(yī)大學(xué)相繼開展了培養(yǎng)醫(yī)科學(xué)生的信息素養(yǎng)和計(jì)算思維能力的系列教學(xué)改革。應(yīng)用程序開發(fā)既是醫(yī)科學(xué)生信息素養(yǎng)的更高要求，也是“讓思維具有計(jì)算特征”教改中培養(yǎng)醫(yī)科學(xué)生計(jì)算思維能力的基本要求。丁醫(yī)科院校的特殊環(huán)境，程序設(shè)計(jì)課程的教改是在困惑和挑戰(zhàn)中前行，并逐步形成了適合醫(yī)科學(xué)生的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。

第二軍醫(yī)大學(xué)程序設(shè)計(jì)課程處于“1+X”培養(yǎng)體系的第二層次，以必修課的形式面向生物技術(shù)、衛(wèi)生管理等專業(yè)開設(shè)，并且以選修課的形式面向全校開設(shè)了VB.NET、Visual C#等計(jì)算機(jī)語言課程。在必修課和選修課上，對(duì)于借鑒翻轉(zhuǎn)課堂理念的教改，同學(xué)們的反應(yīng)是“程序設(shè)汁沒有想象那么難”“計(jì)算機(jī)選修課變熱門了。一部分學(xué)生主動(dòng)要求參加上海市和全國的計(jì)算機(jī)設(shè)汁大賽。由于參賽的程序設(shè)計(jì)項(xiàng)計(jì)生物醫(yī)學(xué)專業(yè)特色明顯，2013年首次參加中國大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽就獲得了1個(gè)一等獎(jiǎng)，2個(gè)二等獎(jiǎng)；在2014年7月沈陽結(jié)束的第7屆中國大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽中，榮獲3個(gè)一等獎(jiǎng)，2個(gè)二等獎(jiǎng)和大賽優(yōu)秀組織獎(jiǎng)。

3.2 借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的教改分析

雖然我們的教改不是經(jīng)典的翻轉(zhuǎn)課堂教改，但是在借鑒時(shí)貫徹了翻轉(zhuǎn)課堂的核心理念，即通過改變教學(xué)流程，最終在課堂上實(shí)現(xiàn)知識(shí)技能的深度內(nèi)化吸收。將教師課外批改編程作業(yè)“翻轉(zhuǎn)”到課堂上進(jìn)行，大幅壓縮了教師的課堂授課時(shí)問，但增加了學(xué)生程序設(shè)計(jì)技能訓(xùn)練的時(shí)間和空間，最終在課堂上幫助學(xué)生完成編程能力的內(nèi)化提升。在學(xué)生時(shí)間和精力方面，這樣的教改設(shè)計(jì)，沒有明顯改變程序設(shè)計(jì)課程和醫(yī)學(xué)專業(yè)課程之間的原有分配比例，這種相對(duì)獨(dú)立性，將其對(duì)其他課程學(xué)習(xí)的影響降到了最低。

在程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中，醫(yī)科學(xué)生的最大困難是用計(jì)算機(jī)語言來描述解決問題的思路，但是這種能力需要反復(fù)訓(xùn)練才能獲得。在借鑒翻轉(zhuǎn)課堂理念的程序設(shè)計(jì)教學(xué)中，每一個(gè)教學(xué)內(nèi)容至少有四次“進(jìn)入”：每次課的后1/3時(shí)間段的教師授課是初次“進(jìn)入”；學(xué)生課外完成編程任務(wù)是第二次“進(jìn)入”；學(xué)生帶著問題在課堂上匯報(bào)完成情況，并在師生互動(dòng)中解決了問題，這是第三次“進(jìn)入”；第四次“進(jìn)入”是通過學(xué)習(xí)其他同學(xué)就同一任務(wù)的不同算法來實(shí)現(xiàn)。這樣的教學(xué)流程增加了學(xué)生程序設(shè)計(jì)技能訓(xùn)練的時(shí)間和空間，而且其要求是逐步提升的。

在翻轉(zhuǎn)課堂上，教師由講臺(tái)上的圣人移步為旁邊的指導(dǎo)者，學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。教師要真正起到組織者、引導(dǎo)者和幫助者的作用。在借鑒翻轉(zhuǎn)課堂理念的教學(xué)中，教師根據(jù)思維導(dǎo)圖組織教學(xué)，精心設(shè)計(jì)每一堂課。在每次課的前2/3時(shí)間段，教師通過精心設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑，最終在課堂上完成醫(yī)科學(xué)生程序設(shè)計(jì)技能的深度內(nèi)化。另外，在每次課的后1/3時(shí)間段，教師根據(jù)學(xué)生程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的差異和教學(xué)過程中反饋的問題，補(bǔ)充程序設(shè)計(jì)必需的知識(shí)技能，及時(shí)幫助學(xué)生調(diào)整學(xué)習(xí)。

4 結(jié)語

教改不應(yīng)是一味模仿的拿來主義，否則先進(jìn)的教學(xué)理念容易落入水土不服的窘境。就程序設(shè)計(jì)課程而言，經(jīng)典的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)也許對(duì)理T科學(xué)生是適合的，但實(shí)踐表明，對(duì)醫(yī)科學(xué)生不能直接應(yīng)用。與其他教學(xué)改革一樣，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革也必須考慮學(xué)生的素質(zhì)差異、專業(yè)要求和課程特點(diǎn)等因素，在把握翻轉(zhuǎn)課堂核心理念的基礎(chǔ)上靈活組織教學(xué)，而不應(yīng)脫離實(shí)際，簡(jiǎn)單地依葫蘆畫瓢模仿經(jīng)典。