翻轉課堂在卓越工程師班軟件開發類課程中的應用與思考

趙瑩，王冠軍，劉佰龍

（中國礦業大學計算機科學與技術學院，徐州 221116）

翻轉課堂在卓越工程師班軟件開發類課程中的應用與思考

趙瑩，王冠軍，劉佰龍

（中國礦業大學計算機科學與技術學院，徐州 221116）

隨著信息化技術手段和相關的資源的不斷完備，“互聯網+”在中國的迅猛發展，為教育領域帶來新的機遇、希望與挑戰。軟件開發類課程是計算機專業卓越工程師理論課程體系與實踐課程體系中的重要組成部分，在分析這類課程的教學困境以及實施“翻轉課堂”教學方法的可行性后，提出具體的實施方案，包括課前準備、課堂討論、課后總結等，分析翻轉課堂教學效果。結果表明，“翻轉課堂”教學模式在卓越工程師班軟件開發類課程中的應用有助于增強學生自主學習、團隊協作意識，培養造就創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量人才。

卓越工程師；翻轉課堂；軟件開發類課程；個性化教學

0 引言

李克強總理在《政府工作報告》中提出了“互聯網+”這個新概念后，中國教育進入到一場基于信息技術的偉大的變革中。“互聯網+”在中國的迅猛發展為教育領域帶來了新的機遇、希望與挑戰。中國的教育需要豐富的教學模式、不斷更新的教學內容以及日益多元化的教學評價體系。在這種信息化技術手段和相關資源不斷完備的大背景下，翻轉課堂教學法得以有效地實施。“卓越工程師教育培養計劃”是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措[1]。軟件開發類課程是計算機專業卓越工程師理論課程體系與實踐課程體系中的重要組成部分，本文結合學校教學改革項目的實踐研究總結出適用于卓越班的軟件開發類課程翻轉課堂教學模式的實施方案，用于增強學生自主學習能力、實踐操作能力、團隊協作意識，培養創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量人才。

1 翻轉課堂概述

翻轉課堂（Flipped Classroom）又稱“反轉課堂”，所謂“翻轉”是指在信息化的環境下，首先由教師創建教學視頻資源，學生在課前觀看視頻對授課內容進行學習，然后再回到課堂中進行師生、生生間面對面答疑、交流，分享學習成果與心得，以實現教學目標的一種教學模式，與傳統的“教師白天在教室上課、學生晚上回家做作業”的方式正好相反的課堂模式[2-4]。

1.1 翻轉課堂的研究現狀

2007年，美國柯羅拉多州的兩位化學老師首先提出翻轉課堂理念，并且在教學中采用了這一模式，發現這種方法取得的教學效果好于傳統方式。兩位教師的實踐引起越來越多的關注，這種新型教學模式在北美乃至美國中小學教育中深受歡迎并快速推廣，世界各地的許多教師也采用這種模式[5]。

目前，國內眾多學者也在不斷對翻轉課堂進行研究，張金磊對翻轉課堂教學模式的關鍵因素進行了詳盡的分析[6]，在對國外教學實踐案例研究的基礎上，構建出翻轉課堂的教學模型[7]；曾貞等探討了翻轉教學的特征、實踐及問題，認為翻轉教學是有目的地運用技術探索個性化教學的成功范例[8]；曾明星、周清平等探討了軟件開發類課程翻轉課堂教學模型以及其構成要素[9-10]；馬秀麟、趙國慶對大學信息技術公共課翻轉課堂教學進行了實證研究，認為課堂討論對知識內化有幫助，對于大學信息技術公開課具有潛在優勢[11]。

1.2 翻轉課堂的內涵

翻轉課堂的教學模式將傳統教學模式中知識傳授和內化過程重新安排，知識傳授在一定信息技術的輔助下，通過教師預先準備的教學資源，由學生課前自學完成；而知識的內化過程則是在課堂上通過學生與教師之間的互相協助完成[12]。該模式的核心思想為改變教學流程和時間分配并確立以學生為中心的教學思路[13]。教師在提供學習資源時，需要認真考慮如何照顧學生的個性化需求，為不同基礎的學生提供多種學習資源。教師在課堂教學之前，需要將學生在課前學習時產生的疑問進行整理，然后在課堂中通過交流、探討的形式解決學生的疑問。這種教學模式與傳統的講授教學模式相比延長了課堂活動的時間，給予教師充分發揮自己教學特色的空間，而不再局限于傳統教授時間的限制，具有以學生為中心、教學內容永久保存、所有學生參與學習并獲得個性化教育等特征[14]。

2 軟件開發類課程教學現狀分析

我校計算機科學與技術專業卓越工程師以創新能力和實踐能力培養為主線，課程體系和教學內容按照“厚基礎，強能力，重實踐，求創新”的原則進行設計，緊密結合社會需求，計算機科學與技術專業卓越工程師班開設的軟件開發類課程主要包括：《Web開發技術》、《Android應用開發技術》、《IOS應用開發技術》等，增加職業素質教育、創新教育、創業教育。

2.1 面臨的教學困境

軟件開發類課程教學內容知識點多且雜，需要多個前導課的支持，如面向對象的程序設計、數據庫應用技術、軟件工程、算法設計等課程。該課程具有很強的實踐性、工程性，強調動手與實踐，解決工程問題。目前，教學中存在以下問題：

（1）軟件開發類課程當前課時嚴重不足。軟件開發類課程所講授的軟件開發步驟和相關技術涉及知識較多，較繁雜，理論和實踐結合性較高。這種情況下，將開發所涉及的知識點在課堂內講全、講透，現有課時現在無法滿足。

（2）學生進行軟件開發的基礎差別大。卓越工程師班對學生的實踐能力要求較高，但是從目前的教學情況來看，卓越班的學生在之前的課程中只接觸過程序開發的基礎課程包括《C++程序設計與開發》和《Java語言程序設計與開發》，軟件設計與實現的基礎理論課程《軟件工程》、《面向對象的軟件開發》軟件類開發所需的知識掌握程度參差不齊。

（3）當前軟件開發類技術更新速度特別快。軟件開發類技術可謂日新月異，不斷有新的框架、新的理念提出與使用，傳統的教學方式總顯得慢半拍。

（4）傳統的課堂理論教學方式，教學內容主要集中在理論基礎，課堂教學顯得空洞、呆板，缺乏學習興趣，一定程度上束縛了學生的思維發展和創新能力。軟件開發類課程中涉及到較多開發實例，在課堂上演示這些實例，一方面占用大量的課堂時間，另一方面，學生沒有實時操作，對于程序開發過程中可能會出現的問題感知性不強，往往出現事倍功半的情況。

2.2 運用翻轉課堂的可行性

軟件開發類課程采用翻轉課堂教學模式的可行性可以從三方面闡述：課程的特點、教學的參與者學生與教師方面以及硬件條件方面。

首先，翻轉課堂的教學方法十分適合于軟件開發類課程的教學。這類課程知識點眾多繁雜，但各知識點耦合性不強，如何讓學生在課時嚴重不足的情況下短時間內掌握軟件開發的路徑和方法極其重要。翻轉課堂教學法可以將軟件開發技術中離散的知識點錄制成微視頻，學生可以利用碎片時間進行個性化學習。

其次，大學生心智發展較為成熟，具備了一定的自主學習能力和自我約束能力。軟件類開發本課程開設在卓越班的第5、6學期，這兩個學期學生的課業壓力相比低年級有所緩解，可以適當加大課前學習的比例，更多地進行項目開發實戰、案例解析演繹以及自主拓展探究等活動。學生擁有一些可自由支配的學習時間，這為翻轉課堂的實施提供了時間保證。教學團隊的成員多年從事軟件開發類課程的教學，有豐富的開發經驗和學習新技術的能力。教師具有一定使用“翻轉”課堂教學模式中所需要的相關軟件以及視頻后期編輯制作的軟件的能力。

圖1 《Web開發技術》翻轉課堂教學模式圖

最后，學校提供現代化的網絡、云計算網絡教學平臺、計算機專業卓越班的學生電腦持有率達到100%，學生具備自學的硬件條件。

3 翻轉課堂教學模式的設計與實施

軟件類課程的翻轉課堂教學模型分為課前準備、課堂學習訓練、課后總結固化三個關聯階段，教學模式如圖1所示。

教學活動可以看成兩條線，一條是以學生的學習活動作為主線；另一條以教師的組織協調為主線。這兩條主線各司其職又有交叉，學生的“學習”與教師的“教學”同等重要。兩條主線在教學活動中進行雙向互動。在翻轉課堂教學模式中，所有的教學活動圍繞學生展開，學生是活動的主體，教師是活動的組織者、參與者以及促進者。

3.1 精選教學內容

教師需精心選擇合適的內容進行“翻轉”，不可一味的將所有的教學內容全部翻轉。基于課程的教學目標、教學對象，對教學內容進行分析，選出最適合“翻轉”教學的內容。以《Web開發技術》課程為例，該課程的教學內容可以分為三部分，第一部分為前端的開發技術，包括：HTML5，CSS3，JavaScript腳本語言，第二部分服務器端開發技術，第三部分為Web開發新技術介紹。第一部分內容與其它兩部分內容相比，易于理解，且無需配置開發環境，開發效果明顯，學生成就感較強，因此這部分內容特別適合“翻轉”課堂教學法；第二部分內容涉及較多程序性知識和反省認知知識這些高級思維活動，易增加學生學習負擔和失敗感，因此這部分內容就需要仔細分析，對于那些易于理解的，作為前期基礎知識的可以采用“翻轉”課堂教學法，例如對于Web開發過程中的數據庫選擇可使用“翻轉”課堂的教學方法。Web開發過程中的MVC設計模式這部分內容屬于較復雜的高級思維活動，則更適應課堂教學。

3.2 教學微視頻的準備

教學團隊制定研究計劃后，教師開始準備用于授課的微視頻，視頻依據制作者可分為兩類，一類為本教學團隊錄制的視頻，另一類為專業經典教學視頻，如萬維網發展史、互聯網發展史等。本教學團隊錄制的微視頻采用PPT錄屏配以教師音頻的方式。錄制設備包括：筆記本、麥克風、屏幕錄制和編輯軟件采用Camtasia Studio8.0，用該軟件的描圖功能代替寫字板。錄屏所使用的PPT課件結合PPT美化大師以及Focusky等軟件，使得PPT頁面更加豐富和生動。本課題組共選出3門課程每門課錄制8個視頻，累記320分鐘。這些視頻根據上課時間，提前上傳到學院本課程的教學平臺，學生需將每個視頻中的作業以及課后的實驗成果提交到學院的專業實踐平臺。

3.3 充分利用網絡交流平臺促進師生和生生交互

隨著互聯網技術的發展，涌現出越來越多的網絡交流平臺，如QQ、微信、百度貼吧等。在第一次課的時候，向學生公布本課程的教學微信群號、相關技術的微信公眾號、以及專業實踐平臺的網址（http://spec. cumtcs.net/）。學生可以利用網絡交流平臺學習或下載視頻與教學素材，依據本人的基礎以設計學習時間表，觀看視頻、課件、以及相關學習資料進行個性化學習，回答視頻中提出的導向性問題，認真完成教師規定的作業，記錄觀看過程中的問題。可以通過微信群交流學習過程中遇到的問題，討論課上講授的內容以及微信公眾號里的一些文章，教師通過該平臺及時解答學生提出的問題，并參與到更深入的討論中。在這個過程中，教師還可以隨時調整和修訂課堂的教學內容和教學任務，改進教學方法。這種零時空障礙的交流可以大大提高交流效率，激發學生的學習欲望，進而提高教學效果。

3.4 課堂學習部分

在翻轉課堂教學中，課堂學習部分既可檢驗學生知識掌握的情況又可以深化學生對教學內容的理解，促進知識內化。對于教師而言包括課堂教學設計與課堂教學實施。

在課堂教學之前教師需要對教學內容的微調。充分考慮網絡交流平臺上學生的反饋信息，評估課前的學習效果，對本次課的教學方法與教學內容進行微調與完善。設計本次課堂教學活動的各個環節，策劃師生交互、生生交互、協作規則、分工規則、評價規則。

在課堂教學中教師作為教學活動的“組織者”、“參與者”以及“促進者”，其“演員”身份最為明顯。需要完成以下幾個工作，通過組織合理的課堂活動，參與學生討論，從而促進學生的知識內化。這個階段包括課前總結，檢驗學習效果，提出新任以及總結引導幾個環節。教師總結由網絡交流平臺搜集的反饋信息，在課上進行集中解答，展示比較有代表性的學生作品。通過提問的方式檢驗課前學習的效果。針對教學大綱，可依據學生的掌握情況結合協作規則進行分組，組織學生展開討論。最后，教師引導學生對課前所學內容進行總結。

教學活動中計劃、實施、觀察與總結4個過程循環推進。在課堂教學部分一定要鼓勵學生積極參與討論，隨著討論的不斷深入促進知識的內化。

3.5 改進考核方式，保障“翻轉”教學效果

新的教學模式一定要配套新的考核方式。為了提高學生的參與度，在考核體系中增加平時成績的比重。平時成績由課堂表現、網上討論參與度、作業完成情況，充分考慮學生的討論參與度以及作品演示效果，學生互評與教師評價想結合，培養學生的思維能力、思辨能力和創新能力。

3.6 翻轉課堂教學效果分析

為了解學生在“翻轉課堂”教學模式下的學習體驗，教學團隊向學生下發“翻轉課堂教學法學生意見反饋”，調查問卷不記名，共發放30份問卷，收回30份，調查結果如下：

表1 “翻轉課堂”教學效果調查表

從調查結果可以看出，學生在體驗了翻轉課堂教學法后，90%（27/30）的學生喜歡本門課程的翻轉課堂的互動形式，與傳統的教學方法相比更喜歡翻轉課堂的教學模式，93%的學生表示這種教學該法可以提高教學效果，并支持這種教學改革。對于這么高比例的好評，一方面是由于翻轉課堂本身的一些特點還有優勢，另一方面由于學生第一次接觸這種“翻轉”課堂這種教學方法，比較新鮮，所以學起來更有激情。73%的學生認為這種教學方法會增加學業負擔，23%的學生認為課程中“翻轉”課堂教學法的比例不合適，由于本教學組第一次進行這種嘗試，共選擇3門課進行試點，每門課在32學時（16次課）中選出8（4次課）學時的內容進行翻轉教學，有些學生認為比例有些少，在后續的教學中可以適當調整比例。

4 結語

本教學團隊在卓越工程師班展開翻轉課堂試點教學原因有二，一是卓越工程師班人數少（30），易于展開小班教學，二是卓越工程師班的學生動手能力較好，自我約束力交強。在教學中需要注意以下幾個問題：

（1）視頻及時更新，激發學習興趣。Web技術更新較快，教師制作的視頻需及時更新，避免內容老化、脫節。微視頻需要條理清晰、所舉示例生動形象，根據學生的特點制作微視頻，從而有效地激發學生的學習興趣。

（2）布置課前學習任務，鞏固學習成果，提高學習效果。教師一定要在每個微視頻開始前和結束后布置相應的學習任務，讓學生帶著任務看視頻，帶著任務回顧每一個視頻中的知識點。教師可通過多種渠道來督促學生學習，以及驗收學生的成果。

（3）精心設計課堂教學活動，將微視頻與理論教學相結合。課堂上可以通過匯報、討論、答疑的形式進行，使各個同學都能發揮所長，參與其中。教師需要引導、管理、監督整個討論或者學習的過程，并進行階段性的歸納和總結。

翻轉課堂教學模式可以增加部分教學資源的重用性，教師可以將更多的精力投入到教學法的創新與實施中，順暢的溝通和第一時間對問題的解答，也會增強學生對教師的信任，提升學生的學習熱情。對提高學生的學習效果有積極作用，大部分學生對翻轉課堂教學模式持正面態度。本教學團隊在今后的教學活動中還會不斷的努力。

[1]林健.卓越工程師創新能力的培養[J].高等工程教育研究,2012,05:1-17.

[2]The Flipped Classroom Defined.http://b logs.kqed.org/mindshift/2011/09/the-flipped-classroom-defined/

[3]朱宏潔,朱赟.翻轉課堂及其有效實施策略芻議[J].電化教育研究,2013,08:79-83.

[4]王紅,趙蔚,孫立會,劉紅霞.翻轉課堂教學模型的設計——基于國內外典型案例分析[J].現代教育技術,2013,08:5-10.

[5]潘炳超.翻轉課堂模式應用于高校教學的實驗研究[J].電化教育研究,2015,03:83-88.

[6]張金磊.“翻轉課堂”教學模式的關鍵因素探析[J].中國遠程教育,2013,10:59-64.

[7]張金磊,王穎,張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志.?2012(04)46-51.

[8]曾貞.反轉教學的特征、實踐及問題[J].中國電化教育,2012,306(7):114-117.

[9]曾明星,周清平,蔡國民,王曉波,顏一鳴,黃云,楊燕萍.軟件開發類課程翻轉課堂教學模式研究[J].實驗室研究與探索,2014,02: 203-209.

[10]曾明星,周清平,蔡國民,王曉波,陳生萍,黃云,董堅峰.基于MOOC的翻轉課堂教學模式研究[J].中國電化教育,2015,04:102-108.

[11]馬秀麟，趙國慶，鄔彤.大學信息技術公共課翻轉課堂教學的實證研究[J].遠程教育雜志，2013(1):79-85.

[12]葉青,李明.高校傳統教學與翻轉課堂對比的實證分析[J].現代教育技術,2015,01:60-65

[13]丁建英,黃煙波,趙輝.翻轉課堂研究及其教學設計[J].中國教育技術裝備,2013,21:88-91.

[14]陳加敏,朱承慧.翻轉課堂教學模式的變式實踐與反思[J].課程.教材.教法,2014,11:86-91.

Application and Consideration of Software Development Courses for Outstanding Engineers Training with Flipped Classroom

ZHAO Ying,WANG Guan-jun,LIU Bai-long

（Department of Computer Science and Technology,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116）

With information technology and related resources continue to complete,and the rapid development of“Internet+”,there are new opportunities in the field of education,hopes and challenges.Software development courses are important part of computer engineer professional excellence theory course system and practical course system.Analyzes the teaching difficulties and the feasibility of implementing the" flipped classroom"teaching method,and then proposes specific embodiments,which include pre-class preparation,class discussion,and other after-school summary,at last,analyzes the effect of flipped classroom teaching.The results indicate that the"flipped classroom" teaching mode in application of software development courses for outstanding engineers training with flipped classroom helps to enhance students'autonomous learning,teamwork awareness,training to create innovative ability,to adapt to the needs of economic and social development of high-quality talent.

Outstanding Engineers;Flipped Classroom;Software Development Courses;Individualized Teaching

1007-1423（2017）04-0034-06

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.04.008

趙瑩（1981-），女，黑龍江牡丹江人，博士，講師，研究方向為機器學習

2016-12-06

2017-01-15

中國礦業大學計算機學院卓越工程師教改項目