基于MOOC的大學計算機基礎翻轉課堂實踐與探索

劉欣欣 徐紅云

摘 要：為探索大規模在線開放課程（MOOC）與翻轉課堂相結合的混合教學模式建設方法，基于大學計算機基礎MOOC課程，設計翻轉課堂實施方案，并制定詳細的課堂組織方式和授課內容。教學實踐表明，翻轉課堂與傳統課堂相比，能調動學生學習積極性，學習效果更好。基于MOOC的大學計算機基礎翻轉課堂教學將線上線下有機結合，實施方案、組織方式和教學內容合理，可提升教學效果。

關鍵詞：MOOC;翻轉課堂;混合式教學;大學計算機基礎

DOI：10. 11907/rjdk. 182309

中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2019）003-0217-04

0 引言

大規模在線開放課程（Massive Open Online Course，MOOC）與翻轉課堂相結合的混合教學模式對高校傳統課堂教學形成沖擊，為高等教育改革帶來新的機遇與挑戰[1-3]。翻轉課堂于2007年起源于美國，是一種重新調整課堂內外教學活動的新型教學模式。學生在課前通過觀看視頻、在線測試、論壇討論等形式自主學習課程內容;課堂上，老師和學生一起討論、互動、解惑，以深入理解課程內容[4]。翻轉課堂是對傳統課堂教學模式與教學流程的徹底顛覆，由此引發了教師角色、授課模式和管理模式等一系列變革。

目前，各高校紛紛推出了與大學計算機基礎相關的MOOC課程，這些課程各有側重點和特色[5]。例如：哈爾濱工業大學戰德臣等[6]的《大學計算機—計算思維導論》，北京理工大學李鳳霞等[7]的《大學計算機》等。筆者基于自主建設的大學計算機基礎MOOC課程，開展線上線下相結合的翻轉課堂教學[8]。近年來，圍繞翻轉課堂教學問題，國內外學者開展了多方面的研究工作，包括翻轉課堂教學方法、學生對翻轉課堂的體驗、學習成效等[9-11]。各學科專業課程也紛紛開展了MOOC和翻轉課堂相結合的教學實踐，對資源建設、課堂活動、評估及反饋機制等進行教學設計[12-13]。在MOOC背景下的大學計算機課程翻轉課堂教學方面，有學者提出翻轉課堂教學優勢、教學方法和策略等[14-16]，但并未給出較具體的實踐方案。本文結合自建的MOOC課程設計具體的翻轉課堂實施方案，并對翻轉課堂組織方式及授課內容進行詳細的教學設計，通過開展混合式教學實踐，對實踐結果進行分析。

1 翻轉課堂實施方案

在MOOC與翻轉課堂相結合的混合教學模式中，對原課程教學安排和考核方式進行相應調整。在新教學模式下，課程總學時為24學時，其中翻轉課堂12學時，實驗教學12學時，翻轉課堂具體包括：大班講授2學時，小班研討10學時。

課程考核由期末考試、MOOC學習、實驗3部分組成，各部分占比如表1所示。

翻轉課堂針對課程重難點內容，選取5個主題，開展10學時的小班研討，研討主題及學時分配如表2所示。

研討課要求學生課前完成老師布置的學習任務，包括MOOC視頻學習及在線測驗，在學習過程中，學會自行解決低級問題，并提出高級問題。在課堂上，老師先對教學內容進行概要回顧，然后針對關鍵知識點提問，隨后學生分組開展討論，老師引導學生理論聯系實際，應用所學知識解決實際問題，培養計算思維能力。

翻轉課堂大班講授2學時，包括課程總體介紹1學時和課程總結1學時。課程總體介紹包括：①MOOC的定義、MOOC發展現狀、如何使用MOOC資源;②什么是翻轉課堂、課前需進行的準備工作、課堂及課后需完成的任務;③課程計劃與總體安排。

2 翻轉課堂組織方式

翻轉課堂小班研討以分組形式進行，學生按6～8人進行分組，針對每個研討主題開展4個環節的教學，分別是：①內容回顧與提問;②實際應用;③游戲;④討論。

以兩學時（90分鐘）的研討課為例，各環節參與及組織方式、時間分配、評價方式如下：

（1）內容回顧與提問。參與和組織方式包括：老師首先概要回顧該主題主要知識內容，然后學生在小組內提出自己的問題，并回答其他同學的問題，老師匯總每組不能解決的問題，統一解答。如果沒有學生提問，老師將根據教學重點向學生提問。時間分配為20分鐘。該項評價占30%，要求能提出有意義的問題。

（2）實際應用。參與和組織方式包括老師首先示范性地給出幾個知識點的應用實例，啟發學生，隨后學生在組內討論，給出應用實例，并對其中運用的知識進行說明和展示。時間分配為25分鐘。該項評價占比40%，要求舉例說明所學知識在實際中的應用，根據小組展示情況給分。

（3）游戲。參與和組織方式包括：老師首先講解游戲規則，隨后學生在組內開展游戲互動，解釋游戲中運用的知識。時間分配為15分鐘。該項作為額外附加分，要求學生解釋游戲的意義，發現其中蘊含的知識。

（4）討論。參與和組織方式包括：老師首先根據該主題知識內容提出實際問題，隨后學生通過小組討論給出解決方案。時間分配為30分鐘。該項評價占30%，要求設計方案應用目標知識，解決老師提出的問題。不同小組之間交叉展示，互評給分。

在翻轉課堂的小班研討中，主講老師負責對各環節進行總體把握，助教負責輔助小組開展討論。具體安排包括4個環節：內容回顧與提問、實際應用、游戲及討論。

在內容回顧與提問環節，主講老師回顧該主題主要知識內容，匯總每組不能解決的問題，統一解答，當沒有學生提問時，根據教學重點向學生提問;助教查看每個小組的討論情況，幫助回答小組學生的提問。

在實際應用環節，主講老師示范性地給出知識點應用實例，啟發學生，為小組展示打分;助教查看小組討論情況，幫忙解答小組疑問，為小組展示打分。

在游戲環節，主講老師講解游戲規則，解釋游戲蘊含的知識;助教協助小組開展游戲互動。

在討論環節，主講老師根據該主題知識內容提出實際問題，小組討論結束后給出問題的示范性解答;助教查看小組討論情況，幫忙解答小組疑問，監督小組進行交叉互評給分。

在翻轉課堂教學活動中，使用了清華大學開發的雨課堂工具，利用雨課堂開展課前預習、課堂簽到、課堂投票、隨機點名提問、實時答題等教學活動。

3 翻轉課堂教學設計

翻轉課堂教學針對每個研討主題，進行相應教學設計，其中借鑒了《不插電的計算機科學項目》的游戲及案例，思科IT基礎課程中的虛擬計算機組裝環境，美國三一學院的MOOC——App Inventor移動計算中提供的4比特計算機模擬器，以及思科Packet Tracer網絡模擬環境等[17-20]。

本文以研討“數據的表示與運算”為例制定教學設計，該部分是課程重難點，知識內容比較抽象，學生不易理解和掌握。學生課前需完成的學習內容包括：進位計數表示方法、計算機中數值數據的表示、數據之間的運算、非數值型數據在計算機中的編碼、數據校驗碼。翻轉課堂上開展理論聯系實際的教學，目的是讓學生不僅掌握知識本身，還能探究知識在實際中的應用。

本次研討包括3個主要內容：

（1）進位計數制表示方法。共有4個環節：①內容回顧與提問，計算機中常用的4種計數制及它們之間的相互轉換。為檢測學生課前學習效果，首先提出簡單直觀問題，如：二進制數00110對應的十進制數是多少？5位二進制數能表示的最大數字是多少？二進制數（110.01）2的真值是多少？十進制數13.625轉換為二進制數是多少？利用雨課堂開展實時答題，并實時查看答題情況。然后，提出較深入問題，如：計算機中的數據為什么以二進制的形式表示？②實際應用。在學生理解二進制工作機制以及計算機如何處理信息之后，即可聯系實際，如：32位計算機、64位操作系統、128位SSL加密、24位色彩、20M寬帶網絡等，探討日常經常接觸的名詞和蘊含的技術;③游戲。開展游戲，進一步熟悉計算機的計數制，借鑒不插電的計算機科學中的讀心術紙牌游戲;④討論。利用所學知識解決問題，如：既然計算機中所有信息均以0和1的形式表示，那么只要能表示兩種數值的硬件設備均可以存儲信息，計算機中二進制數是以怎樣不同形式存儲的？通過以上環節，使學生不僅掌握計算機常用的4種計數制及其相互轉換方法，還能理解計算機是如何處理和存儲信息的。

（2）非數值型數據在計算機中的編碼。共有4個環節：①回顧教學內容，字符、圖像等非數值型數據在計算機中的編碼方法;②實際應用。由于實用的編碼系統，如ASCII、Unicode、漢字編碼較復雜，令學生望而生畏，所以首先引入一個自定義的小編碼系統，如拼音編碼系統，給出編碼規則，讓學生對特定序列進行編解碼，以理解編碼系統原理。隨后引出ASCII、Unicode及漢字編碼，通過提問檢測學生課前學習效果;③討論。學生在理解編解碼原理后，可以嘗試設計編碼系統，并展開討論，如：計算機通過調制解調器上網時，信息是如何編碼并通過電話線傳送的？④引申。計算機如何用二進制表示圖像。首先，通過實例引入像素概念，用1和0表示簡單的黑白圖像，并結合噴墨打印機原理擴展到彩色圖像的表示。該環節預期達到的效果是使學生掌握字符、圖像等非數值型數據在計算機中的編碼方法，理解ASCII、Unicode和漢字編碼系統的基本原理，能設計編碼系統，解釋一些應用原理，如調制解調器上網傳輸信息的原理及噴墨打印機原理。

（3）數據校驗編碼。共有3個環節：①回顧教學內容，如常用的數據校驗技術，特別是奇偶校驗技術。首先提出簡單直觀的問題，檢測學生課前學習效果，如：對給定的實例給出奇校驗或偶校驗結果。隨后提出較深入問題，如為什么需要數據校驗編碼，包括CD數據校驗、硬盤數據校驗，以及網絡傳輸數據校驗;②實際應用，列舉日常生活中的校驗技術，如商品條形碼、圖書的ISBN（國際標準書號）;③游戲。通過游戲，更好地理解校驗編碼，如開展不插電的計算機科學中設計的翻卡魔術。該環節預期達到的效果是使學生不僅掌握常用數據校驗技術，還能體會數據校驗技術在實際生活中的廣泛應用，提高學習興趣。

4 實踐結果

本文利用雨課堂工具的投票功能，對學生開展了關于翻轉課堂的問卷調查。通過投票結果統計可知，73%的學生喜歡翻轉課堂教學方式，認為能調動學習積極性;85%的學生希望課堂知識講授可與實際相聯系，而不是講解知識本身;76%的學生認為翻轉課堂與傳統課程相比，學習效果更好，對知識的理解和記憶更深刻，說明學生對翻轉課堂的認可度較高。

但是僅62%的學生在參加課堂教學前，完成了對應章節MOOC視頻的學習， 說明學生還需要進一步轉變學習觀念和學習習慣，學會合理安排時間，課前按時完成自學。只有30%的學生喜歡小組展示的方式，23%的學生喜歡學生分組討論的方式，說明學生從多年被動學習模式向以以學生為中心、學生積極參與討論互動與自我展示的轉變，需要假以時日，得到逐步培養和鍛煉。

5 結語

本文基于自主建設的大學計算機基礎MOOC課程，開展線上線下相結合的混合式教學，設計了翻轉課堂實施方案和組織形式，圍繞課程重難點內容，設計了翻轉課堂教學內容，開展包括內容回顧與提問、實際應用、游戲和討論4個環節的教學活動，通過翻轉課堂教學實踐，取得了較好的教學效果，也發現教學環節中的一些不足，下一步研究內容是如何提高學生參與積極性。

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（責任編輯：江 艷）