面向轉(zhuǎn)專業(yè)學生的“MOOC+軸翻轉(zhuǎn)”教學模式

李 薇，黑新宏，王 磊，2，王 彬，申小玲

（1.西安理工大學 計算機科學與工程學院，陜西 西安 710048；2.陜西理工大學 數(shù)學與計算機科學學院，陜西 漢中 723001；3.西安理工大學 實驗室管理處，陜西 西安 710048）

0 引言

以人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動計算等為代表的新技術(shù)，不僅是技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動的源泉，同時引領(lǐng)新產(chǎn)業(yè)與新經(jīng)濟的迅猛發(fā)展[1]。黨的十九大報告明確指出，人才是國家競爭力的關(guān)鍵，硬實力、軟實力，歸根結(jié)底是人才實力。為了充分發(fā)揮學生專長，促進學生個性化發(fā)展，2005 年教育部《普通高等學校學生管理規(guī)定》提出，學生可以按照學校的規(guī)定申請轉(zhuǎn)專業(yè)。轉(zhuǎn)專業(yè)的實施，是以學生的興趣和志向為導向，有助于學生進入確有特長的學科領(lǐng)域；為學生提供更多的選擇路徑，有助于調(diào)動和發(fā)揮學生學習的主動性和積極性。

2017 年2 月18 日在上海召開的綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會上指出，到2020 年，我國新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才缺口將會達到750萬人。到2025 年，新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才缺口將達到950 萬人。社會對計算機專業(yè)人才的迫切需求使得計算機專業(yè)備受關(guān)注，使其成為當前的熱門專業(yè)，就業(yè)前景好。2019 年5 月14 日，國家統(tǒng)計局發(fā)布的2018 年各行業(yè)平均工資的數(shù)據(jù)顯示，IT 行業(yè)年薪14 萬位居榜首，2019 年獵聘大數(shù)據(jù)研究院的數(shù)據(jù)表明，全國互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)程序員的月薪（18 153 元）要高于中高端人才平均月薪（17 153 元）。

1 轉(zhuǎn)專業(yè)學生現(xiàn)狀

受就業(yè)前景和專業(yè)興趣的影響，有的學生所學專業(yè)是家長選的而不是自己做的決定，有的學生認為自己所學專業(yè)比較“冷門”，就業(yè)前景不好，這些因素導致學生對專業(yè)滿意度低。此外，計算機專業(yè)良好的就業(yè)前景極大地吸引著學生，很多學生希望通過轉(zhuǎn)專業(yè)改變自己的現(xiàn)狀。西安理工大學轉(zhuǎn)專業(yè)的實施辦法是，本科生在大學一年級學年結(jié)束后，有一次重新選擇專業(yè)的機會。其中，學習成績在本專業(yè)排名前30%的學生，可根據(jù)學習興趣在全校范圍內(nèi)（不能跨科類）申請調(diào)整專業(yè)，其余70%學生可以依據(jù)專業(yè)錄取分數(shù)排名申請轉(zhuǎn)入同分或低分錄取專業(yè)（專業(yè)錄取分數(shù)排名是指依照學生入學當年我校在陜西省各專業(yè)普通批次錄取最低分排名）。因此，很多滿足轉(zhuǎn)專業(yè)條件的學生，在大學一年級學年結(jié)束后，積極申請轉(zhuǎn)入計算機學院各專業(yè)。

以西安理工大學計算機科學與工程學院近3年數(shù)據(jù)為例，2017 年由自動化與信息工程學院、土木建筑工程學院、水利水電學院等8 個學院轉(zhuǎn)入計算機學院共31 名學生，其中22 名男生，9名女生；2018 年由機械與精密儀器工程學院、材料科學與工程學院、信息技術(shù)與裝備工程學院等10 個學院轉(zhuǎn)入計算機學院共57 名學生，其中39名男生，18 名女生；2019 年由理學院、經(jīng)濟與管理學院、印刷包裝與數(shù)字媒體學院等8 個學院轉(zhuǎn)入計算機學院共67 名學生，其中43 名男生，24名女生。新轉(zhuǎn)入的學生都是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)、水利水電工程專業(yè)、材料化學專業(yè)、材料科學與工程專業(yè)、測控技術(shù)與儀器專業(yè)、電子信息工程專業(yè)、通信工程專業(yè)等專業(yè)的優(yōu)秀學生，他們具有視野開闊、個性鮮明、學習能力和獨立性強等特點。然而，由于轉(zhuǎn)入新專業(yè)，這些學生不僅要適應新環(huán)境，而且要按照計算機學院各專業(yè)的培養(yǎng)方案選修本學年的相關(guān)課程、補修大學一年級的課程，并進行相應的學分替代。此外，當學生轉(zhuǎn)入計算機學院時，已經(jīng)是第三學期的第四周了，而有些課程在第一周就開始上課，其中學生尤其覺得面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這兩門課程比較困難。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的先修課程是C 語言程序設(shè)計。由于不同學院的培養(yǎng)方案不同，有的學院在第二學期開設(shè)C 語言程序設(shè)計，而有的學院則在第三學期才開設(shè)C 語言程序設(shè)計，因此轉(zhuǎn)專業(yè)的學生中有些學生沒有學過C 語言程序設(shè)計。但是因為這些學生都是原專業(yè)學習比較優(yōu)秀的學生，他們希望在轉(zhuǎn)入的這一學期能將所有課程補齊。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是計算機專業(yè)的核心課程，是培養(yǎng)學生計算思維能力和程序設(shè)計能力的重要課程，如何能讓學生在有限的時間內(nèi)學好這些課程，是教師迫切需要解決的問題。

2 “MOOC+軸翻轉(zhuǎn)”教學模式應用實踐

2018 年8 月，教育部明確提出了“金課”的概念；2018 年11 月，教育部高教司司長吳巖在第十一屆中國大學教學論壇上，明確指出“金課”的特點是兩性一度，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。通過創(chuàng)新課程內(nèi)容、教學形式，培養(yǎng)學生的研究思維方法、探究能力，鼓勵學生敢于挑戰(zhàn)、敢于探險，實現(xiàn)知識、能力和素質(zhì)的有機融合，培養(yǎng)學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。鑒于此，針對轉(zhuǎn)專業(yè)學生，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程從構(gòu)建課程知識空間、MOOC+軸翻轉(zhuǎn)教學實現(xiàn)課程教學。MOOC+軸翻轉(zhuǎn)教學模式的核心思想是教師引導學生在MOOC 中完成具體知識的學習，實現(xiàn)實體課堂與網(wǎng)絡(luò)課堂的互補；此外，在課堂教學中采用先能力、后知識的軸翻轉(zhuǎn)教學理念，對重點、難點知識進行指導性講解，重在培養(yǎng)學生能力。

（1）構(gòu)建課程知識空間。課程知識空間是指課程教學內(nèi)容的最大集合。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程將知識空間構(gòu)造為一座山[2]——面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計之山，見圖1。“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計之山”將本課程的知識內(nèi)容（面向?qū)ο蠓椒▽W、類和對象、函數(shù)重載與友元、常量與引用、運算符重載、組合、繼承與多態(tài)性、模板、輸入/輸出流、異常處理和MFC 編程等）及其之間的關(guān)系形象地表達為山腳、山坡、山腰和山頂?shù)龋瑢⒅R的學習和能力的培養(yǎng)過程形象化為登山過程，有助于學生更好地理解本課程的知識體系，從而為課程學習奠定堅實的基礎(chǔ)。

圖1 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計之山

（2）采用基于MOOC 的翻轉(zhuǎn)課堂教學。提高學生學習效果的關(guān)鍵是學生主動學習，這一理念已經(jīng)成為大學教學的共識。采用基于MOOC的翻轉(zhuǎn)課堂的主要目的是增加師生互動、生生互動的頻度，通過互動強化學生的主動思考與主動學習[3]。基于MOOC 的翻轉(zhuǎn)課堂教學主要包括主動化學習、個性化學習、互動化學習和系統(tǒng)化學習4 個過程。首先，針對教師布置的任務，學生通過查閱資料、觀看視頻等方式進行主動化學習；在此過程中，培養(yǎng)學生的獨立學習能力；教師根據(jù)學生反饋的學習結(jié)果，可以清楚地掌握不同基礎(chǔ)學生的學習能力，進而動態(tài)調(diào)整所布置的教學任務。其次，在課堂教學過程中，針對老師所布置的作業(yè)，每個學生講解自己在設(shè)計程序時的思路和原理。以“設(shè)計一個函數(shù)，計算兩點之間的距離”為例，學生首先設(shè)計一個點類Point，接著設(shè)計一個全局函數(shù)Distance 計算兩點之間的距離。由于類的封裝性特點，即對象在類外不能直接訪問其私有成員，一些學生根據(jù)目前所學知識，采用在類里定義成員函數(shù)的方式，即對象通過調(diào)用成員函數(shù)實現(xiàn)對其私有成員的訪問。還有一些學習能力比較強的學生，他們不滿足于教師的授課進度，而是在此基礎(chǔ)上通過MOOC 進行個性化學習。因此他們采用還未講到的友元機制，即將函數(shù)Distance 聲明為類的友元函數(shù)，從而解決這個問題。接著，進行提問—回答的互動化學習環(huán)節(jié)，通過這一環(huán)節(jié)，營造一個批判質(zhì)疑、有爭論、有辯論的教學環(huán)境，學生在爭辯的過程中發(fā)現(xiàn)自己的知識漏洞，學會用思維來建構(gòu)知識，用想象來拓展知識，用智慧來批判知識，真正學到具有活力的知識。最后，為了保證學生知識學習的系統(tǒng)性和連貫性，教師對本節(jié)課的重點、難點知識進行歸納、講解，引導學生進行深度思考和系統(tǒng)化學習。

（3）采用軸翻轉(zhuǎn)教學方式。在講授過程中，如果先講解知識點，再進行程序設(shè)計，這種模式會使學生覺得很枯燥，從而對課程失去學習的興趣。軸翻轉(zhuǎn)教學是指先能力、后知識，使學生認識到為什么要學習這些知識，這些知識有什么用，而不是為了記憶知識而學習。例如，在講解友元函數(shù)時，首先設(shè)計一個與學生相關(guān)的問題：已知網(wǎng)絡(luò)131 班有若干名學生，每位學生的信息包括姓名、年齡、學號、OOP 課程成績，要求根據(jù)給定學號查找學生，并顯示查詢結(jié)果。在解決這個問題時，根據(jù)問題需要首先聲明學生類；由于學生人數(shù)不確定，存儲學生信息需要創(chuàng)建動態(tài)對象數(shù)組；在查找過程中，對象在類外要對其私有成員進行訪問，需要用到友元函數(shù)；在對學生逐個比較的過程中，需要用到循環(huán)結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)；為了避免內(nèi)存泄漏，在程序結(jié)束時，需要釋放動態(tài)分配的對象數(shù)組。在講解知識時，讓學生帶著問題學習，不僅激發(fā)了學生設(shè)計程序的興趣，而且使學生明白了類、對象數(shù)組、友元函數(shù)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)以及內(nèi)存的動態(tài)分配等知識的用途和怎么用，進而提高學生分析問題、解決問題的綜合能力。

3 “MOOC+軸翻轉(zhuǎn)”的實施效果

為了檢驗“MOOC+軸翻轉(zhuǎn)”的教學效果，在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程中，選擇了3 個專業(yè)6個班的學生與轉(zhuǎn)專業(yè)學生，分別進行了傳統(tǒng)教學模式和“MOOC+軸翻轉(zhuǎn)”教學模式。圖2 是采用傳統(tǒng)教學模式的計算機1、計算機2、計算機3、網(wǎng)絡(luò)1、網(wǎng)絡(luò)2、物聯(lián)網(wǎng)6 個班和“MOOC+軸翻轉(zhuǎn)”（轉(zhuǎn)專業(yè)）的學生期末成績對比。

圖2 傳統(tǒng)教學模式（6 個班）和“MOOC+軸翻轉(zhuǎn)”（轉(zhuǎn)專業(yè)）成績對比

圖2 表明，轉(zhuǎn)專業(yè)學生的平均成績略高于其他專業(yè)的學生成績，這是因為，轉(zhuǎn)專業(yè)學生都是來自各專業(yè)比較優(yōu)秀的學生，他們自學能力強，具有一定的探索精神和研究能力，在“MOOC+軸翻轉(zhuǎn)”教學過程中，主動化學習、個性化學習、互動化學習、系統(tǒng)化學習和軸翻轉(zhuǎn)方式不僅有助于學生在原有知識理論基礎(chǔ)上建構(gòu)知識、掌握知識以及靈活運用知識，而且培養(yǎng)了學生的計算思維能力、程序設(shè)計能力、探究能力和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)了學生在知識學習過程中提升能力和素養(yǎng)。

4 結(jié)語

大學生轉(zhuǎn)專業(yè)是人才培養(yǎng)模式變革的需要，是遵循人才成長規(guī)律，培養(yǎng)學生個性發(fā)展的有效舉措，有利于提升人才培養(yǎng)質(zhì)量[4]。針對轉(zhuǎn)專業(yè)學生學業(yè)任務重、時間緊的問題，為了保證學生順利跟上轉(zhuǎn)入專業(yè)的學習進度，以面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計課程為例，構(gòu)建了“MOOC+軸翻轉(zhuǎn)”的教學模式，通過主動化學習、個性化學習、互動化學習、系統(tǒng)化學習和軸翻轉(zhuǎn)教學方式，挖掘?qū)W生潛質(zhì)，提高學生能力，實現(xiàn)了學生知識、能力和素質(zhì)的有機融合，培養(yǎng)了學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。