工程教育認證背景下案例式翻轉課堂設計
——以基于Android系統(tǒng)的圖書管理系統(tǒng)設計為例

李 丹

(北部灣大學 電子與信息工程學院，廣西 欽州 535011)

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

1 案例教學現(xiàn)存問題

案例是對真實情景相關問題的描述，是一種有針對性地向學生傳遞信息的知識載體。基于案例的教學是一種常見的教學方法，在傳統(tǒng)教學模式中，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給學生，學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。工程教育認證標準要求學生能夠綜合所掌握的理論知識，針對復雜工程問題進行系統(tǒng)性的設計，并在設計方案中體現(xiàn)創(chuàng)新意識[3]。但是傳統(tǒng)教學思路的固化和單項傳輸?shù)忍攸c會阻礙學生分享新的發(fā)現(xiàn)，抹殺學生的發(fā)散思維，不能很好地利用案例引導學生主動創(chuàng)新。針對這一問題，如何在教學過程中激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生發(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)應用程序開發(fā)課程需要解決的問題。

在傳統(tǒng)教學模式下，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引導、學習反饋和經驗分享等活動。學生在對案例的學習過程中可能會有不一樣的見解，如果能在課堂教學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，幫助學生及時修正思考方向，或者鼓勵學生繼續(xù)養(yǎng)成發(fā)散思維。Android系統(tǒng)應用程序的設計和開發(fā)是一項復雜的工程，經典案例提供的設計方案和實現(xiàn)方法可以幫助學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)為導向的教學必須把培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識作為教學重點，讓學生從案例出發(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提高學生對Android系統(tǒng)應用程序技術的應用能力，是本次教學設計的一個重點。翻轉課堂是幫助學生參與課堂活動的有效方式，有利于教師掌控課堂教學的走向，但是這也導致原教學計劃課時不足。如何巧妙地設計教學計劃，在完成大綱任務和提高學生課堂參與度上取得平衡，是教學設計的一個難點。

2 圖書管理系統(tǒng)特點

經過多年發(fā)展，Android系統(tǒng)應用程序技術課程已有許多經典的教學案例，其中圖書管理系統(tǒng)是計算機相關技術類教材中最常見的案例之一。在計算機科學與技術、物聯(lián)網(wǎng)工程和軟件工程等計算機相關專業(yè)中，數(shù)據(jù)庫原理和Web開發(fā)技術等課程常把圖書管理系統(tǒng)作為教學案例。多個技術相關的課程之間使用相同的教學案例，可以綜合教學資源，使學生從技術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)作為教學案例可以有效節(jié)約理解和分析的時間，提高學生的學習效率。

圖書管理系統(tǒng)主要是對圖書的各類信息進行管理，需要實現(xiàn)信息的增、刪、查、改等操作和其他業(yè)務，例如借閱和銷售等。為了將界面設計、程序實現(xiàn)和網(wǎng)絡通信等應用程序開發(fā)技術作為Android系統(tǒng)應用程序開發(fā)課程的學習重點，把圖書基礎信息的管理作為本次案例教學設計的重點。為了提高知識的復雜度和案例的實用性，選擇以網(wǎng)絡版圖書管理系統(tǒng)作為教學案例。

從系統(tǒng)設計的邏輯出發(fā)，基于Android系統(tǒng)的網(wǎng)絡版圖書管理系統(tǒng)知識結構可以分為操作界面、控制程序、網(wǎng)絡通信程序、服務程序和數(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)絡通信程序是Android系統(tǒng)應用程序開發(fā)課程學習的重點，服務程序和數(shù)據(jù)存儲部分，可直接引用其他課程的結果。

圖1 基于Android系統(tǒng)的網(wǎng)絡版圖書管理系統(tǒng)知識結構層次模型

3 案例式翻轉課堂設計

翻轉課堂可以強化“教師—學生”和“學生—學生”之間的交流，讓知識從單向直線傳輸轉變?yōu)殡p向網(wǎng)狀傳輸[5]，這一特點可以彌補傳統(tǒng)案例教學不能激發(fā)學生發(fā)散思維和創(chuàng)新意識的缺陷。翻轉課堂需要在有限的課時內實現(xiàn)知識梳理、問題或建議的反饋、問題的探討和知識的總結，這給課時的分配帶來了挑戰(zhàn)。結合多年的Android系統(tǒng)應用程序開發(fā)課程教學經驗，借鑒相關課程改革的成果[5]，本文從教學內容制定、教學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)案例式翻轉課堂進行設計。

3.1 教學內容制定

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

表1 Android系統(tǒng)應用程序開發(fā)課程目標與工程教育認證對畢業(yè)要求指標對應關系

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

表2 教學內容和教學方式

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知識和綜合知識，其中基礎知識采用學生在線學習的方式，部分較難掌握的基礎知識采用課堂講授的方式，綜合知識采用翻轉課堂的方式。在線學習不占用課時，這有利于給予翻轉課堂更多的時間。基礎知識學習應該在綜合知識學習開始前完成，因此教師需要在每個知識單元教學開始前，提前給學生發(fā)布在線學習內容、要求和途徑。學生可以將自學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。

在線學習使用中國大學MOOC國家精品在線課程學習平臺。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)已達到12 545門。教師可以在該平臺建設或者使用慕課資源，并組建慕課堂，實現(xiàn)線上教學組織、發(fā)布教學要求和學習情況統(tǒng)計等。表2中展示的需要在線學習的基礎知識與在線學習平臺資源的對應關系見表4。

表4 教學內容與在線資源的對應關系表

3.2 翻轉課堂的組織

課堂是教師和學生近距離探索知識的地方，如何高效運用課堂時間，是各類教學改革研究所關心的問題[5]。案例式翻轉課堂的教學設計需要從前期準備、課堂活動組織和課程考核三個方面進行設計。

3.2.1 前期準備

在翻轉課堂活動開始前，教師需要向學生提供主題和活動流程資料，以便學生做好課前準備，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主題，準備輔助材料，制定課堂活動流程和課后總結方式。以案例教學為主的翻轉課堂需要對教學案例進行詳細描述和適當劃分，按照教學知識點的分布和遞進，逐步推進案例的實施。根據(jù)表2給出的知識點和教學方式等信息，對基于Android系統(tǒng)的網(wǎng)絡版圖書管理系統(tǒng)案例進行描述，并劃分為五個主題，具體見表5。

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

在每一個翻轉課堂主題開始前，需要學生學習和掌握相應的基礎知識，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的部分內容發(fā)送給學生，安排學生及時開始課前學習。

3.2.2 課堂活動的組織

翻轉課堂使傳統(tǒng)的“教師主導”模式向“教師學生共同主導”模式轉變。教師把握課堂活動時間，從旁記錄學生表現(xiàn)。學生在規(guī)定的時間內，按照要求進行發(fā)言、討論、展示或講解。目前國內的大學基本都以行政班級為單位進行授課，為了能夠在有限的課時內讓每一位學生都能參與課程教學活動，課堂活動采用分組的形式進行。學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、程序設計實現(xiàn)和作品展示等任務。

整個翻轉課堂可以分為教師主導和學生主導兩大環(huán)節(jié)。教師主導環(huán)節(jié)分為引導和總結兩部分。引導是指教師先對當前主題進行介紹和分析，再以圖表的形式展示與該主題有關的基礎知識結構，供學生自我檢查是否已完成課前學習，最后把與主題相關的思考題寫在黑板上或者投影到屏幕上，并告訴學生在接下來的環(huán)節(jié)中每個小組需要完成的任務?？偨Y是指在學生主導環(huán)節(jié)結束后的小組點評或總體點評，用來肯定學生的學習成果和指出學生作品中的不足，在學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。

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

Android系統(tǒng)應用程序開發(fā)課程的特點是既涉及理論學習又需要實踐，根據(jù)表2和表3給出的實驗指導要求，在每個主題教學結束后，安排學生進行上機實驗，獨立或分組完善各自的作品，需要教師對完善后的作品進行評分，并以此作為學生能力的考核依據(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、基礎知識應用程度和程序運行穩(wěn)定性出發(fā)，具體評分細則及標準見表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)言的內容是否切合主題出發(fā)，具體評分細則及標準見表8。

表7 小組作品評分細則表

表8 討論環(huán)節(jié)評分細則表

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生分組完成的，且組內討論過程教師不參與，因此教師很難對每個組員給予相應的評分。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上，按照組員人數(shù)將分數(shù)翻倍，再給每個組員評分，具體評分細則見表9。

表9 組員評分細則表

工程教育認證要求課程著重考核學生的能力。與傳統(tǒng)課程考核不同，能力考核需要根據(jù)學生長期的表現(xiàn)進行評價，而不能依賴一次考試得出結論。本次教學設計在翻轉課堂過程中，教師需要進行小組作品、討論環(huán)節(jié)和實驗過程的評分，可以從不同角度對學生的學習能力、分析能力和動手能力進行考核。通過組內評分方式，可以從側面反映學生的學習態(tài)度。學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表示學生期評成績；Gz_i表示第i次翻轉課堂小組作品的個人成績；Gf_i表示第i次翻轉課堂討論環(huán)節(jié)的個人成績；Gs_i表示第i次翻轉課堂后上機實驗的個人成績；Gm表示期末作品個人成績。

4 結語

在工程教育認證的背景下，以網(wǎng)絡版圖書信息管理系統(tǒng)作為貫穿Android系統(tǒng)應用程序開發(fā)課程的案例，結合線上教學資源，引入翻轉課堂教學模式，從教學內容制定、課堂活動組織和課程考核三個方面進行教學設計。整個教學過程強調對學生的學習能力、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變?yōu)閷W生創(chuàng)新的平臺。