雙翻轉教學活動在程序設計課程中的應用

關鍵詞：翻轉課堂；大班教學；知識整合；高階思維；新工科

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）25-0127-03

0 引言

MIT的“新工程教育變革”明確了教育應以學生為中心的理念，強調了教學模式應該使學生看重基礎知識，并能夠以創(chuàng)造者和發(fā)現(xiàn)者的角色適應科學技術的飛速發(fā)展[1-2]。在此理念引領下，教學模式和教學內容的改革重點落在了以下三點：1） 提高課程的高階性，培養(yǎng)學生的高階思維使之建立完善知識體系；2） 激發(fā)學生主動學習的內驅力，挖掘學生學習潛能，培養(yǎng)高效自主學習的能力；3） 培養(yǎng)學生團隊合作精神，強調學生動態(tài)適應能力、工程領導力等的培養(yǎng)，提升學生解決跨學科實際問題的能力[3-5]。

許多學生經歷著從被動學習轉向主動學習的過渡過程。當面臨新的課程或知識時，學生通常傾向于采取“被動式”聽課方式，這種知識吸收過程相對單一。在一定階段或時間后，學生需要經歷一個過渡期，以完成從被動學習向主動學習的轉變，從而依靠內在學習動機實現(xiàn)高階思維的培養(yǎng)和知識的鞏固。因此，這一過渡期具有重要意義。在這一時期，教師承擔著重要責任，即利用其豐富的學科知識作為引導者，引領學生完成主動學習和高階思維的轉變，并盡可能縮短每個學生的過渡期。

翻轉課堂教學模式在解決學生高階思維鍛煉、知識鞏固和擴展等方面效果十分顯著。但具體的實施基本上都是在小班教學中，對于大班教學而言，翻轉課堂仍然面臨很多實際問題[6]。為了解決這一困局，本文從傳統(tǒng)翻轉課堂的課堂項目入手，將課堂項目改造為具有可伸縮性、擴充性、改造性、動態(tài)生長特性的實時任務，以競爭形式讓學生參與其中，并通過短時課堂展示、短時任務生成、短時問題分析，幫助學生完成從“被動”到主動學習的過程，并能夠以高階思維指導知識重構和整合。

1 學生需求分析

學生的低階到高階思維轉變需要依賴外部環(huán)境的有力支持，以實現(xiàn)快速躍升。教師在此扮演著構建這一外部環(huán)境的角色，以協(xié)助學生完成這一轉變。本部分將從心理需求、項目需求和活動需求三個方面入手，分析和探討適合學生（尤其是低階思維學生）在基礎課程中開展高階思維訓練的課堂項目和活動形式，以實現(xiàn)知識重構與整合的目標，并為隨后的課程學習奠定基礎。

1.1 心理需求

有研究表明[7]，對正處于思維活躍、精力旺盛的當下學生群體而言，他們更傾向于自主探索學習，自主選擇有價值的學習內容，自主確認學習的意義，自主認同學習的價值。這意味著，學生群體需要強大的感知自主性、自我實現(xiàn)價值感，才能建立起強大的學習內驅力，進入深度學習模式。對于大學生而言，強有力的感知自主性可以觸發(fā)學習內驅力，強有力的能力信念和自我實現(xiàn)的價值追求可以提升內驅力的水平。

翻轉課堂和同伴教學模式的有效性也說明了學生在自身能力提升的同時需要一定的參照對比。具有對比性質的教學環(huán)境可以讓學生有目標性、借鑒性地向更高層次的思維領域前進。一個良好的外部環(huán)境下，課堂中的小組討論、分組講授等形式可以滿足學生勝任力發(fā)展、自主控制感和自我實現(xiàn)的需要，從而使學生在學習活動中獲得較強的自主體驗，進而反過來強化其自我思維，樹立責任意識，提升高階思維能力。同伴間的互助或競爭更能夠滿足學生互相比較、優(yōu)越感的心理，進而充滿信心地自定目標去實現(xiàn)。

1.2 課堂項目需求

高階思維能力的訓練需要高階任務的支撐。盡管具有實際意義的任務或項目十分適合作為課堂教學的推動器，若專業(yè)知識的積累尚未達到一定高度，很難去真正完成一項帶有實際意義的任務。相反，他們更適合一些基礎性較強、理論性較強、復雜度較低的小型項目作為過渡項目來訓練高階思維。

提升學生的知識整合能力是培養(yǎng)學生高階思維能力的首要技術前提。在課堂中，通過發(fā)布限時任務，并將其設定為學生主導的開放式、生成式任務，教師經過適當?shù)恼{控，可促進低階思維學生的轉變。鑒于堅實的知識基礎是提升高階能力的關鍵，如果開放式、生成式任務能夠明確地涵蓋課程基礎知識點，將更有助于學生的知識整合能力提升。

為了訓練新形勢新變化的快速反應能力，課堂任務還應該具備動態(tài)變化特性。計算機相關技術井噴式爆發(fā)說明科學技術的變化和更迭是十分迅速的，這要求新工科培養(yǎng)下的學生應該具備應對新形勢、新變化的快速反應能力。將課堂上需要解決的項目的創(chuàng)建者從教師轉為學生。讓每位學生都參與同一項目的創(chuàng)建過程中，以累積的方式不斷改動項目，使得項目內容不斷變化，學生會不斷接受來自學生自身的新挑戰(zhàn)。這樣的課堂項目將使得學生體驗自主探索學習的樂趣，加強感知自主性，提升學習內驅力。

由學生主導的翻轉項目對于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也是非常有幫助的。課堂展示、小組討論等課堂教學形式將學生從被動的知識接收轉為主動的知識傳遞狀態(tài)，身份的轉變使得學生感受到強大的自我實現(xiàn)價值，從而促發(fā)了高階思維。教學形式的翻轉極大地提高了學習內驅力，但對缺乏創(chuàng)新意識的學生而言，他們更習慣于在現(xiàn)有的框架中思考問題，即僅僅思考項目本身，不對項目之外的東西做關聯(lián)思考。這樣的思維模式是缺乏創(chuàng)新能力訓練的結果。對于學生來說，創(chuàng)新不僅僅只代表課程之外的項目創(chuàng)新，圍繞課程內容進行知識關聯(lián)并重構項目也是一種創(chuàng)新。將學生從被動接受任務轉為發(fā)布新任務的締造者能更好地觸發(fā)高階思維并實現(xiàn)創(chuàng)新能力的訓練。

1.3 活動特征需求

很多處于低階思維的學生在轉向高階思維的過程中需要一種直觀的、直接的、漸進的教學活動幫助其改變。他們了解并掌握了課程的知識點，但在實際解決項目中缺乏聯(lián)系思維將知識點靈活運用。最顯著的表現(xiàn)形式就是他們需要旁人指導才能順利完成項目。這種情況的改變可以基于建構主義將任務的完成形式從教師整體發(fā)布、學生整體解決、學生整體展示，轉為學生階段發(fā)布、學生階段解決、學生階段展示。由學生引導任務的走向，由學生思考任務走向的可能性，由學生發(fā)現(xiàn)任務間的聯(lián)系點。同時，階段性的要求使得學生需要將任務的提出、解決、展示限制在比較短的時間內完成，難度大小也必定隨之限制在一定范圍內，從而使低階思維的學生能夠在較短時間內消化和吸收。因此，教學活動應賦予任務可伸縮性、擴充性、改造性，應增強提高學生向高階思維轉變的可能性。

競爭心理能夠提升學生的學習內驅力。競爭心理的產生條件是讓學生處于競賽環(huán)境中，將獲勝作為出發(fā)點或目標，并能夠以自身賽道參與整體競爭中。競爭心理有利于保持競爭欲，有利于促進自我超越，有利于激發(fā)團隊意識。在教學活動開展中，可將課堂任務的完成模式設置成競賽模式。在各個小組間開展競爭，設立一個同伴互評標準，獲勝標準側重到量的積累，以保證低階思維階段的學生能夠積極參與競賽的終點。

2 雙翻轉課堂教學活動

2.1 教學時機

知識建構理論認為，原有知識作為基礎，內化與重組作為手段，交流互動作為現(xiàn)象，三者相互促進和支持。為了實現(xiàn)高質量的知識建構，學生需要對原有知識有深刻的理解。然而，當學生缺乏扎實的知識基礎時，傳統(tǒng)的翻轉課堂模式常常陷入只有優(yōu)秀學生參與和展示的困境，從整體而言，許多學生無法有效地進行知識建構。考慮到學生仍然主要通過課堂教學獲得知識[6]，可以稍作調整翻轉課堂的時間安排，以適應學生的學習節(jié)奏。在完整的教學周期中，設置一個講授課堂周期，并在每個講授課堂周期結束時進行翻轉課堂。學生在講授課堂上學習基礎知識，然后在緊隨其后的翻轉課堂中與教學資源、教師和其他學習者進行互動，通過重組原有知識來完成知識建構。講授課堂周期的長度可以根據(jù)學生的學習能力而定，對于學習能力較高的學生，講授課堂周期可以設置為10-15分鐘，而對于整體學習能力較弱的學生，周期可以延長至一個學期，并將翻轉課堂安排在最后階段。

2.2 教學互動

相較于典型的翻轉課堂，雙翻轉課堂更加傾向于基礎知識構建或重構的訓練，尤其是觸發(fā)低階思維學生轉變的教學活動。在雙翻轉課堂上，教學互動分為四類。首先，師生共同決定學習任務的互動。教師根據(jù)學情在課前為學生篩選可用于翻轉教學的項目集，在翻轉課堂的開始階段，學習者通過投票或舉手等方式決定本次課需要解決的具體任務。其次，組內學習者之間的互動。學習者通過組成的學習集體進行交流、討論、協(xié)商互助，或者共同完成課程匯報任務以完成集體知識的建構，并在這一過程中提高自己的交流能力、團隊協(xié)作能力等。然后，學習小組間的互動。令小組間存在競爭，實時比對每個小組對項目的貢獻度，迫使每個小組不停地討論和決策，在知識點動態(tài)增長的同時，也有助于頭腦風暴的持續(xù)進行。最后，學習者與教師的互動。在翻轉課堂教學中，學生成為課堂的主導者，教師不再一味講授知識，而是從旁協(xié)助。

2.3 以學生為中心的即時項目

教師在課前設計項目集，其中每個項目都是基礎型項目，即幾乎所有學生都能夠根據(jù)已學知識完成。學生選擇其中一個項目作為起始項目。接著，教師要求學生通過發(fā)散思維或頭腦風暴對這個起始項目進行改造，他們可以將原始起始項目改造成新的起始項目，也可以在其他學生改造后的新起始項目上進一步改造，這個過程可以反復進行。每次項目的變動不能太大或太復雜，學生需要給出設計的原因以及原理或方案等。經過幾輪迭代后，原始的起始項目必定會逐漸發(fā)展成完全由學生自主設計的項目，不再是教師主導的項目，從而實現(xiàn)翻轉效果。

即時項目的設定應該將基本知識、概念、內涵和原理的學習與跨學科、多維度創(chuàng)新的學習有機銜接起來。這種設計旨在將低階的學習方式與高階的學習理念結合起來，通過逐步、分階段的方式逐漸推進學習過程。如果最終目標設定得過高，學生可能會感到疲憊并出現(xiàn)學習倦怠，導致無法及時有效地實現(xiàn)既定目標，從而影響學習積極性。相反，如果設定的目標過低，學習將受限于低階知識的范圍內，無法實現(xiàn)創(chuàng)新思維和高階能力的培養(yǎng)。因此，必須有效結合二者，為學習設定一個最近發(fā)展區(qū)和最易實現(xiàn)區(qū)，以幫助學生在合適的學習范圍內取得進展，并促使其發(fā)展創(chuàng)新思維和高階能力。

即時項目的迭代過程也是學生思維轉變的過程。學生在即時項目中可以全程觀察到其他同學的思維活動結果，這種直觀比對十分有利于學生思維活動的進步。類似同伴教學，學生間的同頻共振能夠激發(fā)學生的認同調節(jié)動機，實現(xiàn)從“跟隨制造型”向“自主引領型”轉變，從“被動學習型”向“主動學習型”轉變，從“低階思維”向“高階思維”轉變。

3 實施實例和效果

以C語言程序設計為例介紹雙翻轉課堂的具體實施。在學生通過傳統(tǒng)課堂和上機實驗獲得一定的語法知識并對程序設計題類型了解后，即可展開雙翻轉課堂。以“簡易計算器”項目為案例，將學生現(xiàn)場分組，采用多輪方式進行項目迭代。每輪中，每個小組按隨機抽簽順序逐一為計算器基礎項目增加一個設計點，確保所有設計點互不重復。每個設計點需包含相應的語法知識、解決方案、相關示例或練習等內容。小組內隨機選取一名學生在講臺上進行展示或講解。翻轉課堂的時長可根據(jù)學生狀態(tài)進行靈活調整。通過此方法，作者成功在百余名學生的課堂中實施了一次雙翻轉課堂教學。

通過對學生提出的設計點所涉及的知識點數(shù)量進行統(tǒng)計分析，得到了如表1所示的結果。從表中可以觀察到，課程包含的各類知識點均有相應設計，表明本次翻轉課堂的主要學習目標——知識重構在知識點分布上得到體現(xiàn)。不同知識點之間的分布差異反映了教學活動以學生為核心，以學生認可度為推動力，以學生接受度為指導的內核。特別是“輸入輸出”類知識點吸引了大多數(shù)學生的關注，這是因為程序設計的基本流程涉及輸入-處理-輸出，其中輸入和輸出占據(jù)關鍵地位。本課程教學內容之一是強調項目、任務或練習的整體性完成，因此，輸入輸出類知識點的變化對學生有效完成項目的影響尤為顯著，尤其對于那些缺乏程序設計基礎的學生而言。此外，學生對這類具有直觀視覺感受的知識點更易記憶。在表1中，“數(shù)據(jù)與運算”以及“算法及其它”兩類知識點排名第二，這是因為這些知識點旨在培養(yǎng)學生的計算思維能力。對于缺乏程序設計經驗的學生來說，計算思維的培養(yǎng)和強化具有一定難度，因此留下了深刻印象。其余知識點的分布相對均衡，表明學生對各知識點的掌握程度差異較為平衡，同時反映了學生在不同知識點上的學習能力差異相對均衡。

在小組內部，活動要求每位同學均需承擔相應的分工和職責，按比例進行人數(shù)分配，如表2所示。這樣的安排能夠讓每位學生深度參與此項活動。經實踐，活動中的學生都能自主完成任務，從而實現(xiàn)高階思考能力的訓練。

本次課堂后，通過問卷調查了解學生對此次教學活動的滿意程度，得到結果如圖1所示。在問卷中，分別從課堂活動的創(chuàng)新度、課堂活動的滿意度、知識鞏固程度和自主設計題目意愿4個角度進行調查，結果表明學生的滿意程度較好。

4 結論

雙翻轉課堂能夠促進學生的高階思維鍛煉，對知識整合的幫助也是十分有效的。翻轉課堂作為一種以學生為主的教學模式，已經受到全世界大學教師的認可。但對于不同專業(yè)的學生，不同知識背景的學生，不同思維能力的學生，需要更加多樣、多元的教學內容來支撐，尤其是適用于課堂開展討論的項目。用項目提升學生對新形勢、新環(huán)境、新領域的快速適應能力，促進低階思維學生向高階的轉變。翻轉項目的設計就是一次以學生為主線的項目類型創(chuàng)新嘗試。在未來教學過程中，我們需要更加關注教學過程中的細節(jié)問題，尋求更加適合學生的教學內容。