翻转课堂在软件类课程教学中的创新实践探索

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　　摘要：介绍了翻转课堂的国内外发展现状，概述了计算机专业教师团队在一系列软件类课程中开展基于项目案例驱动进行翻转课堂尝试的总体思路和实施过程，结合课程改革和教学改革的效果，给出应用型本科院校开展创新教学和提升教学质量的有效途径。
　　关键词：翻转课堂；项目案例驱动；慕课；创新实践
　　中图分类号：TP301；G642 文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2019）11-0170-02
　　1 背景
　　在计算机相关专业的课程体系中，软件类课程群占近一半的比例，包括离散数学、汇编语言、高级语言程序设计（C/C++/JAVA/Python）、数据结构、算法设计与分析、软件工程、操作系统、数据库原理等核心主干课程，对学生的知识、技能、思维、方法、应用等综合要求都较高，对后续专业发展也起到决定性作用。因此，有效的课堂教学对于学生的专业学习和发展十分重要。
　　本教学团队在过去两个学年中，采用基于项目案例驱动的教学思路，开展大胆的翻转课堂尝试，进行创新性地教学研究和实践改革，不仅提升了师资团队的能力和素养，还优化了课堂教学效果，提升了学生的专业水平和实践能力。
　　2 翻转课堂教学研究现状
　　随着BYOD和移动终端的普及，数字化成为青年学生的重要生活学习方式。各种社交平台、微信小程序、APP移动应用工具愈发活跃和丰富，为远程教育、在线MOOC、虚拟社区学习提供了技术平台。
　　近年来，翻转课堂和MOOC教学已在各国的高等教育和中等职业教育中逐渐推行。国内外出现了Coursera、edX、CMOOC、超星尔雅等多种课程形态和教育平台，我国各类学校和教育机构也陆续开设新的教育服务产品及教学资源平台，使传统的课堂教学模式发生了改革，推动着教育的创新发展和高质发展。
　　由于翻转课堂教学模式更适合学业内容广深、思维活跃敏捷、自主性和适应性较强的大学生群体，所以在本科生和硕士研究生的专业课程中尝试应用最多。
　　3 基于项目案例的教学模式
　　基于项目案例（PBL）的教学是广受师生推崇的一种教学方法，特别受到应用型本科院校的高度重视，对计算机等工科专业的应用型人才培养起到较好的促进作用。
　　通过在翻转课堂上实施项目案例教学，激励学生明确学习目标、培养学习自觉、掌握科学有效的学习方法。以软件类课程为例，该教学模式主要考虑以下几方面的目标：兼顾数据结构、程序设计、算法分析等课程的知识要求、能力要求，完善相关案例和项目内容，构建立体化教学资源体系，包括讲义、课件、视频、微课、作业、题库、项目、实验集等。通过对学生的跟踪测试和问卷调查，实现对翻转课堂、项目案例教学等创新教学模式的有效运用和评价。
　　4 翻转课堂教改思路和方案
　　4.1 翻转课堂教学模式探索
　　翻转课堂教学实践主要有课堂实施、小组活动、项目实验三个重要环节。基于此，采用过程化考核方式，结合平时成绩和实验成绩，以小组为单位评测，个人附加成绩参考在团队的参与度和专项表现加权考量。
　　课堂实施：在探索式创新初期，课堂翻转的时间安排把握在40-60%之间，如开设17周共68课时的课程，创新模式的课时控制在25-40课时；每节课完全翻转的时间不超三分之二，如学生自主讲述交流约20分钟，讨论提问互动约10分钟，教师点评或测试、强化辅导或答疑10分钟，下节导学/实验准备/项目布置10分钟。
　　小组活动：根据班级人数分成若干个3-5人一组的团队，各成员在课前自主完成资料查找、内容自学、研究讨论、项目分工，通过团队或小组等学习联盟完成规划、建模、分析、设计、实验、调试、录制、拓展等，达到自主学习和深化学习的目的，还会产生意外的灵感和收获。
　　项目实验：合理设置验证型、设计型、综合性实验的比例。按照实验大纲进度提前1-2周明确项目任务，各小组自行准备，课前一天提交实验任务书，实验过程中利用50分钟完成基本实验要求，20分钟完善实验报告，教师实时监控和巡视学生状况，并适当指导设计和调试。与每组交流讨论5-10分钟并评价指导实验任务书。最后，教师集体强调和总体评价，互动答疑10分钟，预告下次教学内容和实验项目，重点强调与本次实验的关联。
　　4.2 课程单元模块的划分
　　为便于项目案例的实施，按照课程单元进行模块划分或整合。以两门主要的软件类课程为例。
　　数据结构课程的主要模块：
　　模块A：数据结构类型之线性表：顺序表、队列、栈、广义表、串、数组和矩阵；
　　模块B：数据结构类型之非线性表：链表、图、树；
　　模块C：数据结构基本应用：查找/索引、排序；
　　模块D：数据结构高级应用：哈希专题、遍历算法、离散数学建模等。
　　算法设计课程的主要模块：
　　模块A：算法理论之基础部分：算法描述、性能评价、时空复杂度计算；
　　模块B：算法理论之高级部分：算法优化理论、NP理论；
　　模块C：简单算法策略：蛮力法、分治法、动态规划法、贪心法；
　　模块D：中级算法策略：回溯法、分支限界；
　　模块E：高级算法策略：随机算法、近似算法、其他常用建模算法。
　　数据结构与算法设计有很多相同或相关的知识单元，可根据课时或学生接受情况进行案例融合和实验整合。
　　4.3 多元評价机制和分类分层指导
　　建立多元教学评价机制，开展分层次的课外引导，激发学生研究精神和创新潜能。结合学生课前准备、课堂交流、互动表现、团队合作、实验思路与效果等过程性指标进行量化评价，以学生个体的进步和提升情况进行相对水平评价。
　　5 翻转课堂项目实施
　　5.1 翻转课堂的开展方式 　　主要围绕四个方面进行翻转课堂的实施推进：广查文献，研究现代教育教学理念和工程素质/能力培养；通过问卷调查对校内外教学模式、师生认可度、实践效果进行动态检测；通过个案研究，对参与受试班级和学生跟踪观察、记录、分析。通过教育实践研究，立足教学班级，通过创新教学前后学生学习的变化，寻求科学施教方案。
　　5.2 翻转课堂的实施范围
　　实施范围为本校计算机系、数学系、电子信息与物理系、生物系等四个教学系部，覆盖计算机科学与技术、网络工程、大数据技术、信息与计算数学、光电物理等七个专业，对开设的《算法设计与分析》、《数据结构》、《高级程序设计》等课程中进行教改探索和创新实践。每学期每名教师确定1-2个班级约100名左右学生为授课对象；
　　形成的实践成果资料包括专题教学设计、实验指导手册、研究性学习报告。每学期组织1次算法设计和编程应用竞赛活动，检验教学成果。
　　5.3 实施方案
　　在教学中开展翻转课堂应当做到准备充分、设计严谨、实时监控、统筹兼顾、系统完整。
　　1）组建师资队伍：学习现代教育教学理念、观摩校外教学、客观调研分析、明确目标任务；
　　2）制定阶段方案：严格课题组的管理制度、规划阶段任务、列出具体时间表，明晰分工；
　　3）重新审视课程：构建课程学习思维导图、绘制知识图谱、帮助学生梳理知识架构和轮廓；
　　4）起草教学设计：对重要的模块和章节，以“项目案例”为驱动，基于“翻转课堂”形式进行教学设计的编制，并交流修改，模拟试用；
　　5）筹备课堂尝试：对学生讲解新教学的意义和目标，鼓励学生积极参与，挑选积极性高、表现力强、基础较好的同学优先组队进行准备。做好鼓励、指导和督促；
　　6）实践创新模式：按既定方案进行开展，阶段性组织观摩、交流、总结、反思、改进；
　　7）搭建在线课程教育平台：师生利用教育平台或网盘下载课件、从专题网站下载视频资料、在专业论坛上交流提问、知网数据库下载主题论文、微课平台上观看示范教学、学习软件工具编辑自制录像。分类汇总后可形成资源库，供后续学习及教学使用；
　　8）课外延伸：指导个别学生参加研究性学习、开放性实验、创新项目应用、专业技能比赛；
　　9）汇集成果：根据阶段进展撰写分析报告、教学案例、实验指导报告、心得体会等。
　　6 翻转课堂实施效果和评价
　　翻转课堂在软件类课程教学中的创新实践和探索，体现出以下特色和创新之处：
　　1）面向创新能力培养、工程素质教育的教学改革目标导向；
　　2）利用建构主义理念、翻转式互动教学，发挥学生主体作用和教师主导作用，受学生欢迎；
　　3）以课程群为依托，便于连续实施和推广，利于强化计算思维、专业素养和工程能力；
　　4）构建立体化教学资源体系，为师生教、学、研、练提供时空便利，学生学习更自主；
　　5）基于移动终端、社交平台、虚拟学习社区进行E-Learning。
　　基于项目案例驱动方式实施翻转课堂，实现了数据结构和算法课程在教学形式创新和教学效果上的优化。通过2-3个学期的创新学习和实践，取得了多方面的成效。
　　1）教师综合能力的提升。通过在多门课程中进行翻转课堂的实践探索，扭转了任课教师拘谨而保守的教学理念。在多元资源构建过程中，切实提高了设计教学、编制微课、指导学生、科学研究的综合能力。老师和学生都从课堂上得到解放，课前交互密切，课堂互动自然，趣味性和实用性凸显。
　　2）学生的学习效果显著。通过翻转课堂的参与，学生自学能力增强，专业意识得以强化，个性得到张扬和展现，多维指标评测科学有效。学生真正树立了“数据结构+算法=程序设计”的软件开发思想，培养了计算思维。学生的学习能力和应用能力明显增强。
　　3）人才培养效果彰显。通过组建创新教学团队，共同钻研教学过程，提高导学督学水平，提升了学生的专业实践能力，真正活学活用。在专业认证考试和学科竞赛中取得较往年显著的成果。显然，非常有助于提高应用型人才培养质量，增强学生和学校的就业竞争力。
　　可见，翻转课堂教学改革对教学质量的提升作用和总体效果显著， 师生总体满意，有待进一步推广和优化。
　　7 结束语
　　创新开展翻转课堂教学模式中仍有需要解决的关键问题：支撑教学软环境的不断优化；翻转课堂案例的迁移策略，教学过程的精准管理和质量控制；项目化案例资源库的构建、完善、运用、推广；教和学多维评价机制的建立和实施。同时，在软件资格认证考试和计算机等级考试指导实训中可以尝试，每期控制人数在20-40人，确保效果和质量。
　　在未来的改革实践中，将继续以课程群建设为依托，以学生的综合应用能力培养为目标，利用“翻转课堂”和“项目案例教学”的现代教育思想开展教学改革创新研究，推动应用型本科院校的优质人才培养。
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　　【通联编辑：谢媛媛】
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