“翻轉(zhuǎn)課堂”下軟件工程專業(yè)的課堂教學(xué)研究與實(shí)踐

華南師范大學(xué)軟件學(xué)院 潘家輝 曾碧卿

在高等教育改革中，課堂教學(xué)是“學(xué)生生存與發(fā)展的重要方式”。軟件工程作為一門交叉性的應(yīng)用型專業(yè)，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作與思維創(chuàng)新能力，讓學(xué)生在工程實(shí)踐和項(xiàng)目開發(fā)中體會(huì)和掌握軟件工程的最新技術(shù)和開發(fā)思想。因此，軟件工程的課堂教學(xué)非常適合采取項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法，強(qiáng)化實(shí)訓(xùn)，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，提高學(xué)生的軟件開發(fā)實(shí)踐能力。而最近幾年興起的“翻轉(zhuǎn)課堂” （Flipped Learning）正是有效實(shí)施項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法的教學(xué)模式。與傳統(tǒng)教學(xué)不同，“翻轉(zhuǎn)課堂”讓學(xué)生在課下自主地根據(jù)學(xué)習(xí)資源學(xué)習(xí)新知識(shí)，而在課上完成體系的構(gòu)建以及知識(shí)的內(nèi)化和固化。由此可見，“翻轉(zhuǎn)課堂”恰好是“傳統(tǒng)教學(xué)”的顛倒。筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過將近2年的教學(xué)實(shí)踐，在軟件工程專業(yè)的課程教學(xué)中采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的思想，將軟件工程專業(yè)的教學(xué)實(shí)現(xiàn)從以“教”為中心，轉(zhuǎn)變到以“學(xué)”為中心，研究、探索與實(shí)踐軟件工程專業(yè)新的教學(xué)模式。現(xiàn)在，本人總結(jié)了關(guān)于翻轉(zhuǎn)課堂下軟件工程專業(yè)的課程教學(xué)的一些經(jīng)驗(yàn)，與同行共勉。

一、以項(xiàng)目為中心的翻轉(zhuǎn)課堂模型

為了提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)分析、解決實(shí)際問題的能力，軟件工程專業(yè)的課堂教學(xué)一般采用以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)。我們嘗試把項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)融入到翻轉(zhuǎn)課堂中，由具有軟件工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師作為項(xiàng)目經(jīng)理安排一個(gè)完整具體的軟件開發(fā)任務(wù)作為翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生在有意義的任務(wù)完成過程中更好地掌握工業(yè)界最新的技術(shù)。從而在項(xiàng)目實(shí)踐的同時(shí)進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)和技能訓(xùn)練。具體分為以下5 個(gè)步驟：

（1）案例導(dǎo)入。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)的第一步是“案例導(dǎo)入”，即老師以事先準(zhǔn)備的工程案例為教學(xué)材料，通過設(shè)定現(xiàn)實(shí)中問題或展示一個(gè)具體項(xiàng)目等形式將學(xué)生引入到教學(xué)內(nèi)容的情景中。例如，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》的“最短路徑算法及應(yīng)用”課堂教學(xué)中，以城市公路網(wǎng)的生活案例，給學(xué)生都提一個(gè)本課相關(guān)的路徑規(guī)劃問題，讓學(xué)生對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。在該階段，教師主要工作是引導(dǎo)學(xué)生帶著具體的問題在課下進(jìn)行概念探究的自主學(xué)習(xí)。

（2）概念探究。傳統(tǒng)課堂中，概念學(xué)習(xí)主要依賴于教師的課上講解，但由于學(xué)生的差異性和時(shí)間的有限性，學(xué)生對(duì)基本概念的學(xué)習(xí)極度依賴于教師的教學(xué)進(jìn)度。在翻轉(zhuǎn)課堂中，基本概念的學(xué)習(xí)是學(xué)生在課下通過教師提供的教學(xué)資源自主完成的，他們可以根據(jù)自身的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和時(shí)間來自由掌控。對(duì)于復(fù)雜的概念可以反復(fù)學(xué)習(xí)、深入思考，遇到疑難知識(shí)點(diǎn)，可以與同學(xué)們一起討論交流。

（3）體系構(gòu)建。“體系構(gòu)建”是指學(xué)生在概念探究的基礎(chǔ)上對(duì)相關(guān)的概念及知識(shí)建立相互間的聯(lián)系，利用我們提供的知識(shí)地圖和思維導(dǎo)圖實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的體系化。為了幫助學(xué)生強(qiáng)化知識(shí)的理解，我們?cè)诟拍钐骄侩A段為學(xué)生提供知識(shí)地圖和思維導(dǎo)圖等拓展教學(xué)資源，讓學(xué)生以較為充足的時(shí)間進(jìn)行意義建構(gòu)。對(duì)于學(xué)生在建構(gòu)過程中遇到的問題，一方面可以通過學(xué)者網(wǎng)的在線交流平臺(tái)進(jìn)行提問，另一方面可以在課上進(jìn)行開放式討論。

（4）知識(shí)內(nèi)化。在前面階段的基礎(chǔ)上，學(xué)生需要對(duì)自學(xué)的知識(shí)進(jìn)行更高階的遷移與應(yīng)用，從而掌握解決問題的能力，這樣的能力一般需要在知識(shí)內(nèi)化階段獲得。在翻轉(zhuǎn)課堂的理論課堂中，我們會(huì)圍繞著課前自學(xué)布置的問題，組織課堂匯報(bào)或答辯。在此過程中，學(xué)生是課堂討論的主體，老師起到一個(gè)引導(dǎo)和管理的作用，對(duì)全體學(xué)生的共性問題，教師可以進(jìn)行針對(duì)性講解。

（5）知識(shí)固化（項(xiàng)目開發(fā)）。在實(shí)驗(yàn)課堂中，以具體的項(xiàng)目任務(wù)為導(dǎo)向，與第一階段“案例導(dǎo)入”相呼應(yīng)，學(xué)生進(jìn)行與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的軟件開發(fā)實(shí)踐，檢查掌握情況，并完成知識(shí)擴(kuò)展和應(yīng)用擴(kuò)展，固化學(xué)習(xí)效果。這一階段也是培養(yǎng)學(xué)生合作意識(shí)和溝通能力的重要環(huán)節(jié)，而教師的任務(wù)是及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題，并予以糾正。例如，在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》的“最短路徑算法及應(yīng)用”的實(shí)驗(yàn)課中，我們布置的任務(wù)是利用 Dijkstra 算法或Floyd 算法完成實(shí)例“華南師范大學(xué)南海校區(qū)景點(diǎn)導(dǎo)游圖”小型系統(tǒng)。通過一個(gè)與學(xué)生相貼近的項(xiàng)目，要求學(xué)生在開發(fā)實(shí)踐中自主完成知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，同時(shí)強(qiáng)化項(xiàng)目開發(fā)的能力。

二、構(gòu)建動(dòng)態(tài)的立體個(gè)性化資源中心

在翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施過程中，如何建設(shè)豐富有效的課程資源并進(jìn)行網(wǎng)上共享是一個(gè)關(guān)鍵問題。本教學(xué)團(tuán)隊(duì)的大部分課程已在科研協(xié)作平臺(tái)——學(xué)者網(wǎng)（http://www.scholat.com/）以及華南師范大學(xué)南海校區(qū)網(wǎng)絡(luò)硬盤（http:// nhwebdisk.scnu.edu.cn）進(jìn)行了課程資源中心的初步建設(shè)，包括《C 語言程序設(shè)計(jì)》《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》《軟件工程與UML》《軟件需求》等軟件工程專業(yè)的核心課程。我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是把傳統(tǒng)的課程網(wǎng)站建設(shè)成為“動(dòng)態(tài)的立體個(gè)性化資源中心”，即具有資源形式立體化、資源特點(diǎn)個(gè)性化、資源建設(shè)動(dòng)態(tài)化的學(xué)習(xí)平臺(tái)。

學(xué)者網(wǎng)的課程網(wǎng)站提供了教學(xué)公告、教學(xué)資源、課程作業(yè)、互動(dòng)交流、課程信息、學(xué)生管理、個(gè)人主頁等模塊功能。教師首先在課程網(wǎng)站的基礎(chǔ)上添加基本的課程內(nèi)容（例如課程簡介、教學(xué)大綱等），然后根據(jù)教學(xué)的進(jìn)度不斷上傳課程資源（如教學(xué)視頻、課件、項(xiàng)目案例等）。為了保證學(xué)生課下學(xué)習(xí)的有效性，翻轉(zhuǎn)課堂需要建立和提供訪問途徑豐富和展示形式多樣的立體化學(xué)習(xí)資源。針對(duì)軟件工程專業(yè)的特點(diǎn)，我們除了提供了網(wǎng)頁形式的教學(xué)大綱、Word 形式的教案，PPT 形式的教學(xué)課件，視頻形式的微課堂錄像等常規(guī)資源，還提供項(xiàng)目工程案例、FAQ知識(shí)庫、實(shí)踐實(shí)驗(yàn)題、科技亮點(diǎn)等拓展資源。此外，針對(duì)部分涉及大量的抽象概念、晦澀難懂的模型及操作算法的課程（如《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》），通過提供思維導(dǎo)圖和知識(shí)地圖等拓展資源直觀地呈現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)，從而促進(jìn)高效學(xué)習(xí)的發(fā)生。

對(duì)于參與翻轉(zhuǎn)課堂的每位學(xué)生，他們需要在學(xué)習(xí)開始之前，在學(xué)者網(wǎng)上注冊(cè)帳號(hào)和加入課程，建立一份自己的學(xué)習(xí)檔案。學(xué)習(xí)檔案記錄了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的情況，包括實(shí)驗(yàn)提交的時(shí)間、互動(dòng)交流的提問、登陸系統(tǒng)學(xué)習(xí)的情況等。在學(xué)者網(wǎng)上，教師可以隨時(shí)跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，分析不同班級(jí)或個(gè)人的特點(diǎn)，為學(xué)生提供豐富多樣的學(xué)習(xí)資源，并根據(jù)學(xué)生的情況對(duì)課程資源做出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)更新和調(diào)整。同時(shí)，在教學(xué)和應(yīng)用的過程中，學(xué)生也將成為課程內(nèi)容的建設(shè)者。因此，學(xué)生自始至終是整個(gè)學(xué)習(xí)過程的主導(dǎo)者，學(xué)生能自由選擇學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)地點(diǎn)和學(xué)習(xí)伙伴，還可以定制自己的學(xué)習(xí)內(nèi)容，定制自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)方式。

三、翻轉(zhuǎn)課堂與資源中心的無縫對(duì)接

我們將上述建設(shè)的共享資源與“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式無縫對(duì)接，即把精品資源的內(nèi)容呈現(xiàn)貫穿于“翻轉(zhuǎn)課堂”的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中。

首先，教師預(yù)先構(gòu)建完整的“翻轉(zhuǎn)課堂”學(xué)習(xí)支持體系，制作翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)資源，包括導(dǎo)學(xué)工程案例、微視頻、網(wǎng)頁、PPT 課件、以及知識(shí)地圖等。其中，教師設(shè)置案例引入環(huán)節(jié)，通過一個(gè)具體的項(xiàng)目任務(wù)需求以及向?qū)W習(xí)者提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考。

其次，學(xué)生在課外利用學(xué)習(xí)支持體系提供多種形式的常規(guī)資源（教學(xué)大綱、課件、微課視頻等），自主地根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度、認(rèn)知風(fēng)格選擇知識(shí)點(diǎn)并開展學(xué)習(xí)，解決導(dǎo)讀部分提出的問題，完成知識(shí)點(diǎn)的初步學(xué)習(xí)。教師可利用精品資源提供的知識(shí)地圖和思維導(dǎo)圖等拓展資源，幫助學(xué)生強(qiáng)化對(duì)知識(shí)的理解。另外，課程資源中心為學(xué)生提供了在線互動(dòng)交流，從而為學(xué)生的知識(shí)內(nèi)化提供全方位的學(xué)習(xí)支持。在理論課堂上，教師組織課堂匯報(bào)，鼓勵(lì)學(xué)生之間相互提問和回答，并針對(duì)共性問題進(jìn)行回答，并“畫龍點(diǎn)睛”地進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)，使學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能夠真正地得到深化，實(shí)現(xiàn)知識(shí)內(nèi)化。在實(shí)驗(yàn)課堂上，教師以具體的項(xiàng)目任務(wù)為導(dǎo)向，學(xué)生進(jìn)行與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的軟件開發(fā)實(shí)踐，完成知識(shí)擴(kuò)展和應(yīng)用擴(kuò)展，固化學(xué)習(xí)效果。在知識(shí)固化環(huán)節(jié)，課程資源中心還提供了課程實(shí)驗(yàn)庫、配套試題庫、項(xiàng)目實(shí)踐任務(wù)以及個(gè)性化學(xué)習(xí)檔案，便于學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)束之后自行檢驗(yàn)其學(xué)習(xí)效果。

最后，教師開展階段性評(píng)估測試。一方面，教師可以結(jié)合學(xué)生的日常學(xué)習(xí)檔案對(duì)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)；另一方面，實(shí)驗(yàn)中布置的項(xiàng)目工程將是學(xué)生在“做重學(xué)”中最好的檢查載體。

四、結(jié)束語

翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)質(zhì)在于增加師生互動(dòng)的環(huán)節(jié)，并提供學(xué)生自主學(xué)習(xí)的資源與環(huán)境。針對(duì)軟件工程學(xué)科的特殊性，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)把項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)融入到翻轉(zhuǎn)課堂中，以一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)貫徹于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)中，并建議與之相適應(yīng)的立體個(gè)性化資源，讓項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、翻轉(zhuǎn)課堂、動(dòng)態(tài)資源三者有機(jī)地結(jié)合在一起。我們相信，翻轉(zhuǎn)課堂的思想已成為課堂教學(xué)改革的一個(gè)新的潮流。針對(duì)不同類別的學(xué)科，翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵與外延還將在實(shí)踐中不斷發(fā)展完善，這為不同學(xué)科課堂教學(xué)的改革深化提供了一定的借鑒意義。

[1]欒好利，楊 政.“軟件工程”項(xiàng)目教學(xué)改革方案研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2009

[2]J.Strayer.The Effects of the Classroom Flip on the Learning Environment: A Comparison of Learning Activity in A Traditional Classroom and Flip Classroom that Used An Intelligent Tutoring System [D].Ohio State University，2007

[3]張渝江.翻轉(zhuǎn)課堂變革[J].中國信息技術(shù)教育，2012

[4]張金磊，王 穎，張寶輝.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2012

[5]柯 瑜.獨(dú)立學(xué)院計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)問題及對(duì)策初探[J].出國與就業(yè)(就業(yè)版)，2011

[6]鐘曉流，宋述強(qiáng)，焦麗珍.信息化環(huán)境中基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的教學(xué)設(shè)計(jì)研究[J].開放教育研究，2013

[7]曾明星，周清平，王曉波.軟件工程專業(yè)“翻轉(zhuǎn)課堂”云計(jì)算教學(xué)平臺(tái)探討[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013