借鑒翻轉課堂的醫科院校程序設計課程教改

張樂平 張勁柏 張偉信

摘要：翻轉課堂正成為國內計算機教育界的改革創新熱點。針對在教改初期程序設計翻轉課堂的優勢沒有得到體現的教學實際，文章對僅僅模仿形式的翻轉課堂進行反思，指出在醫科院校開展程序設計翻轉課堂教改應兼顧學生的素質差異、專業要求和課程特點等因素，進而借鑒翻轉課堂理念，提出增加醫科學生編程訓練時間和空間的程序設計課堂教學模式，闡述相應的任務驅動教學策略

關鍵詞：程序設計課程；翻轉課堂；任務驅動；思維導圖

引 言

同內高校計算機教育的翻轉課堂教改正日漸興起，一些大學進行了大學計算機基礎課程的翻轉課堂實踐，一些院校還構建了工程龐大的翻轉課堂學習支持系統。翻轉課堂顛倒了“課上教師講授、課后學生作業”的傳統教學流程，課前學生借助互聯網學習教師制作的授課視頻，課上師生互動探究并完成作業。翻轉課堂是一種“以學生為中心”的教學，學生由被動學習轉變為主動學習，強調在課堂上高效完成知識的深度內化吸收。

1 程序設計翻轉課堂反思

程序設計基礎的先天差異，使得學生的起跑線不同，翻轉課堂的課前學習效果將因人而異。程度好的同學通過十分鐘短視頻就能掌握的，基礎差的學生可能要花數倍的時間完成，更不要說提出有深度的問題。在課堂上，程序設計基礎好的學生能與教師積極互動，程序設計技能得到迅速提升；而基礎差的學生慢慢成了旁觀者，與同學的差距反而擴大了。因此，相比傳統課堂，學生程序設計基礎的先天差異在翻轉課堂上的負面效應更突出。

在醫科院校，醫科學生編程學習的時間和氛圍與理工科學生是無法相比的，也不允許編程占用大量時間和精力而影響專業課程學習 隨著面向對象程序開發架構平臺的推陳出新，對于非計算機專業的醫科學生來說，開發應用程序的門檻大大降低了，但是程序設計技能只能通過大量編程訓練才能掌握，因此，除了少數優秀的學生，僅僅翻轉課堂上的集中編程時間顯然是不夠的。

南于沒有兼顧醫科院校學生實際、專業實際和課程實際，程序設計翻轉課堂相比于傳統課堂的優勢沒有得到很好體現。教改初期的實踐表明，翻轉課堂通過改變教學流程，最終在課堂上完成知識技能的深度內化的理念，有利于推動“以學生為中心”的教學，克服了傳統多媒體教學教師滿堂灌輸的不足。

2 借鑒翻轉課堂的程序設計課程教學改革

在對教改初期翻轉課堂實踐反思的基礎上，可以借助于思維導圖，對程序設計課程知識點進行梳理，進而結合醫科院校學生實際、專業實際和課程實際，實踐并完善借鑒翻轉課堂理念的程序設計課程教學模式：在不增加學習負擔的前提下，改變教學流程，增加學生程序設計技能訓練的時間和空間，最終在課堂上完成醫科學生程序沒計技能的深度內化。

2.1 程序設計課程思維導圖

鑒于思維導圖在知識的組織和表征方面的獨特優勢，我們借助思維導圖開展程序設計課程教學改革。教師首先進行教學目標分析，梳理教材中的全部知識點，明確重難點，同時考慮到醫科學生的計算機相關知識不足，添加數據結構、算法等方面的知識點，最終形成教和學的思維導圖如圖1所示。

程序設計學習內容可分為知識和技能兩部分、知識部分包括面向對象程序設計思想、對象三要素（屬性、方法和事件）等（圖la以3個對象為例描述面向對象程序架構）。技能部分為基于三種基本的程序結構（順序、選擇和循環）進行方法和事件的編程，具體體現為算法和數據結構，這與面向過程程序設計的要求是一致的（圖lb）二與實際程序項目開發密切相關的文件、圖形、數據庫，以及各種程序開發框架等屬于程序設汁課的高級內容，而圖1所示的基本知識和技能是進一步學習的基礎。

計算機語言的語法和界面控件學習很重要，但已不是難點。學生習慣于用自然語言（或數學語言）描述解決問題的思路（算法），而自然語言（或數學語言）到由順序、選擇和循環構成的計算機語言的轉換，對醫科學生來說是難點，達到自如轉換則需要大量的編程訓練。基于上述對程序設計思維導圖的分析，我們將翻轉課堂理念引入到課堂設計中，通過改變傳統教學流程，增加學生程序設計技能訓練的時間和空間，從而實現在課堂上高效提升醫科學生的自然語言（或數學語言）與計算機語言之間的轉換能力。

2.2 借鑒翻轉課堂的課堂教學模式

傳統的程序設計教學是讓學生課后編程，然后教師課外批改，最后僅就共同的問題在課堂上作簡單講評，用課堂的絕大部分時間進行灌輸式教學。為了增加學生程序設計技能訓練的時間和空間，將“教師課外批改”“翻轉”到“師生課堂上共同探究”，利用課堂上師生互動，高效地幫助學生內化程序設計能力，如圖2所示。

課堂的前2/3時間（以3學時一次課為例，其中2學時）用于學生匯報作業或程序項目。師生互動，答疑解惑，探究如何用計算機語言描述表達解決問題的思路（算法），分享各式各樣的程序設計技巧，在這種協作學習環境中，學生完成程序設計能力的深度內化。

與經典翻轉課堂的“學習知識在課外，內化知識在課堂”的教學模式有所不同，每堂課的后1/3時問（以3學時一次課為例，其中1學時）仍然由教師講授程序設計的基礎知識，包括程序設計基本思想、計算機語言和基本算法等知識性內容、、通過這樣的教學安排，幫助醫科學生從迅速發展的程序設計領域中，快速準確地把握程序設計的主流思想和基本技能，縮小學生之間程序設計基礎的差異。

在圖2教學流程中，將教師課外批改編程作業“翻轉”到課堂上進行，除了增加編程訓練時間，還提供了一個師生交流編程思想的更大空間——課堂；保留了傳統教學的學生課后作業這一環節，但是其重點是通過編程作業發現問題，為接下來的課堂匯報做準備；當然，教師也可以制作補充視頻，方便學生在課余時間進行預習和復習。

2.3 任務驅動的課堂教學策略

翻轉課堂僅僅是一種教學組織的方式，改變了傳統的教學流程，但是沒有涉及具體的教學策略和教學方法。單純地討論翻轉課堂是沒有意義的，在借鑒翻轉課堂的程序設計教學中，可以采用任務驅動的教學策略來實施教學，將發現學習和白主學習的教學理論滲透到教學過程中。編程任務設計是程序設計教學的關鍵，課前通過任務引導學生思考和發現問題，而課堂上圍繞任務，在教師的引導下糾正錯誤理解和深化編程技能。教師要為每一堂課精心設計編程學習任務，編程任務不僅要反映基本概念、基本原理，更要強調知識的應用和程序設計技能的訓練。

在實際教學實踐中，建議以小組形式共同完成一個任務。例如，5人為一組，每個任務有4～5個子任務，指定小組分別匯報一個子任務教師組織所有學生參與討論和交流，鼓勵上臺交流同一任務的不同算法實現。例如，在課堂流中，數據排序會出現選擇、冒泡、插入等排序法，而數據查找會出現順序、二分法等查合找算法，甚至有學生采用遞歸方式實現二分查找。通過營造這樣的協作學習環境，使學習者的思維與智慧被整個群體所共享，在多角度的探究過程中，共同提高程序設計技能。

3 借鑒翻轉課堂的教改成效及分析

3.1 程序設計課程的教改成效

近年來，第二軍醫大學相繼開展了培養醫科學生的信息素養和計算思維能力的系列教學改革。應用程序開發既是醫科學生信息素養的更高要求，也是“讓思維具有計算特征”教改中培養醫科學生計算思維能力的基本要求。丁醫科院校的特殊環境，程序設計課程的教改是在困惑和挑戰中前行，并逐步形成了適合醫科學生的翻轉課堂教學模式。

第二軍醫大學程序設計課程處于“1+X”培養體系的第二層次，以必修課的形式面向生物技術、衛生管理等專業開設，并且以選修課的形式面向全校開設了VB.NET、Visual C#等計算機語言課程。在必修課和選修課上，對于借鑒翻轉課堂理念的教改，同學們的反應是“程序設汁沒有想象那么難”“計算機選修課變熱門了。一部分學生主動要求參加上海市和全國的計算機設汁大賽。由于參賽的程序設計項計生物醫學專業特色明顯，2013年首次參加中國大學生計算機設計大賽就獲得了1個一等獎，2個二等獎；在2014年7月沈陽結束的第7屆中國大學生計算機設計大賽中，榮獲3個一等獎，2個二等獎和大賽優秀組織獎。

3.2 借鑒翻轉課堂的教改分析

雖然我們的教改不是經典的翻轉課堂教改，但是在借鑒時貫徹了翻轉課堂的核心理念，即通過改變教學流程，最終在課堂上實現知識技能的深度內化吸收。將教師課外批改編程作業“翻轉”到課堂上進行，大幅壓縮了教師的課堂授課時問，但增加了學生程序設計技能訓練的時間和空間，最終在課堂上幫助學生完成編程能力的內化提升。在學生時間和精力方面，這樣的教改設計，沒有明顯改變程序設計課程和醫學專業課程之間的原有分配比例，這種相對獨立性，將其對其他課程學習的影響降到了最低。

在程序設計學習中，醫科學生的最大困難是用計算機語言來描述解決問題的思路，但是這種能力需要反復訓練才能獲得。在借鑒翻轉課堂理念的程序設計教學中，每一個教學內容至少有四次“進入”：每次課的后1/3時間段的教師授課是初次“進入”；學生課外完成編程任務是第二次“進入”；學生帶著問題在課堂上匯報完成情況，并在師生互動中解決了問題，這是第三次“進入”；第四次“進入”是通過學習其他同學就同一任務的不同算法來實現。這樣的教學流程增加了學生程序設計技能訓練的時間和空間，而且其要求是逐步提升的。

在翻轉課堂上，教師由講臺上的圣人移步為旁邊的指導者，學生由被動學習轉變為主動學習。教師要真正起到組織者、引導者和幫助者的作用。在借鑒翻轉課堂理念的教學中，教師根據思維導圖組織教學，精心設計每一堂課。在每次課的前2/3時間段，教師通過精心設問，引導學生質疑，最終在課堂上完成醫科學生程序設計技能的深度內化。另外，在每次課的后1/3時間段，教師根據學生程序設計基礎的差異和教學過程中反饋的問題，補充程序設計必需的知識技能，及時幫助學生調整學習。

4 結語

教改不應是一味模仿的拿來主義，否則先進的教學理念容易落入水土不服的窘境。就程序設計課程而言，經典的翻轉課堂教學也許對理T科學生是適合的，但實踐表明，對醫科學生不能直接應用。與其他教學改革一樣，翻轉課堂的教學改革也必須考慮學生的素質差異、專業要求和課程特點等因素，在把握翻轉課堂核心理念的基礎上靈活組織教學，而不應脫離實際，簡單地依葫蘆畫瓢模仿經典。