基于結對編程的翻轉課堂教學模式探索

（安徽大學計算機科學與技術學院，安徽 合肥230601）

《匯編語言程序設計》作為計算機科學與技術專業的核心基礎課程，綜合了計算機硬件和軟件技術，具有很強的系統性，是培養學生專業技能水平的重要課程[1]。近年來，為了提高教學質量，激發學生學習興趣，我們嘗試使用了“互動式編程”教學法進行授課，具體為：教師首先通過一個簡短的實踐編程練習來引入新的課程內容，在此基礎上，通過擴展練習，強化所學知識。然后，教師繼續下一個知識點，循環重復。為了幫助學生構建不同知識點間的關聯，在課后，通常會安排一些具有一定綜合性的編程練習作業，教師將會根據學生的反饋，在課堂上有針對性地進行補缺補差。雖然這種互動式教學法比傳統的填鴨式教學法更為有效，但仍存在一些問題。比如：在最初的幾次理論課中，如果有的學生無法理解一些基礎概念，他們將難以順利完成隨后的編程練習。對這些學生來說，這門課很快就陷入了一種惡性循環：脫節——表現不佳——缺乏自信——進一步脫節。

為了能夠增強學生對課程內容的參與度，提高學生的學習主動性，早在2000年，Lage等人就提出了“翻轉課堂”的概念[2]；2012 年，Bergmann 等人將這一概念成功應用到化學教學中[3]。目前，隨著基于網絡授課技術的成功開展，翻轉課堂教學模式在北美的教育機構中獲得了廣泛的關注，且涵蓋了不同學科與不同教學對象。教學實踐驗證，采用了這種教學模式的班級具有失敗率低、教學手段靈活、學生學習效果好等優點。因此，翻轉課堂教學模式已經成為教育技術領域的一個主要趨勢[4]。本文中，作者根據《匯編語言程序設計》課程特點，結合多年教學經驗，提出了基于結對編程的翻轉課堂教學模式。

一、結對編程翻轉課堂的概念

在傳統的以教師為中心的課堂上，普遍采用的是“傳遞→接受→模仿”教學模式。該模式通常采用理論講授、課后作業、編程練習及綜合實踐等環節實施教學，其優點是教師可以較好地把握教學過程的組織、問題的解決及進度控制等，便于在實驗教學中發揮教師的主導作用。然而，該模式卻降低了學生在教學實施過程中的認知主體地位，遏制了其主觀能動性與創造性的發揮[5]。因此，傳統教學模式所帶來的弊端是：逐步養成學生的思維惰性，使其形成對教科書與教師講授內容的盲目“崇拜”，嚴重阻礙了他們發散思維與逆向思維的訓練。相較于傳統教學模式，在翻轉課堂上，教學實施步驟發生了較大改變，兩者的主要區別如圖1所示。

圖1　傳統教學模式與基于結對編程的翻轉課堂模式區別示意圖

在結對編程翻轉課堂教學模式下，教師在課前以預先錄制的視頻的形式“講授”課程，并把課堂的時間花在讓學生參與涉及協作和互動的主動學習活動上，即傳統被動授課被推到課外，在課堂上通過結對編程實現學生的主動學習活動。所謂“結對編程”是指兩位程序員結成一互助對，一人輸入代碼，一人口述程序，兩人使用同一臺電腦進行編程。結對編程最大的優點是可以促進參與項目的程序員水平的快速提高。兩名程序員在進行程序編寫的時候，水平較低的一方能夠在水平略高的程序員影響下，潛移默化地學到一些新的知識與技術；同時，水平高的一方也同樣因為不斷地把自己的想法說出來而理清了自己的思路。

二、教學實施過程

（一）課前準備

作為課前教學的主要實施內容，我們預先錄制了視頻講座。該視頻按教學進度一共包含了18個子視頻（授課內容如表1所示），每個子視頻的時間約為90分鐘，主要包括理論的講解、代碼的分析、示例程序的編譯和執行等，所有視頻上傳到學校網站，學生可以自由地進行在線學習。

表1　預先錄制視頻主要授課內容

同時，我們為每個視頻都準備了相應的自測題，這些自測題包括5個選擇題，5個填空題及5個判斷題。在學生進行完視頻學習之后，這些自測題被用來進行學習效果的評估。學生的測試結果將被記錄并發送到教師客戶端，以便教師對學習情況進行總體的把握。如果學生對測試結果不滿意，可以重新觀看視頻并進行測試，新的測試結果將會覆蓋老的測試結果。

（二）課堂實施

每次課的前15分鐘被用來對課前視頻內容進行復習，教師的主要任務分為兩部分：一是提綱挈領地對本次課的教學內容進行說明，講解重、難點問題及編程時可能面臨的一些問題，并提供一些解決方案；二是根據學生觀看視頻時的自測試結果，對普遍存在的一些理論問題進行講解，分析產生錯誤的原因。這一環節是結對編程的基礎，具體實施時間將根據學生的反應進行動態調整。

隨后，以結對編程為課堂主動學習活動的具體實施方式，時間大約為60分鐘。結對編程是對初學者非常有效的一種學習方式，同時也是一個積極合作的學習過程，已經獲得專業人士的認可和推薦。在具體實施中，兩個學生共同使用一臺電腦，他們其中的一個負責代碼的輸入（即“操作者”），另一個口述代碼（被稱為“導航器”）。編程過程中，兩人要進行不間斷的交流，程序的設計方案由“導航器”主導，該學生只進行口述而不實際輸入代碼；鍵盤操作則由“操作者”實現。由于人的思維速度是高于代碼的輸入速度，因此，在“操作者”進行代碼輸入的同時，“導航器”不僅可以檢查代碼是否準確，還可以有空閑時間做額外的思考，如：代碼效率、程序框架的優化等。反過來，作為新手的“操作者”在輸入代碼的同時也在進行著學習，其編程水平將會在“導航器”的影響下潛移默化地提高著。另外，在課堂中，“操作者”與“導航器”的選擇是隨機的，這樣學生們可以接觸到更多的同學和編程風格。在編程對象上，每次課我們會依據教學大綱要求，將先前使用的課堂編程練習和課后作業進行整合，形成具有一定綜合性與難度的結對編程訓練集。這一環節中，教師的主要任務是回答學生在編程中所遇到的問題，同時對學生的程序框架進行指導。

結對編程結束后，會組織一個15分鐘左右的互動交流環節，讓每組學生說明實驗結果與所遇到的問題及解決辦法。不同組的學生可以對所遇到的問題提出不同的解決方案，也可以闡述自己在程序設計中的心得體會。教師在這一環節中的主要任務是針對學生的發言進行點評，糾正一些錯誤的編程習慣，對一些好的設計思路進行肯定。該環節雖然時間不長，但卻是對結對編程效果的升華，學生通過前期編程時的思考、同學間的交流及教師的點評，對所學內容將會產生更深刻的理解與認識。

（三）課后任務

每一次課結束的時候，教師則會安排下一次課的視頻講座學習任務。學生們被要求在規定的時間內完成指定視頻的學習與自測試。為了保證學習效果，學生們被要求要記下觀看視頻時出現的問題，同時，未能按時提交自測題的學生，在課程開始的時候將會受到教師的警告，并以降低他們課堂參與分數作為懲罰。

（四）考核評估

考核主要由兩部分組成：筆試測試和編程測試。其中，筆試測試占30%，編程測試占40%，兩者總和占學生最后成績的70%。平時測試題的成績、課前復問成績、課堂參與度等占30%。

三、教學特點分析

（一）學生具有很高的參與熱情。在新的教學模式實施過程中，筆者觀察到在結對編程中學生的參與度非常高。學生們在一起研究教師所布置的任務之后，他們將會進行充分的討論。當編程遇到困難時，他們會主動和其它同學或教師進行溝通。在以前的教學中，學生們不愿意、也不情愿就編程問題向其它同學尋求幫助，生怕別人嘲笑，而在結對編程的教學模式下，不同小組之間引入了競爭氛圍，學生們為了取得理想的編程效果，當他們遇到問題時，更愿意尋求他人幫助。隨著課程的深入，同學關系通過這種練習更加鞏固，配合也更加密切，逐步形成了一個團結向上的學習群體，營造出了良好的學習氛圍。

（二）學生的自信心得到了提高。由于視頻授課的靈活性，使得學生們在學習方法上發生了變化：學生們更傾向于自主學習。在之前的教學班級中，一些基礎較弱的學生因為無法理解教師課堂上講授的內容而難以順利完成之后的編程練習，久而久之，這些學生因為“自卑”而不愿意與教師或其它同學進行溝通，自信心受到了很大的打擊。而在翻轉課堂中，這些學生通過課前的努力，有機會像其他優秀的同學一樣做好上課的準備，因此他們有信心解決在組隊編程期間遇到的問題。在實施過程中，我們發現，有些成績相對較差的學生在程序編寫速度、錯誤的判斷及所展現出的求知欲超出了教師的意料，學生的自信心得到了空前的提升。

（三）提升了團隊合作精神。結對編程在課堂上的使用，使得學生之間隨時、隨地開展合作成為可能。傳統教學中，學生們在課堂上的任務主要是認真聽取教師的講授，而課下合作的意識也不是十分強烈。而在結對編程的翻轉課堂的模式中，為了解決一些問題，同一組兩個不同的學生間或不同組之間的溝通需求變得越來越強烈。這種合作模式促進了學生們深入理解、運用所學知識的能力；同時，共同的目標、共同的努力以及成功所帶來的滿足感將會深化學生對開展團隊合作重要性的認識，對于培養學生良好的協作精神與溝通協調能力具有重要的推動作用。

（四）促進學生創新能力的提升。結對編程的翻轉課堂教學通過改變“教”與“學”在教學過程中的比重，強調學生的認知主體地位，注重“自主獲取、自主探索、自主發現”能力的鍛煉，通過學生與教師、學生與學生間的交流互動，將會有力促進學生創造與創新性思維的發展。

四、實施過程中可能會面臨的一些問題

（一）對任課教師提出了更高的要求。翻轉課堂順利實施的前提是課前為學生準備豐富教學素材，因此，教師需要花費大量的時間與精力去準備視頻和課堂資料，這無疑增加了教師的備課負擔。另外，為了保證教學效果，大多數學生在進行團隊編程時需要教師的密切監控和監督，因此，教師必須確保團隊在結對編程會話中要按預先設定的規則與目標去執行編程工作。有些個性較強的學生會忽略小組的另外一名成員，而進行獨立代碼編寫，這種情況下，教師應立即進行干預才會起到真正的教學效果，這同樣也增加了教師在課堂上的教學壓力。另一方面，在課程開始前，如果學生沒有觀看視頻或做其它相關課程準備，編程教學將會很難實施。為了避免這種可能發生的情況，我們在視頻后專門設置了自測試環節，然而，這種做法依然難以從根本上解決這一問題。我們通過對學生的調查發現，實施結對編程的翻轉教學中最大的障礙是心理上的問題：將傳統授課模式轉換成翻轉課堂授課模式做法本身就是一種新的挑戰，而這種挑戰必然帶來學生甚至包括部分教師在內的教學要素的變革，這種變革會使得大家本能地產生一些抵觸情緒。因此，如何提高對翻轉課堂有益性的認識并獲得大家的認可，也是任課教師需認真考慮的一項長期工作。

（二）學生的理論學習難度增加。在傳統的課堂講授式授課模式中，由于教師與學生面對面，因此，在講授過程中，當學生發現問題時，可以及時反饋給教師，而教師也可以有針對性地進行解答。在翻轉課堂中，基礎理論學習是通過視頻完成的，當學生在學習過程中碰到問題時，往往不能及時解決。隨著時間的推移，學生們解決問題的愿望也會變得越來越弱，甚至不再想解決。為了改變這種狀況，有的學生提出希望教師能夠提供視頻講座中使用的補充材料，如源代碼和幻燈片等，我們認為這確實是一種很好的方案。另一個建議是把每個視頻的長度限制在10分鐘以內，同時配以更加精簡的學習目標，讓學生學習的目的性更強。雖然上述方法可以在一定程度上緩解學生學習壓力，但難以從根本上解決問題。因此，尋找一種更有效的實時解決問題的方式，降低學生的學習難度是一件值得深思的事情。

（三）課堂組織形式需多樣化。目前，課堂主要以結對編程為主要實施形式，課程后期，當有些學生的新鮮感消失時，他們對課程的參與度明顯下降，表現為：編程效率不高、溝通交流減少、對錯誤發現速度變慢等。為了改變這一情況，保持課堂組織形式的多樣化將有利于提高學生的學習興趣。首先，在編程的難度上要逐漸提高。隨著學生掌握的知識越來越多，基礎越來越扎實，一些簡單的程序對他們已經沒有太大的挑戰性，因而，很容易滋生驕傲情緒。逐漸加大編程難度與綜合度，讓學生不停地去發現并解決一些新的問題，這將有利于調動學習積極性與主動性，培養創新能力。另外，可以在結對編程的基礎上，適當地開展一些編程競賽和小游戲，對于促進學生間的協作，提高學習興趣也是一種可行的嘗試。

五、結語

基于結對編程的翻轉課堂教學模式對傳統《匯編語言程序設計》課程教學提出了一種新的思路。課程視頻不僅可以使學生充分地準備課堂內容，教師在課堂授課重心的改變意味著他們有額外的時間給學生開展更有用、更有吸引力的學習活動；而且還可以使那些基礎較弱但勤奮的學生能夠以自己的方式進行學習，使他們也能夠像優秀的學生一樣在課堂中表現出充分的自信。另一方面，結對編程活動的開展，使學生間有了更多的互動和學習的機會，這將有利于提高學生團隊合作意識。總的來說，該翻轉教學模式能夠使學生以更高的熱情參與到教學活動中來，教師將從傳統教學方法中知識的講授者轉變為翻轉課堂中學生的輔導者與合作者；結對編程的具體實施，對提高學生學習方動性與創新性也起到了重要的促進作用。

參考文獻：