翻轉課堂在軟件工程實驗教學中的應用研究

周晶平，劉晶，徐科

（中南民族大學計算機學院，武漢430074）

0 引言

翻轉課堂（Flipped Classroom）是將傳統的課堂教學結構翻轉過來，讓學生在課前完成知識學習，在課堂上完成知識的吸收與掌握的一種新型教學模式[1]。自本世紀初該教學模式被首次提出以來，就被廣泛地應用在美國的課堂教學中，并產生了一系列的研究成果，被加拿大的《環球郵報》評為2011 年影響課堂教學的重大技術變革。國內，自2012 年，翻轉課堂這一新型的教學模式逐漸受到一批學者和教育實踐者的關注，有學者開始將翻轉課堂與項目式教學結合，試圖構建全新的教學模式，目的是用翻轉課堂的優勢去彌補傳統的項目式教學中存在的弊端。例如，宋朝霞等嘗試構建了基于翻轉課堂的項目式教學模型，并應用于《數控機床故障診斷與維修》課程中[2]，張超將此模式應用于《非線性編輯與視頻特技》課程[3]，但這些研究都是將這種新型的模式應用于一些操作性與實踐較強的課程[4]。本文將翻轉課堂應用于軟件工程實驗教學，軟件工程是一門具有較強的理論性與實踐性的課程，軟件工程實驗要求學生運用軟件工程的思想和方法以團隊的形式完成一個軟件系統的開發。在分析了軟件工程實驗教學中存在的問題的基礎上，構建了基于網絡的實驗教學開放環境，設計了基于翻轉課堂的項目式實驗教學模型與教學評價方法，并將該模型應用于軟件工程實驗教學。從應用情況看該模型對調動學生學習的積極性和主動性，有效利用課堂時間，提高實驗教學質量具有重要作用。

1 軟件工程實驗教學中存在的問題

中南民族大學軟件工程實驗的教學目標是通過實驗加深學生對軟件工程的原理、方法和技術的理解，通過團隊協作的方式解決實際問題，提高學生處理復雜軟件問題的能力。軟件工程實驗采用項目式教學方法，項目式教學方法的主要特點是在教學中將課程培養目標分解成若干具體可實施的教學任務，形成有時間、資源限定的、目標明確的項目，進而通過實施項目來完成教學任務、實現課程目標[5]。項目式實驗教學方法如圖1 所示。

在軟件工程實驗教學中，按照軟件開發過程分為實驗準備、需求分析、概要設計、詳細設計、編碼、測試等幾個教學項目進行教學，每個教學項目的課堂教學時間為2 學時。教師首先對實驗內容的重點、難點進行講解，學生完成實驗，最后對實驗進行評價。但項目式實驗教學在具體的課堂應用過程中還存在一些需要解決的問題。

（1）項目式教學內容多，課堂時間不夠。由于課堂教學內容多、課程容量大，學生基礎不一樣，要在課堂內完成所有的教學內容時間緊張，常常不能在課堂上完成項目評價。

（2）學生之間、師生之間缺乏交流。項目式教學不再以教師為中心，強調學生自主學習，討論互動是項目式教學的一種重要環節。由于課堂時間少，教師與學生之間、學生與學生之間沒有太多時間進行交流討論互動，教師也無法兼顧不同層次的學生。

（3）沒有充分調動學生的積極性、利用課前預習時間。項目式實驗教學要求許多教學內容在課外完成，由于缺少交流平臺，缺乏考核機制，學生不能充分利用實驗前的預習環節完成實驗準備，學習情況不能及時反饋給教師，教師也不能及時的指導學生。

為了解決上述問題，改革傳統的項目式教學方法，將翻轉課堂引入軟件工程實驗教學。讓學生在課前利用現代化教學手段完成學習任務，將課堂時間用于學生對知識的吸收內化。

2 翻轉課堂教學模式的特點

翻轉課堂教學模式的思路是把傳統的學習過程翻轉過來，形成一種“學習知識在課外、內化知識在課堂”的新型教學結構。知識傳授通過信息技術的輔助在課前完成，而知識的內化則在課堂上經教師的指導與學生的協助而完成。課堂變成了教師與學生之間互動的場所。翻轉課堂具有以下基本特征[6]：

（1）翻轉課堂使得教師從傳統課堂中的講授者變成了學習的促進者和設計者。教師不再是課堂的中心，而成為課堂的“導演”，統籌布局，讓學生成為焦點。

（2）翻轉課堂使學生真正成為了學習的主體。借助于豐富的網絡資源，學生可以根據自身的實際情況自由安排學習時間、學習地點和學習內容；可以增加學生的交流合作，讓學生在合作中完成學習任務。

（3）翻轉課堂增加了教學活動的互動性。與傳統課堂是由教師統一講授教學內容不同，由于學生可以在課前通過觀看教學課件的形式完成知識傳授，課堂上，教師就可以有更多的時間與學生互動。

3 基于翻轉課堂的項目式教學模型設計

美國富蘭克林學院的Robert Talbert 教授經過多年翻轉課堂教學模式的經驗積累，總結了翻轉課堂實施結構模型[10]，如圖2 所示。

圖2 Robert Talbert的翻轉課堂結構圖

該模型簡要地描述了翻轉課堂實施過程中的重要環節。根據項目式實驗教學的特點和教學過程及該翻轉課堂的基本教學結構，構建了基于翻轉課堂的項目式實驗教學模型，如圖3 所示。

圖3 基于翻轉課堂的項目式實驗教學模型

在該模型中，信息技術和活動學習是翻轉課堂學習模式的兩個關鍵的組成部分，它們共同影響著學生的個別化學習環境，使學生在課堂之外能夠自主學習，在課堂內能夠協作學習[7]。

（1）課前活動

①教學準備。根據教學大綱適當地選定教學項目，編寫任務書，并根據教學項目收集教學資料。

②資源開發。幫助學生在課前完成自主學習，教師需要向學生提供優質的學習資源，這些資源包括教學視頻，學習資料及學習資源。

③自主學習。學生根據課程要求組成項目小組，項目小組對項目進行初步討論，進行任務分工。每個同學要明確自己的任務以及與組內其他同學的合作關系。學生根據項目研究的需要，自主學習掌握相應的理論、方法、技術和計算機軟件。

④協作學習。項目小組利用信息技術研討項目，。如果小組存在不能解決的問題，可以尋求其他小組的幫助，也可以邀請教師參加小組討論，并在規定時間拿出解決問題的初步方案和建議。

（2）課堂活動

①課堂講授。教師根據學生反饋的情況和暴露的問題，依據學情和經驗優化課堂講解內容，對學生感到疑惑的知識點以問題的形式進行針對性的討論答疑。

②課堂交流。在教師的主持下，各項目小組選出代表將本組項目的研究成果在課堂上進行交流。組內的其他同學可以補充，其他小組的同學可以提出自己的意見，相互啟發，相互學習。

③協作探究。各項目小組認真分析和討論教師和其他小組的同學提出的意見和建議，進一步改進和完善項目研究，并將最終成果提交給教師。

④教學評價。教師及各項目小組對實驗進行評價，評價內容包括課前的自主學習、協作學習情況，課堂的交流討論、協作探究情況。

4 翻轉課堂在軟件工程實驗教學中的實施

4.1 實驗教學組織

軟件工程實驗要求學生以小組的形式完成一個軟件系統的開發。所開發的系統可由教師提供，也可由學生自己選擇，但要求符合教學目標。學生自愿組建團隊（通常有4-5 人組成），組長負責組內分工協調與組內考核。按照開發過程將實驗分為實驗準備、需求分析、概要設計、詳細設計、編碼、測試等六個教學項目進行教學，每個教學項目的課堂教學時間為2 學時，要求學生按時完成教學項目，并最終完成軟件項目開發。

4.2 個性化協作式學習環境的構建

在翻轉課堂中，技術工具和信息資源是學生學習的基礎。個性化協作式學習環境能夠幫助學生通過教學指導和技術工具進行自我組織的探究性學習，教師能夠幫助學生完成自主學習，學生之間能夠進行協作學習。軟件工程實驗的個性化協作式學習環境包括兩部分，一是利用學校提供的網絡課程平臺建立網絡課堂，實現教學資源共享和日常課堂管理。二是建立QQ討論群，QQ 群是在騰訊QQ 基礎上推出的多人交流系統，是學生常用的聊天、交流工具。軟件工程交流群圍繞教學項目，討論和解決學習中遇到的各種問題。

4.3 實驗評價

基于翻轉課堂的項目式實驗教學采用“全程化”的實驗評價方法，即在整個實驗教學活動中按教學單元（項目）評定學生成績，將實驗評價擴展到整個實驗，實驗成績為各個教學項目成績加權之和。

實驗考核由教師和學生共同完成。學生考核分為兩部分，一部分是團隊對項目成果的自評；另一部分是考核每位同學對團隊成果的貢獻情況，考核包括每位同學對所分配任務的完成情況，通過QQ 群或網絡課堂進行問題交流的次數、課堂教學參與討論的情況等。教師主要考核學生知識應用能力和動手能力，小組考核成員對項目的貢獻情況。教學項目考核結構如圖4 所示。

圖4 教學項目考核結構圖

5 結語

項目式教學方法是許多高校在軟件工程實驗教學中采用的方法，項目式教學方法通常需要更多的教學時間，由于課堂教學時間的限制，影響了教學方法的實施及教學效果。翻轉課堂是將傳統的課堂教學結構翻轉過來，讓學生在課前完成知識學習，在課堂上完成知識的吸收與掌握的一種新型教學模式。將翻轉課堂應用于項目式實驗教學，構建了基于網絡的實驗教學開放環境，設計了基于翻轉課堂的項目式實驗教學模型與教學評價方法。將該模型應用在中南民族大學軟件工程實驗教學中，能有效利用課堂時間，調動學生學習的積極性和主動性，提高實驗教學質量。在教學中也認識到要取得良好的教學效果，需要做到以下幾點：第一，基于翻轉課堂的項目式實驗教學改革是一項復雜的教學工作，需要增加教師和學生的精力與時間，需要教師在教學中堅持不懈。第二，課前活動的組織與管理很重要，應要求學生高質量的完成學習任務，否則會增加課堂教學壓力，影響教學效果。第三，每個教學項目完成后，要及時進行教學評價，這樣才能調動學生學習的積極性。