软件开发类课程翻转课堂教学模式研究

曾明星， 周清平， 蔡国民， 王晓波， 颜一鸣， 黄 云， 杨燕萍

(吉首大学 软件服务外包学院，湖南 张家界 427000)

0 引 言

软件开发类课程内容多、学时少、理论抽象、实践性强[1]。传统教学模式重理论讲解，轻实际操作，理论脱离实际，产学脱节，学生难于理解，很多软件工程专业学生遇到困难后容易产生畏难情绪[2-3]，学生的学习积极性、主动性低，培养质量差，难以满足用人企业的要求。在软件开发类课程教学中运用翻转课堂教学模式，学生课前自主学习理论，课堂开发、研讨真实企业项目，所有学生获得个性化教育，大大提高学生的实践操作能力、创新能力，实现高校人才培养与企业需求的无缝对接。

1 翻转课堂的内涵、应用与研究现状

翻转课堂(Flipped Class Model)又称为“反转课堂”，是学生晚上在家观看教学视频、完成知识学习，而白天在课堂完成作业与知识内化的一种教学形态[4]，与传统的“老师白天在教室上课、学生晚上回家做作业”的方式正好相反的课堂模式[5]。翻转课堂具有以学生为中心、学生自主学习、师生互动、教师成为导师、直接指导和建议式学习混合、缺席学生不会被落下功课、教学内容永久保存、所有学生参与学习并获得个性化教育等特征[6]。2007年，美国柯罗拉多州Woodland Park High School的两位化学老师乔纳森·伯尔曼(Jonathan Bergmann)和亚伦·萨姆斯(Aaron Sams)提出了翻转课堂理念，并且在教学中采用了这一模式，发现用这种方法取得的教学效果远比传统方式的效果好得多[7]。两位教师的实践引起越来越多的关注，这种新型教学模式在北美乃至美国中小学教育中深受欢迎并快速推广，世界各地的许多教师也采用这种模式教西班牙语、科学、数学，并用于小学、初中、高中和成人教育[8]。2011年重庆市江津聚奎中学和广州市海珠区第五中学相继实施翻转课堂教学模式并获得了成功。重庆江津聚奎中学随机选取两个实验班，在语文、数学、英语、物理、化学等8门课程开展翻转课堂实验，问卷调查显示：82.9%的学生比较喜欢或非常喜欢，88%的学生认为提高了学习积极性，88.9%的学生认为增强了学习信心，88%的学生认为知识要点更易理解，99.6%的学生认为帮助自己做好笔记，63%的学生认为作业完成质量更好，100%的教师接受这种教学模式[9]。

国内学者对翻转课堂的研究逐渐增多，杨刚、杨文正介绍了美国十大“翻转课堂”案例；曾贞探讨了反转教学的特征、实践及问题，认为反转教学是有目的地运用技术，探索个别化教学的成功范例[10]；张金磊、王颖等在对国外教学实践案例研究的基础上，构建出翻转课堂教学模型；朱莎、宋化民探讨了翻转课堂在农民科技培训中的应用；马秀麟、赵国庆对大学信息技术公共课翻转课堂教学进行了实证研究，认为课堂讨论对知识内化有帮助，对于大学信息技术公开课具有潜在优势[11]。张金磊、张宝辉提出了基于游戏化学习理念的翻转教学模式，以更好地促进翻转课堂在教学实践中的应用。当今对翻转课堂教学模式的研究与应用主要集中在中小学教育，在普通高校尤其是针对软件开发类课程的研究与应用成果较少。

2 运用翻转课堂教学模式的可行性

2.1 软件开发类课程的强实践性

软件类课程可分为专业基础课程与软件开发课程，C语言、数据结构、操作系统、数据库原理等属于专业基础课程，面向对象程序设计、Web程序开发、软件工程、Java程序设计、JSP等为软件开发课程。这两类课程具有很强的实践性、工程性[12-13],尤其是软件开发类课程，更强调动手与实践，解决工程问题[12]。软件开发类课程理论与实践相互关联[2]，学生难以靠听讲软件开发理论学会开发一个真实的软件，而是在“动手做”和“真正练”中体会和掌握软件开发的思想[14-15]。软件开发类课程传统教学重理论、轻实践，“学”、“用”脱节[16]，学生缺乏学习的动力与兴趣[15]。而项目教学法、研讨式教学法是软件开发类课程较为合适的教学方法，有利于培养学生学习的兴趣、主动性和实际动手能力[2]。翻转课堂把学生掌握知识的作业过程转变为课堂上交流学习成果、从事科学实验、项目协作探究、完成课堂作业的过程[9]。翻转课堂模式强调任务驱动、问题导向，本身是一种基于项目的学习[9]。美国德克萨斯州教师布雷特·维廉认为，由于翻转课堂的实施，带来了课堂时间的增加，教师与学生有大量的时间进行增强性的课堂活动，如讨论、实验、互动和基于项目的学习[17]。因此，翻转课堂广泛采用的研讨式、项目驱动式学习教学模式与软件开发类课程的强实践性要求极为吻合，有利于提高软件开发类课程的教学效果。

2.2 教学资源与学习条件

首先，翻转课堂的实现离不开教育技术与信息技术的发展，而目前普通高校都开通了互联网，配备有现代化的教学设施，有些学校甚至和英特尔、Google等知名IT企业在移动终端、电子书包、云计算等多个领域进行了合作，并逐步形成气候[18]。其次，从事软件开发类课程的教师在信息技术领域有一定的研究，能够胜任信息技术资源的开发与利用、软件开发教学资源的设计、制作与发布等任务，部分教师甚至是教育技术领域的专家[11]，开发教学资源的条件具备。第三，非计算机类大学生的电脑持有率达88%[19]，计算机相关专业的大学生更高，接近100%，能满足学生的学习条件要求。

2.3 学生信息类工具的应用能力

早在1984年2月16日，邓小平同志说过：“计算机的普及要从娃娃抓起。”我国《中小学信息技术课程指导纲要》要求中小学生了解和掌握信息技术基本知识和技能，通过信息技术课程使学生具有获取信息、传输信息、处理信息和应用信息的能力。目前，大部分中小学都开设有计算机应用课程，进入大学以后都已经掌握了一定的信息技术能力，能够熟练地使用Windows 系统与网络工具，操作各种多媒体资源。计算机或软件工程相关专业大学生从大一开始就学习软件开发专业基础课程，因此，对于计算机类相关专业的大学生来说，信息类工具的应用能力已完全具备。

2.4 学生的自主学习能力

自主学习是指学习者在总体教学目标的宏观调控下，在教师的指导下根据自身条件和需要制定并完成具体学习目标的学习模式[20]。常宝英实证研究表明，大学生能主动完成学习任务的约占64.13%，被动完成学习任务的占22.34%，有13.53%的学生要视情况而定[21]。说明大部分学生具备了一定的自主学习能力和自我约束能力，能够按照教师的要求开展自主学习。尽管有部分学生的自主学习能力不强，但在优秀学生的带动与教师的引导下，能够胜任大部分知识的自主学习[11]。人的自主学习的程度随着年龄增长、经验积累、知识智能逐步提高、文化程度提升而不断提高[20]。国内外诸多中小学实行翻转课堂教学模式的成功经验表明，中小学生的自主学习能力能满足要求，大学生自主学习能力更强。

3 软件开发类课程翻转课堂教学模型

软件开发类课程教学适合于采取以项目开发过程为主轴的教学方式，按项目的构建过程为线索安排教学步骤，整个教学过程由项目任务来驱动，以一个小而完整的软件开发项目贯穿于整个课程教学过程的始终[22]，基础理论知识的讲授围绕项目开发需求来组织、展开。如图1所示，软件开发类课程翻转课堂教学模型主要由课前视频学习、课堂训练内化、课后固化三个相互关联的过程所组成：

图1 软件开发类课程“翻转课堂”教学模型

3.1 课前视频学习

课前视频学习是课堂训练内化的基础知识准备阶段，学习效果的好坏直接影响课堂训练。首先，教师根据本课程的特征、教学目标与知识体系要求挑选软件开发项目，安排教学活动，按照“反工艺”顺序的思想，以项目开发过程与需求为中心，设计每一堂课的基础理论知识点与训练习题。然后，教师将理论知识制作成精简视频并上传至云计算网络教学平台，布置学生课前观看教学视频并完成知识点的训练与测验。

学生按照教师布置的学习任务，结合个人需要自定进度、节奏、速度与方式自主学习。基础好的学生可以加快学习，基础差的学生可以放慢进度或重复观看视频反复学习。教师在知识点讲解之前设计问题，让学生带着问题观看视频并在其中寻找答案，在每个知识点讲解播放结束之后，学生完成教师布置的训练题，测验结果通过网络系统即时反馈给学生，学生会产生很多疑问，然后学生对训练结果与疑问进行整理，带进课堂向教师提出质疑或者通过云计算网络教学平台与教师进行交流。

3.2 课堂训练内化

3.2.1设计课堂活动

翻转课堂成功的关键在于通过组织课堂活动完成知识内化的最大化[5]。对于软件开发类课程的课堂教学，教师围绕软件项目开发的可行性、需求分析、总体设计、详细设计、编码、测试、运行与维护等全过程设计课堂活动。不同软件开发类课程有不同的要求与侧重点，课堂活动的设计必须满足该课程目标。根据软件项目训练完成的工作量与时间长短，课程目标可以分为学期目标、单元目标、课时目标[23]。学期目标是指贯穿于整个学期中的课程项目目标，它基本覆盖了该课程的主要知识体系，需要完成一个完整的项目才能实现。单元目标和课时目标是学期目标在时间与空间上的分解。单元目标是学期中一个完整项目中的子项目或分项目目标，涉及软件开发过程的一个或几个环节。课时目标是子项目或分项目中的一项或几项任务，也是每次课或每节课应达到的教学目的，一般只涉及项目开发全过程中的某一个环节。不同软件开发类课程涉及项目开发环节也不一样，应有重点地选择、设计其软件开发环节与课堂活动。

3.2.2进行课堂训练

首先，教师针对学生课前提出的问题答疑解惑，或者根据学生课前理论知识测试的反馈情况，有针对性地讲解相关知识点。然后，教师按照预先设计的课堂活动，简单介绍课时目标，引导学生了解项目课时目标与任务。第三，模拟企业项目开发小组组建学习团队，4～6人组成一个项目开发小组，每小组推选出一名组长。项目组长负责任务分配、进度跟踪和质量监控，教师抽查各组进度状况。组长组织成员进行软件需求分析、系统设计、编码、功能测试等工作，成员分工协作，既可独立完成某一新知识型任务，也可以协作探究，共同完成某一相对复杂的任务。在项目训练过程中，学生体验、感受和领悟新知识，遇到问题可以相互学习、共同研讨的方式解决，也可以与教师进行一对一或是一对多的交流，对于学生存在的共性问题，教师可以统一示范，集体解决。教师在回答学生问题并适当点拨理论知识的同时，不断引导学生思考更深层次的问题。这样，学生在“训练—研讨—创新—提问—点拨—再训练—再创新”的过程中不断提到提升。课堂经过翻转以后，增加了师生和生生之间的互动和个性化的接触时间，教师不再是高高在上的圣人，学生也不再是为命是从的信徒，课堂成为学生进行项目训练、解决问题的场所，学生在“做中学”中理解与应用理论、学习理论，最大限度地完成知识内化。

3.2.3提交活动成果

每一次课结束以后，学生将以小组名义提交活动成果，当完成软件开发训练过程的一个环节时，输出项目开发文档。所有活动成果或开发文档通过云计算网络教学平台提交，教师对学生完成课时目标与单元目标的情况进行即时总结、评价，并安排下一次课的学习内容。

3.3 课后固化

课后，每个学生重温项目训练过程中出现的错误与创新，对教师在课堂上的总结与评价进行回顾与反思，检查、修改已提交的文档，还可以通过云计算网络教学平台重新提交，温故而知新。

4 软件开发类课程翻转课堂构成要素

4.1 网络教学平台

课前学生视频观看、训练与测验、学生管理与监控、学生学习状态信息的获取、师生交流、课堂学生软件开发与文档提交、学生成绩评定等都离不开网络教学平台。为了降低学校固定资产投资与运行成本，减轻学生负担，为师生提供方便，需要建立云计算网络教学平台。翻转课堂云计算教学平台框架如图2所示，在云计算环境下，将学生课前与课堂管理、软件开发过程管理、视频资源管理、师生交流管理等管理子系统封装成“云服务”，也可以将软件开发环境、云教材、云项目、教学视频、课件、课前训练、开发工具等各种教学资源封装成“云服务”向资源的开发与使用者提供，提高教学资源的利用率[24]。用户无时空限制，通过采用手机、PDA 或平板电脑等终端设备登陆云计算教学平台。

教师通过登陆云计算教学平台开发或安装视频数据库管理软件、视频数据查询下载系统、视频素材加工

图2 翻转课堂云计算教学平台框架

和播放等软件，上传视频资源、课件、训练题等教学资源，也可以直接在云中开发教学资源、学生课前训练与测验系统，监控学生课前训练情况。学生可以登录到云计算教学平台课前管理子系统观看教学视频、进行在线练习并测试，检验学习效果，还可以进行课程资源的浏览和学习，建立自己的学习资源库和学习计划，保存常用的学习资源，进行长期持续地学习。教师可以在云中直接建设软件开发环境，学生可以在云中直接开发真实项目，学生开发的过程与文档通过云计算学生课堂管理子系统输出，教师可以监控、评价学生课堂训练情况，学生对学习中遇到的问题可以通过教学平台及时与教师进行交流。学校管理员主要管理各种云服务的整体运行、使用权限、资费及各类用户信息等。教师主要在“云”中进行资源的开发、补充、修改、维护及进行学生指导与管理，学生主要在“云”中进行项目训练、学习理论知识、体验企业工作环境，校企合作企业在“云”中建立真实项目库，并配合学校对项目进行可教学化改造。

4.2 视频讲解

视频内容不但要与课时目标、课堂训练内容高度相符，这是翻转课堂课前理论学习的基本要求，而且要求简明、清晰、到位地解释新知识点，具有逻辑性、层次性、递进性，同时要注意讲授节奏、选取的例子、互动策略[25]。建构主义学习理论认为，人对知识的接受是运用原有知识对新的知识的理解和建构，因此，形象直观、声情并貌的情境式教学是促进学生理解、认识和感受新知识最好的方法与手段。在翻转课堂中，学生基础理论知识的学习主要通过观看教师提供的网络教学视频来完成，视频的视觉效果、互动性、时间长度等对学生的学习效果有着重要的影响[5]。通过采用文字、语言、声音、动画、影像等多种多媒体形式来表现和完成教学活动，教学视频更具情境性，呈现的知识信息内容是多维、立体、动态的，让人的视觉、听觉、动觉能力协调配合，学生参与学习，激发兴趣，增加理解深度，从而提高学习效率[26]。美国明尼苏达州斯蒂尔沃特市石桥小学实施翻转课堂，学生每次观看视频的时间为10 min～15 min[17]。大学生观看视频时间长度也不宜过长，视频制作必须简洁，一般每45 min的课堂训练配制20 min左右时长的视频较为合适。视频播放应具有速度调整及可重复的功能，以适应不同基础程度学生的学习。

4.3 课堂活动

教学内容在课外传递给学生以后，课堂内更需要高质量的学习活动，让学生有机会在具体环境中应用所学知识。美国印第安纳州波利斯市圣托马斯?阿奎那天主教学校教师卓伊说[17]，“大多数人把主要精力集中在视频制作，但实际上，最重要的是在课堂上，你如何来支配增加的自由时间。”软件开发类课程翻转课堂以真实软件项目开发为核心，综合运用专题研讨、竞争、评比与交流等课堂活动，充分发挥学生的主体性，完成对课前所学知识的内化与提升。

4.3.1项目训练

项目的选择要来源于真实企业的真实项目，有校企合作企业专家的参与，从学生实际情况出发精心挑选，难度要适中，还要考虑学生兴趣、爱好、认知特点。项目训练采取小组协作开发与个人探索相结合的方式，互相激励，主动参与，建构个人的知识，同时实现个人与小组的目标。

4.3.2专题研讨

教师根据项目实施的难点、课程目标、学生观看教学视频及课前训练中存在的问题，总结出一些有探究价值的问题并组织专题研讨。项目小组通过采用集体训练、独立思考、共同分析、协作探究等手段从事意义建构。教师构建、引导学生进入更高研讨境界的课堂教学程序：突出关键点、形成关注问题、激发扩散思维、树立批判意识[27]。让学生在思想碰撞、迁移、联想中激发智慧，形成解决问题的信念、方法和毅力。

4.3.3竞争

教师建立小组竞争机制，展开各组之间的竞争。各小组的开发过程通过云计算教学平台对其他组开放，各组成员可以随时了解其他组的开发进度、质量控制、团队协作等过程信息，形成企业竞争氛围，促进各组项目顺利完成，同时，培养学生危机感，树立竞争理念。

4.3.4评比与交流

单元目标与学期目标完成以后，各组展示软件产品，学生互评，老师评价。一方面，享受成就，交流经验，深化学习成果；另一方面，提高沟通能力。

课堂活动要求教师善于策划协作探究的主题，指导而不是直接要求学生怎么做，善于观察、总结、组织交流讨论，善于激发学生的探究热情[9]。翻转课堂丰富多彩的课堂活动让所有学生都有事可做，大家“动”起来、“忙”起来、“想”起来，人人都主动学习。

4.4 课程资源

根据我国《教育资源建设技术规范》，教学课程资源分为媒体素材(文本类素材、图形图像类素材、音频类素材、视频类素材、动画类素材)、试题库、课件与网络课件、案例、文献资料、常见问题解答、资源目录索引、网络课程八类[28]。软件开发类课程翻转课堂课程资源可以分为以下几类：

(1) 基础理论学习资料。基础理论学习资料以教材、讲解视频、课件为主，参考资料、案例为辅。对于网络教材、视频、课件最好具有互动性。如加州河畔联合学区采用了基于iPad的数字化互动教材，这套用于试验的代数1的互动教材由专门的教材公司开发，里面融合了丰富的媒体材料，包括文本、图片、3D动画和视频等，还结合了笔记、交流与分享功能，与其他自备视频和教学材料的翻转课堂相比，互动教材更节省教师的时间，更吸引学生沉浸其中[17]。

(2) 课堂训练资源。课堂训练资源主要包括：软件开发环境；企业实际软件项目库、案例库；实训教材；软件开发专用技术资料；重点、难点讲解资料及相关文档、模版等。软件开发环境主要指进行软件开发的各种技术和软件工具，还包括相关的帮助文档、开发文档，软件开发环境应该符合IT业界使用的主流技术和开发工具。

(3) 课外训练资源。一是课前视频理论学习相配套的训练题，二是学生自主训练小案例、微型项目。教师需要在云计算教学平台中建立试题库，对于客观试题，云计算系统要能自动评定答案，并能统计反馈。

(4) 教学指导文件。为了增强教师教学与学生学习的计划性与目的性，在教学平台上需要设置教学大纲、教学安排与日志、教学要求及方法、项目开发计划等教学指导性文件。

4.5 翻转课堂运行机制

实施课堂的翻转变革，对于已习惯了传统教学的教师，现在要求他们精心设计课堂活动，制作精简视频，开发教学资源，为学生构造一个适合自主学习、能够便捷获取学习资源的虚拟学习环境，不但大大增加了前期工作量，而且对教师提出了较高的要求[11]。对技术使用在教学中的比重及其评价问题让不少教师对反转教学中教师的作用产生了诸多疑问[10]。个人“惰性”与习惯思维将增加推行翻转课堂的阻力。同时，如果放松学生的管理，对于自主学习能力较差的学生由于缺乏教师的当面监督，将由过去的被动学习变成现在的完全不学习，如果疏于课堂活动的设计，课堂时间不能得到充分利用，也就不能实现翻转课堂研讨与实践所带来的“吸收内化”的良好效果。因此，翻转课堂每一个环节都很重要，需要建立良好的管理机制，从制度上根本保障翻转课堂的良性运行。

(1) 改进学生评价机制。由过去以理论成绩为主的应试教育评价机制转变为综合考虑理论成绩、团队协作、实践能力、创造能力、职业素养等多角度的素质教育评价机制。

(2) 改革教师评价机制。很多高校通常的做法是组织专家及学生对教师的课堂授课水平进行评分，以评判教师教学质量的高、低。但教师课堂授课水平高低并不能代表学生学习的效果，更不能代表学生能力的培养。教师的评价机制变革应以学生评价机制改革为基础，建立既重视视频教学效果、教学资源开发、课堂活动组织、学生监控管理等的过程评价，又重视学生能力提升的结果评价的综合评价机制。

(3) 建立激励机制。首先，对于采用翻转课堂模式教学的教师，因为前期工作量显著增加，教师将付出更多的劳动，学校应进行一定的补偿；其次，根据新建立的教师评价体系对教师进行公平公正的评价，评价结果与教师收入紧密挂钩，充分地调动教师的工作积极性。

5 结 语

翻转课堂实现了传统课堂中知识传授与知识内化的颠倒，真正体现“以学生为中心”的教育理念。翻转课堂适合于软件开发类课程教学，软件开发类课程翻转课堂教学模型可以分为课前视频学习、课堂训练内化、课后固化三个关联阶段，由云计算网络教学平台、视频讲解、课堂活动、课程资源、运行机制等五大要素所组成。建立云计算网络教学平台，就是用科技颠覆教与学，很好地实现课堂翻转。

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