基于PBL的翻转课堂教学模式在计算机实践类课程中的应用研究

李淑敬，李林国

（阜阳师范学院信息工程学院，安徽 阜阳 236041）

1 前言

随着慕课、小规模限制性在线课程在教学中的不断应用，现代计算机类本科教学面临重大变革[1]。基于传统灌输式教学模式的缺陷，许多新型教学方法在相关课程的教学中不断涌现，PBL（Problem Based Learning）教学方法是一种重要的教学模式改革方向。该教学方法由二十世纪六十年代美国神经病学教授Barrows 首次提出[2]。它以问题驱动模式为主体，将教学内容细化为多个重点和难点问题，使学生在解决和分析问题的同时，提高其自主学习的能力和水平。

翻转课堂(Flipped Classroom)是学生在教师引导下在课前观看和学习相关课程视频，然后授课过程中，教师和学生根据视频要义进行深入分析和讨论。相关视频内容需教师在课前根据课程大纲录制完成，且需要目标明确、内容精炼[3]。视频内容需要经过充分凝练，一般情况下视频时长为10～20 分钟。学生通过观看视频学习课程的基本理论知识或原理方法，在此基础上，将课程剩余时间对相关内容进行消化吸收，并通过师生和学生之间的互动提高对相关知识点的理解和掌握。在具体教学过程中，教师可以根据实际情况对视频内容进行扩展和补充，并及时解决学生提出的相关问题。翻转课堂强调学生的主体地位，增强学生学习的主动性和能动性，强化学生对重点和难点内容的掌握程度。

计算机实践类课程注重培养学生的动手和独立思考能力，它是高校培养计划中不可或缺的组成部分，主要包括实验实训课程、实习、见习、毕业设计等。它们既是理论课程的有效补充，也是培养学生掌握实践技能，提高学生工程素养、创新能力及探索精神的重要手段[4]。有助于学生深化理解理论知识，强化就业竞争力。因此计算机实践类课程的特点和性质与PBL 及翻转课堂教学模式极度吻合，是提高计算机实践类课程教学质量和教学效果的有效手段。

为了推动实践教学改革，提高学生适应社会的能力，各级各类高校在教学改革和教学计划修订过程中普遍增加了实践类课程的课程数量和授课学时[5]。在传统理论加上机实践课程的基础上，大部分高校都专门设置了见习周或实践周。在原有教学计划基础上，给学生充分的时间和空间进行实践学习，从而保证实践类课程的教学质量。但是受师资和固有教学模式的限制，高等学校实践类课程的教学效果有限。目前，普遍采用校企合作模式，通过企业或培训机构引入实践教学资源。也有部分高校允许学生到企业参观学习，实际体会相关就业岗位的基本素质要求。在一定程度上培养了学生的适应能力、组织能力、协调能力和分析解决问题的能力。但是这些模式与正常理论教学模式脱节较为严重，高校和企业无法实现无缝链接和沟通，其实际教学效果也有待进一步检验。

基于以上计算机实践类课程现状，本文将探索基于PBL 和翻转课堂的校企合作新模式。在引进企业和培训机构丰富的实践项目的基础上，通过翻转课堂模式，以PBL 教学方法对企业资源进行整合，使学校教育与企业实践进行深度融合，提高计算机实践类课程的教学效果。

2 基于PBL的翻转课堂教学模式框架

计算机类课程对实践能力的要求较高，传统教学都是课堂授课加上机实验教学模式。源于课时数及实践上机资源限制，学生只能在有限的资源和时间内完成最基本的教学任务。在这种教学模式下培养的学生很难适应激烈的就业市场，也不能满足公司和企业对编程人员的要求。因而，编程能力较强学生多数通过课余时间自学来提高自己。随着实践类课程改革，教学计划中将大幅提高实践类课程比例，这为学生提高实践能力提供了便利条件。但是，不同于课堂授课模式，实践类课程在教学内容的深度和广度方面存在明显缺陷。因此，在实践类课程中提高相关课程的全面性和充实性变成了一个难题。而且在实践类课程中，如何提高教师与学生之间的交互也是一个难题。因此本文的基本教学模式框架结构为：通过精心制作的翻转课堂视频进行基础知识的传播，以PBL 教学方法与学生充分互动，在实践类教学中，不断提出问题，解决问题。既能完成教学要求，也能最大化的提高学生的参与度和自主性。

2.1 以项目实战为基础翻转课堂微视频

翻转课堂教学模式的关键是课程相关内容的微视频制作，区别于传统计算机类理论教学，实践类课程一般建立在相关支撑课程基础之上[6-7]。在进入实践类课程教学之前，学生已经较为全面的掌握了计算机基础知识和相关程序语言的语法结构。对计算机操作及编程模式和方法已经有了一定程度的了解和掌握。因此实践类课程所需理论课时较少，以微视频方式进行教学更为恰当。

在翻转式课堂教学中，微视频是课程的基础条件和重要资源，其特点包括：

（1）内容精炼、时长短：微课程是重要和重点知识点的概括和精炼，一般时长不会超过20 分钟。计算机实践类课程一般在专业实验室完成，教学过程中一般以单个实验项目为单位制作微视频，其内容有限，因此更加适合以微视频方式呈现。

（2）主题鲜明、详略得当：基于实践类课程特点，在较短时间的微视频需主题鲜明、详略得当的给出课程内容。使学生在把握关键知识点和关键环节的基础上，对课程所涉及内容有更加清晰的宏观认识。

（3）颗粒化教学、重点突出：每一个微视频资源一般只针对实践类课程的某个环节或某一阶段，整体上以层次性或颗粒化教学内容为单元。这种颗粒化教学单元的设计，使每个课时的教学更有针对性，重点问题的分析更详细、更明确。

以企业或培训机构提供的项目实践资源为基础，微视频制作包括教学内容的设计、涉及知识点的结构和布局、重点和难点问题的剖析等。教学内容设计应紧扣项目主题，通过项目所涉及理论及语言关键点的深入分析和整理，按照逻辑结构和顺序将相关进行重点剖析或提供相关参考资料。在知识点的结构和布局设计中应遵循由浅入深，逐级细化的原则，充分利用语速快慢、声音大小及肢体语言等加深学生对知识的印象。在重点、难点内容剖析时，需充分利用文本、图像、动画等多媒体资源，尽量保证微视频的完整性和生动性。

除了精心制作微视频教学资源以外，翻转式课堂还需要配套详实、完整的教学设计、教学素材、编译环境等辅助教学资源。在实际课堂教学中，将他们以灵活和多态的组织关系和呈现方式，营造一种丰富多彩、生动活泼的课堂环境和氛围。

2.2 基于PBL的翻转式课堂教学

基于问题的教学法[8]主要是以问题为导向，教师引导整个教学过程，以学生为主体，以解决具体问题为目标，根据具体问题有针对性的进行教学。它鼓励学生主动寻找解决问题的方法，从而激发学生主动探索相关问题和知识点的热情。并且在PBL教学方法中，解决问题一般是分组进行的，这也锻炼了学生团队合作的能力，使学生相互学习，互相促进，进而活跃课堂气氛，提高教学效果[9-10]。

根据翻转式课堂教学模式的要求，在计算机实践类课程中，相关问题的设置应该遵循以下原则：

（1）紧扣主题、密切联系知识点：以微视频资源所涵盖的知识点及重点难点问题为基础，由简到繁、循序渐进的设置相关问题。问题应该环环相扣，并形成一个反映主题的完整知识体系。

（2）层次鲜明、难易适中：在分解课程结构的基础上，准确、合理的划分问题层次，并根据学生掌握情况调整问题难易度，提高学生学习的积极性。问题的设置要与学生的生活或兴趣密切相关。激发学生的学习动机,使他们知道通过完成任务得到一个有价值与意义的结果。

（3）激发潜能、有效互动：问题设置过程中要为学生留出创造性空间，引导学生积极提出问题。通过教师答疑解惑，学生分组讨论等方式充分延展问题空间，也需要在实践类项目执行过程中，针对共性问题进一步提出问题、解决问题。

在设置和解决问题的过程中，也应该与企业或培训结构充分沟通，共同制定授课方式和方法，以弥补高校教师在实践操作知识方面的不足。通过一定周期的教学实践，真正实现校企联合，充分发挥各自的优势，提高计算机实践类课程的教学质量。

3 基于PBL的翻转课堂的教学过程设计

在精心设计微课程和相关教学问题的基础上，基于PBL 的翻转课堂的教学过程将首先学习微视频资源，使学生初步了解课程相关知识点及重点、难点内容；然后以问题驱动方法，采用翻转课堂模式，使学生在实践项目执行过程中不断提出问题、解决问题。在强化知识学习的基础上，增强学生的动手实践能力和自主分析问题、解决问题的能力。并辅助以适当的交流和讨论，激发学生的主动性和创造性。

以网络工程专业-中小型园区网络设备配置与管理的实践项目为例，项目根据班级人数，以五人为一组，按照理论课教师和企业人员商定的基于PBL 的翻转课堂教学模式，各组首先由理论课教师引导学习课程相关微视频资源，然后在企业和理论课教师的共同指导下，对该项目相关问题进行分析、讨论和答疑，最后学生进行分组实验。在实验过程中，根据实际操作中出现的问题，由学生主动总结和归纳问题，以翻转课堂的模式分析和解决问题，在这一过程不断重复中完成项目实践。

图1 项目网络拓扑图

在项目实践过程中，学生通过思科公司提供的软件进行虚拟网络的设置，其拓扑结构如图1所示。根据微视频和相关关键问题的介绍，由学生采用了思科私有协议 VTP（VLAN Trunking Protocol），首先创建了VTP 域。在Server 模式的交换机上创建 VLAN 10、20、30、40。然后在 IP 分配完成以后，对路由器、交换机和PC 终端的设备进行详细配置。最后使用EIGRP 协议使全网互通，并通过主机34.34.34.2 可以telnet 所有交换机。

4 基于PBL网络拓扑课程详细构建过程

理论课教师（企业人员）通过微视频的方式讲授网络搭建的过程，重点内容是校园网络设计的总体步骤、过程及每个步骤的注意事项。然后提出问题，让学生构建一个简单的中小型网络。

以中小型园区网络设备配置与管理项目为例，其课程构建流程如图2所示。在整个项目实践过程中，微课程观看主要在理论课教师指导下进行，根据层次性和颗粒化微课程设置模式，该项目共有四个微视频，第一个视频中详细讲述了构建校园网拓扑结构具体构建过程，并由企业人员提出三个问题：（1）如何划分 IP 地址？（2）如何划分 VLAN？（3）如何设置路由器、交换机设备？第二个视频是IP 地址如何划分和相关协议简单讲述。第三个视频主要是VLAN 如何划分及划分时需要注意的事项。第四个视频是主要讲述路由器、交换机和端口的设置以及需要注意的问题。每个视频都按照层次结构设置了相关知识点介绍，但并为进行详细和深入解读，需要学生自主查找资料，提出问题并寻找答案。在整个过程中，指导教师根据学生问题，进行有限的指导和帮助。最终根据汇总的相关问题，循环的以PBL 翻转课堂模式进行分析和解答。

图2 基于PBL的翻转课堂项目实践流程

为了让学生更好的熟悉项目操作过程，并锻炼学生的分析和解决问题能力，项目设置了两次分组过程。根据视频一提出的三个问题首先进行第一次分组，共分为三个小组，每组具体分析和解决一个问题。在分组过程中，采用自由组队和教师指定模式，既发挥了学生的主观能动性，又使每组学生结构更加合理。在三个小组完成相关内容以后，执行第二次分组，具体问题为建立一个完整的拓扑结构，根据第一次分组中学生表现，从三个小组中各抽取相同数量的学生重新组队，然后相互协作完成整个中小型网络的拓扑的构建。在这个过程中，每个小组成员相互协作，根据自己掌握的阶段知识进行整合、完善，通过充分的交流和讨论形成本组构建流程，并最终完成网络配置与管理。最后对三组完成的设计内容进行评价，同时对他们解决问题过程进行评价。如有共性问题，则循环执行该框架内容。

结合具体实践类课程项目，以上完整的介绍了基于PBL 的翻转课堂教学模式。通过基于问题的分组教学，使学生能够自上而下、逐步细化的解决问题。翻转课堂模式为学生提供了完善的交流和协作平台，可以让学生随时发现问题，并及时解决问题。基于问题的教学方法激发了学生自主学习能力，在课程设置初始问题的引导下，通过微视频的概述，学生可以不断的发现问题并迅速的进入实践状态。

5 结论

通过基于问题的翻转式教学模式，提高了计算机实践类课程的教学效果，增强了学生对计算机专业学习的兴趣。在提出问题，分组教学，分组实践中培养了学生的团队合作能力、协调能力、组织能力、适应能力和解决实际问题的能力。改变了传统课堂的灌输式教学模式，提高了学生对知识主动探索能力和创新创造能力。对教师而言，通过综合分析，发现了教学中存在的问题和不足，为完善教学计划，改进教学方法提供实践依据。