C++程序设计递进式翻转教学模式的实践研究

王全蕊

(河南科技学院，河南 新乡 453003)

随着“互联网+”时代的到来，“互联网+教学”一体化发展的进程日趋加快。在“互联网+教学”的理论研究和实践应用过程中，教育教学的技术手段更加多样化，教学资源生态环境更加开放，教学结构设计也更加灵活，教师和学生的关系日趋平等化。翻转课堂(The Flipped Classroom)则是“互联网+教学”一体化过程中发展迅速的一种新形式课堂。翻转课堂又被称为“反转课堂”或“颠倒课堂”，即将传统的教与学的过程颠倒过来，改变教师课堂讲授学生被动接受的模式，让学生先自主完成课堂知识的前导学习，在课堂上教师对学生所学知识进行二次强化和巩固。

一、翻转课堂教学模式的研究现状

2000年，Maureen J等人在发表的论文中论述了美国迈阿密大学开设的经济学入门课程中所采用的翻转教学模式的情况，以及如何使用翻转教学激活差异化教学适应不同学生[1]。而“翻转课堂”概念是2000年J.Wesley Baker在第11届大学教学国际会议上发表的论文中首次明确提出的，他指出，教师可以借助开发的课程管理系统以在线形式呈现教学过程，并利用网络给学生布置课后作业[2]。2007年“翻转课堂”教学模型被美国林地高中的两名化学教师成功地应用到了实际的教学过程中，他们在上课的过程中将所讲内容录制下来并上传至网络，这种尝试将课堂“翻转”的教学方式在当时受到了学生的认可和欢迎。同年，Salman Khan成立了非营利性的“可汗学院”网站，由此推动了“翻转课堂”教学模式的进一步普及。

从2011年开始国内的各大培训机构和高等院校在不同程度上都采用了“翻转课堂”这种能体现课程体系的线上线下混合式教学模式。许多国内的教育工作者在借鉴国外相关研究成果的基础上提出了适合本土的翻转教学模式。董黎明等人在对张金磊提出的“翻转课堂教学模式”[3]和钟晓流提出的“太极环式模型”[4]进行整合和改进的基础上，构建出翻转课堂在课程中的应用模型[5]。模型利用信息技术环境支持的师生活动，在体现“以学生为中心”的同时又强调教师的引导作用。张其亮等人在论文中将混合式教学理论与翻转课堂教学方式相结合，设计了新型的基于翻转课堂的混合式教学模式并将其运用到教学中[6]。曾明星等人则是在国内现有丰富的MOOC资源的基础上，构建了MOOC视频替代模式、“MOOC视频+自制视频”模式、二次开发模式等三种新型翻转课堂教学模式[7]，既可提升翻转课堂教学质量，又可充分发挥MOOC在高等教育领域的作用。郑瑞强等人分别从宏观、中观、微观三个层面对课前知识传授、课中知识内化、课后检验评价三个阶段提出基于“翻转课堂”的教学模式的优化设计策略[8]。这些研究成果是目前国内对翻转教学模式较为基础的理论研究，但是如何根据不同性质的课程建立不同的翻转课堂实践教学，以及如何建立有效的翻转教学评价体系还在不断摸索和实验阶段，关于这方面的实际应用成果还较为少见。

二、C++程序设计课程的传统教学模式

C++程序设计课程是计算机专业重要的语言类实践课程，尤其是对嵌入式方向的学生和将来要从事嵌入式底层开发的人员而言，C++是必须掌握的一门开发语言。目前，C++程序设计课程在大多数高校中仍然采用传统的教学方式，即采用理论教学和上机实验两种形式相结合的教学模式，并且理论教学的时间和上机实验的时间分配通常是1∶1的，教师先将理论知识灌输给学生，然后再指导学生上机实践巩固所学知识。

在理论教学过程中以教师为主导讲授C++语法基础知识以及程序实例。通常在课堂中教师先回顾复习再引入新知识，这两个环节是相关联的并且是连续的。但是有部分学生往往会忽视该环节，导致接收新知识时找不到切入点，由此跟不上讲课进度。此外，在课堂讲授新知识的过程中教师作为知识传递的主导者进行单向灌输，学生学习的兴趣点较低。

在上机实践过程是以学生为主导对课堂教学所学知识进行巩固和提高。由于学生听课质量和自身学习能力的差别，导致班级学生大致分为三个层次，即学习能力强的、学习能力一般的、学习能力较弱的。学习能力强的学生可以完全理解教师课堂所讲知识，并能在上机实验过程中很好地运用课堂所学知识完成教师布置的上机任务，还会试着结合以往所学知识采取多种方法解决问题；学习能力一般的学生可以基本完成教师指定的任务，但存在过分依赖教师帮助其解决编程中所出现的问题，对所学知识不能灵活应用，缺乏自主探索的意识；学习能力较弱的学生对所要解决的问题出现无处下手的现象，也就谈不上对课堂所学知识的巩固和提高。由于上机实践时间的限制，教师不能很好地区分学生的学习程度，因而在C++教学过程中也不能实现分级式教学模式。

本文针对目前C++教学现状，结合翻转课堂一般教学模式，提出了一种递进式的翻转教学模式和评价体系，重建课程的实践环节，重视培养学生解决复杂工程问题的能力，培养学生的实践能力和创新能力。

三、C++程序设计课程递进式翻转教学模式

C++递进式翻转教学模式在充分利用现有教学资源的基础上，将线上和线下教与学相互融合。模式分为课前自主学习、课堂上机实践、在线巩固提高、教学效果评价四个环节，详情见图1。

学生只有在上课前利用在线学习平台提前做好课堂知识的自主预习，才能在课堂上与教师进行讨论和上机实验；在课堂上教师通过学生在线预习的情况了解每个学生掌握新知识的程度，继而利用上机环节对每个学生进行针对性的指导，使学生对所学知识能达到基本的理解和应用；学生在课堂通过对所预学知识进行再次加深理解和运用的同时，可以利用在线学习平台和教师进行互动，对所学知识进行进一步的巩固和提高；最后通过评价体系综合学生在线学习和课堂上机实验、学生反馈信息等数据，对递进式翻转教学模式中各个环节进行进一步的完善和改进。这四个环节环环相扣，从而形成一种递进式的教学模式，该教学模式已经在开发实现的“C++翻转课堂”在线学习平台进行应用和验证。

(一)课前自主学习环节

在该环节，教师作为一个指导者指导学生进行课前学习。在学期教学开始前教师发布教学大纲和教学计划，学生可以根据教师发布的大纲和教学计划制订个人学习计划；在课堂教学过程中教师提前将一周内学生需要掌握的知识点以任务的形式发布到平台上，指导学生进行概要学习；接着教师将课前学习资源，如教材起止页、课件起止页、微课视频、实验内容、程序源代码等以带有时间节点的作业形式发布至平台，引导学生逐步掌握课程内容；最后教师发布本次课的相关测试，检验学生学习效果，并根据测试结果调整下次课重点解决的问题。

学生在该环节作为一个主导者进行在线学习。学生在开学前制定本学期的学习计划，并在接下来的学习过程中时时以此督促自己在线学习进度；每次上课前学生要根据教师发布的导读任务，初步了解本节课所要掌握的内容；根据教师发布的带有时间节点的作业，一步一步完成作业中每一个时间节点作业。学生首先需要预习教材和课件内容，再观看微课视频，在观看视频过程中需要不时地回答弹出的问题，学生只有作答后才能继续观看，微课视频观看完毕会显示所答题目的答题情况和正确答案，并提示学生是否需要再次巩固该部分知识，接着学生需要完成实验部分知识的学习，由此确保学生在规定的时间节点完成课堂知识的学习。学生每次在线课程结束后需要完成对应的测试题以检验对所学内容是否完全理解和掌握；学生还可以将学习过程中遇到的问题发布到互动讨论区，方便大家共同讨论，在讨论结束后由教师给出正解，或者由学生申请给出正解。

(二)课堂上机实践环节

教师在上课过程中采用层层递进的授课方式。首先对上节课布置的思考题进行点名提问并给出正确的解释，使学生进一步加深对上节课知识点的理解；接着将本次上机实践要解决的问题通过图片直观展现给学生，引起学生的注意力，使学生产生共鸣；接着采用动画的形式演示问题的解决思路引导学生独立思考；然后布置本次上机任务，由学生独立自主完成，学生只需参考教材例题将所学知识套用即可解决，以此提高学生的自信心；最后是课堂讨论环节，教师布置需课后完成的常规项目，学生根据项目的难度和自己的实际情况决定是独立解决还是分组解决，教师不直接提供项目的解决方案，而是进行启发式指导，再由小组讨论给出解决方案，每个小组将方案以word形式提交给教师，课后由教师一一给予可行性分析，由此提升学生对实际问题的认知能力和提高学生实际问题的自主解决能力。

(三)在线巩固提高环节

在线巩固提高环节则是在课堂上机实验环节之后的学习过程，学生在该阶段的各项学习活动仍需要借助在线学习平台完成。学生可以通过再次观看微课视频加深对知识点的理解；可以通过在线自测功能考察自己对每部分的基本知识点的理解和掌握情况，学生在进行自测时需要在规定的时间内完成并只有完成指定的自测题才能进行后续学习，否则进度不更新，任务不开放；学生在每章学习结束后必须独立完成教师预先指定的常规项目，将所学知识进行内化，进而能够灵活运用所学知识解决经典问题；学生可以以小组为单位申请完成扩展项目，进一步提高自己编程能力和解决实际问题的能力。在学习过程中，学生可借助学习日志模块记录自己所学内容、所掌握的内容以及遇到的问题，并且可以将自己学习过程中所遇到的问题在平台中以“站内短信”的形式向教师提问或以“在线交流”的形式向同学提问以获得更多的指导和帮助。

(四)教学效果评价环节

学生根据制定的学习计划和自己目前学习进度进行对比分析，及时调整自己的学习进度，保证最终的学习成效。学生在进行每次微课学习结束后平台会提醒该生是否需要巩固该部分知识，同时平台也会在每一章结束后统计学生在线学习的各种数据，提醒学生需要加强学习的知识章节，学生可以根据该提醒有针对性地进行复习巩固。

教师根据平台提供的学习日志分析模块，在后台对学生观看微课课件、习题自测、标记的难点和问题、所完成的常规项目和提高项目等数据的统计分析可以全面详尽地掌握学生的学习进度和知识内化程度，由此有针对性地指导学生进行后期的学习，实现学生的分级教学模式；对学生提出的问题可以给予一对一的在线解答；根据平台的自测、互动讨论、作业等功能的后台数据进行整理和分析，及时对后期教学进度、教学计划、教学方式等进行调整。

四、递进式翻转教学模式的实践与评价

本文所提出的C++递进式翻转教学模式实践依托平台是在前期已经设计并实现的“C++翻转课堂”在线学习平台。在线学习平台已经由本校计科16级嵌入式方向的学生在上课的过程中进行使用。

(一)在线学习平台的使用

学生首次登录在线学习平台时，系统会以站内短信的形式提醒学生本节课所要完成的在线学习任务。每次学生实际在线学习时长会在后台被记录，并按章节统计总学习时长，每章学习结束后，学生可以在用户学习情况中的计划实施对比页面看到自己实际学习时长和计划学习时长的对比折线图。

后台教师管理页面可以查看班级所有学生在线学习的情况，包括课前预习情况、课后所做习题情况、完成布置的项目情况以及最终期末平时成绩的统计等。后台会以表格的形式显示学生学习时长及期末预习得分、以折线图的形式显示学生预习知识点情况和做微课题目得分情况、以柱状图显示各个学生在线观看视频总时长等。借助图表的形式能将学生各种在线学习数据直观体现出来，方便教师在教学过程中实时掌握各个学生的在线学习情况，并有针对性地对教学计划实施调整。

在试用学期中，从后台学生在线学习时间和时长数据可以看出该在线学习平台在学生的课余时间中使用频率较高，学生能有效利用平时的碎片时间进行专业课的学习，说明学生已经从依赖于上课听课逐渐过渡到自动利用平台自主学习，并且在线学习已经变成学生的一种常态化学习方式和途径。

(二)翻转课堂教学效果分析

在课前自主学习环节和在线巩固提高环节中，77%的学生可以在规定的时间内提前完成预习任务，10%的学生是在二次提醒的情况下才在规定时间内完成预习任务，而剩余13%的学生即使二次提醒也没有按时完成预习任务；70%的学生能按时完成章节后的自测题，且平均成绩在80分以上，达到良好，说明上课所讲知识点学生基本掌握；20%的学生能按时完成自测题，平均成绩在60分到79分之间，说明学生并未掌握全部所讲的知识点，还需进一步加强复习将课上所学知识；37%的学生能将在线或课堂所学知识灵活运用到各个项目，真正做到学以致用，而剩余的学生对课堂所学知识还达不到灵活运用。

在课堂练习环节由于学生课前已经利用空闲时间将提前发布的大纲、知识点、微课视频观看过了，对上课内容的熟悉度较高，因此学生对课堂讲授内容的专注力高于传统教学方式，学生不再是单一地低着头看计算机屏幕被动地接收知识，而是带着问题主动听课，学生学习的积极性非常高。对于教师布置的上机任务，90%以上的学生能在较短的时间内完成，学生自我动手意识较强，编写代码的效率也较高；在上机实践过程中学生动手编程的积极性明显高于传统教学课堂，学生低头看书不动手、低头看手机的现象几乎没有。在课堂讨论环节中学生的积极主动性较高，每个学生都敢于将自己的想法表达出来，课堂氛围比较活跃。

从试用学期的学生期末考试成绩来看，77%的学生成绩达到良好及以上，中等和及格的学生有20%，只有3%的学生成绩不及格。与前三年学生的平均成绩相比而言，良好及以上的学生人数占比增长了17%，中等和及格的学生人数占比减少了13%，不及格的学生人数占比减少了4%。

(三)翻转课堂教与学模式评价指标体系及评价结果分析

采用基于在线学习平台的翻转课堂教学模式实践效果的好坏必须由客观的评价指标体系来检验。

1.翻转课堂教与学模式评价指标体系

由于在教与学的过程，学生是学习的主体，教师只是起引导作用，因此该评价指标体系分为两个部分：一部分是对学生学习的评价指标，一部分是对教师教授的评价指标，如表1所示。

表1 翻转课堂教与学模式评价指标体系

对于学生采用翻转教学模式的评价从学生的平时成绩和期末考试成绩就能直观体现出该教学模式中学生学习效果，而对于教师教授的评价则采用问卷调查的形式获取学生对教师最为真实的评价结果。

2.翻转课堂教与学模式评价结果分析

在试用学期期末共向30位学生发放30份评教的问卷调查，通过在线提交的形式回收29份有效的问卷调查，并通过在线学习平台后台统计评教各个评价标准的数据，如表2所示。

表2 教学评价数据统计

通过对由问卷调查统计获得的数据进行加权计算得到以下结论：在线上教师提供给学生的学习资源及时率和一致率达到95.7%，说明教师在授课前期对课程的准备是足够充分的；在授课期间70.2%的学生对所学知识点能够深刻理解并熟练掌握，这比以往传统教学过程中学生对仅在短短几十分钟所学知识的理解和掌握程度有着明显的提高；教师在线与学生互动和课堂对学生指导的满意度达到83.3%，说明教师无论是在线还是课堂都能兼顾到大部分的学生，不再受课堂时间的约束只指导表现突出或是爱提问的学生，并且借助在线学习平台和课堂讲授这两种互补的教学方式进一步提高学生的自学能力。

从统计的数据能看出，教师在该课程授课的过程中还存在一定的问题，如上课所讲知识还存在一部分学生不能当堂理解或掌握的，这跟教师授课方法有一定的关系，今后教师需要与这部分学生沟通交流，了解问题产生的原因，进而逐步调整授课方法以不断提高学生对课堂所讲知识点的理解力和掌握程度。虽然在课堂教师能及时地给予学生实验指导，利用在线学习平台教师也能及时回答学生所提出的问题、批改学生提交的作业，但是根据学生在各个阶段的学习情况给予有效的学习指导方面的工作还有一定欠缺，学生在学习一段时间后多少会由刚开始的新鲜逐步转为倦怠，因此在后期可以进一步完善在线学习平台的数据分析功能，使得平台能够根据学生的接受能力分析出不同层次的学生，并提醒教师及时给予学生相应的建议和指导。

五、总结和展望

“翻转课堂”从注重教师“教”向注重学生“学”转变，是一种“自助餐”式的学习模式，被比尔·盖茨称为“预见了教育的未来”[9]。随着大数据时代的到来和移动互联网的进一步渗透，各种形式的在线网络课程资源层出不穷，也为大学生提供了更加丰富的学习资源，同时也导致学生在线学习时浪费大量的时间和精力寻找有用信息。因此，以建设学生每学期所学课程的在线翻转课堂为导向，利用数据挖掘技术对学生在翻转课堂的在线课程学习的历史数据进行处理和分析，掌握学生前导课程学习情况，建立合适的用户学习行为模型，使翻转课堂教学模式能在提高教学效果的同时有针对性地为学生制定学习计划，逐步引导学生进行自主学习、自我探索和创新。