智慧翻转课堂视角下的《高级语言程序设计》教学逻辑与策略重构研究

黄 伟 章 平

(安徽工程大学计算机与信息学院, 安徽 芜湖 241000)

一、引言

近年来，随着信息技术的不断发展和持续助力，翻转课堂(Flipped Classroom)教学新模式逐步成为大家研究和讨论的热点。作为一种全新的知识传播和学习获取方式，翻转课堂改变了传统的课堂教学模式及学生的学习状态[1]，以学生为中心的根本理念重塑了课堂生态，优化了师生、生生之间的关系，提高了学生的学习自主性和获得感。翻转课堂将赋予学生更大的学习自主权和自由空间，将学习过程聚焦于课堂之外，让每位学生寻找到符合自身的学习方式继而去获取新知识和信息，而不是教师对课程内容的一味灌输。总体来说，有效的翻转课堂模式一般具有下列特征：学生的学习自主性显著提升；教学模式逆转，学生带着问题来学、教师围绕问题来教；课堂教学主要围绕核心知识点和关键内容；采用高效的技术助力课堂的教与学；授课内容紧密联系实际应用。对于上述特征进行梳理，不难发现，先进的信息技术和智慧平台的运用无疑会极大提升翻转课堂的教学效率。当前，随着信息技术的成熟和移动互联技术的不断发展，互联网+教育、智慧教育如火如荼，出现了大量高效的智慧课堂平台和移动终端工具，如何有效运用智慧课堂平台结合课程实际进行翻转教学已然成为大家关注的焦点。与此同时，在新工科建设背景下，高校工程专业教育要求不断创新沉淀，以不断适应新形势和新产业新业态的要求，而课程教学质量及内涵的提升是核心根本和重中之重，本文围绕以《高级语言程序设计》为代表的结构化程序设计类课程教学情境，就如何高效运用智慧课堂平台，改进教学模式，优化教学设计和内容组织、课程教学质量评价等进行研究和实践。

二、概述

《高级语言程序设计》作为结构化程序设计语言课程的代表，是大部分工科专业的学科基础课，通过本课程的学习可以使学生掌握结构化程序设计的方法，确立程序设计的思维方式，培养和提高学生的应用程序开发能力，并为计算机软件技术基础、数据结构、软件工程、嵌入式系统及应用、计算机网络等后续课程的学习打下基础。程序设计类课程需要培养学生的算法思维能力、问题解决分析及动手设计能力，课程核心知识点往往较复杂并且分散，同时学生实践能力的培养在整个教学环节中也是重点，这就需要在实际授课过程中根据课程特点和要求不断改变和创新教学方式以提高学生的学习能力和效果；但在以往传统的课程教学模式下，课堂内外均以教师为中心，教与学在一定程度上出现了脱节，教学过程并没有按照工程教育成果导向的基本理念和以学生为中心的思想来进行，故而课堂质量有待提高，学习者没有很好地理解结构化程序设计思想和具体方法，算法设计和程序分析设计编程能力成为瓶颈问题，传统教学模式主要存在如下问题：

1.教学理念偏差。传统程序设计课程教学主要以教师为中心，教师成为课堂内外的主角，课前预习内容、授课内容、实践内容设计、课堂教学进程及师生互动等各个环节均由教师把控，教师只知道教什么而并不明确学生需要什么、掌握了什么、哪部分薄弱等，课程内容无法细化，比如函数及指针部分内容的引入，这种教学氛围严重制约了学生学习能力和自主性的提升，被动学习的状态使得教师无法很好获取学生的真实需求和目标，在课堂上师生不能很好地交流互动，学生在课程授课过程中也会逐步适应于这种惯性学习轨迹，继而导致学习“以老师为中心”的偏差。

2.教学模式不合理。从宏观上说，教学理念的偏差必然造成整体教学模式的不合理。程序设计类课程教学中，从设计思想、问题算法、数据表达到设计过程各个环节的学习都需要学生以第一视角去感知、发现、分析、体会和总结，而不是以教师为核心，教师只起到引导作用，而当前在实际教学进程中，由于课程学时有限、学生能力参差不齐等客观因素，阻碍了教学模式的进一步改进和更新，部分学生的课堂获得感微乎其微，背离了成果导向的教学思想。

3.授课内容及教学设计单一。从微观上看，目前程序设计授课内容比较固定，缺乏一定灵活性和自主性，对于课程的一些核心内容和细节知识点，在教学设计和组织中缺少多样性，理论无法和实际应用相关联，教师+黑板+PPT的单一授课方式和教学设计已经不能很好满足课程教学的新要求。例如在选择结构和循环结构的教学过程中，以自动售卖机主界面设计为背景案例进行教学，但由于教学内容和设计的单一性，教师和学生无法轻松地共享课堂进程，教与学不能无缝链接，学生只能被动接受教师的主观讲解，对于问题中的数据处理流程、控制结构的选择等不能很好响应与感受，最终单元教学效果不佳。另外，学生的学习能力和接受程度有不同差异，授课内容各部分的教学权重也有所不同，以教师为主的“一刀切”单一授课方式亟待改进。

4.学生学习效果评价及反馈缺失。由于在课程教学中，学生中心地位的缺失以及教学互动手段的薄弱，导致课堂内外学生的学习状态、感受、效果及评价不能及时反馈，因此教师无法实时了解教学效果，个性化教学更无从谈起。事实上，程序设计课程中相关单元和知识点的教学具有连贯性和溯源性，学生学习效果的反馈和即时评价对于后续的教学将会起到关键作用，例如变量的定义和使用这节内容的教学会使得学生掌握数据的基本表达方法和设计方式，为后续程序设计的学习打下基础。此部分内容掌握的好坏与否直接关系到后面的教学进程，而目前的教学过程中，受制于课堂教学平台和手段的单一，学生缺乏与教师的良性沟通渠道，其学习效果不能全面反馈，课堂教学不能进行自我评价和调整优化。

针对目前存在的上述问题与不足，亟待寻求方法去改善，而翻转课堂的出现和运用给程序设计课堂教学带来了极大的改进空间，在很大程度上可以提高学习者的学习效率和教育资源的优化配置，给课堂带来了新模式和新理念，赋予学生个性化学习空间，助力教师构建个性化教育平台，实现课堂的再次重构。19 世纪的西尔维纳斯·萨耶尔就设计了一种独特的教学方法[2]，即在课前将课程核心内容资料发给学生，要求预习准备，课堂上学生围绕准备的内容进行分析思考，团队协作解决实际问题。这种教学尝试被看作是翻转课堂的雏形。 随着信息技术和在线教育的不断发展进步，翻转课堂有了更大的应用空间和平台。同时，随着移动互联时代的到来，人类获取新知识新信息的渠道更加快速直接，手机、平板等移动终端设备以及智慧课堂APP的应用也为实现智慧翻转课堂平台提供了现实可能。在程序设计类课程课堂教学全过程中，可以借助智慧在线课堂平台APP(如学习通、雨课堂等)有效设置翻转课堂教学策略，并合理构建教学过程，重整课堂教学生态，以利于教学效果的增强。需要明确看到的是，如何避免照搬硬套和同质化、设计合理可行的翻转课堂教学策略及微观方法，并依托智慧课堂平台在实践中具体实施是问题的关键所在。

三、智慧翻转课堂的教学设计分析及实施策略

以《高级语言程序设计》为例，在对于结构化程序设计课程核心知识点进行梳理的基础上，要一改以往传统的教学氛围和理念，借助智慧课堂平台并运用翻转课堂完成授课全过程。在教学设计过程中，值得思考和把握的几个基本原则是：1.以学生的学习需求为第一中心；2.利用最少时间成本获取学生最大学习效果;3.师生沟通和学生协作大于书面资料；4.教学进程和效果可控、可即时评价反馈[3]。

目前在本门课程的课程建设及实际教学设计过程中，由于章节学时少、教师精力有限及学生人数较多等客观因素的制约，教师和学生很难有良好的教学互动和效果反馈，因此目前还没有令人满意的教学效果，但是智慧翻转平台的介入会在很大程度上减少客观因素的影响，这是毋庸置疑的。因此主观上翻转教学策略的设计成为关键因素，在教学中，要贯彻以学生为核心，在课前、课堂和课后三个环节中均要有所体现。

首先，教师课前可以充分利用在线智慧平台预先将本节主要知识点和核心内容以小测试、小资料、小视频、主题讨论、问题求解等多种方式告知学生，实现对于学生学习的指导和辅助，要注意的是，尽量做到学习准备材料要少而精，避免形式化以提高学生的参与度和自主预习效率，不让预习环节成为空话。在翻转课堂具体实施过程中，课前环节在整个教学生态链中起到了首要作用，也给教师对于授课内容、重难点的把控提出了新要求，要根据课程大纲及具体章节内容的特点合理设计学生的课前准备环节，做到重点突出但不限制学生的思维空间，形成学生“课前自主寻找问题，努力探求问题解决的理论、技术和答案”的新模式，即教师通过翻转课堂理念去引导学生自主学习，发现问题，而不是让学生被动地接受教师的讲授。教师可以根据本节课的核心内容和主题灵活设置一至两份背景材料，可以是学习文档、小视频或在线主题讨论，通过智慧课堂平台在线发放，要求学生自主学习并总结发现新问题、解决方法和自我观点以备后续课堂环节讨论。学生的学习轨迹和情境状态也可实时记录，课前预习材料尽量短小精干，不要占用过多课前时间，发挥智慧课堂平台的天然优越性。在课前环节师生及生生之间可以就预习材料进行相互讨论和思维共享，教师在课前阶段要尽量多地掌握学生的知识储备情况和学习需求，比如了解了哪些内容、感兴趣或更想知道哪些内容、多数学生困惑的问题等，以便在下一步课堂教学设计中可以有的放矢。

第二，在课堂中，由于翻转课堂教学模式的介入，教师的授课与学生的学习将会更加融洽，而不再是左提右挈、相互制约的状态。在课堂中学生成为了主角，而教师更多的是引导者和指导者的角色，就课前的教学主题，在课堂上通过课堂小组讨论、个体陈述、主题发言等环节进一步廓清本节学习的主要内容，让学生大胆地陈述并展示自己对所学新知识的理解和感受，让他们明确面前的问题是什么、怎样解决、如何更好解决等，促进对所学内容的主动内化和深入思考[4]。这是传统课堂教学模式所无法比拟的，可以让学生在课堂上有更多的获得感，课堂教学氛围更加通透明澈。如图1所示，在智慧课堂平台的加持下，可以灵活进行教学组织与设计以实现翻转课堂的理念，让学生在课堂中带着课前的问题去自我学习，寻求解决路径；授课教师可以通过学生的参与情况和课前学习状态总结统计出群体对于新知识的接受和掌握程度，从而能实时调整课堂进程和节奏。在智慧课堂平台上可对于班级中学生课前情况和课堂自主学习状态进行动态精细化分组，如对于新知识了解掌握较好的部分学生可设置为A组、熟悉掌握程度一般的设为B组、对于课前学习资料了解不够且学习效果较差的设为C组，各组人数视具体情况进行调整。在课堂中对于学习内容的主体讨论环节结束后，教师可作归纳总结并在智慧课堂平台中和各组学生进行再次交流，学生可以通过移动终端快捷参与其中。针对A组而言，他们已经基本掌握主要知识点的概念、原理，教师可以引导其聚焦于实际应用中的问题解决，与其就具体案例进行讨论并引导其寻找解决方法不失为最佳策略；B组占比相对较大，因此授课中要合理利用时间专注核心知识点进行师生讨论和答疑解惑，目的在于将课前自主学习中遇到的困惑进一步解决和化解；C组对于新知识和所学习的内容一知半解，需要教师的辅助指导，在课堂中可以围绕教学主题，在精准分组策略中发布一些课程资源库中的微视频或小测试让学生自主学习，这些简单易懂的学习小资源可以快速地让C组同学了解和熟悉新知识的基本概念和形态，为后续学习打下良好基础。综上所述，翻转课堂理念下的课堂教学仍旧是教学生态链中的重要环节，承上启下，教师在其中承担重要的引导辅助和反馈评价角色。得益于移动智慧课堂平台，教师可以充分利用云平台和大数据资源，实时掌控课堂情境。同时，智慧课堂平台的高效运用、教学设计及课堂时间的分配利用都是值得进一步思考的问题。

图1 翻转课堂教学场景

第三，与传统教学模式相异，翻转课堂模式下的课后环节变得更加清晰可控，教师对于学生的课后学习状态能及时感知而不再是无迹可寻，由于智慧课堂平台的持续助力，课堂与课后不再脱节，课堂时时在线，借助于课堂中的分组教学策略，教师可以在课下追踪、分析及评价学生的自主学习效果并综合进行学情评判，如图2，通过在线平台向学生终端发送学习测试和问题总结，从理论和实际两方面再次归纳通过课堂教学环节后不同分组的学生还存在哪些新的问题，将这些新问题融入下一节的课前教学设计中，继而形成学生的学习路径和教师的教学过程相得益彰的良好局面，学生在课后也可以安排学习SPOC课程。同时课前、课堂、课后三个环节紧密关联并形成循环，优化了课堂的教学品质，释放了学生的自主学习动能，重塑了学生的学习情境，新的教学模式让学生感受到新颖和乐趣。

图2 课堂角色转换及融合

上述智慧翻转课堂教学实施过程中，需要引起重视的一点是，无论课前或是课堂及课后环节，教学模式设计中的时间策略需要进行良好地把握，即对于教学时间的合理管理，这也是翻转课堂的基本设计原则，要实现在教学进程中尽量让学生以最少时间成本获取最大学习效果。借助有效的移动智慧课堂平台优化教学时间分配和整合，对于学生的学习时间和教师的教学节奏辅以精细化的策略管理，以此提升翻转课堂的教学动能，增强智慧课堂的平台势能。如何合理进行课堂时间管理，可以借鉴80/20法则。80/20法则(The 80/20 Rule)又称为帕累托法则、帕累托定律、最省力法则或二八定律[5]，是由20世纪初意大利统计学家帕累托的经济观察而推论得出，法则认为，原因与结果、投入与产出之间往往存在无法解释的不平衡，80%的产出源于20%的投入是其典型模式，80/20原则灵活多用，可以适用于任何组织、任何组织中的过程和功能以及任何个人工作。从现实层面简单来说，二八定律阐释的是在任何流程中，我们要善于找寻关键的20%因素，以达到80%的最大化效果。有翻转课堂的教学理念及智慧课堂平台的协助，可以突破传统课程时间、空间的限制，教学进程中的课堂环节上完全可以借用二八定律合理规划和制定时间管理策略，一学时的课堂时间往往非常宝贵，以45分钟为例，所有学生无法做到在45分钟内每时每刻百分百将注意力聚焦到学习进程，但一节课中最初的10至15分钟却是大部分学生最专注的时刻，也可称为课堂中的黄金时间，教师可以高效利用这段黄金时间将学生课前自主学习中的问题和细节进行进一步引导、阐释、归纳和总结，使得学生能够明晰核心知识和重点内容并把握本节的关键信息。一节课中的学习内容中只有20%左右的信息为核心内容，因此在这段黄金时间内将课程关键内容呈现给学生也不失为最优策略；而剩余的80%左右课堂时间(大约30至35分钟)则作为分组讨论或课堂互动环节为宜，可结合前述的课堂环节分组策略激发学生的自主学习动力并营造良好的课堂氛围。运用80/20法则灵活规划课堂时间一方面提升了教师辅助学生自主学习的效能，同时又避免了时间分配上的不合理性，让翻转课堂教学模式在教学关键节点真正落地生根。

再者，前述的学生分组策略如何结合80/20原则达到再优化也是值得探讨的问题。在A、B、C三组中，A组中学生自主学习和接受能力相对较强，对于新知识掌握较好，这部分学生的比重一般约占20%左右，然而同样约占20%至25%左右的C组学生可能恰好相反，他们的自我学习和知识思考能力相对较弱，在更大程度上需要教师的辅助来修复和重建他们的自主学习能力，依据二八定律，A组和C组学生是翻转课堂中的重要关键群体，而占比50%至60%的B组学生介于二者之间。故此，如何因人而异实施教学内容的分组设计也是关键所在。对于A组学生，课堂中要始终让他们保持新鲜的学习激情，学习内容可以适当有提前量，引导其完成具有挑战性的一些课堂任务和问题案例，借助智慧课堂平台中的小视频、小组讨论、SPOC课程等多种形式的数字化资源进一步充实他们的学习兴趣；对于更为关键的C组学生，要在黄金时间段内对整组进行有针对性的知识覆盖和学习辅导，通过习题和测试的形式让其快速理解并掌握基本知识点，如概念、基本方法等以便后续逐步廓清本节知识体系脉络，同时在剩余的80%课堂时间里，教师可以通过师生互动讨论和课内测试等形式进一步实时评价和掌控C组学生的学习状态，当然课堂环节上教师辅助C组的时间较A组应偏多一些；B组学生的分组内容可以不拘泥于形式，让其充分释放自身的学习潜能，这样在一定程度上可实现翻转课堂的教学最大化平衡，各组学生的学习成效也趋近于最优水平，整体上课堂教学品质得到保障和升华。

综上，得益于翻转课堂的先进理念，辅以智慧课堂平台的协力及时间管理策略的实施，课前、课堂及课后环节最终三位一体，协同合作；线上线下教与学无缝对接，授课内容的异步传授更趋灵活，教师的教学投入与学生的自主学习相互助力，通过智慧课堂平台的数据统计和即时分析可以全程掌握学生真实的自我学习轨迹和状态，以智慧课堂平台实现可持续的翻转课堂教学完全可行。

四、教学实践及分析

在结构化程序设计课程教学中，以《高级语言程序设计》中函数定义及调用一节内容作为背景，运用翻转教学模式进行教学实践。在传统教学模式下，本课程已具备一定的教学改革和实践基础，在课程教学中，前期大量采用了多媒体授课、精品课程教学网站、QQ教学交流群、Email交流等信息技术手段，取得良好的效果，将抽象内容形象化、深奥内容通俗化，但由于缺乏统一的智慧化平台整合，课程教学和学生学习效果不佳，因此需要结合移动智慧学习平台(以学习通APP为背景)进行调整。同时，函数这部分是C语言作为结构化程序设计语言的设计精华，在授课中要紧扣函数的模块化设计思想，让学生领会函数的设计思想以及其优化程序结构的特点。在课前建课备课环节，为了引导学生在具体问题中发现问题和解决问题的思路，在学习通平台班级中准备相关资源可为后续教学实施带来便利，设计不超过1小时的自主学习准备环节，课前自主学习资料可以通过学习通在线班级提前发布，形式为主题讨论或班级群聊，内容包括一个问题、一份背景阅读材料及一个微视频，结合之前循环结构设计的学习案例内容“求解1至10的阶乘和”，可将问题案例设计为如何求解：1！+3！+5！+6！+8！。由于问题中阶乘求解过程涉及到重复设计，故可引导学生思索新的求解方式，继而导出模块化及函数设计。为了辅助学生的自我学习，可以准备一份有关模块化设计的背景小材料(例如汽车的模块化组装制造，智能建筑的模块化设计等)，文档尽量少而精，可帮助学生理清下一步思路；同时配上一份讲解函数的微视频，时间约5分钟左右，可以利用网络资源或自制，力求让学生初步建立解决问题的函数思想，为课堂进一步深化学习奠定基础。课前环节结束后，教师要及时感知和评价班级课前自主学习情况并有效分组，将学生分为前述的A、B、C组并设计不同的课堂教学内容策略，如以80人班级为例，A组约分配15至20人左右，C组为20人左右，B组为40至55人为宜；A组学生通过课前自主学习流程已经基本掌握函数的设计理念，部分学生对于问题案例也可能有自己的解决思路但对于函数定义调用的编程结构细节尚不明晰，也有极少数学生自主体验及动手编程能力较强，很好解决了课前问题并写出了源代码程序。针对A组，课堂中应少讲理论概念，多聚焦设计细节和实现方法，教师可通过课堂在线小组讨论或面对面交流等渠道和他们共享问题的算法、思路和参考程序，并对参考程序重点解析，如函数结构的设计、函数调用及参数的运用，使得A组学生能够从全局上掌握本节主体信息，在前述课堂黄金时间段内实现A组所有学生将课前案例问题全部解决并用剩余时间讨论解决更为复杂的实例，如用函数思想求解一元二次方程的根。这样既缓冲了教师的课堂时间，又给A组学生更广的学习自由度。针对于C组，由于自身学习能力相对较差，教师要利用在线智慧教学平台通过视频直播等手段重点解析课前发放的背景材料，帮助学生了解和认识函数设计思想在复杂问题求解过程中的关键作用并逐步建立本节的知识体系，即函数是什么、编程中如何定义调用、如何运用函数结构在程序中解决问题。最后面向B组学生，由于他们普遍基本了解了基本知识点但较之A组又缺乏一定的实际解决问题能力，因此需要运用个人分析及现场编程形式再次夯实和平衡他们的理论知识和动手能力，可通过学习通平台班级随机选人功能让B组学生积极参与问题的求解讨论，各分组学生的课堂参与度及效果均可由平台实时记录，以便于后续教师的在线统计、大数据学情分析和评价，使得翻转课堂的教学效果得以进一步保障。

五、结语

面向以《高级语言程序设计》为代表的程序设计课程教学的现状及存在的不足,提出基于智慧课堂平台的翻转教学新模式,将移动教学平台的快捷灵活及可追溯性应用贯穿到整个翻转课堂教学过程中[6], 以学生自主学习为核心，通过对课前、课堂及课后环节的教学设计进行合理整合和个性化分组，运用高效的时间管理分配策略，使得教师有效转变课程教学方式，学生学习效果得到显著提高；这种教学模式也可能根据不同专业背景的实际应用，推广应用到其它计算机设计类课程的教学和实践中。当然，翻转课堂教学设计的精细化策略如何更好适应动态化的学生学习诉求和课堂情境也是需要进一步思考和解决的问题，同时在线智慧课堂平台如何适应课程的可持续建设和发展也是要解决的重要课题；另外基于翻转课堂教学视角下的课程考核与评价环节如何丰富完善也是亟待改进的方向。