工程教育认证背景下案例式翻转课堂设计——以基于Android系统的图书管理系统设计为例

李 丹

(北部湾大学 电子与信息工程学院，广西 钦州 535011)

安卓(Android)系统是一种基于Linux内核的开放性操作系统，被普遍应用于移动终端设备，如手机、平板电脑和智能电视等。截至2019年10月，Android系统的市场占有率已达到87%[1]。Android系统应用程序的开发是一门实践性很强的技能，其技术可以用于计算机相关复杂工程问题的系统设计和求解，符合工程教育认证对学生能力培养的要求。掌握基于Android系统的应用程序开发，有助于提高学生的就业竞争力。如何利用课堂教学时间有效地培养学生实践能力，是工程教育认证背景下程序语言类课程需要解决的问题。本文以北部湾大学计算机科学与技术、物联网工程专业的教学情况为基础，考虑使用翻转课堂的案例教学来优化Android系统应用程序开发课程，针对教学过程进行详细的设计。

1 案例教学现存问题

案例是对真实情景相关问题的描述，是一种有针对性地向学生传递信息的知识载体。基于案例的教学是一种常见的教学方法，在传统教学模式中，案例作为固有的知识存在，被教师按照特定的方式梳理和分析，再以灌输的方式传递给学生，学生将案例作为对知识点理解的辅助工具，将抽象的概念放入形象的情景中加以理解。案例不仅可以作为知识的容器，还能成为知识共建的平台[2]，这给教师提供了一种新的思考方向。工程教育认证标准要求学生能够综合所掌握的理论知识，针对复杂工程问题进行系统性的设计，并在设计方案中体现创新意识[3]。但是传统教学思路的固化和单项传输等特点会阻碍学生分享新的发现，抹杀学生的发散思维，不能很好地利用案例引导学生主动创新。针对这一问题，如何在教学过程中激发学生的学习兴趣，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，是工程教育背景下利用Android系统应用程序开发课程需要解决的问题。

在传统教学模式下，课堂作为师生面对面实时交互的场所，教师在课堂上能更有效组织教学引导、学习反馈和经验分享等活动。学生在对案例的学习过程中可能会有不一样的见解，如果能在课堂教学过程中及时反馈和分享，不仅可以活跃课堂气氛，还能方便教师及时地指正或者给予肯定，帮助学生及时修正思考方向，或者鼓励学生继续养成发散思维。Android系统应用程序的设计和开发是一项复杂的工程，经典案例提供的设计方案和实现方法可以帮助学生更快地理解和掌握该类实际问题的解决过程，但是这些方案和方法不一定是最优的。以能力培养为导向的教学必须把培养学生的创新意识作为教学重点，让学生从案例出发，理解、模仿、优化和推翻案例中的方案和方法。如何有效利用案例教学提高学生对Android系统应用程序技术的应用能力，是本次教学设计的一个重点。翻转课堂是帮助学生参与课堂活动的有效方式，有利于教师掌控课堂教学的走向，但是这也导致原教学计划课时不足。如何巧妙地设计教学计划，在完成大纲任务和提高学生课堂参与度上取得平衡，是教学设计的一个难点。

2 图书管理系统特点

经过多年发展，Android系统应用程序技术课程已有许多经典的教学案例，其中图书管理系统是计算机相关技术类教材中最常见的案例之一。在计算机科学与技术、物联网工程和软件工程等计算机相关专业中，数据库原理和Web开发技术等课程常把图书管理系统作为教学案例。多个技术相关的课程之间使用相同的教学案例，可以综合教学资源，使学生从技术的各个方面完整体验项目的开发过程[4]。因此，选择图书管理系统开发作为教学案例可以有效节约理解和分析的时间，提高学生的学习效率。

图书管理系统主要是对图书的各类信息进行管理，需要实现信息的增、删、查、改等操作和其他业务，例如借阅和销售等。为了将界面设计、程序实现和网络通信等应用程序开发技术作为Android系统应用程序开发课程的学习重点，把图书基础信息的管理作为本次案例教学设计的重点。为了提高知识的复杂度和案例的实用性，选择以网络版图书管理系统作为教学案例。

从系统设计的逻辑出发，基于Android系统的网络版图书管理系统知识结构可以分为操作界面、控制程序、网络通信程序、服务程序和数据存储五个部分，其层次模型如图1所示。其中操作界面、控制程序和网络通信程序是Android系统应用程序开发课程学习的重点，服务程序和数据存储部分，可直接引用其他课程的结果。

图1 基于Android系统的网络版图书管理系统知识结构层次模型

3 案例式翻转课堂设计

翻转课堂可以强化“教师—学生”和“学生—学生”之间的交流，让知识从单向直线传输转变为双向网状传输[5]，这一特点可以弥补传统案例教学不能激发学生发散思维和创新意识的缺陷。翻转课堂需要在有限的课时内实现知识梳理、问题或建议的反馈、问题的探讨和知识的总结，这给课时的分配带来了挑战。结合多年的Android系统应用程序开发课程教学经验，借鉴相关课程改革的成果[5]，本文从教学内容制定、教学活动组织和考核方式出发，对基于Android系统的图书管理系统案例式翻转课堂进行设计。

3.1 教学内容制定

在工程教育认证背景下的Android系统应用程序开发课程的主要教学目标是以Android系统四大组件技术为核心，使学生掌握Android系统应用程序界面及其控制程序的设计与实现方法，针对不同应用场景选择数据存储方式，独立或者以团队合作的方式对复杂工程问题进行调研和系统性设计，并在设计中体现创新意识。为满足工程教育认证的要求，从工程教育认证对毕业要求出发，需要梳理课程教学目标，便于制定相应的教学内容。课程的教学目标与工程教育认证毕业要求指标的具体对应关系见表1。

表1 Android系统应用程序开发课程目标与工程教育认证对毕业要求指标对应关系

基于图书管理系统的案例教学内容在满足课程目标1、目标2和目标3的同时，还需要满足翻转课堂“设定主题—发现问题—分析问题—解决问题—方案评价”的教学流程。本文以48课时为例，将界面设计、四大组件、数据存储和网络编程的教学内容融入图书管理系统案例中，教学内容和教学方式等见表2，课时分配汇总见表3。

表2 教学内容和教学方式

表3 讲授课时的分配 单位：节

每个知识单元都包含了基础知识和综合知识，其中基础知识采用学生在线学习的方式，部分较难掌握的基础知识采用课堂讲授的方式，综合知识采用翻转课堂的方式。在线学习不占用课时，这有利于给予翻转课堂更多的时间。基础知识学习应该在综合知识学习开始前完成，因此教师需要在每个知识单元教学开始前，提前给学生发布在线学习内容、要求和途径。学生可以将自学过程中遇到的问题带到课堂上，通过向教师提问或者在讨论环节提出问题等方式获得帮助。

在线学习使用中国大学MOOC国家精品在线课程学习平台。该平台是教育部在“互联网+”战略背景下大力推进的信息化教育平台[6]，目前已有782所合作高校，截至2019年7月，课程总数已达到12 545门。教师可以在该平台建设或者使用慕课资源，并组建慕课堂，实现线上教学组织、发布教学要求和学习情况统计等。表2中展示的需要在线学习的基础知识与在线学习平台资源的对应关系见表4。

表4 教学内容与在线资源的对应关系表

3.2 翻转课堂的组织

课堂是教师和学生近距离探索知识的地方，如何高效运用课堂时间，是各类教学改革研究所关心的问题[5]。案例式翻转课堂的教学设计需要从前期准备、课堂活动组织和课程考核三个方面进行设计。

3.2.1 前期准备

在翻转课堂活动开始前，教师需要向学生提供主题和活动流程资料，以便学生做好课前准备，提高课堂活动的效果。教师需要根据课程知识点要求选择相应主题，准备辅助材料，制定课堂活动流程和课后总结方式。以案例教学为主的翻转课堂需要对教学案例进行详细描述和适当划分，按照教学知识点的分布和递进，逐步推进案例的实施。根据表2给出的知识点和教学方式等信息，对基于Android系统的网络版图书管理系统案例进行描述，并划分为五个主题，具体见表5。

表5 基于Android系统的网络版图书管理系统的案例描述和主题划分

在每一个翻转课堂主题开始前，需要学生学习和掌握相应的基础知识，才能更好地参与课堂讨论。教师在课程开始前一个月需要将表2、表4和表5的部分内容发送给学生，安排学生及时开始课前学习。

3.2.2 课堂活动的组织

翻转课堂使传统的“教师主导”模式向“教师学生共同主导”模式转变。教师把握课堂活动时间，从旁记录学生表现。学生在规定的时间内，按照要求进行发言、讨论、展示或讲解。目前国内的大学基本都以行政班级为单位进行授课，为了能够在有限的课时内让每一位学生都能参与课程教学活动，课堂活动采用分组的形式进行。学生在主题活动开始前，自行分组，并分工完成资料收集、问题思考与解答、程序设计实现和作品展示等任务。

整个翻转课堂可以分为教师主导和学生主导两大环节。教师主导环节分为引导和总结两部分。引导是指教师先对当前主题进行介绍和分析，再以图表的形式展示与该主题有关的基础知识结构，供学生自我检查是否已完成课前学习，最后把与主题相关的思考题写在黑板上或者投影到屏幕上，并告诉学生在接下来的环节中每个小组需要完成的任务。总结是指在学生主导环节结束后的小组点评或总体点评，用来肯定学生的学习成果和指出学生作品中的不足，在学生给出的方案都不能完全满足案例需求的情况下，教师给出案例的参考解决方案。

学生主导环节分为作品展示和主题讨论两个部分。作品展示是让学生代表展示小组学习成果，用于体现小组成员在本次主题中的参与度和达成度，教师在此过程对小组工作进行评分。主题讨论是让学生以个人名义或者小组名义对自己或者其他组的作品进行点评，给出优化建议和解决思路，教师在此过程对学生的课堂贡献度进行评分。每个班级可以分5个小组，表5中各个主题在翻转课堂过程中的时间分配见表6。

Android系统应用程序开发课程的特点是既涉及理论学习又需要实践，根据表2和表3给出的实验指导要求，在每个主题教学结束后，安排学生进行上机实验，独立或分组完善各自的作品，需要教师对完善后的作品进行评分，并以此作为学生能力的考核依据。

3.2.3 课程考核

小组作品评分采用百分制，主要从作品的主题要求完成度、基础知识应用程度和程序运行稳定性出发，具体评分细则及标准见表7。讨论环节评分采用百分制，主要从个人或小组的参与度和发言的内容是否切合主题出发，具体评分细则及标准见表8。

表7 小组作品评分细则表

表8 讨论环节评分细则表

作品展示、讨论过程和实验过程会涉及“小组”和“组员”评分的问题。小组作品是在课前由学生分组完成的，且组内讨论过程教师不参与，因此教师很难对每个组员给予相应的评分。教师对小组作品、讨论发言和作品优化的评分是属于整个小组的表现得分。组员评分的方法可以借鉴前期研究成果[5]，由小组组长在小组得分的基础上，按照组员人数将分数翻倍，再给每个组员评分，具体评分细则见表9。

表9 组员评分细则表

工程教育认证要求课程着重考核学生的能力。与传统课程考核不同，能力考核需要根据学生长期的表现进行评价，而不能依赖一次考试得出结论。本次教学设计在翻转课堂过程中，教师需要进行小组作品、讨论环节和实验过程的评分，可以从不同角度对学生的学习能力、分析能力和动手能力进行考核。通过组内评分方式，可以从侧面反映学生的学习态度。学生的期末总评由小组作品得分、讨论得分、实验得分和期末作品得分四个部分组成，比例分别是40%、10%、20%和30%，具体计算公式如下：

(1)

式中，Z表示学生期评成绩；Gz_i表示第i次翻转课堂小组作品的个人成绩；Gf_i表示第i次翻转课堂讨论环节的个人成绩；Gs_i表示第i次翻转课堂后上机实验的个人成绩；Gm表示期末作品个人成绩。

4 结语

在工程教育认证的背景下，以网络版图书信息管理系统作为贯穿Android系统应用程序开发课程的案例，结合线上教学资源，引入翻转课堂教学模式，从教学内容制定、课堂活动组织和课程考核三个方面进行教学设计。整个教学过程强调对学生的学习能力、分析能力和动手能力的培养和考核，把案例从知识的容器转变为学生创新的平台。