双翻转教学活动在程序设计课程中的应用

关键词：翻转课堂；大班教学；知识整合；高阶思维；新工科

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）25-0127-03

0 引言

MIT的“新工程教育变革”明确了教育应以学生为中心的理念，强调了教学模式应该使学生看重基础知识，并能够以创造者和发现者的角色适应科学技术的飞速发展[1-2]。在此理念引领下，教学模式和教学内容的改革重点落在了以下三点：1） 提高课程的高阶性，培养学生的高阶思维使之建立完善知识体系；2） 激发学生主动学习的内驱力，挖掘学生学习潜能，培养高效自主学习的能力；3） 培养学生团队合作精神，强调学生动态适应能力、工程领导力等的培养，提升学生解决跨学科实际问题的能力[3-5]。

许多学生经历着从被动学习转向主动学习的过渡过程。当面临新的课程或知识时，学生通常倾向于采取“被动式”听课方式，这种知识吸收过程相对单一。在一定阶段或时间后，学生需要经历一个过渡期，以完成从被动学习向主动学习的转变，从而依靠内在学习动机实现高阶思维的培养和知识的巩固。因此，这一过渡期具有重要意义。在这一时期，教师承担着重要责任，即利用其丰富的学科知识作为引导者，引领学生完成主动学习和高阶思维的转变，并尽可能缩短每个学生的过渡期。

翻转课堂教学模式在解决学生高阶思维锻炼、知识巩固和扩展等方面效果十分显著。但具体的实施基本上都是在小班教学中，对于大班教学而言，翻转课堂仍然面临很多实际问题[6]。为了解决这一困局，本文从传统翻转课堂的课堂项目入手，将课堂项目改造为具有可伸缩性、扩充性、改造性、动态生长特性的实时任务，以竞争形式让学生参与其中，并通过短时课堂展示、短时任务生成、短时问题分析，帮助学生完成从“被动”到主动学习的过程，并能够以高阶思维指导知识重构和整合。

1 学生需求分析

学生的低阶到高阶思维转变需要依赖外部环境的有力支持，以实现快速跃升。教师在此扮演着构建这一外部环境的角色，以协助学生完成这一转变。本部分将从心理需求、项目需求和活动需求三个方面入手，分析和探讨适合学生（尤其是低阶思维学生）在基础课程中开展高阶思维训练的课堂项目和活动形式，以实现知识重构与整合的目标，并为随后的课程学习奠定基础。

1.1 心理需求

有研究表明[7]，对正处于思维活跃、精力旺盛的当下学生群体而言，他们更倾向于自主探索学习，自主选择有价值的学习内容，自主确认学习的意义，自主认同学习的价值。这意味着，学生群体需要强大的感知自主性、自我实现价值感，才能建立起强大的学习内驱力，进入深度学习模式。对于大学生而言，强有力的感知自主性可以触发学习内驱力，强有力的能力信念和自我实现的价值追求可以提升内驱力的水平。

翻转课堂和同伴教学模式的有效性也说明了学生在自身能力提升的同时需要一定的参照对比。具有对比性质的教学环境可以让学生有目标性、借鉴性地向更高层次的思维领域前进。一个良好的外部环境下，课堂中的小组讨论、分组讲授等形式可以满足学生胜任力发展、自主控制感和自我实现的需要，从而使学生在学习活动中获得较强的自主体验，进而反过来强化其自我思维，树立责任意识，提升高阶思维能力。同伴间的互助或竞争更能够满足学生互相比较、优越感的心理，进而充满信心地自定目标去实现。

1.2 课堂项目需求

高阶思维能力的训练需要高阶任务的支撑。尽管具有实际意义的任务或项目十分适合作为课堂教学的推动器，若专业知识的积累尚未达到一定高度，很难去真正完成一项带有实际意义的任务。相反，他们更适合一些基础性较强、理论性较强、复杂度较低的小型项目作为过渡项目来训练高阶思维。

提升学生的知识整合能力是培养学生高阶思维能力的首要技术前提。在课堂中，通过发布限时任务，并将其设定为学生主导的开放式、生成式任务，教师经过适当的调控，可促进低阶思维学生的转变。鉴于坚实的知识基础是提升高阶能力的关键，如果开放式、生成式任务能够明确地涵盖课程基础知识点，将更有助于学生的知识整合能力提升。

为了训练新形势新变化的快速反应能力，课堂任务还应该具备动态变化特性。计算机相关技术井喷式爆发说明科学技术的变化和更迭是十分迅速的，这要求新工科培养下的学生应该具备应对新形势、新变化的快速反应能力。将课堂上需要解决的项目的创建者从教师转为学生。让每位学生都参与同一项目的创建过程中，以累积的方式不断改动项目，使得项目内容不断变化，学生会不断接受来自学生自身的新挑战。这样的课堂项目将使得学生体验自主探索学习的乐趣，加强感知自主性，提升学习内驱力。

由学生主导的翻转项目对于学生创新能力的培养也是非常有帮助的。课堂展示、小组讨论等课堂教学形式将学生从被动的知识接收转为主动的知识传递状态，身份的转变使得学生感受到强大的自我实现价值，从而促发了高阶思维。教学形式的翻转极大地提高了学习内驱力，但对缺乏创新意识的学生而言，他们更习惯于在现有的框架中思考问题，即仅仅思考项目本身，不对项目之外的东西做关联思考。这样的思维模式是缺乏创新能力训练的结果。对于学生来说，创新不仅仅只代表课程之外的项目创新，围绕课程内容进行知识关联并重构项目也是一种创新。将学生从被动接受任务转为发布新任务的缔造者能更好地触发高阶思维并实现创新能力的训练。

1.3 活动特征需求

很多处于低阶思维的学生在转向高阶思维的过程中需要一种直观的、直接的、渐进的教学活动帮助其改变。他们了解并掌握了课程的知识点，但在实际解决项目中缺乏联系思维将知识点灵活运用。最显著的表现形式就是他们需要旁人指导才能顺利完成项目。这种情况的改变可以基于建构主义将任务的完成形式从教师整体发布、学生整体解决、学生整体展示，转为学生阶段发布、学生阶段解决、学生阶段展示。由学生引导任务的走向，由学生思考任务走向的可能性，由学生发现任务间的联系点。同时，阶段性的要求使得学生需要将任务的提出、解决、展示限制在比较短的时间内完成，难度大小也必定随之限制在一定范围内，从而使低阶思维的学生能够在较短时间内消化和吸收。因此，教学活动应赋予任务可伸缩性、扩充性、改造性，应增强提高学生向高阶思维转变的可能性。

竞争心理能够提升学生的学习内驱力。竞争心理的产生条件是让学生处于竞赛环境中，将获胜作为出发点或目标，并能够以自身赛道参与整体竞争中。竞争心理有利于保持竞争欲，有利于促进自我超越，有利于激发团队意识。在教学活动开展中，可将课堂任务的完成模式设置成竞赛模式。在各个小组间开展竞争，设立一个同伴互评标准，获胜标准侧重到量的积累，以保证低阶思维阶段的学生能够积极参与竞赛的终点。

2 双翻转课堂教学活动

2.1 教学时机

知识建构理论认为，原有知识作为基础，内化与重组作为手段，交流互动作为现象，三者相互促进和支持。为了实现高质量的知识建构，学生需要对原有知识有深刻的理解。然而，当学生缺乏扎实的知识基础时，传统的翻转课堂模式常常陷入只有优秀学生参与和展示的困境，从整体而言，许多学生无法有效地进行知识建构。考虑到学生仍然主要通过课堂教学获得知识[6]，可以稍作调整翻转课堂的时间安排，以适应学生的学习节奏。在完整的教学周期中，设置一个讲授课堂周期，并在每个讲授课堂周期结束时进行翻转课堂。学生在讲授课堂上学习基础知识，然后在紧随其后的翻转课堂中与教学资源、教师和其他学习者进行互动，通过重组原有知识来完成知识建构。讲授课堂周期的长度可以根据学生的学习能力而定，对于学习能力较高的学生，讲授课堂周期可以设置为10-15分钟，而对于整体学习能力较弱的学生，周期可以延长至一个学期，并将翻转课堂安排在最后阶段。

2.2 教学互动

相较于典型的翻转课堂，双翻转课堂更加倾向于基础知识构建或重构的训练，尤其是触发低阶思维学生转变的教学活动。在双翻转课堂上，教学互动分为四类。首先，师生共同决定学习任务的互动。教师根据学情在课前为学生筛选可用于翻转教学的项目集，在翻转课堂的开始阶段，学习者通过投票或举手等方式决定本次课需要解决的具体任务。其次，组内学习者之间的互动。学习者通过组成的学习集体进行交流、讨论、协商互助，或者共同完成课程汇报任务以完成集体知识的建构，并在这一过程中提高自己的交流能力、团队协作能力等。然后，学习小组间的互动。令小组间存在竞争，实时比对每个小组对项目的贡献度，迫使每个小组不停地讨论和决策，在知识点动态增长的同时，也有助于头脑风暴的持续进行。最后，学习者与教师的互动。在翻转课堂教学中，学生成为课堂的主导者，教师不再一味讲授知识，而是从旁协助。

2.3 以学生为中心的即时项目

教师在课前设计项目集，其中每个项目都是基础型项目，即几乎所有学生都能够根据已学知识完成。学生选择其中一个项目作为起始项目。接着，教师要求学生通过发散思维或头脑风暴对这个起始项目进行改造，他们可以将原始起始项目改造成新的起始项目，也可以在其他学生改造后的新起始项目上进一步改造，这个过程可以反复进行。每次项目的变动不能太大或太复杂，学生需要给出设计的原因以及原理或方案等。经过几轮迭代后，原始的起始项目必定会逐渐发展成完全由学生自主设计的项目，不再是教师主导的项目，从而实现翻转效果。

即时项目的设定应该将基本知识、概念、内涵和原理的学习与跨学科、多维度创新的学习有机衔接起来。这种设计旨在将低阶的学习方式与高阶的学习理念结合起来，通过逐步、分阶段的方式逐渐推进学习过程。如果最终目标设定得过高，学生可能会感到疲惫并出现学习倦怠，导致无法及时有效地实现既定目标，从而影响学习积极性。相反，如果设定的目标过低，学习将受限于低阶知识的范围内，无法实现创新思维和高阶能力的培养。因此，必须有效结合二者，为学习设定一个最近发展区和最易实现区，以帮助学生在合适的学习范围内取得进展，并促使其发展创新思维和高阶能力。

即时项目的迭代过程也是学生思维转变的过程。学生在即时项目中可以全程观察到其他同学的思维活动结果，这种直观比对十分有利于学生思维活动的进步。类似同伴教学，学生间的同频共振能够激发学生的认同调节动机，实现从“跟随制造型”向“自主引领型”转变，从“被动学习型”向“主动学习型”转变，从“低阶思维”向“高阶思维”转变。

3 实施实例和效果

以C语言程序设计为例介绍双翻转课堂的具体实施。在学生通过传统课堂和上机实验获得一定的语法知识并对程序设计题类型了解后，即可展开双翻转课堂。以“简易计算器”项目为案例，将学生现场分组，采用多轮方式进行项目迭代。每轮中，每个小组按随机抽签顺序逐一为计算器基础项目增加一个设计点，确保所有设计点互不重复。每个设计点需包含相应的语法知识、解决方案、相关示例或练习等内容。小组内随机选取一名学生在讲台上进行展示或讲解。翻转课堂的时长可根据学生状态进行灵活调整。通过此方法，作者成功在百余名学生的课堂中实施了一次双翻转课堂教学。

通过对学生提出的设计点所涉及的知识点数量进行统计分析，得到了如表1所示的结果。从表中可以观察到，课程包含的各类知识点均有相应设计，表明本次翻转课堂的主要学习目标——知识重构在知识点分布上得到体现。不同知识点之间的分布差异反映了教学活动以学生为核心，以学生认可度为推动力，以学生接受度为指导的内核。特别是“输入输出”类知识点吸引了大多数学生的关注，这是因为程序设计的基本流程涉及输入-处理-输出，其中输入和输出占据关键地位。本课程教学内容之一是强调项目、任务或练习的整体性完成，因此，输入输出类知识点的变化对学生有效完成项目的影响尤为显著，尤其对于那些缺乏程序设计基础的学生而言。此外，学生对这类具有直观视觉感受的知识点更易记忆。在表1中，“数据与运算”以及“算法及其它”两类知识点排名第二，这是因为这些知识点旨在培养学生的计算思维能力。对于缺乏程序设计经验的学生来说，计算思维的培养和强化具有一定难度，因此留下了深刻印象。其余知识点的分布相对均衡，表明学生对各知识点的掌握程度差异较为平衡，同时反映了学生在不同知识点上的学习能力差异相对均衡。

在小组内部，活动要求每位同学均需承担相应的分工和职责，按比例进行人数分配，如表2所示。这样的安排能够让每位学生深度参与此项活动。经实践，活动中的学生都能自主完成任务，从而实现高阶思考能力的训练。

本次课堂后，通过问卷调查了解学生对此次教学活动的满意程度，得到结果如图1所示。在问卷中，分别从课堂活动的创新度、课堂活动的满意度、知识巩固程度和自主设计题目意愿4个角度进行调查，结果表明学生的满意程度较好。

4 结论

双翻转课堂能够促进学生的高阶思维锻炼，对知识整合的帮助也是十分有效的。翻转课堂作为一种以学生为主的教学模式，已经受到全世界大学教师的认可。但对于不同专业的学生，不同知识背景的学生，不同思维能力的学生，需要更加多样、多元的教学内容来支撑，尤其是适用于课堂开展讨论的项目。用项目提升学生对新形势、新环境、新领域的快速适应能力，促进低阶思维学生向高阶的转变。翻转项目的设计就是一次以学生为主线的项目类型创新尝试。在未来教学过程中，我们需要更加关注教学过程中的细节问题，寻求更加适合学生的教学内容。