翁佩純 馬慧
[摘 要]程序設(shè)計(jì)課程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,其教學(xué)效果將直接影響學(xué)生對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)信心。翻轉(zhuǎn)課堂強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主教師為輔的教學(xué)模式,通過(guò)延展學(xué)生課外學(xué)習(xí)時(shí)間,提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。通過(guò)分析翻轉(zhuǎn)課堂模式帶來(lái)的挑戰(zhàn),針對(duì)程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)案例,為程序設(shè)計(jì)課程提供一種新的教學(xué)思路。
[關(guān)鍵詞]翻轉(zhuǎn)課堂;程序設(shè)計(jì)課程;教學(xué)案例
[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437(2018)10-0089-04
翻轉(zhuǎn)課堂的思想自2007 年由美國(guó)科羅拉多州的兩位化學(xué)教師提出以來(lái),已成為國(guó)內(nèi)外教育界關(guān)注的熱點(diǎn),并取得了令人滿意的教學(xué)效果。翻轉(zhuǎn)課堂的核心思想是:課前學(xué)生自主通過(guò)線上的視頻、測(cè)驗(yàn)等教學(xué)資源進(jìn)行學(xué)習(xí);課堂上學(xué)生通過(guò)各種教學(xué)活動(dòng),如小組討論、實(shí)驗(yàn)操作等,達(dá)到知識(shí)的內(nèi)化[1]。
程序設(shè)計(jì)課程是一門(mén)計(jì)算機(jī)核心基礎(chǔ)課程,具有較強(qiáng)的實(shí)踐性與應(yīng)用性。在該門(mén)課程的授課過(guò)程中,通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力,強(qiáng)化學(xué)生的上機(jī)訓(xùn)練,從而提高學(xué)生的編程技能。其教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力,并通過(guò)實(shí)際問(wèn)題的編程實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維,強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力。在以往的教學(xué)中,學(xué)生的上機(jī)練習(xí)多以驗(yàn)證型為主,完成上機(jī)任務(wù)和課后作業(yè),便極少投入時(shí)間加強(qiáng)編程能力的培養(yǎng),學(xué)生對(duì)編程興趣不高,學(xué)習(xí)積極性較差,屬于典型的被動(dòng)式學(xué)習(xí)。翻轉(zhuǎn)課堂的思想是以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主,教師啟發(fā)為輔。如何翻轉(zhuǎn)課堂,變被動(dòng)為主動(dòng),選擇以生活中的實(shí)際問(wèn)題和工程實(shí)際應(yīng)用為背景的教學(xué)案例,從講授編程語(yǔ)法為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詥l(fā)學(xué)生的編程思維為主,從課堂上的被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)檎n后的主動(dòng)學(xué)習(xí),是進(jìn)行程序設(shè)計(jì)課程翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐的思考之一。
一、翻轉(zhuǎn)課堂帶給程序設(shè)計(jì)課程的挑戰(zhàn)
翻轉(zhuǎn)課堂的思想是學(xué)生先在課前通過(guò)在線教學(xué)課件、視頻、練習(xí)等進(jìn)行知識(shí)的獲取和學(xué)習(xí);在課堂上經(jīng)教師的啟發(fā)和引導(dǎo),通過(guò)實(shí)際題目的演練來(lái)完成知識(shí)的內(nèi)化[2];課后再通過(guò)在線練習(xí)、測(cè)驗(yàn)等方式進(jìn)行知識(shí)的鞏固。將傳統(tǒng)的課堂中教師與學(xué)生之間的主輔地位翻轉(zhuǎn),形成“課前學(xué)習(xí)+課堂內(nèi)化+課后鞏固”的教學(xué)模式[3]。將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于程序設(shè)計(jì)課程的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中,面臨以下3個(gè)方面的挑戰(zhàn)。
(一)改革學(xué)生的學(xué)習(xí)方式,變“被動(dòng)學(xué)習(xí)”為“主動(dòng)學(xué)習(xí)”
翻轉(zhuǎn)課堂要求學(xué)生自主安排時(shí)間上網(wǎng)學(xué)習(xí)視頻資料并完成在線試題。對(duì)學(xué)生而言,最大的挑戰(zhàn)則是需要改變?cè)瓉?lái)被動(dòng)接受知識(shí)的方式,培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并總結(jié)問(wèn)題的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。這需要學(xué)生有良好的自制能力和學(xué)習(xí)積極性。
(二)改革教師的授課方式,變“課堂授課”為“引導(dǎo)協(xié)助”
翻轉(zhuǎn)課堂不僅需要教師根據(jù)教學(xué)資源,裁剪、整合、設(shè)計(jì)在線學(xué)習(xí)資料和練習(xí),還需要教師充分發(fā)揮在線教育的統(tǒng)計(jì)和分析能力,在上課前先根據(jù)學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)的記錄、學(xué)習(xí)過(guò)程中反饋的問(wèn)題,結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,設(shè)計(jì)適合課堂進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)計(jì)劃。在翻轉(zhuǎn)課堂,教師不再占主導(dǎo)地位,而是協(xié)助學(xué)生分析問(wèn)題、組織學(xué)生解決問(wèn)題,答疑解惑、組織向?qū)綄W(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。
(三)改革成績(jī)?cè)u(píng)定方式,變“傳統(tǒng)筆試”為“上機(jī)考試”
改革成績(jī)?cè)u(píng)定方法,建立以上機(jī)考試和編程能力為主的客觀評(píng)價(jià)體系。打破以往期末成績(jī)占大頭的總評(píng)方法,完全取消卷面筆試,改為上機(jī)考試。上機(jī)考試采用機(jī)器自動(dòng)評(píng)分的考試平臺(tái),并借助考試平臺(tái)對(duì)學(xué)生的答卷進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,使學(xué)生可以通過(guò)上機(jī)測(cè)驗(yàn)查漏補(bǔ)缺,教師可以針對(duì)學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)精講精練。為了客觀公正地考核學(xué)生的編程實(shí)踐能力,所建立題庫(kù)必須做到題型多樣化,覆蓋面廣等要求。
二、翻轉(zhuǎn)課堂在程序設(shè)計(jì)課程中的實(shí)施
程序設(shè)計(jì)課程的授課重點(diǎn),不僅在于語(yǔ)法結(jié)構(gòu),更重要的是讓學(xué)生通過(guò)實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練去鍛煉程序設(shè)計(jì)的思維。翻轉(zhuǎn)課堂的線上線下結(jié)合正好可以作為程序設(shè)計(jì)課程有效的實(shí)施手段。為此,可將每個(gè)章節(jié)的語(yǔ)法知識(shí)提煉并錄制視頻,布置小測(cè)驗(yàn)讓學(xué)生在線上學(xué)習(xí)并驗(yàn)證學(xué)習(xí)效果。再將實(shí)際案例設(shè)計(jì)為課堂小組協(xié)作題目,組織學(xué)生運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)點(diǎn)在課堂上開(kāi)展討論、分工、編程和協(xié)作。
在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐練習(xí)的設(shè)計(jì)上,應(yīng)注意把握以下幾個(gè)方面。
(1)應(yīng)多一些設(shè)計(jì)性的實(shí)踐內(nèi)容,少一些驗(yàn)證性的實(shí)踐內(nèi)容。弱化學(xué)生對(duì)編程知識(shí)和語(yǔ)言本身的關(guān)注,著重對(duì)知識(shí)的運(yùn)用。
(2)課堂教學(xué)案例的設(shè)計(jì)應(yīng)該逐步提高、前后連貫,要能緊密聯(lián)系實(shí)際,讓學(xué)生在實(shí)踐中鞏固課堂知識(shí)的同時(shí),進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
(3)在進(jìn)行課堂教學(xué)時(shí),由教師對(duì)實(shí)踐題目進(jìn)行分解,組織學(xué)生討論,并制定解決方案,再以小組協(xié)作形式進(jìn)行實(shí)踐,使學(xué)生學(xué)習(xí)如何按“分而治之”策略解決一個(gè)具有相當(dāng)規(guī)模與復(fù)雜性的實(shí)際問(wèn)題。
(4)鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)踐題目的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定程度的創(chuàng)新,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
(5)在翻轉(zhuǎn)課堂上,每組學(xué)生完成任務(wù)后,請(qǐng)一位代表進(jìn)行課堂演示和答辯,組織全班同學(xué)對(duì)各組完成作品進(jìn)行投票,并作為課程的考核方式之一。這樣一方面可以鍛煉理科學(xué)生的演講能力,另一方面也能帶動(dòng)班級(jí)的學(xué)習(xí)氣氛。
以C++程序設(shè)計(jì)為例,在講授“類(lèi)與對(duì)象”這一概念時(shí),傳統(tǒng)的實(shí)踐練習(xí)一般局限于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的形式,強(qiáng)調(diào)某個(gè)語(yǔ)句格式、某個(gè)語(yǔ)法問(wèn)題等。例如,定義class A, 然后定義對(duì)象Aa。這種“重語(yǔ)法”的實(shí)踐教學(xué)太過(guò)強(qiáng)調(diào)程序語(yǔ)言本身的要素,忽視了對(duì)知識(shí)綜合運(yùn)用和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此在設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)時(shí),可以先提煉出語(yǔ)法的知識(shí)點(diǎn)讓學(xué)生在線學(xué)習(xí),實(shí)際課堂可以組織一些設(shè)計(jì)性的實(shí)踐內(nèi)容,少一些驗(yàn)證性實(shí)踐內(nèi)容。例如,課前讓學(xué)生在線學(xué)習(xí)如何定義類(lèi)、如何定義對(duì)象、如何通過(guò)對(duì)象調(diào)用成員函數(shù)等等。而在課堂環(huán)節(jié),組織學(xué)生通過(guò)小組分工,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)電子時(shí)鐘,通過(guò)任務(wù)分解、課堂討論、小組協(xié)作等方式讓學(xué)生在實(shí)踐中鞏固課堂知識(shí)的同時(shí),進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。把抽象的概念用具體的實(shí)例展示給學(xué)生,使學(xué)生能融會(huì)貫通。課后通過(guò)布置學(xué)生在線作業(yè),幫助學(xué)生鞏固疑難點(diǎn)和遺漏點(diǎn)。
1.課前資源準(zhǔn)備
根據(jù)“類(lèi)與對(duì)象”的知識(shí)點(diǎn)和理解難點(diǎn),設(shè)計(jì)了4個(gè)相應(yīng)的小知識(shí)模塊提供給學(xué)生在線學(xué)習(xí),包括:①類(lèi)的定義;②數(shù)據(jù)成員的定義;③對(duì)象的定義;④成員函數(shù)的調(diào)用。學(xué)生在學(xué)習(xí)完視頻之后,需要完成一份在線測(cè)驗(yàn),其中包括選擇題、判斷題、程序題等,經(jīng)過(guò)分析思考或進(jìn)一步看書(shū)、上網(wǎng)查詢資料后驗(yàn)證所學(xué)知識(shí)。如果學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解有疑問(wèn),可以在線提問(wèn)和討論。教師在線檢查學(xué)生的完成情況,記錄學(xué)生成績(jī),并根據(jù)學(xué)生的在線答題統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)修改和完善教學(xué)計(jì)劃。
在本例當(dāng)中,學(xué)生在線學(xué)習(xí)之后,要完成下列編程題目。
定義一個(gè)電子時(shí)鐘類(lèi),模擬如圖1的電子時(shí)鐘的功能,要求實(shí)現(xiàn):
l初始化時(shí)間(可初始為:00:00:00)
l設(shè)置時(shí)間(小時(shí),分鐘,秒)
l顯示時(shí)間(格式如圖所示)
學(xué)生通過(guò)分析該題目,回答以下問(wèn)題:
l起個(gè)類(lèi)名?(知識(shí)點(diǎn):類(lèi)的定義)
l有哪些屬性?(知識(shí)點(diǎn):數(shù)據(jù)成員的定義)
l如何初始化時(shí)間?(知識(shí)點(diǎn):構(gòu)造函數(shù)的定義)
l有哪些功能?(知識(shí)點(diǎn):成員函數(shù)的定義)
通過(guò)以上問(wèn)題,學(xué)生可以梳理出如下類(lèi)的定義。
class Timer
{
public:
Timer(); //構(gòu)造函數(shù),用于初始化時(shí)間
void setTime(int h, int m, int s); //設(shè)置時(shí)間
void showTime(); //顯示時(shí)間
private:
int hour;
int minute;
int second;
};
Timer::Timer()
{
hour = 0;
minute = 0;
second = 0;
}
void Timer::setTime(int h, int m, int s)
{
hour = h;
minute = m;
second = s;
}
void Timer::showTime()
{
cout << hour << “ : ”
<< minute << “: ”
<< second << endl;
}
2.課堂教學(xué)活動(dòng)
翻轉(zhuǎn)課堂的關(guān)鍵在于課堂教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì),教師通過(guò)組織課堂活動(dòng)來(lái)完成知識(shí)的內(nèi)化。教師首先在課前對(duì)學(xué)生在線學(xué)習(xí)與測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,了解學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)遇到的難點(diǎn)和理解誤區(qū),為課堂的教學(xué)活動(dòng)提供設(shè)計(jì)參考。在課堂上,教師首先對(duì)學(xué)習(xí)難點(diǎn)及學(xué)生普遍存在的問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)一講解。其次,設(shè)計(jì)實(shí)踐題目組織學(xué)生進(jìn)行小組討論和協(xié)作開(kāi)發(fā)。所設(shè)計(jì)題目盡量兼顧實(shí)用性和趣味性。實(shí)踐案例的內(nèi)容應(yīng)注重前后知識(shí)運(yùn)用的綜合性和連貫性,后續(xù)案例以前續(xù)案例為基礎(chǔ)。例如,在講授類(lèi)與對(duì)象的知識(shí)時(shí),設(shè)計(jì)的案例除了包含如何類(lèi)的定義和實(shí)現(xiàn),成員函數(shù)的調(diào)用等內(nèi)容外,還應(yīng)結(jié)合前面的基礎(chǔ),如數(shù)組,指針,選擇結(jié)構(gòu),循環(huán)結(jié)構(gòu)等編程語(yǔ)言要素。這樣一方面可以復(fù)習(xí)前面的知識(shí),一方面可以培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)化意識(shí),以幫助學(xué)生建立知識(shí)體系。另外,為了避免學(xué)生面對(duì)一個(gè)實(shí)踐任務(wù)時(shí)毫無(wú)頭緒,可將任務(wù)分解為一個(gè)個(gè)小任務(wù),組織學(xué)生通過(guò)課堂討論等形式,由易入難,逐步推進(jìn)。針對(duì)“類(lèi)與對(duì)象”這一知識(shí)點(diǎn),設(shè)計(jì)了如下題目讓小組進(jìn)行討論。
【任務(wù)1】完成Timer類(lèi)的定義之后,組織學(xué)生進(jìn)行小組討論:
問(wèn)題1:如何使用Timer類(lèi)定義對(duì)象?
問(wèn)題2:如何設(shè)置時(shí)間?
問(wèn)題3:如何調(diào)用showTime函數(shù)來(lái)顯示時(shí)間?
在課堂上開(kāi)展討論之后,讓學(xué)生擬出解決的方案,并通過(guò)上機(jī)編程驗(yàn)證。
int main()
{
Timer timer1;
timer1.setTime(1,59,59);
timer1.showTime();
return 0;
}
教師通過(guò)以上實(shí)例,講解“類(lèi)與對(duì)象”的概念,加深學(xué)生對(duì)這個(gè)概念的理解,使學(xué)生搞懂本次課程的所有內(nèi)容,從而幫助學(xué)生完成知識(shí)的內(nèi)化。在完成以上編程之后,教師可以設(shè)置以下編程任務(wù)。
【任務(wù)2】針對(duì)以上完成的內(nèi)容,提出改進(jìn)的方向。
(1)目前顯示時(shí)間的功能仍不完善,例如01:59:59,會(huì)顯示為1:59:59。
(2)如何讓電子時(shí)鐘的時(shí)間真正走起來(lái)?
在課堂上再次開(kāi)展討論之后,讓學(xué)生擬出解決的方案:
①解決時(shí)間的顯示問(wèn)題可以用setw()和setfill()函數(shù),該知識(shí)點(diǎn)屬于“格式化輸出”,在之前的章節(jié)講授過(guò),在此可以幫學(xué)生復(fù)習(xí)并梳理下思路。參考代碼如下:
cout << setfill('0') << setw(2) << hour << “:”
<< setfill('0') << setw(2) << minute <<“:”
<< setfill('0') << setw(2) << second << endl;
②讓時(shí)間走起來(lái),可以每次暫停1秒,并在當(dāng)前時(shí)間上累加1秒,清屏后再重新顯示時(shí)間。這里可以提供給學(xué)生以下函數(shù): (注:需包含頭文件:windows.h)
System(“cls”); //清屏
Sleep(1000); //使程序暫停1秒
③要考慮時(shí)、分、秒的進(jìn)位問(wèn)題。
通過(guò)上機(jī)編程進(jìn)行驗(yàn)證,學(xué)生為T(mén)imer類(lèi)新增了一個(gè)成員函數(shù)increase():
void Timer::increase()
{
second++;
if(second == 60)
{
second = 0;
minute++;
}
if(minute == 60)
{
minute = 0;
hour++;
}
if(hour == 24)
{
hour = 0;
}
}
修改showTime()函數(shù),代碼如下:
void Timer::showTime()
{
while(1)
{
system(“cls”);
cout << setfill(‘0) << setw(2) << hour << “:”
<< setfill(‘0) << setw(2) << minute <<“:”
<< setfill(‘0) << setw(2) << second << endl;
Sleep(1000);
increase();
}
}
通過(guò)上述的上機(jī)練習(xí),學(xué)生基本能掌握類(lèi)的定義、構(gòu)造函數(shù)的含義與作用、對(duì)象的使用等,此時(shí)在原基礎(chǔ)上提出實(shí)踐進(jìn)階要求,學(xué)生只需在已完成的項(xiàng)目上略加修改即可,較容易被接受。
【任務(wù)3】豐富電子時(shí)鐘的功能,模擬如圖2的電子時(shí)鐘的功能(日期+時(shí)間)。
要求可由用戶設(shè)置日期和時(shí)間,能顯示日期、時(shí)間和星期。
學(xué)生分析這個(gè)任務(wù)不難發(fā)現(xiàn),可以在電子時(shí)鐘的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充,得出如下類(lèi)的定義。
class DateTime
{
public:
void setTime(int h, int m, int s);//設(shè)置時(shí)間
void setDate(int y, int m, int d);//設(shè)置日期
void showTime();//顯示電子鐘時(shí)間
void showDate();//顯示年月日
void getDay();//獲得星期幾
void weekDay();//計(jì)算星期幾
private:
int year;
int month;
int day;
int hour;
int minute;
int second;
int weekday;
};
這個(gè)任務(wù)雖然看似簡(jiǎn)單,卻包含了許多知識(shí)點(diǎn),如星期的換算,閏年的判斷等??梢越M織學(xué)生以2~3人的團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行討論和課后開(kāi)發(fā),再由團(tuán)隊(duì)進(jìn)行演示,從而加深學(xué)生對(duì)“類(lèi)與對(duì)象”概念的理解。從教學(xué)效果來(lái)看,多數(shù)學(xué)生都能完成以上題目,其中有不少學(xué)生還考慮到字體顏色、背景顏色等效果,鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力。
3.課后在線鞏固
在課堂教學(xué)結(jié)束后,學(xué)生主要通過(guò)在線練習(xí)和測(cè)試來(lái)鞏固知識(shí),在OJ平臺(tái)上進(jìn)行編程并提交程序。該平臺(tái)能自動(dòng)根據(jù)教師提前設(shè)計(jì)的測(cè)試?yán)?,評(píng)判學(xué)生所提交程序的對(duì)錯(cuò),能實(shí)時(shí)顯示各種排行榜,激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。教師根據(jù)學(xué)生的正確題目數(shù)給予相應(yīng)的平時(shí)成績(jī)獎(jiǎng)勵(lì),其成績(jī)記入期末總評(píng)分?jǐn)?shù)。此外,學(xué)生可以通過(guò)論壇分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn),提出疑問(wèn),教師根據(jù)學(xué)生容易出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行整理總結(jié),在線進(jìn)行答疑。
三、翻轉(zhuǎn)課堂在程序設(shè)計(jì)課程中的效果
翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的一次全新改革,教師需要顛覆原來(lái)的一套教學(xué)習(xí)慣,學(xué)生則要自主利用碎片時(shí)間,通過(guò)手機(jī)、PC機(jī)等設(shè)備,隨時(shí)隨地自主完成學(xué)習(xí)和測(cè)試。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革已在我校計(jì)算機(jī)專業(yè)進(jìn)行了兩個(gè)學(xué)年,得到了學(xué)生和老師的普遍認(rèn)可。在教學(xué)過(guò)程中,研發(fā)適合翻轉(zhuǎn)課堂形式的教材,設(shè)計(jì)適合在線學(xué)習(xí)的微課,以及開(kāi)發(fā)在線測(cè)試的題庫(kù),都是實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的關(guān)鍵因素。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)思路有一定的實(shí)際意義,進(jìn)一步推動(dòng)程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程教學(xué)效果的提高,為程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程教學(xué)改革提供了新思路。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
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