畢振波 潘洪軍 譚小球 宋廣軍

摘? ?要：網(wǎng)絡時代背景下，翻轉(zhuǎn)課堂教學模式在解決傳統(tǒng)計算機實驗教學課堂學時不夠、師生交流有限、提高學生學習的自主性等方面具有重要的作用，但也存在學生學習興趣各異、學習主動性高低不同的客觀事實，本文認為基于翻轉(zhuǎn)課堂的計算機實驗課教學改革應同時結合層次化教學方法才能真正發(fā)揮新教學模式的效力，才能真正有效提高計算機實驗教學的質(zhì)量，實現(xiàn)創(chuàng)新人才和應用型人才培養(yǎng)的目的。為此，本文從分析兩者結合的必要性著手，重點研究了基于翻轉(zhuǎn)課堂和層次化教學結合的教學模式和應用中需注意的問題，并以成功經(jīng)驗為證，以期為廣大從事計算機實驗課教學的老師提供有益參考。

關鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂;層次化教學;計算機實驗教學;教學研究

中圖分類號：K872;TP29 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2019）05-0036-05

一、引言

計算機實驗課是計算機專業(yè)實踐課的重要組成部分，它在大學生實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面具有重大的作用。隨著國家把大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育納入教育質(zhì)量提升計劃，傳統(tǒng)的計算機實驗教學面臨著計劃課時、實驗室開放時間、學生動手參與實驗的時間以及師生交流互動有限，教學方法和教學手段陳舊等弊端，這將影響計算機專業(yè)教學質(zhì)量的提高。新形勢下，如何解決計算機實驗課課堂低效的問題，成為眾多一線計算機教師關注的焦點。近幾年，隨著翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的興起，以及計算機網(wǎng)絡技術、人工智能技術和移動計算技術與教學活動結合越來越密切，本文作者也對翻轉(zhuǎn)課堂教學模式對知識傳授和知識內(nèi)化的顛倒安排[1-2]、對傳統(tǒng)教學中師生角色的改變、課堂時間的有效使用等進行了探索，結合計算機實驗課特點，本文認為翻轉(zhuǎn)課堂不僅適用于計算機理論教學，也適合于計算機實驗教學。但考慮到過去10多年高校擴招，高等教育逐漸向大眾教育方向發(fā)展，學生來源于不同區(qū)域，學習基礎不一、興趣各異的客觀事實，本文認為基于翻轉(zhuǎn)課堂的計算機實驗課教學改革還要結合層次化教學方法，方能有效提高計算機專業(yè)的教學質(zhì)量，解決當前計算機實驗課面臨的各種障礙，從而達到創(chuàng)新人才培養(yǎng)和應用型人才培養(yǎng)的目的。為此，本文結合學者們近些年計算機實驗課的教學經(jīng)歷，將翻轉(zhuǎn)課堂和層次化教學方法在計算機實驗課教學中的應用深入探討，以期為廣大從事計算機實驗課教學的老師提供參考。

二、翻轉(zhuǎn)課堂和層次化教學方法在計算機實驗課教學中應用的必要性

1.翻轉(zhuǎn)課堂和層次化教學的內(nèi)涵

（1）翻轉(zhuǎn)課堂教學模式

翻轉(zhuǎn)課堂教學理念由來已久，我國教育工作者提倡的通過參考書“提前預習”的學習模式、實行多年的“廣播電視教學”、“自學考試”和“夜大”中都能看到它的理念。例如“廣播電視大學”強調(diào)通過廣播電視進行自主學習，通過有限次的集中授課主要解決自主學習中遇到的問題;“自學考試”強調(diào)自學和輔助站（一些高校和社會組織舉辦的自學考試輔導班）結合，以自學和自主參加考試為核心，以考促學，學員通過收學費的輔助站來解決自學中碰到的疑難問題和復習備考的困惑。雖然翻轉(zhuǎn)課堂教學理念由來已久，但公認的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式始于2007年美國兩個化學教師的課堂教學。他們使用視頻軟件錄制PPT并配上講課錄音，將視頻上傳到網(wǎng)絡，以此為缺席的學生補課，后來逐漸嘗試以學生在家看視頻、聽講解，在課堂上老師主要進行問答式輔導，或?qū)υ趯嶒炦^程中有困難的學生提供幫助[3-4]。該教學模式后來在美國中小學得到了推廣，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術在教育領域的普及，該教學模式近幾年在國內(nèi)也得到了推動和應用。針對該模式的潛在價值，目前從國家教育部到各省市教育廳已經(jīng)有許多與該模式有關的高等教育研究課題被立項。對于發(fā)表的論文，以中國知網(wǎng)為例，從2010年可檢索到的1篇增長到2017年的7884篇（圖1）。然而在計算機實驗教學中的研究相對較少，從2014開始到2017年，分別為3篇、4篇、7篇和9篇，共23篇，完全與計算機實驗有關的文獻僅有7篇。

經(jīng)眾多文獻研究，翻轉(zhuǎn)課堂教學模式實際上是將傳統(tǒng)的課堂集中授課搬到了課堂之外[5-6]，強調(diào)利用外在輔助工具（互聯(lián)網(wǎng)資源、參考書和其他媒體等）進行“自主學習”[7]。寶貴的90～120分鐘課堂時間主要用于師生之間進行交流和溝通，重點解決學習中的深層次問題，例如疑難問題、復雜問題和深層的學術探討等。這在一定程度上解決了課時有限和師生交流不夠的問題。對于計算機實驗教學，學生在課余通過預約進入實驗室去做實驗，也解決了實驗室開放不夠的困惑。

（2）層次化教學模式

層次化教學模式也叫做分層教學模式[8]，是在學生學習基礎、智力因素和非智力因素（如學習態(tài)度和興趣）存在差異的情況下，教師有針對性地實施分層教學，從而達到不同水平等級教學目標的一種教學方法[9-10]。該方法由來已久，是針對不同學生“因材施教”而被廣泛采用的教學方法，當前在許多專業(yè)的教學中均有應用。對于計算機實驗教學，該教學模式不僅能使所有學生達到計算機實驗教學大綱規(guī)定的基本要求，而且能使學有余力的學生得到更進一步的提高?？傊?，在該教學模式下，各個層次的學生都能獲得了成功的愉悅，改善了師生間關系，也有助于教學交流。

2.區(qū)別與聯(lián)系

從以上對翻轉(zhuǎn)課堂和層次化教學模式的概述看，兩者的區(qū)別是很明顯的，是兩類不同的教學方法，前者是近幾年剛流行起來的一種教學方法，其原因是信息技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展為其創(chuàng)造了比以往任何時期更好的條件。后者是一種具有悠久歷史的教學方法，其思想早在孔子時代就有了，只是現(xiàn)代才正式叫做層次化教學。它們的根本區(qū)別是：前者是一種學生主動學習基礎之上的教學方法，強調(diào)的是學生學習的主觀能動性需和教師的教學要配合，假定學生的學習積極性和自學能力是良好和一致的;后者是一種學生被動學習基礎之上的教學方法，教師為主體，學生為受動者，強調(diào)的是教師的教學活動該依據(jù)教學對象特點和內(nèi)容展開。作為教學方法，翻轉(zhuǎn)課堂和層次化教學模式都是為了更好地教授學生，使之在特定的教學方法下較好地掌握知識，目標是一致性的，還有就是兩種教學方法的應用都是有條件的。

3.兩者結合的必要性

翻轉(zhuǎn)課堂作為一種 “新型”的教學方法[11]，對于那些學習興趣高、自學能力強的學生無疑是很好的教學方法，但對于那些學習興趣不高或全無的學生，該方法則會成為一種“放縱”學生的行為或“不管”學生的瀆職。即使互聯(lián)網(wǎng)資源再多，參考書如何豐富，也都是一種擺設。在高等教育逐漸大眾化的階段，學生的年齡普遍越來越小，對于低年級和自主性差的學生，該教學方法肯定會打折扣的。層次化教學方法是以重視學生的差異性（興趣、基礎、自學能力和其他）為前提的。因此，翻轉(zhuǎn)課堂的弊端可以通過層次化教學方法來彌補，這樣就照顧到了全體，實現(xiàn)了保證基礎，突出了先進，實現(xiàn)了素質(zhì)教學和質(zhì)量教育并進。

三、兩者在計算機實驗課教學中的教學模式

翻轉(zhuǎn)課堂和層次化教學方法在計算機實驗教學中的應用，是以學生認知為前提、因此施教為出發(fā)點、自主學習和個性化培養(yǎng)為途徑、科學考核評價為約束、綜合能力培養(yǎng)和創(chuàng)新性發(fā)展為目標。具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.課程知識體系構建

計算機實驗課程體系一般包括課程配套的實驗教學、開放性實驗和課程實訓。教學安排要突出課內(nèi)外一體、突出開放教學和突出不同類型等[12]。根據(jù)前面翻轉(zhuǎn)課堂和層次化教學相結合的必要性分析，課程體系首先應體現(xiàn)層次性，即按照學生認知規(guī)律，計算機實驗教學內(nèi)容分為基礎、提高和綜合三個知識層次。在實驗教學大綱中，體現(xiàn)為基礎性實驗、綜合設計性實驗和研究探索性實驗等三類。在翻轉(zhuǎn)課堂模式下，實驗項目庫及在線資源也應包括三個層次（圖2）。實驗教學大綱、實驗教學計劃中，要求三者的比例保持一個區(qū)別度，例如6∶3∶1或5∶3∶2，這樣可以保證基礎又可以讓學有余力或個化的學生深入學習，解決了大一統(tǒng)的弊端。在此基礎上，教師分類制作和上傳課程資源（包括微課程、應用軟件、PPT、示例源碼或腳本、數(shù)據(jù)庫文件、XML文件、Word及其它文檔等），形成資源庫。學生可提前根據(jù)個人情況及不同的學習要求選擇觀看微課程或?qū)黝}進行網(wǎng)上交流或討論，做筆記、思考和提問題。

2.計算機實驗教學課前

計算機實驗教學課前，按照學生認知規(guī)律、個性化培養(yǎng)的目標，教師整理好三類教學資源，上傳到或更新教學資源庫，并布置不同層次的實驗項目，通過教學管理平臺或QQ、微信、電話和短信方式進行公告，讓學生進行學習（圖3）。學生按照個人情況、興趣、課程要求、實驗要求選擇實驗項目，然后通過網(wǎng)絡看視頻、在線文檔、非在線學習資源進行自主學習，完成初步實驗計劃。該過程中，教師和學生隨時可以運用在線教學平臺和實時通訊工具進行交流和問題討論。

3. 計算機實驗教學課中

實驗課中，教師和學生主要以問答方式進行交流（圖4）。教師根據(jù)大家選做實驗題目的層次，分別提問幾個問題，由學生進行回答，并根據(jù)回答情況進行實驗任務解析。當中，也接受學生對疑難問題的提問，教師進行答疑和指導。有些問題，教師通過創(chuàng)造情景，可以不馬上回答，讓同學們在交流中完成解答，教師最后進行總結和評析。通過該方式，讓同學們知道實驗項目關鍵問題所在、解決問題的方法和步驟，然后在課前初步實驗計劃基礎上，通過完善和修改最后真正地完成實驗。需要注意的是，課堂交流中教師要照顧到各類層次的同學，不能只對那些選做綜合性和探索性實驗項目的同學感興趣，把選做低層次的同學晾在一邊，應該互相穿插提問，即選做基礎實驗題目的同學也被鼓勵回答高層次的問題。例如，交流中教師通過誘導式提問那些選做基礎實驗項目的同學，讓其逐步發(fā)現(xiàn)基礎實驗當中存在的深層次問題，鼓勵其通過擴展也將基礎性實驗項目變成綜合性甚至探索性的實驗項目，同時告訴其如何查閱資料和問題求助解決實驗項目，通過該方法逐步提高其探索問題的興趣，使其覺得實驗課堂是充滿快樂和趣味性的。同時，針對基礎實驗項目存在的疑難問題，教師也可以不回答，征詢那些會的同學進行解答。尤其讓選做綜合性和探索性實驗的學生進行回答，同學幫助同學，從而形成同學間的互助，解決了人數(shù)多教師輔導不過來的問題，也提高了他們的學習成就感，進一步提高課堂的趣味性，把實驗教學變成一個技術和學術探討的交流會，也有助于實現(xiàn)基礎實驗向綜合性和探索性實驗項目的轉(zhuǎn)化。

4.計算機實驗教學課后

計算機實驗教學課后（圖5），教師檢查實驗報告，對于基礎性實驗內(nèi)容一般采用學生演示的方式驗收;對于綜合性實驗報告和探索性實驗可以采取學生匯報或?qū)W生答辯方式驗收。根據(jù)驗收情況，教師進行總結和反饋，學生通過完善和實驗總結最后再上交實驗報告。師生之間的交流，可以通過個別面對面交流或教學資源管理平臺、QQ、微信、電話和短信等方式交流。層次化模式下，翻轉(zhuǎn)課堂效果實現(xiàn)了因材施教，實現(xiàn)了學生個性化培養(yǎng)、自主學習的目的。

5.計算機實驗教學課外

計算機實驗教學課后并不是課程的完全終結。為了有利于綜合型應用人才和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，進一步提高教學質(zhì)量，計算機實驗教學應成為發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)兩種重要人才的重要途徑。因此，計算機實驗教學應該和創(chuàng)新活動關聯(lián)。對于優(yōu)秀的綜合型實驗項目和研究探索性實驗項目（圖6），教師應注重培育、包裝和提煉，使之成為學科競賽、大學生創(chuàng)新項目、學生發(fā)表學術論文和申報專利的候選題目。這樣可以增強教師教學和學生學習的動力，提高學校的競爭力，增強教師投入實驗教學的積極性。

6.教學過程的持續(xù)優(yōu)化

在層次化和翻轉(zhuǎn)課堂教學模式下，如圖7所示，整個教學過程是一個周而復始，不斷深入，持續(xù)完善優(yōu)化的過程，包括6個環(huán)節(jié)：構建/修訂課程知識體系、課前教學、課中教學、課后教學、課外教學、創(chuàng)新教學。該過程應始終認清學生知識基礎的層次性、興趣的層次性、授課內(nèi)容的層次性的客觀現(xiàn)實，并在各環(huán)節(jié)中體現(xiàn)出來。按照上一節(jié)內(nèi)容，似乎計算機實驗教學中某些優(yōu)秀的實驗項目能夠參加課外創(chuàng)新活動并獲獎就結束了，實際上，在指導學生參加課外創(chuàng)新活動中，取得的成功經(jīng)驗和發(fā)現(xiàn)的不足還可以在下一輪的實驗教學中進行應用或推廣和補足，比如針對課程知識體系的修訂和其他教學環(huán)節(jié)進行完善。教師對于一種新的教學方法的應用都有一個學習、適應和逐步掌握的過程，不合理的地方，或者太過的地方，需要不斷的優(yōu)化，從而逐步提高計算機實驗教學的水平。

四、實踐中應注意的問題

任何教學方法都不是萬能的，只有靈活運用，才能有效提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。因此，翻轉(zhuǎn)課堂和層次化教學方法在計算機實驗教學中的應用需要注意其適用的場合。在實踐中，以下幾方面特別需要注意的。

1.適合的對象

翻轉(zhuǎn)課堂一般需要學生具有良好的自主學習能力和較高的信息獲取能力。翻轉(zhuǎn)課堂通常適合高年級的學生，在應用類的課程教學中，比如計算機網(wǎng)絡及應用開發(fā)、信息安全、JAVA開發(fā)、.NET開發(fā)、Android移動開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、數(shù)字圖像處理模式識別技術、海洋地理信息系統(tǒng)、移動地理信息開發(fā)技術和虛擬現(xiàn)實等實驗教學中應采用翻轉(zhuǎn)課堂，鼓勵大家課外去完成實驗項目。教學中體現(xiàn)基礎、綜合和科研探索三個層次及比例，考核時三個層次運用不同的系數(shù)。對于低年級，基礎性實驗適當結合翻轉(zhuǎn)課堂教學，不應太多，應以傳統(tǒng)教學模式為主，適當穿插翻轉(zhuǎn)課堂教學;但鼓勵大家通過翻轉(zhuǎn)課堂模式以小組合作方式完成課程綜合性和科研探索性實驗。

2.不同層次實驗項目的轉(zhuǎn)化

實際上，圖2中不同層次的實驗項目間沒有完全嚴格的界限，因為低層次實驗項目通過適當擴展是可以轉(zhuǎn)化為高層次的實驗項目，比如基礎性實驗項目通過擴展或深入分析可轉(zhuǎn)化為綜合性實驗項目，綜合性實驗項目通過局部問題抽取也可以轉(zhuǎn)化為一個針對特定問題的探索性實驗項目，轉(zhuǎn)化方法如圖8所示。教師通過轉(zhuǎn)化，正確進行引導，能夠讓學生潛移默化中學生掌握觀察問題、分析問題和探究問題的方法，實現(xiàn)創(chuàng)新式人才培養(yǎng)。

3.復雜、操作步驟多和占用時間多的實驗

復雜、操作步驟多的實驗項目一般涉及多學科的知識，包括多個模塊，有限的課堂時間是完不成的，因此需要在教師指導下，應讓學生個體或小組主要課外通過觀看微課程、學習和研究在線教學資源（示例源碼、應用開發(fā)案例、開源源代碼）、參考書及文獻、同教師或同學進行網(wǎng)絡交流等方式完成相關實驗項目。該方式下，教師應讓學生提前選擇題目、教師給出任務書和方向，讓學生在開放實驗室或教師課題實驗室進行完成，教師進行必要的過程管理和跟蹤。

4.教學中應對學生進行鼓勵

學習興趣是學習的動力，也是教師教學應注重培養(yǎng)的。翻轉(zhuǎn)課堂和層次化教學模式下，開始學習很高的學生可能會逐漸變得對學習不感興趣，有些學生認為選擇綜合性強和探索性實驗加重了學習負擔，也想完成基本實驗即可，60分萬歲。這在教學中，教師應該多加關注，通過各種方式適時鼓勵他們，比如給其增加課堂參與分，參與課題，優(yōu)先選拔加入學科競賽或創(chuàng)新團隊，舉辦學習興趣小組等。此外，對于開始選擇基礎性實驗、學習興趣不高的同學也該通過某種方式鼓勵和引導，促其發(fā)現(xiàn)專業(yè)學習中的興趣點，引導其主動去探索，爭取做一些綜合性和探索性的實驗項目。

5.教學資源管理平臺的構建

教學資源管理平臺是應用翻轉(zhuǎn)課堂和層次化教學的基本條件和保障，為使平臺的作用充分發(fā)揮，教學系統(tǒng)使用應有一定的開放性。比如鼓勵學生通過該平臺上傳優(yōu)秀的實驗作品（作業(yè)）、教學素材和代碼，實行積分計劃、按照一定的標準和平時成績掛鉤，實行平時成績獎勵，從而豐富教學資源庫，以利于下一次的實驗教學。此外，教學資源管理平臺應能夠定時自主地通過網(wǎng)絡主題爬蟲方式進行教學資源采集，這樣可進一步減少教師單方面給資源庫添加課程資源的壓力，讓老師能夠有更多的精力和學生進行課前、課中和課后交流討論。

五、應用的意義

作者所在高校是一所以海洋為特色的教學研究性本科類高校，從2014年開始學校引進了翻轉(zhuǎn)課堂教學模式。從該年度開始，省教育廳、學校和各級管理組織均不同程度地對翻轉(zhuǎn)課堂教學模式在教學中的應用進行了政策、經(jīng)費、組織和基礎設施等方面的支持，并開展了大量的教學研討會。順應潮流，作者們近兩年重點在計算機實驗教學中進行了研究和嘗試，根據(jù)教學實踐中發(fā)現(xiàn)的問題（見引言），我們和其他同事及時將層次化教學模式進行了引入，使得教學效果出現(xiàn)了明顯的改變，學生積極性出現(xiàn)了高漲，課堂教學不再死氣沉沉，通過和各類大學生創(chuàng)新活動對接，學科競賽（研究生全國一等獎和本科生全國一等獎近10項）、大學生創(chuàng)新項目（國家級和省級共11項）、發(fā)表論文（EI和核心）20多篇、申請發(fā)明專利（國內(nèi)發(fā)明專利10余項）和實用新型專利（50多項）均取得了優(yōu)秀的成績，打破了該方面往年難以突破的被動局面。學生學習有了新的目標，學校排名也得到了明顯的提升，教師榮譽感（年底獎勵和職稱評審）也得到了大力提高。

六、結束語

翻轉(zhuǎn)課堂教學模式能夠提高學習自主性，層次化教學模式能夠適應人才個性化培養(yǎng)，鑒于計算機實驗教學中大學生的不同認知風格、不同知識水平、不同興趣愛好和不同學習需求的客觀現(xiàn)實，適時將翻轉(zhuǎn)課堂和層次化教學模式結合可以解決單一教學模式的不足，真正解決傳統(tǒng)計算機實驗教學面臨的各種困惑。

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（編輯：王曉明）