梁 靜，李 琦

（1.成都工業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，四川 成都 610031；2.成都工業(yè)學(xué)院 信息與計(jì)算科學(xué)系，四川 成都 610031）

0 引 言

近年來(lái)，我國(guó)高校的傳統(tǒng)教學(xué)模式正面臨挑戰(zhàn)，國(guó)家的指導(dǎo)政策已經(jīng)從重理論輕實(shí)踐的教育方式向重創(chuàng)新重實(shí)踐的方向轉(zhuǎn)變[1-2]，學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)愈發(fā)重要。應(yīng)用性很強(qiáng)的課程一般都開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力，如C程序設(shè)計(jì)課程，不僅要通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)的過(guò)程、規(guī)則，掌握計(jì)算機(jī)的常用算法、編碼和調(diào)試，還要培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用這些知識(shí)的能力，掌握用計(jì)算機(jī)描述和求解問(wèn)題的思維方法。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)在課程教學(xué)過(guò)程中非常關(guān)鍵，有效的實(shí)驗(yàn)不僅可以鞏固理論學(xué)習(xí)的概念和原理，還對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力以及提高綜合應(yīng)用技能意義重大。

縱觀國(guó)內(nèi)高校的大部分程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，由于內(nèi)容安排欠合理和實(shí)驗(yàn)深度不到位，其效果往往只能達(dá)到強(qiáng)化知識(shí)理解，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)提高應(yīng)用能力的培養(yǎng)目的[3]。為提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量，有不少高校教師和學(xué)者積極探索。文獻(xiàn)[4]提出基于知識(shí)點(diǎn)的微視頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式；文獻(xiàn)[5]給出包含教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等多方面的綜合實(shí)驗(yàn)改革措施；文獻(xiàn)[6]中使用MOOC在線課程與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)模式構(gòu)建程序設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)課程平臺(tái)；文獻(xiàn)[7]中設(shè)計(jì)線上線下（O2O）的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。不難看出，當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革多偏重于實(shí)踐性研究，而對(duì)理論的研究相對(duì)不夠深入。

1 O2O新太極環(huán)式模型構(gòu)建

布魯姆教育目標(biāo)分類理論在我國(guó)的教學(xué)管理中具有重要的指導(dǎo)作用[8]，該理論由本杰明?布魯姆于1956年在《教育目標(biāo)分類學(xué)，第一分冊(cè)：認(rèn)知領(lǐng)域》中首次提出。他指出人的認(rèn)知能力有6個(gè)級(jí)別，分別為記憶、理解、應(yīng)用、分析、綜合和評(píng)價(jià)，其中，記憶和理解代表著較低等的認(rèn)知技能，應(yīng)用是過(guò)渡區(qū)間，而分析、綜合和評(píng)價(jià)屬于較高的認(rèn)知層次，如圖1所示 。

基于布魯姆教育目標(biāo)分類理論，文獻(xiàn)[9]中進(jìn)行了中國(guó)本土文化背景下的教育實(shí)踐，將傳統(tǒng)文化中的太極思想和翻轉(zhuǎn)課堂理念進(jìn)行深度融合，提出太極環(huán)式理論模型（“太極環(huán)模型Ⅰ”）。文獻(xiàn)[10]中在此基礎(chǔ)上提出適用于翻轉(zhuǎn)會(huì)議的太極環(huán)式理論模型（“太極環(huán)模型Ⅱ”），而文獻(xiàn)[11]中結(jié)合布魯姆目標(biāo)分類法修訂版[12]的變化，在“太極環(huán)模型Ⅰ”和“太極環(huán)模型Ⅱ”的基礎(chǔ)上提出適用于創(chuàng)業(yè)課翻轉(zhuǎn)課堂的太極環(huán)式理論模型（“太極環(huán)模型Ⅲ”）。

圖1 布魯姆教學(xué)目標(biāo)分類的認(rèn)知水平框架

受上述學(xué)者所設(shè)計(jì)的太極環(huán)模型啟發(fā)，將理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和布魯姆教育目標(biāo)分類法的認(rèn)知目標(biāo)進(jìn)行深度融合，并融入O2O（online to offline）教學(xué)模式，設(shè)計(jì)的O2O新太極環(huán)式模型如圖2所示。在O2O新太極環(huán)式模型下，將最高認(rèn)知級(jí)別“綜合”作為太極環(huán)的中心，將布魯姆教育目標(biāo)分類理論的其余5個(gè)級(jí)別和教學(xué)“準(zhǔn)備”一起圍繞太極環(huán)展開(kāi)，太極環(huán)的兩儀用O2O以及 “教”和“學(xué)”共同組成。黑色代表線上的網(wǎng)絡(luò)空間及活動(dòng)，以學(xué)生的“學(xué)”為主，主要包括認(rèn)知級(jí)別的 “記憶”和“評(píng)價(jià)”；而白色代表線下的物理空間及活動(dòng)，以“教”為主要教學(xué)方式，主要包括認(rèn)知級(jí)別的“理解”“應(yīng)用”和“分析”。太極環(huán)的外圍將認(rèn)知級(jí)別的每個(gè)階段與理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)分別對(duì)應(yīng)。通過(guò)太極環(huán)的兩儀相互模式，師生在O2O的環(huán)境下教學(xué)相長(zhǎng)，理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)和諧共濟(jì)、互相轉(zhuǎn)化，共同完成布魯姆教學(xué)目標(biāo)分類的最高認(rèn)知級(jí)別，達(dá)到綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)的核心目標(biāo)。

圖2 O2O新太極環(huán)式模型

之前的太極環(huán)模型在外圍的結(jié)構(gòu)中著重強(qiáng)調(diào)教學(xué)資源和教學(xué)環(huán)境的關(guān)系，“O2O新太極環(huán)式模型”將外圍結(jié)構(gòu)變?yōu)槔碚摻虒W(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)的相互關(guān)系。 理論教學(xué)主要完成“記憶”“理解”認(rèn)知目標(biāo)，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要完成“應(yīng)用”“分析”和“評(píng)價(jià)”認(rèn)知目標(biāo)，這一改動(dòng)不僅從理論上更加具體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)和理論教學(xué)中的認(rèn)知目的，還更加符合實(shí)際的教學(xué)環(huán)境，執(zhí)行起來(lái)也更具可行性。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織過(guò)程一般包括任務(wù)、活動(dòng)和結(jié)論[9]3個(gè)步驟：“任務(wù)”主要指教師介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)任務(wù)，布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；“活動(dòng)”指學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分析形成解決問(wèn)題的思路并具體實(shí)驗(yàn)；而“結(jié)論”則要求教師完成評(píng)講，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)組織模式在實(shí)驗(yàn)課堂上需要完成上述3個(gè)步驟，而由于布置任務(wù)、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告等都需占用實(shí)驗(yàn)時(shí)間，學(xué)生真正進(jìn)行思考分析和操作的實(shí)驗(yàn)時(shí)間減少，從而影響實(shí)驗(yàn)效果。

O2O新太極環(huán)式模型中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)包括線上和線下兩方面，對(duì)照其在太極模型中的認(rèn)知目標(biāo)，開(kāi)拓傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)步驟的線上空間，形成線上實(shí)驗(yàn)前、線下實(shí)驗(yàn)中、線上實(shí)驗(yàn)后的3階段組織模式（如圖3所示）。實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行線上任務(wù)布置，通過(guò)建設(shè)配套SPOC，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提前布置，使學(xué)生有充足時(shí)間分析思考實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為實(shí)驗(yàn)操作做好準(zhǔn)備，這一階段還可以布置一些線上的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生熟悉代碼，達(dá)到認(rèn)知的“記憶”和“理解”級(jí)別。在實(shí)驗(yàn)中階段主要進(jìn)行線下的實(shí)驗(yàn)具體操作，學(xué)生通過(guò)課前準(zhǔn)備順利完成編程調(diào)試，檢驗(yàn)效果。該過(guò)程中教師著重進(jìn)行思路引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用分析問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)后階段，學(xué)生通過(guò)線上完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)以及繼續(xù)未完成的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。教師也可以在線上發(fā)布實(shí)驗(yàn)評(píng)講視頻、發(fā)起實(shí)驗(yàn)互評(píng)、公布實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。3階段的教學(xué)組織模式充分利用O2O環(huán)境，將實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后的工作多放在線上完成，在實(shí)驗(yàn)中更多地關(guān)注學(xué)生“應(yīng)用”“分析”認(rèn)知能力的培養(yǎng)，利于提高實(shí)驗(yàn)效率，達(dá)到認(rèn)知效果。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

圖3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織模式

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)也是影響教學(xué)認(rèn)知效果的關(guān)鍵部分，包含實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的層次結(jié)構(gòu)、案例選擇、實(shí)施方式等方面。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的層次結(jié)構(gòu)方面，根據(jù)由淺入深的認(rèn)知規(guī)律，設(shè)計(jì)階梯式的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)。從O2O新太極環(huán)式模型可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)重在強(qiáng)調(diào)“應(yīng)用”和“分析”認(rèn)知目標(biāo)，故配以設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)來(lái)完成，而之前的“理解” 認(rèn)知目標(biāo)則由驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)完成。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的案例選擇方面，也宜采用實(shí)際項(xiàng)目案例，利用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)問(wèn)題，達(dá)到拓展思維、提高應(yīng)用能力的目的。

以C程序?qū)嶒?yàn)為例，具體的階梯式實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（見(jiàn)表1）包括各階梯實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的部分典型案例以及各自的教學(xué)目標(biāo)、培養(yǎng)能力，教學(xué)開(kāi)展方式等。第1階梯的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)多以改錯(cuò)題或填空題的方式在線上開(kāi)展，通過(guò)一些具體的應(yīng)用案例如計(jì)算體脂比、找水仙花數(shù)等，幫助學(xué)生掌握基本語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，加深并理解理論教學(xué)知識(shí)。第2階梯為設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，主要通過(guò)填空題或設(shè)計(jì)題形式在線下開(kāi)展，對(duì)學(xué)生的算法和思維有一定要求，學(xué)生往往可以從不同角度求解問(wèn)題，如百錢買百雞，學(xué)生可以用三重循環(huán)或二重循環(huán)實(shí)現(xiàn)并引發(fā)對(duì)算法效率的思考；而各式各樣的形狀主要從打印矩形入手，通過(guò)變幻思考完成打印三角形、菱形、九九乘法表等，做到舉一反三，靈活應(yīng)用。第3個(gè)階梯為綜合型實(shí)驗(yàn)，安排一些小型項(xiàng)目讓學(xué)生分析合作完成。這部分主要是設(shè)計(jì)題，可在線下以學(xué)生討論和教師指導(dǎo)的方式展開(kāi)，而線上學(xué)生可以完成查找資料、協(xié)作編寫(xiě)復(fù)雜程序等工作。在該過(guò)程中，學(xué)生需要對(duì)大型項(xiàng)目進(jìn)行整體規(guī)劃，并訓(xùn)練合作交流等綜合應(yīng)用能力。

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)施方面，側(cè)重點(diǎn)應(yīng)跟隨教學(xué)進(jìn)程的發(fā)展有所不同。初學(xué)階段以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，題量可比較多，便于學(xué)生對(duì)知識(shí)理解記憶；隨著學(xué)生知識(shí)的積累，應(yīng)降低驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)比重，增加設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課堂上的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)每次以1～2個(gè)知識(shí)點(diǎn)為主，引導(dǎo)學(xué)生深度鉆研或以此知識(shí)點(diǎn)發(fā)散思維，拓展思路；在教學(xué)后期，主要以設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)為主并增加綜合型實(shí)驗(yàn)。往往綜合型實(shí)驗(yàn)需要多次課完成，或需要多人合作完成，故整個(gè)課程中學(xué)生只需完成1個(gè)綜合型實(shí)驗(yàn)。

表1 階梯式實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.3 教學(xué)主客體重定位

埃里克?馬祖爾的理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)過(guò)程包括知識(shí)傳遞和知識(shí)內(nèi)化[13]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要完成知識(shí)內(nèi)化，學(xué)生是主體，是實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的參與者，而教師起到知識(shí)內(nèi)化的輔助作用，是實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的組織者和促進(jìn)者。在O2O新太極環(huán)式模型下，教師和學(xué)生的任務(wù)均有更高要求，師生的工作重心正發(fā)生改變。

O2O新太極環(huán)式模型對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力提出高要求，線上的任務(wù)準(zhǔn)備、提交報(bào)告等行為都在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)課堂之外進(jìn)行，這就要求學(xué)生保持學(xué)習(xí)積極性和自覺(jué)性。學(xué)生只有對(duì)自己的學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)，積極參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瓿深A(yù)定的認(rèn)知目標(biāo)。

O2O新太極環(huán)式模型對(duì)教師也提出更多挑戰(zhàn)。線上資源的建設(shè)需要花費(fèi)大量時(shí)間，首先，建設(shè)線上資源如MOOC、SPOC、OJ實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或者自行開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等，對(duì)教師的技術(shù)水平要求較高；其次，引入線上環(huán)境和資源后，教師需要對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行重新規(guī)劃和設(shè)計(jì)，同時(shí)線上資源的使用也有監(jiān)督和管理要求，線上平臺(tái)不能只布置不反饋，需要配套監(jiān)管機(jī)制，及時(shí)了解學(xué)生情況以便修正線下輔導(dǎo)，讓O2O環(huán)境真正為實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)。因此，在O2O新太極環(huán)式模型下，教師的工作重心由原來(lái)的線下課堂答疑轉(zhuǎn)變?yōu)樗季S引導(dǎo)，更增加了線上資源建設(shè)和監(jiān)管督導(dǎo)的工作，教師角色也逐漸由實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織者、促進(jìn)者轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)者、監(jiān)管者和引導(dǎo)者。

3 應(yīng)用效果

成都工業(yè)學(xué)院應(yīng)用O2O新太極環(huán)式模型指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，在2017級(jí)通信工程專業(yè)和自動(dòng)化專業(yè)的C程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行探索，建設(shè)愛(ài)課程網(wǎng)上SPOC和OJ作業(yè)系統(tǒng)的線上平臺(tái)并配套監(jiān)管制度、重構(gòu)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)和教學(xué)組織方式等。

針對(duì)2017級(jí)通信工程和自動(dòng)化專業(yè)365位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行分析。通過(guò)SPOC和OJ的線上平臺(tái)反饋來(lái)看，94%以上的學(xué)生全部達(dá)到線上實(shí)驗(yàn)要求，其中有71%的線上實(shí)驗(yàn)題目被反復(fù)多次練習(xí)，說(shuō)明和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较啾?，學(xué)生在課外花了更多時(shí)間精力去學(xué)習(xí)，具有更高的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。通過(guò)線下課堂的實(shí)驗(yàn)完成情況來(lái)看，深入思考的拓展實(shí)驗(yàn)題目能達(dá)到65%完成率，其中34%的實(shí)驗(yàn)題目學(xué)生沒(méi)有使用固定方法求解，可見(jiàn)學(xué)生的解題思維活躍。就實(shí)驗(yàn)的總體質(zhì)量來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)共12次24學(xué)時(shí)，學(xué)生的總體實(shí)驗(yàn)質(zhì)量較高，具體的實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量分布比例如圖4所示。綜合學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況和問(wèn)卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)基于布魯姆教育目標(biāo)的新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能得到大部分學(xué)生認(rèn)可，對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的提升和認(rèn)知水平的提高具有積極的促進(jìn)作用。

圖4 實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量分布比例

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教育改革是深化現(xiàn)代教育改革和發(fā)展的必然要求，是人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。從認(rèn)知領(lǐng)域的角度對(duì)實(shí)驗(yàn)教育進(jìn)行理論研究，應(yīng)用研究模型指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有助于提高學(xué)生認(rèn)知水平，提升教學(xué)質(zhì)量。我國(guó)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，理論研究還相對(duì)比較欠缺，希望本文的研究能給教育研究同行們提供一些有益啟示。