大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐
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摘要：為探索大規(guī)模在線開放課程（MOOC）與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的混合教學(xué)模式建設(shè)方法，基于大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)MOOC課程，設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施方案，并制定詳細(xì)的課堂組織方式和授課內(nèi)容。教學(xué)實(shí)踐表明，翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂相比，能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，學(xué)習(xí)效果更好。基于MOOC的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)將線上線下有機(jī)結(jié)合，實(shí)施方案、組織方式和教學(xué)內(nèi)容合理，可提升教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：MOOC；翻轉(zhuǎn)課堂；混合式教學(xué)；大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)
0引言
大規(guī)模在線開放課程（MassiveOpenOnlineCourse，MOOC）與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的混合教學(xué)模式對高校傳統(tǒng)課堂教學(xué)形成沖擊，為高等教育改革帶來新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)［1-3］。翻轉(zhuǎn)課堂于2007年起源于美國，是一種重新調(diào)整課堂內(nèi)外教學(xué)活動的新型教學(xué)模式。學(xué)生在課前通過觀看視頻、在線測試、論壇討論等形式自主學(xué)習(xí)課程內(nèi)容；課堂上，老師和學(xué)生一起討論、互動、解惑，以深入理解課程內(nèi)容［4］。翻轉(zhuǎn)課堂是對傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式與教學(xué)流程的徹底顛覆，由此引發(fā)了教師角色、授課模式和管理模式等一系列變革。目前，各高校紛紛推出了與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)相關(guān)的MOOC課程，這些課程各有側(cè)重點(diǎn)和特色［5］。例如：哈爾濱工業(yè)大學(xué)戰(zhàn)德臣等［6］的《大學(xué)計(jì)算機(jī)—計(jì)算思維導(dǎo)論》，北京理工大學(xué)李鳳霞等［7］的《大學(xué)計(jì)算機(jī)》等。筆者基于自主建設(shè)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)MOOC課程，開展線上線下相結(jié)合的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)［8］。近年來，圍繞翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)問題，國內(nèi)外學(xué)者開展了多方面的研究工作，包括翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法、學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂的體驗(yàn)、學(xué)習(xí)成效等［9-11］。各學(xué)科專業(yè)課程也紛紛開展了MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)實(shí)踐，對資源建設(shè)、課堂活動、評估及反饋機(jī)制等進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)［12-13］。在MOOC背景下的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方面，有學(xué)者提出翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)優(yōu)勢、教學(xué)方法和策略等［14-16］，但并未給出較具體的實(shí)踐方案。本文結(jié)合自建的MOOC課程設(shè)計(jì)具體的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施方案，并對翻轉(zhuǎn)課堂組織方式及授課內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的教學(xué)設(shè)計(jì)，通過開展混合式教學(xué)實(shí)踐，對實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行分析。
1翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施方案
在MOOC與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的混合教學(xué)模式中，對原課程教學(xué)安排和考核方式進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。在新教學(xué)模式下，課程總學(xué)時為24學(xué)時，其中翻轉(zhuǎn)課堂12學(xué)時，實(shí)驗(yàn)教學(xué)12學(xué)時，翻轉(zhuǎn)課堂具體包括：大班講授2學(xué)時，小班研討10學(xué)時。研討課要求學(xué)生課前完成老師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)，包括MOOC視頻學(xué)習(xí)及在線測驗(yàn)，在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)會自行解決低級問題，并提出高級問題。在課堂上，老師先對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行概要回顧，然后針對關(guān)鍵知識點(diǎn)提問，隨后學(xué)生分組開展討論，老師引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題，培養(yǎng)計(jì)算思維能力。翻轉(zhuǎn)課堂大班講授2學(xué)時，包括課程總體介紹1學(xué)時和課程總結(jié)1學(xué)時。課程總體介紹包括：①M(fèi)OOC的定義、MOOC發(fā)展現(xiàn)狀、如何使用MOOC資源；②什么是翻轉(zhuǎn)課堂、課前需進(jìn)行的準(zhǔn)備工作、課堂及課后需完成的任務(wù)；③課程計(jì)劃與總體安排。
2翻轉(zhuǎn)課堂組織方式
翻轉(zhuǎn)課堂小班研討以分組形式進(jìn)行，學(xué)生按6~8人進(jìn)行分組，針對每個研討主題開展4個環(huán)節(jié)的教學(xué)，分別是：①內(nèi)容回顧與提問；②實(shí)際應(yīng)用；③游戲；④討論。以兩學(xué)時（90分鐘）的研討課為例，各環(huán)節(jié)參與及組織方式、時間分配、評價(jià)方式如下：（1）內(nèi)容回顧與提問。參與和組織方式包括：老師首先概要回顧該主題主要知識內(nèi)容，然后學(xué)生在小組內(nèi)提出自己的問題，并回答其他同學(xué)的問題，老師匯總每組不能解決的問題，統(tǒng)一解答。如果沒有學(xué)生提問，老師將根據(jù)教學(xué)重點(diǎn)向?qū)W生提問。時間分配為20分鐘。該項(xiàng)評價(jià)占30%，要求能提出有意義的問題。（2）實(shí)際應(yīng)用。參與和組織方式包括老師首先示范性地給出幾個知識點(diǎn)的應(yīng)用實(shí)例，啟發(fā)學(xué)生，隨后學(xué)生在組內(nèi)討論，給出應(yīng)用實(shí)例，并對其中運(yùn)用的知識進(jìn)行說明和展示。時間分配為25分鐘。該項(xiàng)評價(jià)占比40%，要求舉例說明所學(xué)知識在實(shí)際中的應(yīng)用，根據(jù)小組展示情況給分。（3）游戲。參與和組織方式包括：老師首先講解游戲規(guī)則，隨后學(xué)生在組內(nèi)開展游戲互動，解釋游戲中運(yùn)用的知識。時間分配為15分鐘。該項(xiàng)作為額外附加分，要求學(xué)生解釋游戲的意義，發(fā)現(xiàn)其中蘊(yùn)含的知識。（4）討論。參與和組織方式包括：老師首先根據(jù)該主題知識內(nèi)容提出實(shí)際問題，隨后學(xué)生通過小組討論給出解決方案。時間分配為30分鐘。該項(xiàng)評價(jià)占30%，要求設(shè)計(jì)方案應(yīng)用目標(biāo)知識，解決老師提出的問題。不同小組之間交叉展示，互評給分。在翻轉(zhuǎn)課堂的小班研討中，主講老師負(fù)責(zé)對各環(huán)節(jié)進(jìn)行總體把握，助教負(fù)責(zé)輔助小組開展討論。具體安排包括4個環(huán)節(jié)：內(nèi)容回顧與提問、實(shí)際應(yīng)用、游戲及討論。在內(nèi)容回顧與提問環(huán)節(jié)，主講老師回顧該主題主要知識內(nèi)容，匯總每組不能解決的問題，統(tǒng)一解答，當(dāng)沒有學(xué)生提問時，根據(jù)教學(xué)重點(diǎn)向?qū)W生提問；助教查看每個小組的討論情況，幫助回答小組學(xué)生的提問。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，主講老師示范性地給出知識點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例，啟發(fā)學(xué)生，為小組展示打分；助教查看小組討論情況，幫忙解答小組疑問，為小組展示打分。在游戲環(huán)節(jié)，主講老師講解游戲規(guī)則，解釋游戲蘊(yùn)含的知識；助教協(xié)助小組開展游戲互動。在討論環(huán)節(jié)，主講老師根據(jù)該主題知識內(nèi)容提出實(shí)際問題，小組討論結(jié)束后給出問題的示范性解答；助教查看小組討論情況，幫忙解答小組疑問，監(jiān)督小組進(jìn)行交叉互評給分。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)活動中，使用了清華大學(xué)開發(fā)的雨課堂工具，利用雨課堂開展課前預(yù)習(xí)、課堂簽到、課堂投票、隨機(jī)點(diǎn)名提問、實(shí)時答題等教學(xué)活動。
3翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)
翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)針對每個研討主題，進(jìn)行相應(yīng)教學(xué)設(shè)計(jì)，其中借鑒了《不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)項(xiàng)目》的游戲及案例，思科IT基礎(chǔ)課程中的虛擬計(jì)算機(jī)組裝環(huán)境，美國三一學(xué)院的MOOC——AppInventor移動計(jì)算中提供的4比特計(jì)算機(jī)模擬器，以及思科PacketTracer網(wǎng)絡(luò)模擬環(huán)境等［17-20］。本文以研討“數(shù)據(jù)的表示與運(yùn)算”為例制定教學(xué)設(shè)計(jì)，該部分是課程重難點(diǎn)，知識內(nèi)容比較抽象，學(xué)生不易理解和掌握。學(xué)生課前需完成的學(xué)習(xí)內(nèi)容包括：進(jìn)位計(jì)數(shù)表示方法、計(jì)算機(jī)中數(shù)值數(shù)據(jù)的表示、數(shù)據(jù)之間的運(yùn)算、非數(shù)值型數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的編碼、數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼。翻轉(zhuǎn)課堂上開展理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)，目的是讓學(xué)生不僅掌握知識本身，還能探究知識在實(shí)際中的應(yīng)用。本次研討包括3個主要內(nèi)容：（1）進(jìn)位計(jì)數(shù)制表示方法。共有4個環(huán)節(jié)：①內(nèi)容回顧與提問，計(jì)算機(jī)中常用的4種計(jì)數(shù)制及它們之間的相互轉(zhuǎn)換。為檢測學(xué)生課前學(xué)習(xí)效果，首先提出簡單直觀問題，如：二進(jìn)制數(shù)00110對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是多少？5位二進(jìn)制數(shù)能表示的最大數(shù)字是多少？二進(jìn)制數(shù)（110.01）2的真值是多少？十進(jìn)制數(shù)13.625轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)是多少？利用雨課堂開展實(shí)時答題，并實(shí)時查看答題情況。然后，提出較深入問題，如：計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)為什么以二進(jìn)制的形式表示？②實(shí)際應(yīng)用。在學(xué)生理解二進(jìn)制工作機(jī)制以及計(jì)算機(jī)如何處理信息之后，即可聯(lián)系實(shí)際，如：32位計(jì)算機(jī)、64位操作系統(tǒng)、128位SSL加密、24位色彩、20M寬帶網(wǎng)絡(luò)等，探討日常經(jīng)常接觸的名詞和蘊(yùn)含的技術(shù)；③游戲。開展游戲，進(jìn)一步熟悉計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)制，借鑒不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)中的讀心術(shù)紙牌游戲；④討論。利用所學(xué)知識解決問題，如：既然計(jì)算機(jī)中所有信息均以0和1的形式表示，那么只要能表示兩種數(shù)值的硬件設(shè)備均可以存儲信息，計(jì)算機(jī)中二進(jìn)制數(shù)是以怎樣不同形式存儲的？通過以上環(huán)節(jié)，使學(xué)生不僅掌握計(jì)算機(jī)常用的4種計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換方法，還能理解計(jì)算機(jī)是如何處理和存儲信息的。（2）非數(shù)值型數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的編碼。共有4個環(huán)節(jié)：①回顧教學(xué)內(nèi)容，字符、圖像等非數(shù)值型數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的編碼方法；②實(shí)際應(yīng)用。由于實(shí)用的編碼系統(tǒng)，如ASCII、Unicode、漢字編碼較復(fù)雜，令學(xué)生望而生畏，所以首先引入一個自定義的小編碼系統(tǒng)，如拼音編碼系統(tǒng)，給出編碼規(guī)則，讓學(xué)生對特定序列進(jìn)行編解碼，以理解編碼系統(tǒng)原理。隨后引出ASCII、Unicode及漢字編碼，通過提問檢測學(xué)生課前學(xué)習(xí)效果；③討論。學(xué)生在理解編解碼原理后，可以嘗試設(shè)計(jì)編碼系統(tǒng)，并展開討論，如：計(jì)算機(jī)通過調(diào)制解調(diào)器上網(wǎng)時，信息是如何編碼并通過電話線傳送的？④引申。計(jì)算機(jī)如何用二進(jìn)制表示圖像。首先，通過實(shí)例引入像素概念，用1和0表示簡單的黑白圖像，并結(jié)合噴墨打印機(jī)原理擴(kuò)展到彩色圖像的表示。該環(huán)節(jié)預(yù)期達(dá)到的效果是使學(xué)生掌握字符、圖像等非數(shù)值型數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的編碼方法，理解ASCII、Unicode和漢字編碼系統(tǒng)的基本原理，能設(shè)計(jì)編碼系統(tǒng)，解釋一些應(yīng)用原理，如調(diào)制解調(diào)器上網(wǎng)傳輸信息的原理及噴墨打印機(jī)原理。（3）數(shù)據(jù)校驗(yàn)編碼。共有3個環(huán)節(jié)：①回顧教學(xué)內(nèi)容，如常用的數(shù)據(jù)校驗(yàn)技術(shù)，特別是奇偶校驗(yàn)技術(shù)。首先提出簡單直觀的問題，檢測學(xué)生課前學(xué)習(xí)效果，如：對給定的實(shí)例給出奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)結(jié)果。隨后提出較深入問題，如為什么需要數(shù)據(jù)校驗(yàn)編碼，包括CD數(shù)據(jù)校驗(yàn)、硬盤數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以及網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)校驗(yàn)；②實(shí)際應(yīng)用，列舉日常生活中的校驗(yàn)技術(shù)，如商品條形碼、圖書的ISBN（國際標(biāo)準(zhǔn)書號）；③游戲。通過游戲，更好地理解校驗(yàn)編碼，如開展不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)中設(shè)計(jì)的翻卡魔術(shù)。該環(huán)節(jié)預(yù)期達(dá)到的效果是使學(xué)生不僅掌握常用數(shù)據(jù)校驗(yàn)技術(shù)，還能體會數(shù)據(jù)校驗(yàn)技術(shù)在實(shí)際生活中的廣泛應(yīng)用，提高學(xué)習(xí)興趣。
4實(shí)踐結(jié)果
本文利用雨課堂工具的投票功能，對學(xué)生開展了關(guān)于翻轉(zhuǎn)課堂的問卷調(diào)查。通過投票結(jié)果統(tǒng)計(jì)可知，73%的學(xué)生喜歡翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式，認(rèn)為能調(diào)動學(xué)習(xí)積極性；85%的學(xué)生希望課堂知識講授可與實(shí)際相聯(lián)系，而不是講解知識本身；76%的學(xué)生認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課程相比，學(xué)習(xí)效果更好，對知識的理解和記憶更深刻，說明學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂的認(rèn)可度較高。但是僅62%的學(xué)生在參加課堂教學(xué)前，完成了對應(yīng)章節(jié)MOOC視頻的學(xué)習(xí)，說明學(xué)生還需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)觀念和學(xué)習(xí)習(xí)慣，學(xué)會合理安排時間，課前按時完成自學(xué)。只有30%的學(xué)生喜歡小組展示的方式，23%的學(xué)生喜歡學(xué)生分組討論的方式，說明學(xué)生從多年被動學(xué)習(xí)模式向以以學(xué)生為中心、學(xué)生積極參與討論互動與自我展示的轉(zhuǎn)變，需要假以時日，得到逐步培養(yǎng)和鍛煉。
5結(jié)語
本文基于自主建設(shè)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)MOOC課程，開展線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)，設(shè)計(jì)了翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施方案和組織形式，圍繞課程重難點(diǎn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)內(nèi)容，開展包括內(nèi)容回顧與提問、實(shí)際應(yīng)用、游戲和討論4個環(huán)節(jié)的教學(xué)活動，通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果，也發(fā)現(xiàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的一些不足，下一步研究內(nèi)容是如何提高學(xué)生參與積極性。
作者：劉欣欣 徐紅云 單位：華南理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院
