李斌

[摘要]文章闡述翻轉(zhuǎn)課堂出現(xiàn)的背景，針對(duì)目前計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀描述的問題，提出借助優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，將翻轉(zhuǎn)課堂有效應(yīng)用到傳統(tǒng)教學(xué)中，合理安排課前課中課后的教學(xué)任務(wù)，組織討論，跟蹤學(xué)習(xí)進(jìn)度，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力，從而改革計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)方法及內(nèi)容。

[關(guān)鍵詞]翻轉(zhuǎn)課堂；計(jì)算思維；教學(xué)模式；信息技術(shù)；程序設(shè)計(jì)

一、為什么會(huì)出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

在翻轉(zhuǎn)課堂概念還未出現(xiàn)前，我們接觸更多的是傳統(tǒng)的教學(xué)模式。從小學(xué)、初中、高中到大學(xué)，學(xué)生們往往是被動(dòng)接受老師的大容量知識(shí)灌輸，鮮有主動(dòng)學(xué)習(xí)。由于個(gè)體差異，每個(gè)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解力不一樣。理解力差一點(diǎn)的學(xué)生，因?yàn)闆]有聽懂上一次課所授內(nèi)容，以及知識(shí)點(diǎn)的連貫性，這些學(xué)生可能會(huì)陷入“想聽卻聽不懂，聽不懂則不想聽”的惡性循環(huán)，從而產(chǎn)生厭學(xué)心理。大學(xué)課堂更特殊，對(duì)于某一門課程，學(xué)生一周可能只能見到老師一兩次，老師下課后也很少再與學(xué)生見面。學(xué)生有什么學(xué)習(xí)上的問題，不太方便與老師面對(duì)面交流，那么這些問題也不會(huì)得到及時(shí)的解決。

2007年，美國(guó)高中兩名教化學(xué)的老師喬納森·伯爾曼和亞倫·薩姆斯，因?yàn)橛袑W(xué)生未來上課，他們將錄制好的講課視頻（包括PPT演示文稿和音頻）上傳至YouTube，希望這些學(xué)生在家里也能學(xué)習(xí)。他們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率反而明顯提高了，學(xué)生也更加積極學(xué)習(xí)，學(xué)生成績(jī)居然大大提高。無獨(dú)有偶，美國(guó)麻省理工學(xué)院學(xué)生薩爾曼·可汗，有個(gè)小侄女叫納迪亞，她遇到數(shù)學(xué)難題向可汗求助。可汗通過互聯(lián)網(wǎng)來解答侄女的問題，并且講得非常生動(dòng)有趣。后來可汗的一些親朋好友知道后，相繼向他請(qǐng)教一些學(xué)習(xí)問題?？珊褂X得忙不過來，干脆把數(shù)學(xué)輔導(dǎo)內(nèi)容錄制成視頻放到Y(jié)ouTube網(wǎng)站。這種學(xué)習(xí)模式與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式正好相反，傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，第一環(huán)節(jié)教師在課堂內(nèi)講解、討論知識(shí)，第二環(huán)節(jié)課堂外通過練習(xí)復(fù)習(xí)鞏固知識(shí)。翻轉(zhuǎn)課堂模式學(xué)生課前預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)并思考、準(zhǔn)備若干問題；課中對(duì)于學(xué)生不懂的知識(shí)和問題教師組織師生之間、生生之間進(jìn)行討論，倡導(dǎo)學(xué)生自主解決問題，這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力，同時(shí)也培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作解決問題的能力。因此，翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)際上是將以前課堂內(nèi)的部分教學(xué)搬到課堂外，教師課前錄制好視頻（10到20分鐘），學(xué)生在家或者課外空閑時(shí)間觀看視頻中教師的講解，回到課堂上再與師生交流，甚至在課堂內(nèi)就完成了作業(yè)。這樣一種教學(xué)模式，可以認(rèn)為是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的一種徹底創(chuàng)新。

之后薩爾曼·可汗成立了Khan Academy網(wǎng)站，主要是通過視頻的方式講解不同學(xué)科內(nèi)容，并在線解答網(wǎng)友的提問。網(wǎng)站同時(shí)可以進(jìn)行在線練習(xí)、自我測(cè)評(píng)、學(xué)校進(jìn)度跟蹤。截至2012年6月底，Khan Academy網(wǎng)站視頻觀看人次已超過2.1億。其視頻資源涵蓋了物理、生物、數(shù)學(xué)、金融、化學(xué)、天文、計(jì)算機(jī)、經(jīng)濟(jì)和歷史等十多個(gè)學(xué)科。翻轉(zhuǎn)課堂作為一種新型的教學(xué)形式迅速風(fēng)靡全球，在美國(guó)就有2萬多所學(xué)校的數(shù)學(xué)課已經(jīng)不安排老師講課，全部讓學(xué)生觀看網(wǎng)站視頻，老師只負(fù)責(zé)答疑?？珊贡蛔u(yù)為“一個(gè)顛覆美國(guó)傳統(tǒng)教育的人”。

二、計(jì)算思維

計(jì)算思維（Computational Thinking）一詞由美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授于2006年提出，周教授認(rèn)為：“計(jì)算思維不僅僅屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)家，它將和閱讀、寫作和算術(shù)一樣，是21世紀(jì)每個(gè)人必須具備的基本技能。”計(jì)算思維的本質(zhì)就是抽象和自動(dòng)化，它是一種新的思維方法，即如何按照計(jì)算機(jī)求解問題的基本方法去考慮問題的求解、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)并理解人類行為，從而構(gòu)建出相應(yīng)的算法和基本程序。按照周教授的觀點(diǎn)，計(jì)算思維主要包含以下內(nèi)容：

（1）通過簡(jiǎn)約、轉(zhuǎn)化、嵌入和仿真等方法，將一個(gè)看似困難的問題重新闡述成一個(gè)我們知道問題怎樣解決的思維方法；

（2）是一種并行處理、代碼譯成數(shù)據(jù)又能把數(shù)據(jù)譯成代碼、遞歸思維、基于多維推廣的類型檢查方法；

（3）是一種基于關(guān)注點(diǎn)分解的方法，是一種采用抽象、分解來控制龐雜的任務(wù)或進(jìn)行巨大的任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法；

（4）是一種選擇合適的方法陳述一個(gè)問題，或?qū)σ粋€(gè)問題的相關(guān)方面建模使其易于處理的思維方法；

（5）是利用海量數(shù)據(jù)來加快計(jì)算，在時(shí)間、空間之間，在處理能力、存儲(chǔ)容量之間進(jìn)行折衷的思維方法；

（6）是一種按照預(yù)防、保護(hù)，并通過冗余、容錯(cuò)、糾錯(cuò)的方式，從最壞情況進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)的思維方法；

（7）是利用啟發(fā)式推理尋求解答，也即在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度的思維方法。

2010年7月西安交通大學(xué)主辦了“九校聯(lián)盟（c9）計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程研討會(huì)”，會(huì)議第一次明確提出將“計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)，這也進(jìn)一步確立了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)在大學(xué)教育中的重要地位。

三、信息技術(shù)基礎(chǔ)課程中計(jì)算思維能力培養(yǎng)的一些現(xiàn)狀

我校信息技術(shù)基礎(chǔ)課程包含計(jì)算機(jī)信息技術(shù)概述、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字媒體及數(shù)據(jù)庫(kù)等知識(shí)點(diǎn)。從2015年開始，我校已經(jīng)逐漸取消了這門課程。但是，盡管現(xiàn)在計(jì)算機(jī)已經(jīng)得到了普及，然而由于地區(qū)的差異性，相當(dāng)一部分學(xué)生在高中階段依然沒有學(xué)過一些基礎(chǔ)的信息技術(shù)知識(shí)。他們會(huì)用計(jì)算機(jī)，可并不了解計(jì)算機(jī)的基本常識(shí)，知其然而不知其所以然，這會(huì)影響到學(xué)生對(duì)后續(xù)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程以及需要用到計(jì)算機(jī)編程技術(shù)的專業(yè)課的理解。比如，什么是二進(jìn)制？為什么計(jì)算機(jī)要使用二進(jìn)制？如果我們從計(jì)算機(jī)的角度思考，運(yùn)用計(jì)算思維，我們發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)中的大多元器件只需要兩種狀態(tài)，這也決定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)必須使用二進(jìn)制。比如，為什么我們看電子文檔時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)亂碼？有沒有想過計(jì)算機(jī)是如何識(shí)別中文、英文、日文、韓文等多國(guó)家語(yǔ)言文字？這也是計(jì)算思維的范疇。因?yàn)橛?jì)算機(jī)只識(shí)別機(jī)器語(yǔ)言即01代碼，所有的文字不管哪個(gè)國(guó)家，進(jìn)入計(jì)算機(jī)前都需要編碼，這個(gè)編碼規(guī)則就是站在計(jì)算機(jī)的角度上要考慮的問題。再比如，現(xiàn)在學(xué)生的成績(jī)通常都會(huì)以電子檔或數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存儲(chǔ)在專門的服務(wù)器中，如何知道某個(gè)班某門課程的平均成績(jī)？我們當(dāng)然不會(huì)采用手工方式人為計(jì)算，按照計(jì)算思維，應(yīng)該讓計(jì)算機(jī)使用某種算法進(jìn)行快速計(jì)算，那么這個(gè)算法怎么設(shè)計(jì)？如何組織算法中用到的數(shù)據(jù)？沒有計(jì)算思維的能力，前述看是很平常的問題，實(shí)際上很難解決。但是學(xué)生沒有了信息技術(shù)這么課程，怎么樣才能培養(yǎng)他們?cè)谛畔⒓夹g(shù)上的計(jì)算思維能力呢？endprint

四、程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中計(jì)算思維能力培養(yǎng)的一些現(xiàn)狀

我校計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程涉及的語(yǔ)種包括VBA、c語(yǔ)言、c++語(yǔ)言、VB語(yǔ)言、Java語(yǔ)言和Python語(yǔ)言，學(xué)生可以根據(jù)自己的愛好自由選擇。我校近幾年大大縮減了程序設(shè)計(jì)類課程的課時(shí)，這就導(dǎo)致了教師在教授這些課程時(shí)，尤其是c語(yǔ)言、c++語(yǔ)言，為了完成教學(xué)任務(wù)，加快了教學(xué)進(jìn)度，學(xué)生們普遍反映課程講得太快，還沒有完全理解就進(jìn)入了下一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)也難免降低了對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)力度，比如設(shè)計(jì)算法時(shí)如何確定數(shù)據(jù)類型？如何設(shè)計(jì)類中的屬性？如何結(jié)合計(jì)算思維中的“關(guān)注點(diǎn)分離”設(shè)計(jì)出相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的函數(shù)？如何使用遞歸思維解決生活中的實(shí)際問題等等？計(jì)算思維能力的培養(yǎng)本身是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，需要教師的反復(fù)講解和學(xué)生不斷地編程實(shí)踐。但是因?yàn)檎n時(shí)不夠的原因，教師在講課時(shí)不可能面面俱到，學(xué)生也沒有更多的上機(jī)實(shí)踐機(jī)會(huì)。況且下課后教師與學(xué)生面對(duì)面交流的機(jī)會(huì)就少，雖然可以借助網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行答疑，卻也只是支離破碎“快餐模式”的解答，不能深層次的探討。久而久之，學(xué)生之間的討論以及計(jì)算思維能力都處在一個(gè)低水平的狀態(tài)。

五、運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂培養(yǎng)計(jì)算思維能力

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式已經(jīng)越來越受到國(guó)內(nèi)高校的重視，眾多學(xué)者、教師甚至學(xué)生都加入到了這個(gè)隊(duì)伍中。筆者這學(xué)期正在使用超星公司的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)——“超星學(xué)習(xí)通”教授c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)這門課程，發(fā)現(xiàn)它可以很好地將翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂結(jié)合在一起，大大改進(jìn)了我的教學(xué)效果。接下來筆者談一下具體的實(shí)施過程。

（一）課程資源

將課程用到的Power Point課件、每次課學(xué)生需要掌握的知識(shí)點(diǎn)、教材例題源代碼、編程軟件等文檔上傳至該平臺(tái)。該平臺(tái)支持手機(jī)端APP，學(xué)生隨時(shí)可以很方便地在手機(jī)上查看，尤其是課件，有助于學(xué)生預(yù)習(xí)和回顧以前的授課內(nèi)容。

（二）教學(xué)視頻

這是該平臺(tái)最吸引教師和學(xué)生的地方。筆者將本人事先錄制好的視頻或者該平臺(tái)已經(jīng)提供的教學(xué)視頻（時(shí)長(zhǎng)通常為30分鐘左右）上傳，并且通知學(xué)生下次課上課前要求觀看的視頻和需要討論的話題。學(xué)生在空閑的時(shí)間通過手機(jī)APP學(xué)習(xí)視頻內(nèi)容，可以是片段式的，就算中途被打斷，后面接著繼續(xù)學(xué)習(xí)就行。學(xué)生上課前已經(jīng)大致了解了課程內(nèi)容，簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)在課堂外掌握，那么這些知識(shí)點(diǎn)教師也就不需要在課堂上重點(diǎn)講解了。同時(shí)學(xué)生對(duì)課堂上要討論的話題多多少少做了些準(zhǔn)備，往往這些話題是這次課的重點(diǎn)或難點(diǎn)，也是需要運(yùn)用和鍛煉計(jì)算思維能力的地方，比如進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的編碼、計(jì)算機(jī)如何用遞歸求階乘、計(jì)算機(jī)如何解方程組等等。其中進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的編碼這兩個(gè)視頻，是本應(yīng)在信息技術(shù)基礎(chǔ)課程教授的知識(shí)點(diǎn)，但該課程已取消，放在程序設(shè)計(jì)課程里是為了補(bǔ)充與編程相關(guān)的預(yù)備知識(shí)。這樣，教師上課時(shí)給知識(shí)點(diǎn)合理分配了時(shí)間，學(xué)生也發(fā)現(xiàn)他們可以在課堂上解決大部分問題了。如果課堂上還是沒有聽懂，那么課后學(xué)生可以繼續(xù)反復(fù)觀看教學(xué)視頻。學(xué)生更主動(dòng)而不是被動(dòng)接受和學(xué)習(xí)知識(shí)，正是翻轉(zhuǎn)課堂的一個(gè)宗旨。

（三）跟蹤學(xué)習(xí)

雖然超星學(xué)習(xí)通提供了一個(gè)很好的學(xué)習(xí)平臺(tái)，但是怎么監(jiān)督和檢測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況呢？筆者會(huì)為每章或重點(diǎn)章節(jié)準(zhǔn)備一些測(cè)試題，題量不需要太多，目的是為了鞏固知識(shí)點(diǎn)。因?yàn)闇y(cè)試要記入平時(shí)成績(jī)，學(xué)生會(huì)主動(dòng)進(jìn)行線下復(fù)習(xí)。而且測(cè)試時(shí)不需要去固定的教室，空閑的時(shí)候或者學(xué)習(xí)狀態(tài)比較好的時(shí)候，學(xué)生在電腦上甚至手機(jī)上答題即可。每次課筆者也會(huì)布置編程題，以鍛煉學(xué)生的編程及計(jì)算思維能力。平臺(tái)可以監(jiān)測(cè)到每個(gè)人的學(xué)習(xí)進(jìn)度、是否完成測(cè)試、是否觀看教學(xué)視頻、是否提交作業(yè)，這些都可以作為平時(shí)成績(jī)的考核參考。教師同樣還可以通過電腦或手機(jī)隨時(shí)批改作業(yè)，不限時(shí)間不限地點(diǎn)，方便快捷。對(duì)于有問題的作業(yè)，教師寫一些批語(yǔ)，指出作業(yè)不對(duì)的地方，有嚴(yán)重錯(cuò)誤的作業(yè)及時(shí)退回，學(xué)生在手機(jī)端能夠很快收到消息，方便學(xué)生及時(shí)修改作業(yè)。筆者在批改作業(yè)的過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生們一些共性的問題，筆者會(huì)在平臺(tái)上發(fā)出與該問題相關(guān)的討論，所有的學(xué)生都積極參與到網(wǎng)絡(luò)討論，很多問題就在討論中得到了解決，從而加快了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率?？梢詫⒄n程設(shè)置為闖關(guān)模式，學(xué)生需一步一步完成任務(wù)才能進(jìn)人下一環(huán)節(jié)，比如如果測(cè)試未及格則表示不通過，需重新測(cè)試直到通過為止。

六、結(jié)語(yǔ)

計(jì)算思維的培養(yǎng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，而良好的教學(xué)方法會(huì)起到事半功倍的效果。筆者通過使用超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，借助其功能豐富的Pc端和APP手機(jī)端，將翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)課堂有效結(jié)合起來，逐步形成了“課前網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)，課堂積極討論，課后網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí)，隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式，大大鍛煉和提高了學(xué)生的計(jì)算思維能力和編程開發(fā)能力，促進(jìn)了師生、生生之間的交流。讓學(xué)生和教師都積極主動(dòng)投入到教學(xué)中來，是每一個(gè)教育工作者都在探討的問題。endprint