借鉴翻转课堂的医科院校程序设计课程教改

张乐平 张劲柏 张伟信

摘要：翻转课堂正成为国内计算机教育界的改革创新热点。针对在教改初期程序设计翻转课堂的优势没有得到体现的教学实际，文章对仅仅模仿形式的翻转课堂进行反思，指出在医科院校开展程序设计翻转课堂教改应兼顾学生的素质差异、专业要求和课程特点等因素，进而借鉴翻转课堂理念，提出增加医科学生编程训练时间和空间的程序设计课堂教学模式，阐述相应的任务驱动教学策略

关键词：程序设计课程；翻转课堂；任务驱动；思维导图

引 言

同内高校计算机教育的翻转课堂教改正日渐兴起，一些大学进行了大学计算机基础课程的翻转课堂实践，一些院校还构建了工程庞大的翻转课堂学习支持系统。翻转课堂颠倒了“课上教师讲授、课后学生作业”的传统教学流程，课前学生借助互联网学习教师制作的授课视频，课上师生互动探究并完成作业。翻转课堂是一种“以学生为中心”的教学，学生由被动学习转变为主动学习，强调在课堂上高效完成知识的深度内化吸收。

1 程序设计翻转课堂反思

程序设计基础的先天差异，使得学生的起跑线不同，翻转课堂的课前学习效果将因人而异。程度好的同学通过十分钟短视频就能掌握的，基础差的学生可能要花数倍的时间完成，更不要说提出有深度的问题。在课堂上，程序设计基础好的学生能与教师积极互动，程序设计技能得到迅速提升；而基础差的学生慢慢成了旁观者，与同学的差距反而扩大了。因此，相比传统课堂，学生程序设计基础的先天差异在翻转课堂上的负面效应更突出。

在医科院校，医科学生编程学习的时间和氛围与理工科学生是无法相比的，也不允许编程占用大量时间和精力而影响专业课程学习 随着面向对象程序开发架构平台的推陈出新，对于非计算机专业的医科学生来说，开发应用程序的门槛大大降低了，但是程序设计技能只能通过大量编程训练才能掌握，因此，除了少数优秀的学生，仅仅翻转课堂上的集中编程时间显然是不够的。

南于没有兼顾医科院校学生实际、专业实际和课程实际，程序设计翻转课堂相比于传统课堂的优势没有得到很好体现。教改初期的实践表明，翻转课堂通过改变教学流程，最终在课堂上完成知识技能的深度内化的理念，有利于推动“以学生为中心”的教学，克服了传统多媒体教学教师满堂灌输的不足。

2 借鉴翻转课堂的程序设计课程教学改革

在对教改初期翻转课堂实践反思的基础上，可以借助于思维导图，对程序设计课程知识点进行梳理，进而结合医科院校学生实际、专业实际和课程实际，实践并完善借鉴翻转课堂理念的程序设计课程教学模式：在不增加学习负担的前提下，改变教学流程，增加学生程序设计技能训练的时间和空间，最终在课堂上完成医科学生程序没计技能的深度内化。

2.1 程序设计课程思维导图

鉴于思维导图在知识的组织和表征方面的独特优势，我们借助思维导图开展程序设计课程教学改革。教师首先进行教学目标分析，梳理教材中的全部知识点，明确重难点，同时考虑到医科学生的计算机相关知识不足，添加数据结构、算法等方面的知识点，最终形成教和学的思维导图如图1所示。

程序设计学习内容可分为知识和技能两部分、知识部分包括面向对象程序设计思想、对象三要素（属性、方法和事件）等（图la以3个对象为例描述面向对象程序架构）。技能部分为基于三种基本的程序结构（顺序、选择和循环）进行方法和事件的编程，具体体现为算法和数据结构，这与面向过程程序设计的要求是一致的（图lb）二与实际程序项目开发密切相关的文件、图形、数据库，以及各种程序开发框架等属于程序设汁课的高级内容，而图1所示的基本知识和技能是进一步学习的基础。

计算机语言的语法和界面控件学习很重要，但已不是难点。学生习惯于用自然语言（或数学语言）描述解决问题的思路（算法），而自然语言（或数学语言）到由顺序、选择和循环构成的计算机语言的转换，对医科学生来说是难点，达到自如转换则需要大量的编程训练。基于上述对程序设计思维导图的分析，我们将翻转课堂理念引入到课堂设计中，通过改变传统教学流程，增加学生程序设计技能训练的时间和空间，从而实现在课堂上高效提升医科学生的自然语言（或数学语言）与计算机语言之间的转换能力。

2.2 借鉴翻转课堂的课堂教学模式

传统的程序设计教学是让学生课后编程，然后教师课外批改，最后仅就共同的问题在课堂上作简单讲评，用课堂的绝大部分时间进行灌输式教学。为了增加学生程序设计技能训练的时间和空间，将“教师课外批改”“翻转”到“师生课堂上共同探究”，利用课堂上师生互动，高效地帮助学生内化程序设计能力，如图2所示。

课堂的前2/3时间（以3学时一次课为例，其中2学时）用于学生汇报作业或程序项目。师生互动，答疑解惑，探究如何用计算机语言描述表达解决问题的思路（算法），分享各式各样的程序设计技巧，在这种协作学习环境中，学生完成程序设计能力的深度内化。

与经典翻转课堂的“学习知识在课外，内化知识在课堂”的教学模式有所不同，每堂课的后1/3时问（以3学时一次课为例，其中1学时）仍然由教师讲授程序设计的基础知识，包括程序设计基本思想、计算机语言和基本算法等知识性内容、、通过这样的教学安排，帮助医科学生从迅速发展的程序设计领域中，快速准确地把握程序设计的主流思想和基本技能，缩小学生之间程序设计基础的差异。

在图2教学流程中，将教师课外批改编程作业“翻转”到课堂上进行，除了增加编程训练时间，还提供了一个师生交流编程思想的更大空间——课堂；保留了传统教学的学生课后作业这一环节，但是其重点是通过编程作业发现问题，为接下来的课堂汇报做准备；当然，教师也可以制作补充视频，方便学生在课余时间进行预习和复习。

2.3 任务驱动的课堂教学策略

翻转课堂仅仅是一种教学组织的方式，改变了传统的教学流程，但是没有涉及具体的教学策略和教学方法。单纯地讨论翻转课堂是没有意义的，在借鉴翻转课堂的程序设计教学中，可以采用任务驱动的教学策略来实施教学，将发现学习和白主学习的教学理论渗透到教学过程中。编程任务设计是程序设计教学的关键，课前通过任务引导学生思考和发现问题，而课堂上围绕任务，在教师的引导下纠正错误理解和深化编程技能。教师要为每一堂课精心设计编程学习任务，编程任务不仅要反映基本概念、基本原理，更要强调知识的应用和程序设计技能的训练。

在实际教学实践中，建议以小组形式共同完成一个任务。例如，5人为一组，每个任务有4～5个子任务，指定小组分别汇报一个子任务教师组织所有学生参与讨论和交流，鼓励上台交流同一任务的不同算法实现。例如，在课堂流中，数据排序会出现选择、冒泡、插入等排序法，而数据查找会出现顺序、二分法等查合找算法，甚至有学生采用递归方式实现二分查找。通过营造这样的协作学习环境，使学习者的思维与智慧被整个群体所共享，在多角度的探究过程中，共同提高程序设计技能。

3 借鉴翻转课堂的教改成效及分析

3.1 程序设计课程的教改成效

近年来，第二军医大学相继开展了培养医科学生的信息素养和计算思维能力的系列教学改革。应用程序开发既是医科学生信息素养的更高要求，也是“让思维具有计算特征”教改中培养医科学生计算思维能力的基本要求。丁医科院校的特殊环境，程序设计课程的教改是在困惑和挑战中前行，并逐步形成了适合医科学生的翻转课堂教学模式。

第二军医大学程序设计课程处于“1+X”培养体系的第二层次，以必修课的形式面向生物技术、卫生管理等专业开设，并且以选修课的形式面向全校开设了VB.NET、Visual C#等计算机语言课程。在必修课和选修课上，对于借鉴翻转课堂理念的教改，同学们的反应是“程序设汁没有想象那么难”“计算机选修课变热门了。一部分学生主动要求参加上海市和全国的计算机设汁大赛。由于参赛的程序设计项计生物医学专业特色明显，2013年首次参加中国大学生计算机设计大赛就获得了1个一等奖，2个二等奖；在2014年7月沈阳结束的第7届中国大学生计算机设计大赛中，荣获3个一等奖，2个二等奖和大赛优秀组织奖。

3.2 借鉴翻转课堂的教改分析

虽然我们的教改不是经典的翻转课堂教改，但是在借鉴时贯彻了翻转课堂的核心理念，即通过改变教学流程，最终在课堂上实现知识技能的深度内化吸收。将教师课外批改编程作业“翻转”到课堂上进行，大幅压缩了教师的课堂授课时问，但增加了学生程序设计技能训练的时间和空间，最终在课堂上帮助学生完成编程能力的内化提升。在学生时间和精力方面，这样的教改设计，没有明显改变程序设计课程和医学专业课程之间的原有分配比例，这种相对独立性，将其对其他课程学习的影响降到了最低。

在程序设计学习中，医科学生的最大困难是用计算机语言来描述解决问题的思路，但是这种能力需要反复训练才能获得。在借鉴翻转课堂理念的程序设计教学中，每一个教学内容至少有四次“进入”：每次课的后1/3时间段的教师授课是初次“进入”；学生课外完成编程任务是第二次“进入”；学生带着问题在课堂上汇报完成情况，并在师生互动中解决了问题，这是第三次“进入”；第四次“进入”是通过学习其他同学就同一任务的不同算法来实现。这样的教学流程增加了学生程序设计技能训练的时间和空间，而且其要求是逐步提升的。

在翻转课堂上，教师由讲台上的圣人移步为旁边的指导者，学生由被动学习转变为主动学习。教师要真正起到组织者、引导者和帮助者的作用。在借鉴翻转课堂理念的教学中，教师根据思维导图组织教学，精心设计每一堂课。在每次课的前2/3时间段，教师通过精心设问，引导学生质疑，最终在课堂上完成医科学生程序设计技能的深度内化。另外，在每次课的后1/3时间段，教师根据学生程序设计基础的差异和教学过程中反馈的问题，补充程序设计必需的知识技能，及时帮助学生调整学习。

4 结语

教改不应是一味模仿的拿来主义，否则先进的教学理念容易落入水土不服的窘境。就程序设计课程而言，经典的翻转课堂教学也许对理T科学生是适合的，但实践表明，对医科学生不能直接应用。与其他教学改革一样，翻转课堂的教学改革也必须考虑学生的素质差异、专业要求和课程特点等因素，在把握翻转课堂核心理念的基础上灵活组织教学，而不应脱离实际，简单地依葫芦画瓢模仿经典。