程序设计课程群的创客式课堂教学模式探究

2017-02-25陈晋音俞山青毛国红王子英

计算机教育 2017年1期

陈晋音，俞山青，毛国红，王子英

（1．浙江工业大学信息工程学院，浙江杭州 310023；2．浙江工业大学计算机科学与技术学院，浙江杭州 310023；3．杭州传智信息技术服务有限公司，浙江杭州 310000）

程序设计课程群的创客式课堂教学模式探究

陈晋音1，俞山青1，毛国红2，王子英3

设计一种基于翻转课堂的创客式课堂教学模式，充分融合线上线下教学资源，集课堂教学项目式设计管理和在线创客平台专业审核、评估和风险投资为一体，并以程序设计课程群为教学案例，说明开展教学的具体方案和取得的效果，最终实现创客与高校课程对接，实现一套切实可行的创客式教学模式，为培养创新型人才提供可行方案。

创客式教育；课堂教学；程序设计课程群；创新能力

1 背景

创客与创客教育已在教育领域引起了广泛的关注[1]。2015年1月4日，国务院总理李克强考查深圳柴火创客空间[2]，创客的影响力迅速扩大。同年2月，国家确立支持发展“创客空间”的政策[3]，为创客教育搭建新平台。创客是个体通过软硬件平台，将自己的创意变成产品，解决实际问题，并通过互联网分享给全世界。创客教育是一种融合信息技术，秉承“开放创新、探究体验”的教育理念，以“创造中学”为主要学习方式，以培养各类创新型人才为目的的新型教育模式。创客教育分成两类[4]：创客的教育和创客式教育。其中，创客的教育指通过开设专门的创客课程，建立创客空间，配备专业化的指导教师实施。而创客式教育则将创客运动倡导的“动手操作、实践体验”理念融人各学科教学过程，开展基于创造的学习。

基于创客式教育模式开展高校的课堂教学，要充分利用课堂教学的授课环境，结合线上线下教学资源，提高学生的自主分析、自主实践和自主创新水平，从而实现“以学为中心、以用为中心”的教学方式，提高学生的学习能力和创新能力。

2 创客教育现状

随着创客概念的落地，国内外涌现出很多以“创客空间”为载体的创客教育方式，可分成以下3种。

（1）创客空间模式：以提供场地环境、软硬件设备和人才为基础，鼓励和引导学生参与创客，自主完成分析需求、检索资料、设计解决思路、分解模块、调试分析、提交成果与分享等一系列创客行为，从而提高学生的创新能力和实践能力，例如创客社区、创客大赛（如中国联想创客大赛）、创客嘉年华等。北京、上海、温州和广州等地政府牵头，中小学乃至大学承办各类创客空间，提供图书馆、实验室甚至综合课堂等场地以及相应的3D打印机、Arduino、物联网等软硬件环境，鼓励创客主体在配套空间中完成实践并在线分享。

（2）创客的培养模式：创客的培养是指创客人才的培养。创客本身的专业背景、成长环境、创新能力都各不相同，可以开设专门的创客课程，建立创客空间，配备专业化的指导教师。创客的培养模式不受创客的专业背景、知识水平、实践能力限制，关注的是主体本身能否提出创造性的想法，并付诸实践，从而创造出有价值的产品分享给有需要的群体。由于资金、场地、开发经验等一系列因素，政府部门、大型企业和社团化组织在创客的培养上更具有优势和潜力。

（3）创客式教育模式：将创客运动倡导的“动手操作、实践体验”理念融人学科教学过程。通过动手操作、协同探究、项目合作等多种基于创造的学习方式，每个学生都将在课程学习中找到乐趣，进而激发自身的创造潜能。中小学课堂引人Scratch平台[5]，基于其良好的模块化和可视化特性，让学生尽快上手，借助操作便捷的平台将想法转化成实物并分享。丁飞[6]等提出了基于创客思维重塑循环结构的程序设计课程课堂教学方式，改变教学观念、改进课标认识、重塑教学活动，从而实现课堂教学过程的重构。熊善军提出了基于创客思维的信息技术课堂教学模式[7]，从启发、设计、制作、分享、评价5个环节积极探索基于创客思维的信息技术课堂教学模式。

目前如何结合课程特征，发挥院校本身的资源优势，以创客大赛为契机引导学生在课堂学习过程中培养创新能力，是创客式教育的当务之急。笔者以程序设计课程群为对象，设计创客式课堂教学模式，并展开教学方案设计与实践，结合线上线下的全方位教学资源，学生可以“边学边用”，在需求的驱动下设计方案、模块分组、研发调试并最终上线发布。此外，联合企业搭建在线的创客平台管理学生的创客项目，在综合实验室建立孵化基地，投人适当资金资助，让学生通过创新创业竞赛和网络平台展现创客项目成果。

3 创客式课堂教学模式设计

基于创客思维设计课程教学，相关课程的课堂教学围绕“做中学”的宗旨构建情景教学，以学生为中心展开应用型学习过程，借助线上平台的管理和驱动完成相应的解决方案设计与实施，并通过各种竞赛和评比综合评价创客成果的优劣，完成相应课程的学习和巩固。创客式课堂教学模式见图1。

图1 课程群创客式课堂教学模式

1）基于翻转课堂的创客式教学。

创客式课堂教学的基础是学生具有自主能动性和创新性，边学边用。翻转课堂教学模式恰好能最大程度地融合课堂教学与课外教学，基于线上线下教学平台，融合课程群SPOC网站、校级学生项目管理评审系统和基于爬虫的在线资源更新系统，全方位满足学生获取线上资源的需求。线下资源除了课程群的所有教案外，以学校的创业学院项目为基础项目，鼓励学生投身到创新活动中来。另外，充分利用信息类学科在电子设计竞赛、程序设计竞赛等创新竞赛的天生优势，让学生在课程学习阶段就能边学边用，解决实际的软硬件问题，充分发挥其创造潜力。

2）项目式课堂教学实施。

创客式课堂教学不仅是翻转课堂教学模式的延伸，更将创客的整个过程引人课堂，充分利用课内外的项目式管理方式，让学生体验实际项目开发管理模式。有别于传统的项目式教学方式，创客式课堂教学以院校交互式翻转课堂教学平台为基础，线上线下教学资源结合，创业学院与在线创客平台一体化，以创业学院的项目驱动，将大学生、教师、合作院校、合作企业、培训机构和投资机构融合成一个全新的生态系统，让学生在学校环境中感受项目开发的整个过程。

（1）需求分析与调研分析。针对不同学生的特点，需求分析分成两种模式：对于思考能力和实践能力较强的学生，要求自主发现社会痛点，提出想法并申请项目，完成相应的调研与分析;对于学习型的学生，则利用创业学院提出的课题项目安排学生做详细需求分析。

（2）方案确定与功能划分。根据需求分析，设计前台交互方式和后台数据存储，并完成相应功能模块划分。前期可以根据相应的技术需求，查阅相关翻转课堂资源获取相应的功能设计需求。

（3）设计与实验。设计阶段包含概要设计与详细设计。结合创客教学的特征，利用课内环节实现讨论与解答，课外环节完成代码的设计和编程，从而在翻转课堂教学模式基础上实现创客教学。

（4）调试与分析。让学生完成创客作品的同时，更好地完善功能，实现程序的鲁棒性。对于创业学院、竞赛项目等提出的项目需求，进行全方位的测试与分析，提升学生的调试分析实践能力。

（5）提交与分享。创客式教学的一个重要步骤就是让学生学会利用互联网分享作品。一些效果较好的项目解决方案可以提供给创业学院和企业作为有回报的产品，更好地激发学生参与创客项目。

3）在线创客平台创建与评估。

我们采用的创客式教学除了结合已有的翻转课堂教学模式和基于课堂教学的项目式教学驱动外，还有一个重要的线上平台，即创客平台。目前已和校外一家知名平台建立良好合作，提供创客项目在线管理、创业学生的网络孵化基地以及专业投资机构投资机会。通过该平台，实现线上线下、课堂和实训、课堂院校教师与行业指导为一体的教学，为在校的授课群提供全方位的创意、创新、创客学习模式。

4 程序设计课程群创客式教学实施

基于设计的创客式教学模式将程序设计课程群作为实践课程案例，展开具体的教学部署和实施。程序设计课程群是一般本科院校培养学生程序设计能力的课程体系，主要涉及的课程包括C语言程序设计、C++程序设计、VC++应用编程等语言类课程，数据结构、数据库、算法设计和计算机网络等算法相关课程以及程序设计课程设计、毕业设计环节等实战类实训。创客式教学实施以程序课程群的不同课程展开，见图2，针对不同的课程特征，分三步完成整体的创客式课堂教学，将创客教学真正落实到院校的课程体系中，切实提高学生的创新能力和实战水平。

1）程序设计课程群的翻转课堂教学。

创客课堂教学的初衷是发挥学生的自主创新能力，程序设计能力是展开创新工作的技术基础。因此，通过翻转课堂教学模式的线上线下教学资源整合以及课前学生自学、课堂教学讨论和重点分析、课后巩固与加强，充分利用课内外的时间和空间，使学生熟练掌握程序设计基本技术，并培养其基于计算思维解决问题的能力。

程序设计课程的基础课程包括：C语言程序设计、C++程序设计和VC++应用编程。基础课程的线上教学资源主要包括课堂配套的教学视频、对应课件与习题、在线试题和Online Judge系统，结合玩课网的IT学院拓展练习，熟练掌握程序开发环境与开发技巧，为后续的创客打好技术基础。

图2 程序设计课程群创客式课堂教学框架

2）高级程序设计的项目式教学。

针对中高年级的程序加强类课程，配合线上线下教学资源，教师发布应用型项目需求，学生自主开展需求调研分析、项目整体评估、概要设计、详细设计、编码与调试、测试与分析等环节。不同于传统课堂教学以教师为中心的方式，该模式以项目为目标，以学生为中心，以团队为载体，让学生协作完成课程的学习。

程序设计课程群的几个核心课程（数据结构、数据库、算法设计、计算机网络等）采用项目式驱动教学的方式，让学生从“以学为主”的课程学习转变到“以用为主”的课程学习，最终实现“以创新方式为主”的开创性学习。

3）情境式引导创客教学。

创客教学需要有环境引导，即不仅有需求的提出，更要引导学生提出创意。笔者设计的情境式引导创客教学针对应用型程序设计课程体系中的课程，引人学校创业学院的项目需求与玩课网基金风投的项目需求，让学生积极融人创客环境。该创客环境不仅是具备软硬件条件的创客空间，也是创客群体在创客空间中相互启发、相互引导的环境。因此，情境式引导课程教学就是在一个具备软硬件条件的空间里创造一个创客式环境，引导学生利用技术和知识提出创新想法并生成产品，从而提出切实有效的解决方案。

依托程序设计课程群的课程设计、创业学院的项目开发课程以及毕业设计等实践环节，以行业应用问题、企业导师的调研评估、亚马逊风投机构等为驱动，学生在创客环境里自主完成问题分析、方案设计与实现、提交与分享，最终成为一名真正的创客。