翻转课堂在软件工程实验教学中的应用研究

周晶平，刘晶，徐科

（中南民族大学计算机学院，武汉430074）

0 引言

翻转课堂（Flipped Classroom）是将传统的课堂教学结构翻转过来，让学生在课前完成知识学习，在课堂上完成知识的吸收与掌握的一种新型教学模式[1]。自本世纪初该教学模式被首次提出以来，就被广泛地应用在美国的课堂教学中，并产生了一系列的研究成果，被加拿大的《环球邮报》评为2011 年影响课堂教学的重大技术变革。国内，自2012 年，翻转课堂这一新型的教学模式逐渐受到一批学者和教育实践者的关注，有学者开始将翻转课堂与项目式教学结合，试图构建全新的教学模式，目的是用翻转课堂的优势去弥补传统的项目式教学中存在的弊端。例如，宋朝霞等尝试构建了基于翻转课堂的项目式教学模型，并应用于《数控机床故障诊断与维修》课程中[2]，张超将此模式应用于《非线性编辑与视频特技》课程[3]，但这些研究都是将这种新型的模式应用于一些操作性与实践较强的课程[4]。本文将翻转课堂应用于软件工程实验教学，软件工程是一门具有较强的理论性与实践性的课程，软件工程实验要求学生运用软件工程的思想和方法以团队的形式完成一个软件系统的开发。在分析了软件工程实验教学中存在的问题的基础上，构建了基于网络的实验教学开放环境，设计了基于翻转课堂的项目式实验教学模型与教学评价方法，并将该模型应用于软件工程实验教学。从应用情况看该模型对调动学生学习的积极性和主动性，有效利用课堂时间，提高实验教学质量具有重要作用。

1 软件工程实验教学中存在的问题

中南民族大学软件工程实验的教学目标是通过实验加深学生对软件工程的原理、方法和技术的理解，通过团队协作的方式解决实际问题，提高学生处理复杂软件问题的能力。软件工程实验采用项目式教学方法，项目式教学方法的主要特点是在教学中将课程培养目标分解成若干具体可实施的教学任务，形成有时间、资源限定的、目标明确的项目，进而通过实施项目来完成教学任务、实现课程目标[5]。项目式实验教学方法如图1 所示。

在软件工程实验教学中，按照软件开发过程分为实验准备、需求分析、概要设计、详细设计、编码、测试等几个教学项目进行教学，每个教学项目的课堂教学时间为2 学时。教师首先对实验内容的重点、难点进行讲解，学生完成实验，最后对实验进行评价。但项目式实验教学在具体的课堂应用过程中还存在一些需要解决的问题。

（1）项目式教学内容多，课堂时间不够。由于课堂教学内容多、课程容量大，学生基础不一样，要在课堂内完成所有的教学内容时间紧张，常常不能在课堂上完成项目评价。

（2）学生之间、师生之间缺乏交流。项目式教学不再以教师为中心，强调学生自主学习，讨论互动是项目式教学的一种重要环节。由于课堂时间少，教师与学生之间、学生与学生之间没有太多时间进行交流讨论互动，教师也无法兼顾不同层次的学生。

（3）没有充分调动学生的积极性、利用课前预习时间。项目式实验教学要求许多教学内容在课外完成，由于缺少交流平台，缺乏考核机制，学生不能充分利用实验前的预习环节完成实验准备，学习情况不能及时反馈给教师，教师也不能及时的指导学生。

为了解决上述问题，改革传统的项目式教学方法，将翻转课堂引入软件工程实验教学。让学生在课前利用现代化教学手段完成学习任务，将课堂时间用于学生对知识的吸收内化。

2 翻转课堂教学模式的特点

翻转课堂教学模式的思路是把传统的学习过程翻转过来，形成一种“学习知识在课外、内化知识在课堂”的新型教学结构。知识传授通过信息技术的辅助在课前完成，而知识的内化则在课堂上经教师的指导与学生的协助而完成。课堂变成了教师与学生之间互动的场所。翻转课堂具有以下基本特征[6]：

（1）翻转课堂使得教师从传统课堂中的讲授者变成了学习的促进者和设计者。教师不再是课堂的中心，而成为课堂的“导演”，统筹布局，让学生成为焦点。

（2）翻转课堂使学生真正成为了学习的主体。借助于丰富的网络资源，学生可以根据自身的实际情况自由安排学习时间、学习地点和学习内容；可以增加学生的交流合作，让学生在合作中完成学习任务。

（3）翻转课堂增加了教学活动的互动性。与传统课堂是由教师统一讲授教学内容不同，由于学生可以在课前通过观看教学课件的形式完成知识传授，课堂上，教师就可以有更多的时间与学生互动。

3 基于翻转课堂的项目式教学模型设计

美国富兰克林学院的Robert Talbert 教授经过多年翻转课堂教学模式的经验积累，总结了翻转课堂实施结构模型[10]，如图2 所示。

图2 Robert Talbert的翻转课堂结构图

该模型简要地描述了翻转课堂实施过程中的重要环节。根据项目式实验教学的特点和教学过程及该翻转课堂的基本教学结构，构建了基于翻转课堂的项目式实验教学模型，如图3 所示。

图3 基于翻转课堂的项目式实验教学模型

在该模型中，信息技术和活动学习是翻转课堂学习模式的两个关键的组成部分，它们共同影响着学生的个别化学习环境，使学生在课堂之外能够自主学习，在课堂内能够协作学习[7]。

（1）课前活动

①教学准备。根据教学大纲适当地选定教学项目，编写任务书，并根据教学项目收集教学资料。

②资源开发。帮助学生在课前完成自主学习，教师需要向学生提供优质的学习资源，这些资源包括教学视频，学习资料及学习资源。

③自主学习。学生根据课程要求组成项目小组，项目小组对项目进行初步讨论，进行任务分工。每个同学要明确自己的任务以及与组内其他同学的合作关系。学生根据项目研究的需要，自主学习掌握相应的理论、方法、技术和计算机软件。

④协作学习。项目小组利用信息技术研讨项目，。如果小组存在不能解决的问题，可以寻求其他小组的帮助，也可以邀请教师参加小组讨论，并在规定时间拿出解决问题的初步方案和建议。

（2）课堂活动

①课堂讲授。教师根据学生反馈的情况和暴露的问题，依据学情和经验优化课堂讲解内容，对学生感到疑惑的知识点以问题的形式进行针对性的讨论答疑。

②课堂交流。在教师的主持下，各项目小组选出代表将本组项目的研究成果在课堂上进行交流。组内的其他同学可以补充，其他小组的同学可以提出自己的意见，相互启发，相互学习。

③协作探究。各项目小组认真分析和讨论教师和其他小组的同学提出的意见和建议，进一步改进和完善项目研究，并将最终成果提交给教师。

④教学评价。教师及各项目小组对实验进行评价，评价内容包括课前的自主学习、协作学习情况，课堂的交流讨论、协作探究情况。

4 翻转课堂在软件工程实验教学中的实施

4.1 实验教学组织

软件工程实验要求学生以小组的形式完成一个软件系统的开发。所开发的系统可由教师提供，也可由学生自己选择，但要求符合教学目标。学生自愿组建团队（通常有4-5 人组成），组长负责组内分工协调与组内考核。按照开发过程将实验分为实验准备、需求分析、概要设计、详细设计、编码、测试等六个教学项目进行教学，每个教学项目的课堂教学时间为2 学时，要求学生按时完成教学项目，并最终完成软件项目开发。

4.2 个性化协作式学习环境的构建

在翻转课堂中，技术工具和信息资源是学生学习的基础。个性化协作式学习环境能够帮助学生通过教学指导和技术工具进行自我组织的探究性学习，教师能够帮助学生完成自主学习，学生之间能够进行协作学习。软件工程实验的个性化协作式学习环境包括两部分，一是利用学校提供的网络课程平台建立网络课堂，实现教学资源共享和日常课堂管理。二是建立QQ讨论群，QQ 群是在腾讯QQ 基础上推出的多人交流系统，是学生常用的聊天、交流工具。软件工程交流群围绕教学项目，讨论和解决学习中遇到的各种问题。

4.3 实验评价

基于翻转课堂的项目式实验教学采用“全程化”的实验评价方法，即在整个实验教学活动中按教学单元（项目）评定学生成绩，将实验评价扩展到整个实验，实验成绩为各个教学项目成绩加权之和。

实验考核由教师和学生共同完成。学生考核分为两部分，一部分是团队对项目成果的自评；另一部分是考核每位同学对团队成果的贡献情况，考核包括每位同学对所分配任务的完成情况，通过QQ 群或网络课堂进行问题交流的次数、课堂教学参与讨论的情况等。教师主要考核学生知识应用能力和动手能力，小组考核成员对项目的贡献情况。教学项目考核结构如图4 所示。

图4 教学项目考核结构图

5 结语

项目式教学方法是许多高校在软件工程实验教学中采用的方法，项目式教学方法通常需要更多的教学时间，由于课堂教学时间的限制，影响了教学方法的实施及教学效果。翻转课堂是将传统的课堂教学结构翻转过来，让学生在课前完成知识学习，在课堂上完成知识的吸收与掌握的一种新型教学模式。将翻转课堂应用于项目式实验教学，构建了基于网络的实验教学开放环境，设计了基于翻转课堂的项目式实验教学模型与教学评价方法。将该模型应用在中南民族大学软件工程实验教学中，能有效利用课堂时间，调动学生学习的积极性和主动性，提高实验教学质量。在教学中也认识到要取得良好的教学效果，需要做到以下几点：第一，基于翻转课堂的项目式实验教学改革是一项复杂的教学工作，需要增加教师和学生的精力与时间，需要教师在教学中坚持不懈。第二，课前活动的组织与管理很重要，应要求学生高质量的完成学习任务，否则会增加课堂教学压力，影响教学效果。第三，每个教学项目完成后，要及时进行教学评价，这样才能调动学生学习的积极性。