“起承转合”式教学法在计算机类课程课堂教学中的运用

2020-11-30余旺盛秦先祥程英蕾

计算机教育 2020年7期

余旺盛，秦先祥，程英蕾，刘彬

（空军工程大学信息与导航学院，陕西西安 710077）

0 引言

随着计算机科学与多媒体技术的快速发展，传统教学模式在高等学校计算机类课程的课堂教学中逐渐捉襟见肘。如何破解计算机类课程授课过程中存在的理论性强、课堂枯燥等难题，以深入浅出的方法使学生在限定的时间内消化知识、理解原理、掌握方法、学会运用，是课堂教学模式改革创新的主要目标。为达成这一目标，近年来，国内外教学一线的许多教育工作者开展了卓有成效的探索，取得了一系列具有影响力的成果。在教学模式方面，随着MOOC[1]的大规模兴起，国内外掀起一阵基于在线学习的教学模式改革的热潮。然而，纯粹的MOOC 教学缺乏因材施教的个性化教学和互动，促使学者们把目光投向了线上线下混合的SPOC 教学模式[2]，这种教学模式能够更好地服务于个性化教学，带来深度教学体验，进而提高了学生自主学习的能力。近年来，翻转课堂[3]、对分课堂[4]、PBL[5]、TBL[6]等教学模式在一线课堂教学中得到了较好的推广，在促进教学模式改革方面发挥了积极作用。在教学方法方面，启发式、互动式、问题式、案例式、研讨式、探究式等常见教学方法受到一线教学工作者的青睐。此外，将多种教学方法进行组合使用，衍生出的问题探究式[7]、案例研讨式[8]等教学方法在高校课堂教学中也发挥了十分重要的作用。在教学实施策略方面，针对不同的教学对象、教学内容灵活采用不同的教学策略来达成特定的教学目标，是课堂教学模式改革需要研究的末端落实问题。参与式教学、体验式教学、微课式教学、角色扮演式教学等不同教学策略在不同场合能够起到特定的作用。为破解计算机类课程课堂教学过程中存在的难点，可以在计算机类课程教学过程中运用“起承转合”式教学法。

1 计算机类课程课堂教学面临的困境

虽然教学模式改革探索在许多院校取得了显著成效，但传统教学模式和教学方法在课堂教学中依然普遍存在。即使某些课程进行了教学模式改革，也仍然面临着一些问题。

1.1 学生兴趣点低

学情分析是课程设计和教学方法选择的重要参考方面，学生的个性特点、兴趣爱好则是学情分析的重要因素。目前，计算机类课程的教学对象主要是千禧年左右的新一代学生，受自媒体和新媒体技术的影响明显，具有个性张扬、爱好广泛、接受新事物能力强等特点。然而，当前在许多高校计算机类课程的课堂实训中，传统“填灌式”“照本宣科”式教学方法还不同程度的存在，这些方法很难调动学生的兴趣点，使其集中注意力，积极参与课堂。

1.2 课堂参与度低

在一些基础和专业基础类计算机课程的课堂教学中，学生的课堂参与度偏低是一个普遍存在的问题。一方面由于教学条件和教学资源的限制，偏重基础类课程的理论部分授课环节通常采用大班化教学模式，时间短、人数多，学生的课堂有效参与度很难得到有效保障。另一方面，教师在教学内容的呈现方式和教学方法手段的设计上，没有新意，难以调动学生课堂参与的积极性。此外，学生个人注意力不集中、自我要求不够严格也是一个重要方面。

1.3 学习任务量重

在某些开展课堂教学模式改革探索的高校，一些新的教学理念、教学方法被大量引入课堂教学中，例如慕课教学，要求学生利用课下时间通过慕课平台完成基本内容的学习，课堂上主要针对学生在学习中存在的问题进行深度剖析和释疑。再如研讨式教学，要求学生利用课下时间研读相关文献，提炼基本观点，制作交流幻灯片等，在课堂上围绕课堂主题进行集中交流研讨。这些教学方法具有一定新意，在一定程度上能取得传统教学方法难以取得的成果。然而，学生的学习任务量陡然增加，大量挤占课下时间，不利于学生的全面发展。

综合上述分析，要破除当前计算机类课程课堂教学面临的困境，需要根据学生的个性特点设计教学方法，通过激发学生的学习兴趣，充分调动学生课堂参与的积极性，在不显著增加学生学习任务量的前提下，立足于课堂时间，达到预定的教学目标。

2 “起承转合”式教学法

为达到课堂教学中激发兴趣点、调动积极性、控制任务量的目的，将戏剧创作中惯用的“起承转合”手法引入课堂教学中，通过将教学过程分解为“起、承、转、合”4 个阶段，各阶段紧密衔接、环环相扣，共同服务于整体教学目标。

2.1 教学理念

“起承转合”属于艺术创作的架构技巧，广泛应用于诗歌和散文的创作中。《辞海》对“起承转合”做了较为通俗的描述：“起”是开端，“承”是承接上文加以申述，“转”是转折，“合”是结束全文。当前，已有学者将“起承转合”手法运用到散文分析[9]、课堂结构设计[10]当中，取得了较好的效果。从教学理念来看，“起承转合”式教学法充分体现了以教师为主导与以学生为主体相统一的现代教学理念。通过对课堂进行阶段划分，以符合学生对客观事物认知的方式对课堂进行建构，辅以相应的教学实施策略，最终达到消化知识、理解原理、掌握方法、学会运用的目的。

2.2 教学步骤

“起承转合”式教学法包含4 个基本教学步骤。

第1 步是“起”，即引入问题，引起兴趣。这一步骤虽然时间相对较短，但其意义非同凡响。“导课”导得好不好，在一定程度上影响到一堂课的好坏。这一阶段需要结合课堂教学内容进行精心设计，可以采用课前小任务、互动游戏、时事热点等多种形式进行课堂引入，其基本要求是“紧扣主题、先声夺人”。

第2 步是“承”，即承接问题，引向深入。这一步骤主要是对“起”阶段的现象进行剖析，揭示其背后蕴含的基本原理或理论问题。顾名思义，“承”是承上启下的意思，通过这一阶段的承接和申述，提炼课堂需要解决的基本科学问题或者揭示现象后面的基本科学原理，可以采用启发式、引导式或问题牵引式的方法进行教学，其基本要求是“抽丝剥茧、拨云见日”。

第3 步是“转”，即深入问题，启发思考。这一步骤的主要任务是对需要解决的关键科学问题进行层层分析、探究本质，得到解决问题的基本思路、基本方法。这一阶段往往涉及关键理论的证明、核心公式的推导、解决方案梳理等，从时间角度来看，通常占据4 个步骤里面的首要位置，可以采用微课教学、情境教学、板书推导等多种辅助手段，其基本要求是“直击本质、深入浅出”。

第4 步是“合”，即回归问题，前后呼应。这一步骤通常涉及对课堂引入阶段所应用的案例、所列举的现象、所提出的问题等进行回归，进一步揭示案例背后的原理、现象背后的本质、问题背后的解决方案。这一阶段不能仅仅停留于对课堂引入阶段的问题解决，需要进一步泛化拓展，得出更为一般的结论，可以采用设问式、参与式等教学策略进行辅助教学，其基本要求是“前后呼应、拓展延伸”。

3 课堂实训分析

以数字图像处理课程中直方图均衡化内容为例，“起承转合”式教学法在课堂实训中的具体运用流程如下。

3.1 起——课堂导入

起，即课堂导入。在导课时，首先通过幻灯片展示课前学生随手收集并提交的视觉效果不理想的照片。引导学生将照片归纳为曝光过度、曝光不足和浓雾条件下三大类。启发学生联系实际生活中最熟悉的照相摄像设备和娱乐应用软件，进而以设问方式抛出问题：有没有什么简单有效的办法能够实现这一类图像的增强呢？这就是本节课将要学习的直方图均衡化内容。那么什么是直方图？它又是如何实现图像的增强的呢？

这一阶段时间控制在3～5 分钟以内为宜，有课下与课上的衔接，有理论问题与实际现象的联系，能够较好地激发学生的兴趣，调动学生的课堂参与积极性。

3.2 承——问题顺承

承，即问题顺承。通过提前制作的微课视频，从生活中最常见的图像实例出发，生动形象地讲解直方图的概念，分析不同图像之间直方图的主要区别，为后续讲解直方图均衡化的基本原理打下基础。在直方图的基础上，微课进一步讲解累积直方图的概念，分析直方图和累积直方图之间的关系。整个微课约3 分钟左右，强烈的视觉冲击、轻快的理论讲解节奏，较好地适应了学生自媒体时代碎片化知识吸收的特点。

微课结束，教师在幻灯片上进一步引导学生梳理直方图和累积直方图的特点，特别对累积直方图“单调不减”和“有界”的特点进行突出显示。在此基础上，结合微课视频引入一个课堂互动游戏。在幻灯片上给出曝光不足、曝光过度、某一区间灰度聚集和灰度分布均衡的四幅图像，同时随机顺序给出上述4 幅图像的直方图，要求学生进行“连连看”。以此调动学生的课堂参与度，夯实核心原理讲解前的理论储备。

游戏结束，指定学生对游戏内容进行总结，教师稍作点评，得出结论：直方图分布均匀的图像具有较好的视觉效果，即可以通过对图像进行变换，使得变换后的图像对应的直方图分布均匀，达到增强图像的目的。

3.3 转——问题深入

转，即问题深入。通过上一阶段微课学习和课堂游戏，看似得出了解决问题的方法，但实则是引入了更深入的问题：如何设计直方图变换的函数。

这是一个比较宽泛的问题，需要教师灵活运用教学方法启发引导学生进行分析。通常而言，可以从变换函数应当满足的基本要求入手，归纳出3 个基本要求：单调、有界、均匀分布。这里很容易与前面分析得到的累积直方图“单调不减”和“有界”的特点联系起来，进而抛出问题：累积直方图会不会就是我们需要寻找的直方图均衡化函数呢？分析可知，只需要证明累积直方图的输出满足均匀分布即可。这样一来，不仅思路清晰明了，还培育了学生留心观察、及时总结、大胆猜想、小心求证的科学素养。

证明的推导过程需要配合使用板书，也可点名基础较好的学生上讲台进行证明。证毕，结合课前制作的演示动画，进一步形象说明为什么累积直方图的输出服从均匀分布，进一步加深学生对重难点问题的理解。

尔后，即可对直方图均衡化的基本步骤进行归纳总结，结合实际例题进行直方图均衡化的计算过程强化练习。

3.4 合——问题回归

合，即问题回归。在学生掌握基本计算方法的基础上，引导学生对课堂引入阶段所列图像增强的问题进行分析，通过幻灯片给出均衡化前后的直方图对比和图像增强效果，圆满解决之前所提出的问题，形成闭环。

在这一阶段，需要进一步对内容进行拓展，例如彩色图像直方图均衡化的实例讲解，通过均衡化前后彩色图像显著的效果对比，强化学生对直方图均衡化效果的理解。同时引导学生思考浓雾图像的增强方法等，在此基础上给出课后拓展学习的方向，供学有余力和感兴趣的学生进行课后拓展学习。

在某种程度上说，“合”，虽然合上了当前课堂的一扇门，但却给学生打开了一扇新的窗，激发学生对新问题的探索永无止境。

4 建议

“起承转合”式教学法是对课堂进行建构的一种思路，将课堂以符合新时代学生认知规律的方式进行设计，辅以恰当的教学实施策略，以期达到预定教学目的。在实际课堂教学使用过程中，有如下建议。

4.1 按纲施教

在课程开始之前需要对课程进行认真的设计，从课程性质地位、基本学情分析、内容组织安排、教学方法设计、实施策略选择等方面，对教学大纲进行细化落地，制定详尽的教学实施计划。需要指出的是，“起承转合”式教学法并不一定适合所有内容的教学，要根据不同教学内容，设计恰当的教学方法。在实际教学过程中，要严格落实按纲施教。

4.2 因材施教

“起承转合”式教学法仅仅是对课堂的一种宏观设计，以故事的形式来呈现所需要讲解的教学内容。至于每一个环节的具体落实，需要针对教学对象的个性特点和兴趣爱好进行针对性的实施策略选择，例如采用微课式教学、设计课堂游戏等。只有根据不同学生的特点进行针对性的教学策略选择，才可能最大限度的发挥“起承转合”式教学法的优势。