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基于MOOC的大学计算机基础翻转课堂实践与探索

  0 引言
  大规模在线开放课程(Massive Open Online Course,MOOC)与翻转课堂相结合的混合教学模式对高校传统课堂教学形成冲击,为高等教育改革带来新的机遇与挑战[1-3]。翻转课堂于2007年起源于美国,是一种重新调整课堂内外教学活动的新型教学模式。学生在课前通过观看视频、在线测试、论坛讨论等形式自主学习课程内容;课堂上,老师和学生一起讨论、互动、解惑,以深入理解课程内容[4]。翻转课堂是对传统课堂教学模式与教学流程的彻底颠覆,由此引发了教师角色、授课模式和管理模式等一系列变革。
  目前,各高校纷纷推出了与大学计算机基础相关的MOOC课程,这些课程各有侧重点和特色[5]。例如:哈尔滨工业大学战德臣等[6]的《大学计算机—计算思维导论》,北京理工大学李凤霞等[7]的《大学计算机》等。笔者基于自主建设的大学计算机基础MOOC课程,开展线上线下相结合的翻转课堂教学[8]。近年来,围绕翻转课堂教学问题,国内外学者开展了多方面的研究工作,包括翻转课堂教学方法、学生对翻转课堂的体验、学习成效等[9-11]。各学科专业课程也纷纷开展了MOOC和翻转课堂相结合的教学实践,对资源建设、课堂活动、评估及反馈机制等进行教学设计[12-13]。在MOOC背景下的大学计算机课程翻转课堂教学方面,有学者提出翻转课堂教学优势、教学方法和策略等[14-16],但并未给出较具体的实践方案。本文结合自建的MOOC课程设计具体的翻转课堂实施方案,并对翻转课堂组织方式及授课内容进行详细的教学设计,通过开展混合式教学实践,对实践结果进行分析。
  1 翻转课堂实施方案
  在MOOC与翻转课堂相结合的混合教学模式中,对原课程教学安排和考核方式进行相应调整。在新教学模式下,课程总学时为24学时,其中翻转课堂12学时,实验教学12学时,翻转课堂具体包括:大班讲授2学时,小班研讨10学时。
  课程考核由期末考试、MOOC学习、实验3部分组成,各部分占比如表1所示。
  翻转课堂针对课程重难点内容,选取5个主题,开展10学时的小班研讨,研讨主题及学时分配如表2所示。
  研讨课要求学生课前完成老师布置的学习任务,包括MOOC视频学习及在线测验,在学习过程中,学会自行解决低级问题,并提出高级问题。在课堂上,老师先对教学内容进行概要回顾,然后针对关键知识点提问,随后学生分组开展讨论,老师引导学生理论联系实际,应用所学知识解决实际问题,培养计算思维能力。
  翻转课堂大班讲授2学时,包括课程总体介绍1学时和课程总结1学时。课程总体介绍包括:①MOOC的定义、MOOC发展现状、如何使用MOOC资源;②什么是翻转课堂、课前需进行的准备工作、课堂及课后需完成的任务;③课程计划与总体安排。
  2 翻转课堂组织方式
  翻转课堂小班研讨以分组形式进行,学生按6~8人进行分组,针对每个研讨主题开展4个环节的教学,分别是:①内容回顾与提问;②实际应用;③游戏;④讨论。
  以两学时(90分钟)的研讨课为例,各环节参与及组织方式、时间分配、评价方式如下:
  (1)内容回顾与提问。参与和组织方式包括:老师首先概要回顾该主题主要知識内容,然后学生在小组内提出自己的问题,并回答其他同学的问题,老师汇总每组不能解决的问题,统一解答。如果没有学生提问,老师将根据教学重点向学生提问。时间分配为20分钟。该项评价占30%,要求能提出有意义的问题。
  (2)实际应用。参与和组织方式包括老师首先示范性地给出几个知识点的应用实例,启发学生,随后学生在组内讨论,给出应用实例,并对其中运用的知识进行说明和展示。时间分配为25分钟。该项评价占比40%,要求举例说明所学知识在实际中的应用,根据小组展示情况给分。
  (3)游戏。参与和组织方式包括:老师首先讲解游戏规则,随后学生在组内开展游戏互动,解释游戏中运用的知识。时间分配为15分钟。该项作为额外附加分,要求学生解释游戏的意义,发现其中蕴含的知识。
  (4)讨论。参与和组织方式包括:老师首先根据该主题知识内容提出实际问题,随后学生通过小组讨论给出解决方案。时间分配为30分钟。该项评价占30%,要求设计方案应用目标知识,解决老师提出的问题。不同小组之间交叉展示,互评给分。
  在翻转课堂的小班研讨中,主讲老师负责对各环节进行总体把握,助教负责辅助小组开展讨论。具体安排包括4个环节:内容回顾与提问、实际应用、游戏及讨论。
  在内容回顾与提问环节,主讲老师回顾该主题主要知识内容,汇总每组不能解决的问题,统一解答,当没有学生提问时,根据教学重点向学生提问;助教查看每个小组的讨论情况,帮助回答小组学生的提问。
  在实际应用环节,主讲老师示范性地给出知识点应用实例,启发学生,为小组展示打分;助教查看小组讨论情况,帮忙解答小组疑问,为小组展示打分。
  在游戏环节,主讲老师讲解游戏规则,解释游戏蕴含的知识;助教协助小组开展游戏互动。
  在讨论环节,主讲老师根据该主题知识内容提出实际问题,小组讨论结束后给出问题的示范性解答;助教查看小组讨论情况,帮忙解答小组疑问,监督小组进行交叉互评给分。   在翻转课堂教学活动中,使用了清华大学开发的雨课堂工具,利用雨课堂开展课前预习、课堂签到、课堂投票、随机点名提问、实时答题等教学活动。
  3 翻转课堂教学设计
  翻转课堂教学针对每个研讨主题,进行相应教学设计,其中借鉴了《不插电的计算机科学项目》的游戏及案例,思科IT基础课程中的虚拟计算机组装环境,美国三一学院的MOOC——App Inventor移动计算中提供的4比特计算机模拟器,以及思科Packet Tracer网络模拟环境等[17-20]。
  本文以研讨“数据的表示与运算”为例制定教学设计,该部分是课程重难点,知识内容比较抽象,学生不易理解和掌握。学生课前需完成的学习内容包括:进位计数表示方法、计算机中数值数据的表示、数据之间的运算、非数值型数据在计算机中的编码、数据校验码。翻转课堂上开展理论联系实际的教学,目的是让学生不仅掌握知识本身,还能探究知识在实际中的应用。
  本次研讨包括3个主要内容:
  (1)进位计数制表示方法。共有4个环节:①内容回顾与提问,计算机中常用的4种计数制及它们之间的相互转换。为检测学生课前学习效果,首先提出简单直观问题,如:二进制数00110对应的十进制数是多少?5位二进制数能表示的最大数字是多少?二进制数(110.01)2的真值是多少?十进制数13.625转换为二进制数是多少?利用雨课堂开展实时答题,并实时查看答题情况。然后,提出较深入问题,如:计算机中的数据为什么以二进制的形式表示?②实际应用。在学生理解二进制工作机制以及计算机如何处理信息之后,即可联系实际,如:32位计算机、64位操作系统、128位SSL加密、24位色彩、20M宽带网络等,探讨日常经常接触的名词和蕴含的技术;③游戏。开展游戏,进一步熟悉计算机的计数制,借鉴不插电的计算机科学中的读心术纸牌游戏;④讨论。利用所学知识解决问题,如:既然计算机中所有信息均以0和1的形式表示,那么只要能表示两种数值的硬件设备均可以存储信息,计算机中二进制数是以怎样不同形式存储的?通过以上环节,使学生不仅掌握计算机常用的4种计数制及其相互转换方法,还能理解计算机是如何处理和存储信息的。
  (2)非数值型数据在计算机中的编码。共有4个环节:①回顾教学内容,字符、图像等非数值型数据在计算机中的编码方法;②实际应用。由于实用的编码系统,如ASCII、Unicode、汉字编码较复杂,令学生望而生畏,所以首先引入一个自定义的小编码系统,如拼音编码系统,给出编码规则,让学生对特定序列进行编解码,以理解编码系统原理。随后引出ASCII、Unicode及汉字编码,通过提问检测学生课前学习效果;③讨论。学生在理解编解码原理后,可以尝试设计编码系统,并展开讨论,如:计算机通过调制解调器上网时,信息是如何编码并通过电话线传送的?④引申。计算机如何用二进制表示图像。首先,通过实例引入像素概念,用1和0表示简单的黑白图像,并结合喷墨打印机原理扩展到彩色图像的表示。该环节预期达到的效果是使学生掌握字符、图像等非数值型数据在计算机中的编码方法,理解ASCII、Unicode和漢字编码系统的基本原理,能设计编码系统,解释一些应用原理,如调制解调器上网传输信息的原理及喷墨打印机原理。
  (3)数据校验编码。共有3个环节:①回顾教学内容,如常用的数据校验技术,特别是奇偶校验技术。首先提出简单直观的问题,检测学生课前学习效果,如:对给定的实例给出奇校验或偶校验结果。随后提出较深入问题,如为什么需要数据校验编码,包括CD数据校验、硬盘数据校验,以及网络传输数据校验;②实际应用,列举日常生活中的校验技术,如商品条形码、图书的ISBN(国际标准书号);③游戏。通过游戏,更好地理解校验编码,如开展不插电的计算机科学中设计的翻卡魔术。该环节预期达到的效果是使学生不仅掌握常用数据校验技术,还能体会数据校验技术在实际生活中的广泛应用,提高学习兴趣。
  4 实践结果
  本文利用雨课堂工具的投票功能,对学生开展了关于翻转课堂的问卷调查。通过投票结果统计可知,73%的学生喜欢翻转课堂教学方式,认为能调动学习积极性;85%的学生希望课堂知识讲授可与实际相联系,而不是讲解知识本身;76%的学生认为翻转课堂与传统课程相比,学习效果更好,对知识的理解和记忆更深刻,说明学生对翻转课堂的认可度较高。
  但是仅62%的学生在参加课堂教学前,完成了对应章节MOOC视频的学习, 说明学生还需要进一步转变学习观念和学习习惯,学会合理安排时间,课前按时完成自学。只有30%的学生喜欢小组展示的方式,23%的学生喜欢学生分组讨论的方式,说明学生从多年被动学习模式向以以学生为中心、学生积极参与讨论互动与自我展示的转变,需要假以时日,得到逐步培养和锻炼。
  5 结语
  本文基于自主建设的大学计算机基础MOOC课程,开展线上线下相结合的混合式教学,设计了翻转课堂实施方案和组织形式,围绕课程重难点内容,设计了翻转课堂教学内容,开展包括内容回顾与提问、实际应用、游戏和讨论4个环节的教学活动,通过翻转课堂教学实践,取得了较好的教学效果,也发现教学环节中的一些不足,下一步研究内容是如何提高学生参与积极性。

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