基于翻转课堂的C语言基础与编程独立实验课教学实践
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摘要：鉴于传统实验教学主要采用教师课上讲解、学生课下练习的方式，不能充分发挥学生学习的主动性，影响实验教学效果，文章采用翻转课堂教学模式对C语言独立实验课进行教学实践，并对学生课外学习过程进行监督和分析。通过调查问卷和教学实践表明采用基于翻转课堂的C语言独立实验课程有助于提高学生的实际编程能力和学习积极性，提升学生的自我学习能力，满足个性化和开放式自主学习需求。
关键词：翻转课堂；C语言；独立实验课
1背景
C语言独立实验课是针对计算机专业大一学生的综合性设计型必修课程，旨在培养学生的计算思维能力和软件工程思想，提高计算机类专业学生必备的编程实践能力，并为后续专业领域的学习、研究和开发工作打下基础。由于课堂上学时有限，在现有教学模式下，教师在上课过程中只是对知识点进行一个大致讲解，无法为学生提供个性化和有针对性的指导。该教学模式仍然是一种灌输过程，一定程度上浪费了有限的学时，没有在课堂时间调动学生学习的积极性并提高学习效率。另外，学生在课外完成实验过程中遇到问题时，无法与教师进行及时充分的交流，教师也不能及时监控学生课外学习进度，存在教学监督和沟通的盲点。当前，大一学生普遍觉得C语言一些概念比较抽象、难以理解，学生对编程不是很了解，学习积极性和主动性不高，实验效果不明显。
翻转课堂（flipped classroom/invertedclassroom），是一种基于在线教学资源的混合学习模式。在该教学模式中，学生作为知识的主体，在课前以自己最适合的方式利用网上数字资源完成自主学习；针对问题和难点在课堂上与老师和同学进行互动讨论和交流，完成知识的固化和深层次的理解。这种教学模式体现了以学生为中心、个性化教学的理念，有助于培养学生的自主学习能力。
2.1实验教学模式
本课程学时共32学时，8次课。与课内验证性实验不同，该课程的目标就是要提升学生的计算思维能力，提高实践应用能力。实验内容是项目驱动，对于大一新生来说，不仅要充分提高学生的学习积极性，也要考虑学生的知识水平，故采用迭代开发使学生逐步开发一个小型的计费管理系统。本实验迭代开发分7次任务，每次交付阶段性成果是在上一次实验中迭代开发的。采用翻转课堂与在线网络学习相结合的教学方式，如图1所示，学生在每次实验课前进行自主学习，这些学习资源已经由老师将学生要学习的内容以视频、课件等形式到在线学习平台，学生在实验过程中遇到问题可在互动讨论区，方便师生进行共同讨论。同时讨论内容所有学生可见，可以及时解决学生问题。在课堂上，教师针对学生学习过程评估和实验中的共性问题，进行知识点答疑和讲解。对于容易混淆和答案不一的不确定性问题，组织1～2学时的小组讨论。学生可以继续在课堂上进行实验，教师辅助指导、答疑。学生对知识的理解过程并不是一个“教师讲授一学生被动接收”的传递活动，而是学生在自我学习探索中领悟知识，形成个人化的理解。这激发了学生的积极性，提升了学生的自我学习效率。
2.2实践教学过程
实验教学过程设计如图2所示，主要分为教师课前准备阶段，学生课前自主学习阶段，教师课堂教授和讨论阶段以及评估反馈阶段，最终交付项目总结和成果汇报。其中，跟踪实验过程、师生之间互动交流和对学生学习情况的反馈贯穿到整个教学过程中。
1）教师课前准备阶段。
虽然翻转课堂以学生为中心，但是对教师的引导要求较高。教师在学生课前自主学习要进行多方面的教学准备和活动。
（1）创建该课程在线实验平台：借助武汉理工大学计算机学院实验教学中心已建设的实验教学云平台虚拟化实验环境，为每个学生分配独立虚拟实验空间，进行在线仿真和实验。学生可随时随地使用智能设备访问该课程在线平台，灵活利用碎片时间进行学习，提高自主学习的效率。
（2）制作并在线学习平台的教学资源：教学资源包括教学课件、知识点电子书及实验指导视频等。首先将实验大纲、每次实验的实验指导书和阶段实验任务到在线学习平台，同时对实验所需掌握的知识点以电子书资源方式，并制作每次实验的教学视频。每次实验按内容制作若干个不超过20分钟的短视频，视频结合实验内容讲解和编程实现操作。
（3）跟踪和互动：跟踪学生在学习平台中的学习过程，如学生查看每部分资源的时间和频率，并对在线平台讨论区学生反馈的问题进行答疑，进行在线互动。
2）自主学习阶段。
课前学生通过登录网上在线平台，查看老师的实验任务和实验指导书，完成实验任务梳理，对于一些有疑问的知识点，可查看相关知识点电子书完成知识补强。实验教学视频中有实操演练，学生按照视频的操作步骤登录虚拟实验空间完成实验任务。学生可以随时登录在线学习平成自主学习，自由支配学习时间和学习进度，有问题随时通过在线互动讨论区进行师生间互动交流。
3）课堂答疑和讨论阶段。
（1）教师集中答疑：教师解答课前学生反馈的普遍、典型问题，对相关知识点进行讲解。
（2）经验分享：对于做得比较好的同学，轮流在班上进行自主学习经验分享。
（3）实验学习：未完成实验的同学，课堂上继续进行实验。实验方式可以选择结对编程，学生自愿分组，每组2人，互相进行讨论和调试，完成实验。
（4）实验阶段性验收和评估总结：在课堂上，教师采用开放的授课方式，启发学生独立思考，学习需要完成的作业内容，并进行作业验收和评估。
4）总结和评估阶段。
学生在每个迭代项目（一个实验部分）的学习过程中，提交阶段性实验成果，最终提交项目验收版本。在课程最终验收环节，增加经验交流分享和成果汇报，让大家交流自己的经验和学习过程。教师根据学生的学习过程轨迹信息和学习成果，对学生进行全方位的评估。
2.3教学过程监控
基于翻转课堂的教学模式中，学生的自主学习阶段较长，教师需要对学生课外实验过程进行把控。老师登录课程学习平台查看学生每个知识点和视频的学习频率、时长，了解学生实验的完成情况和学生的学习进度，通过这些过程数据自适应地调整教学内容，更有效地指导学生的实验活动。
3教学效果及评价
通过在C语言基础与编程独立实验课教学中引入翻转课堂模式，灵活利用碎片时间进行学习，提高自主学习的效率，学生在实践中取得了很好的教学效果。通过近两个月的课程学习，学生的编程能力得到很大提高，例如，在学习数组和链表前，学生往往不知道两者之间的区别及使用场景，而通过翻转课堂的教学，学生们能够根据实际场景选择合适方式灵活运用链表和数组及文件。大部分同学不仅完成了基础功能，还实现了许多扩展功能。通过对本学期上课学生进行问卷调查发现，100%的同学认为通过该课程比较熟悉新学习的VS2010开发工具；95%同学认为通过这次实验已经很熟悉C语言的开发环境；100%的同学认为该课程对掌握C语言基础知识和提高实际编程能力很有帮助；100%的学生认为采用课前在线平台自学+课上解答疑难问题和小组讨论的学习模式比传统教师课堂讲授知识点，学生课下实验的模式更能提高自己的学习能力和学习效率。
4结语
基于翻转课堂的C语言基础与编程独立实验课实现了教学与信息技术手段的整合，利用互联网实现了知识资源的共享，体现了以学生为本的教学理念。通过将翻转课堂引入到C语言实验的教学实践，学生自主学习的能力和实际动手实践能力得到提高，同时教师教学和工作效率得到了提高。下一步，我们将结合大数据技术，对在线学习平台海量的学生学习轨迹数据进行分析和挖掘，对学生学习过程进行全方位的跟踪和引导，为学生提供个性化和细粒度的教学。