面向对象程序设计课程的混合式和项目式新型教学模式探索.pdf

在建构主义和项目驱动学习理论基础上，提出混合式和项目式结合的教学模式，以面向对象程序设计课程教学为案例，探讨如何将翻转课堂教学理念与项目驱动教学方法有效融合，采用案例教学、项目驱动、翻转课堂等教学手段对课程进行整体设计，从课前、课中、课后教学环节介绍具体教学实践，给出新型教学模式的评价机制并说明教学效果。关键词：面向对象程序设计；混合式教学；翻转课堂；项目驱动文章编号：1672-5913(2023)08-0156-05基金项目：广东省教育厅质量工程项目（2016305）；北京师范大学珠海校区教学改革项目（jx2022014）。第一作者简介：肖红玉，女，副教授，研究方向为分布式水文系统、软件工程，gemini_。0引 言编程实践能力是计算机类专业的核心能力之一。面向对象程序设计是培养学生面向对象编程（Object Oriented Programming，OOP）能力和思维的基础课程，也是培养实践创新能力和协调合作能力的重要课程，具有实践性强的特点。总结多年的教学经验，发现课程有如下不足：课堂环境单一机械，教师是学习进度和学习内容的主人，学生主动性不足；教学手段单一，难以激发学生的学习兴趣；缺乏完善的评价体系，过于注重结果评价，对学生竞争能力、团队合作意识与沟通表达能力的评价不足。混合式教学有利于破除了学习时空的局限，综合了传统课堂教学和线上网络教学的优势，由引导环节、自主学习环节和课堂环节组成1-4，既能发挥教师在教学过程中的引导、激励和监控作用，又能充分体现学生作为学习主体的主动性和创造性。面向对象程序设计课程实践性强，编程工具、开发工具包及行业应用案例更新较快，课堂教学很难面面俱到，因此需要精心设计提升学生主动学习积极性的课程体系、加强项目案例与教学任务的内在联系，实现教学活动的项目式、案例式、任务式5。教学活动以编程能力、实践能力、创新能力为主线，以技术应用为关键，根据职业发展需求选择案例项目，并将其内嵌到教学内容中6-7。1建构主义理论与项目式教学建构主义理论与项目式教学是混合式教学理念下项目驱动教学体系构建的基础7-8。1）建构主义理论。认知发展理论是建构主义的基础。建构主义认为培养学生构建知识的能力最重要，学习者在一定情境下（如社会文化背景），在教师等学习伙伴的帮助下，借助丰富的学习资源，通过探索、思考、交流、碰撞等方式构建知识体系，并提升能力。建构主义认为，教师应该培养学生根据经验建构知识的能力，而不是记忆和背诵能 力9-10。此外，学习者要想习得知识，比如深刻理解事物的本质和规律，以及事物之间的关系，最好的方法不仅是传授者介绍和描述其体验，而且要让学习者在现实世界的现实环境中感受和体验。2）项目式学习理论。项目式教学模式的基础是建构主义理论。项教育与教学研究第 8 期157目式教学围绕学习者开展，最大限度调动学习者的主观能动性和积极性，使学习者沉浸在情境探索过程中10-11。项目驱动教学模式结合教学活动与真实项目案例，传授者和学习者以“项目案例”为核心循序渐进地开展教学活动，通过项目探究来提高学习者的兴趣，从而塑造信心、锻造能力。项目式教学的教学效果依赖于教师的启发和指导，学习者在体验过程中学习。在体验过程中，学习者可以在不借助外力的情况下主动发现问题、解决问题，同时获得相应的知识，并进一步丰富和提升原有的知识、经验和技能。2混合式和项目式新型教学模式混合式教学模式与传统“满堂灌”的教学模式不同，集线上线下教学于一体，实现了师生实时互动，贯穿了课前、课中、课后所有环节，融合了面对面教学与建构主义体验式理念12，课前课后教学环境的创设是混合式教学模式设计时需关注的重点，项目驱动的混合式教学模式示意图如图 1 所示。2.1课前环节课前，分析学生情况，确定课堂目标、教学活动、教学评价等要点，精心挑选项目案例，参照教学体系中要考核的技能模板，依据学习任务、课程章节、能力培养、难易程度等设计原则，设计一系列互补的教学任务。学生阅读教师在网络教学平台发布的学习任务单，对照学习任务单上的要求独立完成学习任务，并完成发布的测试。如果在学习过程中遇到疑难问题，学生可通过网络教学平台、QQ、邮件、微信与教师在线交流。图 1 混合式和项目式融合的课堂教学模式2.2课中环节在线下课中教学环节，把学生分成若干个小组，每个小组 34 人，结合线上知识的学习和学习任务单，聚焦学生存在的共性问题，在课堂上进行深度探究，引导学生掌握重点和难点。为了提高学生的团队协作能力、沟通能力、实践创新能力等，以小组为单位进行互助学习、探究，共同完成小组任务，对于封装、继承、多态等学生难以理解的章节，安排小组讲座、头脑风暴、话题讨论和成果汇报，小组之间通过互相交流或竞争比赛等方式相互促进学习。在课程上，教师主要实施项目式教学模式，采用启发式教学手 段 10-11，实施“创设情境、引起怀疑和兴趣、论证问题、需求分析、模型设计、论证分析、反思2023158计 算 机 教 育Computer Education反馈、协同合作”等教学方法。教师是课堂教学活动的组织者引领者，控制课堂节奏。教师要对团队的合作和成果展示效果进行实时反馈和评价，对好的方面给予肯定和表扬，对存在的问题给出切实可行的解决方案，保证学生在教学过程中不掉队。2.3课后环节课后采取调查问卷了解学生教学评价，并安排“模仿、变式、创新”3 个层次的课后练习，每个层次的占比分别是 60%、25%、15%，在完成课前、课中教学任务后，全部学生能完成模仿层次的练习，80%的学生能完成变式层次的练习。学有余力的学生对课堂任务和项目进一步扩展，在任务和项目中引入优秀的创意，教师将学生完成效果好且有创意的优秀作品发布到学习平台，让其他学生共同参考学习，加深对知识的吸收和 内化。2.4项目化教学的设计收集典型项目，对项目分析和拆解，构建一系列由易到难、从简到繁、深入渐进的教学项目。表 1 是以面向对象程序设计课程为例设计的教学项目。3混合式和项目式新型教学模式的实施混合式项目式教学模式把教学环节设计为课前、课中、课后 3 部分，并明确教师和学生在各个教学环节中的任务，形成切实可行的教学计划，实现混合式与项目式相融合的教学模式。以项目案例驱动为中心，将“项目分解、条件创设、任务细化、协作共赢、评价反馈”融合到教学活动中，便于开展翻转教学。课前，学生在线上完成视频学习、在线讨论、课前小测等；课中，教师作为线下教学的总指挥，引导学生完成重点难点知识的学习，组织学生分组研讨等；课后，完成知识的梳理、消化与构建、学习成果检验、师生互相评价以及复盘反思等。3.1课前教学活动实施课前，教师将课程总体教学目标拆分一个个阶段性教学目标，将阶段性教学目标与项目拆解后的微任务关联，以面向对象三大特性封装、继承、多态为例，为了使学生更好掌握以上抽象的表 1 面向对象程序设计课程的教学项目设计教学项目教学任务主要内容项目一学生成绩管理系统（结构化设计方法实现）任务 1：程序的运行环境1.安装 JDK2.安装 IDE任务 2：成绩的表示和基本运算1.Java 中的数据类型2.表达式求值以及操作符优先级3.数组任务 3：成绩的判断和统计1.逻辑操作符2.分支语句3.循环任务 4：学生成绩管理系统功能实现1.接收用户输入数据2.格式化输出数据项目二学生成绩管理系统（面向对象程序设计方法实现）任务 5：用类来表示学生及成绩信息1.类和对象2.封装3.继承和多态4.抽象类和接口任务 6：用动态数组存储学生成绩信息1.ArrayList 类2.String 类3.Date 类4.包装类任务 7：学生成绩信息的保存与读取1.IO 流2.文件输入与输出3.异常处理项目三学生信息管理系统（图形界面设计应用）任务 8：界面设计1.GUI 编程基础2.AWT3.Swing4.事件驱动编程任务 9：数据处理1.数据的持久化存储2.数据的查询3.数据的添加修改和删除概念，引入学生成绩管理系统项目，再把项目拆解为 3 个教学目标：用类表示学生、教师、课程及成绩信息，用动态数组存储学生成绩信息，学生成绩信息的保存与读取。在每个目标内根据知识点特征，设计相应的微任务，为每个微任务制作有针对性的学习资源。如在用类表示学生、教师、课程及成绩信息部分，采用 PPT 加动画演示的方式；在用动态数组存储学生成绩信息部分，采用视频讲解的方式；在学生成绩信息保存与读取部分，采用动画与视频相结合的方式。此外，为每个任务配备相应的练习题，学生可以自主测试学习效果，分组讨论问题，或与教师、助教在线交流，或记录问题带进课堂；教师在线实时查询学生学习任务完成度，答疑解惑，整理共性问题并做好课堂讨论的准备工作。课题组为每项任务做了学生自主学习任务单，表 2 是“抽象类和接口”单元的课前自主学习任务单。教育与教学研究第 8 期1593.2课中教学活动实施在上课时，教师首先讲解多数学生遇到的共性问题（课前收集）。鉴于国内教学多为大班授课，可以采用小组合作学习的形式。小组由34 名学生组成，每组选 1 名组长。根据课前自主学习任务单列明的学习目标，组织组内成员沟通谈论，展示协同学习成果，并在小组内开展成员评价活动。团队成员通力合作，完成从分析、设计到实施的全过程。表 3 是单元“抽象类和接口”的课堂活动设计表。本次课的学习内容为讲解常见问题，小结课前自主学习阶段情况；学习目标包括组内协作、交流讨论，在思维的碰撞中学习成长，掌握抽象类和接口的相关知识；组内汇报展示，提升综合素质；组内互评、学生互评，发散思维，提升实践创新 能力。表 2“抽象类和接口”课前自主学习任务单任务描述达成目标学习方法课堂学习形式预告学习任务困惑与建议抽象类和接口观看发布在网络教学平台面向对象程序设计第十章“抽象类和接口”的课件、图文资料、教学视频等，完成“课前自主学习任务单”中的要求1）结合教学资源和教材学习2）记录问题，使用可视化图形工具制作学习笔记1）组 内 头 脑风暴讨论课前作业2）组内合作，成果展示3）小组评价1）复习继承和多态的相关知识2）理解抽象方法3）理解抽象类4）画出 Number 及其子类的类图5）应用 Calendar 及 GregorianCalendar 解决实际问题6）理解接口7）应用 Comparable 接口解决实际问题8）比较抽象类与接口根据学习情况自行填写表 3“抽象类和接口”课堂活动设计活动环节具体步骤组织形式时间分配/分钟知识点回顾教师梳理父类和子类、构造方法链、方法重写、多态、动态绑定等继承与封装的概念、意义与应用教师讲解10组内头脑风暴教师上课前将设计好的问题分发给各组，各组在组长、助教、教师的带领下展开头脑风暴，记录讨论内容，筛选、整合，形成小组作业的初始版本。相邻群体交换作业，通过旋转木马式头脑风暴法不断增加新的思路，经过多次迭代形成作业的最终版本组内协作30小组作业展示提交、汇报、展示小组作业组内协作30自评和互评学生完成自评，组长、助教、教师组织完成互评组内协作203.3课后教学活动实施课后完成知识的内化和巩固。一个任务结束，安排相应的课后学习任务引导学生完成知识的迁移与内化，教师把学习任务和课后自测题发布在网络教学平台，学生在截止时间前完成，教师检查任务完成情况并给予评价反馈。课前学习评价、课中表现评价和课后自测评价组成了评价反馈的主体。教师、组长、同伴和评价者自己都可以给出评价反馈。评价以课堂表现评价为主，强调学习的过程性评价。评价围绕多维度展开，如针对性练习的表现、提问的情况、在课堂上独立解决问题的表现、在小组协作探究活动中的表现、结果展示等方面。按照课前、课中、课后 3 个阶段进行综合评价考核，并公布在网络教学平台，方便学生查看自己的考核结果，做到考核留痕、实时回溯。4新型教学模式的评价机制4.1新型教学模式下教师评价机制混合式和项目式教学模式对教师提出了新的挑战，教师的知识储备、课堂组织能力、教学经验等综合素养是新教学模式成功的关键。新型教学模式需要教师有较高地应用新技术的能力，也加大了教师备课的工作量：为了高效有序地开展课前、课中、课后教学活动，教师需要准备自主学习任务单、音视频学习资源、图文教学资源、课前自测题、课后自测题等，为教学营造探究学2023160计 算 机 教 育Computer Education参考文献：1 李贤善,赵逢达,穆运峰.程序设计课程混合式教学模式的探索与实践:以燕山大学“计算机应用基础与程序设计”课程为例J.中国教育信息化,2018(12):36-39.2 蒋丽丽,姜大庆.翻转课堂模式对项目化课程实施效果的研究:以“SQL Server数据库开发与实现”课程为例J.中国教育信息化,2016(14):52-55.3 马秀麟,赵国庆,邬彤.大学信息技术公共课翻转课堂教学的实证研究J.远程教育杂志,2013(1):79-85.4 赵兴龙.翻转教学的先进性与局限性J.中国教育学刊,2013(4):65-68.5 肖红玉,贺辉,陈红顺.项目驱动的微任务式翻转课堂教学模式研究J.计算机教育,2018(8):96-100.6 陈婷,吴珊,靳紫辉.混合式理念下的项目式学习课程体系构建:以“商业智能应用”课程为例J.文化创新比较研究,2020,4(31):80-82.7 曾贞.翻转教学的特征、实践及问题J.中国电化教育,2012(7):114-115.8 操凤萍,朱林.微任务驱动项目式翻转课堂教学模式探索J.计算机时代,2017(4):72-74.9 钟毅平,叶茂林.认知心理学高级教程M.合肥:安徽人民出版社,2010:155-158.10 Bergmann J,Overmyer J,Wilie B.The flipped class:Myths vs.realityEB/OL.http:/ flipped class conversation 689.php11 万常选,吴京慧,廖国琼,等.数据库系列课程中创新性学习模式的探索与实践J.计算机教育,2009(15):13-15,22.12 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0.5%左右）等。此外，少部分学生对课程的给出了负面的评价，主要有以下几个原因：混合式和项目式教学模式，对学生的自学时间和自学能力要求更高，学习负担加重；对学生自律性提出了更高的要求；大班教学学生人数过多，小组数太多，课堂上教师难免顾此失彼，翻转课堂教学效果不及预期；考核结果没有体现组内成员的差异。因此，下一步还需优化课堂活动设计、精心挑选有代表性的典型项目、细化过程化考核方案，进一步提升教学效果。