基于双元分层教学的翻转课堂教学模式设计与实践
文章编号：1672-5913（2017）05-0069-05
中图分类号：G642
1 背 景
Linux系统管理与配置是高校针对信息化时代开设的一门工程实践类课程，其教学目的是使学生掌握Linux系统管理基础，熟悉Linux服务器管理技能。目前传统的讲授教学模式已不能完全适应新形势下Linux系统实践课程教学，特别是大数据集群服务器应用所需要的自主学习、团队协作、相互沟通等能力的培养。如何让学生掌握企业所需的任职能力并在这个充满竞争的社会中脱颖而出，是我们课程教学的出发点和最关心的问题。
翻转课堂（flipped classroom或 inverted classroom）作为一种新的教学方式，可以让学生更快、更好地进行自主学习。它兴起于美国科罗拉多州落基山的“林地公园”高中，他们把结合实时讲解和PPT演示的视频上传到网络，让学生在家中或课外观看视频，把课堂的时间节省出来进行面对面的讨论和作业，强化学生对知识的消化吸收[1]。随着慕课与微视频的广泛应用，翻转课堂更加适用于现代计算机软件编程的实践教学。迈阿密大学计算机科学和系统分析系的3位教师在他们所教授的软件工程、数据结构和程序设计基础等课程中将“教师上课教授，学生课下作业”的教学方式进行反转，通过65段几分钟到十几分钟的教学视频、带声过滤的PPT演示文稿、各种软件工程工具的截屏等素材变为引导者，学生也从接收者变为研究者[2]。课堂上学生可以组成团队通过相互协作、讨论共同解决问题，而教师可以在课堂上直接提供指导、回答问题或观察学生的决策过程[3]。翻转课堂的实施，带来了课堂时间的增加，教师与学生有大量的时间进行增强性的课堂活动，如讨论、实验、互动和基于项目的学习[4]。
翻转课堂广泛采用的研讨式、项目驱动式的教学模式与软件开发类课程的强实践性要求极为吻合，采用翻转课堂的教学模式有利于提高软件开发类课程的教学效果。如何根据Linux系统管理与配置教学特点，开展深入的实践教学，充分调动学生课上、课下的学习积极性，需要我们针对现有教学模式做进一步改革。
2 基于小组分层双元的翻转课堂模型设计
2.1 小组分层双元学习模式
小组分层是根据班级中学生的认知程度、知识基础、 学习兴趣等将学生划分为多个小组开展教学的方法。这种教学方法立足于课程实践项目案例，根据学生的兴趣与特点，让他们承担软件项目案例开发中不同的学习实践任务，使他们依据自己的特长充分挖掘潜力，对应自己的学习情况制定不同的学习目标，最终达到更好地提高学习效果的目的。
双元模式是翻转课堂教学改进的关键，根据翻转课堂的课上与课下两个阶段，分别采用两种不同的教学主导元素，充分利用学习资源（网络空间+微视频），合理安排双元（学生助教+教师）教学过程，激发学生的学习兴趣，提高教学效果。如图1所示，学生助教成为整个教学模式的核心与关键节点，课上不再“以教师为主”，而是 “以学生为主”，由“教中学”变为“学中教”，提高学生的自我学习能力，让学生形成自主学习的习惯。
在翻转课堂的小组双元分层模式中，学生成为焦点，整体的教学计划按照学生的项目学习进度灵活进行。教师负责整体的教学目标并在课上安排布置，学生助教协调小组成员在组长约定的时间内完成课下学习任务，并将课下学习与实践产生的问题通过网络与教师交流，教师汇总学生的薄弱知识点并通过课堂统一解答，从而帮助学生掌握知识点与技能。
2.2 小组分层双元学习设计
早在2011年，杰姬?格斯丁构建了一个环形的翻转课堂4阶段模型，包括体验参与（experiential engagement）、概念探索（concept 3xploration）、意义建构（meaning making）和展示应用（demonstration& application）。随后，美国富兰克林学院学者罗伯特?陶伯特在教学实践的基础上提出了翻转课堂的系统结构，将教学实践环节概括为课前和课中两个阶段：课前，学生学习课程视频，然后完成有导向性的作业练习；课中，学生首先完成少量的测验，然后通过解决问题来完成知识的内化，最后进行总结和反馈[5]。我们在借鉴众多学者构建的学习模型基础上，根据翻转课堂的特点，结合传统课程积累的教学经验，将小组分层的双元学习归结为3个阶段和3个节点，具体如图2所示。
3个阶段如下：
（1）课前阶段。在此阶段中，教师的主要工作为安排教学计划、规划教学任务、准备教学素材并上传到网络学习空间。此外，由于教师不熟悉学生的基本情况和联系方式，所以需要联系教务处选出学生助教。学生助教的主要职责是提前与教师沟通、了解开课内容和要求，并及时向学生传达需要学习、掌握的知识内容、授课计划、教学形式。学生可以与助教联系，提前了解学习内容，调整学习状态，在网络学习空间查看教学任务、大纲等信息，通过咨询平台与教师进行沟通。
（2）课上阶段。这个阶段需要组员、组长与助教、教师共同参与。学生首先进行分组分层，然后按照教学安排案例实践探究方式进行小组讨论，小组内部进行具体分工。这样，教师与学生可以按照教学案例有计划地进行教学活动，学生也可以充分利用课上的学习时间，提高学习效率。
（3）课下阶段。在此阶段中，学生的时间是自由的，受自己支配，可以跳跃式学习，也可以反复学习。学生通过观看教学视频与小组成员讨论项目进程，教师和组长通过引导和答疑，使学生明确学习目标，从而强化知识点，达到更好的教学效果。 3个节点为：
（1）课前预习。所谓“温故而知新”，学生结合网络学习空间上的学习视频与复习题进行上节课的复习工作，回顾知识点，同时提前预习下一章节的内容，根据所提出的问题把握学习重点。网络学习空间可以充分地体现翻转课堂中课下学习的创新性，提高学生在课下的学习积极性，同时也体现了大学中学习的个性化，还可以通过学习空间上的学习与答题情况来改进和优化之后的教学进程。
（2）课堂学习。课上的分层分组学习主要以探究式研讨为主，每次上课教师都会布置一个新的学习主题，让学生在学习的过程中发现问题。同时，为了避免课堂上出现教师主导的小组学习参与积极性低、小组内部协作与沟通意识差等问题，引入小组双元分层模式，以学生组长为第二学习主导元素，组长配合教师负责小组成员的学习程度和进度。组长整体进行项目划分，根据小组成员的不同学习情况进行分层并明确分工，如代码、文档、UI界面。每个分小组都有自己的任务，代码组主要负责项目的功能??现，UI组负责美工设计，文档组负责整体项目进度与流程。
（3）课下复习。在课下，组长灵活安排小组的学习时间，通过网络学习空间的讨论室，学生可以在宿舍和老师或组长进行问题讨论，以求及时解决问题并提高学习效率。此外，通过教师定期留下的对应阶段测试题检验自己的学习成果，在掌握所有基础知识后，可以继续通过扩充知识学习视频与练习，进行相关知识的深入学习与实践。在学习中遇到的问题可以先在小组内或小组间解决，如无法解决可以通过网络学习空间上的留言板对疑难问题进行描述，由教师来留言解答或在之后的课上进行统一解答。
通过3个阶段的3个节点，学生在课下学习教师准备的在线视频资源并进行在线测试，合理运用网络学习空间的学习案例和素材源码等资源进行实践练习，最后通过网络答疑室进行互动讨论。教师合理设计实验题目，将总体的任务分配到每节课，根据学生的在线总体学习情况反馈，由助教和小组共同完成每次课上的任务。针对学生在开始阶段的实际操作能力有些薄弱的问题，可根据整体教学安排，分阶段、持续地实施教学计划，最终完成课堂上的知识拓展与项目案例的小组协作式深入学习，以培养、提高学生的程序设计能力和分析、解决问题的能力[6]。
3 教学改革的实施与效果
3.1 教学改革的实施重点
1）教学视频与资源制作。
为了更有效地开展翻转课堂的教学，需突出教学微视频短小精悍的特点，且每一个视频要针对不同的特定问题[6]。首先，明确学生必须掌握的知识点以及视频最终需要表现的内容、重要性和教学目标；其次，收集和创建视频，应考虑不同学生和班级的差异，这是个性化教学的要求；最后，视频的长度控制在学生注意力比较集中的时间范围内，符合学生身心发展特征，特别是通过网络发布的视频，应具有暂停、回放等多种功能，可以由学生自由控制，有利于他们的自主学习，同时应配套对应的练习题和拓展训练。
2）助教选择与效果监控。
在翻转课堂的小组双元分层教学中，学生助教的选择对教师来说是一个考验。因为随着学生对课程的不断深入了解，助教要进行不同阶段的教学视频和教学安排，还要根据不同学生的接受程度及时与教师沟通，同时在课下对学生的自学效果进行监控，以便教师针对不同学生的情况安排下一步的学习计划。因此，需要选取有责任心且有组织、沟通能力的同学担任助教，以帮助教师进行教学活动的开展。从实践经验来看，助教可以从班干部中选取，他们的沟通、协商与解决问题能力一般比较好。我们在教学中使用了河南大学的Blackboard网络学习空间，通过其中的在线答疑模块与测试模块进行阶段性测试，及时掌控学生的学习状况，实现效果监控。
3）任务划分与交流讨论。
由于翻转课堂的小组双元分层教学是一种新的教学方式，而学生之前接受的都是被动的讲授式教学，这导致在上课初期有部分学生无法适应并融入学习，所以要尽快帮助学生适应新的教学方式。在学期开始的第一次课，需要详细地给学生阐述清楚翻转课堂的小组双元分层教学的教学目的与开展方式，然后对学生进行小组划分，选择出助教与组长并进行各自的任务划分，让助教与组长协助学生了解并逐步接受新的教学方法，这样才能提高学生在课上的学习效率，保证教学效果。
对于学生在学习中遇到的问题，主要采用小组间讨论的方式来解决。由于每个学生的基础知识、能力、思维都不同，实践过程中遇到的问题也就不一样。我们会定期组织一次小组交流，小组中的成员在课上相互交流、沟通经验，各小组在课下进行问题交流，以求来解决组内无法解决的操作问题。
4）项目协作与考核。
随着课程教学的进展，特别是课程中期开始开展项目案例实践，依据每个任务组不同的进度与难度，开展小组协作式教学[7]。如编程实践类课程，可以选取小组中学习能力强的同学负责具体的代码实现，其他同学进行文档与UI界面辅助工作。到课程后期，随着项目实践知识体系的扩大，学习进度可以变慢，以便开展对项目总结与实践过程中出现问题的交流。在整个项目协作过程中，助教与组长辅助教师进行过程性考核。
5）评价考核机制。
鉴于过去以上机或期末卷面成绩为主的应试教育评价机制不能有效地评测学生的团队协作能力、实践能力、创造能力、沟通能力的弊端，我们采用3级评测方法，具体为期末综合考核（40%）、平时成绩（40%，包括课堂作业、课堂案例、阶段性测试、小组作业）、课堂参与（20%，包括课堂讨论、教学实践活动、考勤）3部分。
3.2 教学改革的评价效果
为了调研此次教学改革的评价效果，我们对实验班的同学进行问卷调查，结果见表1。
调查结果显示，大多数学生在课前预习花费的时间在1小时之内，有超过93%的学生对这种教学模式的效果表示认可，且大多数学生能够快速地适应这种教学模式。
通过一学期的实践，学生的出勤率基本上达到全勤，学习主动性明显提高，最终考核的综合成绩全部在及格以上，其中94.5%的学生的成绩集中在70～90分之间，成绩段分布具体见表2。 以上数据显示，基于翻转课堂的小组双元分层的教学模式能够提高学生的自主学习意识，学生在课下通过视频主动学习课程知识点，在助教和组长的协助下积极参与课下讨论，团队协作与沟通能力显著提升，教师能把更多精力放在课堂教学设计与探究式引导学习讨论中，达到了预期的效果。
4 总 结
翻转课堂结合分组多元分层的教学模式，通过sakai网络空间辅助教学系统和传智播客的“博学谷”网络平台，利用学生小组形成的自主学习环境，灵活调整学习进度，通过在实践中发现并提出问题、自我研究、小组讨论、师生互动、问题讲解等步骤最终实现学生主导的自主学习模式。调查问卷的结果显示，实行了翻转课堂之后，学生们的学习积极性明显提高，学习认真且积极讨论老师布置的问题，形成了良好的学习氛围，还在一定程度上解决了学生基础知识薄弱与操作能力差的问题；助教和组长分工明确，帮助学生解决问题，帮助教师更好地了解学生的学习进度；教师也能够利用课堂讨论和答疑解决理论教学中的各种问题，提高教学效果。实践证明，此教学模式特别适用于软件开发类与上机实践性课程的教学。
