面向翻转课堂的教学辅助系统研究与实现*

卢良进，郑 民，吴海洪

（义乌工商职业技术学院，浙江 义乌322000）

面向翻转课堂的教学辅助系统研究与实现*

卢良进，郑 民，吴海洪

（义乌工商职业技术学院，浙江 义乌322000）

针对翻转课堂教学模式，分析了采用教学辅助系统的必要性，提出了翻转课堂教学辅助系统模型，实现了对视频教学的自主学习监督、基于教考分离模式的测试题库和课外的经验交流论坛，并引入竞争激励机制激发学习积极性。实践表明，该系统为翻转课堂提供了强有力的信息技术支持，对翻转课堂教学的实施具有较大的实用和参考价值。

翻转课堂；混合学习；教学辅助系统；竞争激励机制

一、引言

在信息技术的推动下，计算机辅助教学技术得到了广泛应用。我国高等学校当前的教学实践中主要采用多媒体集中授课模式，教师事先根据教学目的和内容制作多媒体课件，学生在课堂上以通过教师讲解和观看多媒体课件进行学习。这种灌输式的教学模式忽略了学生的主动性，使学生处于被动的接受状态，教师的教学进度和学生的学习进度不能很好地保持同步，导致学生不能有效地实现知识的消化和接收，学习主动性和积极性很难得到发挥，严重影响了教学效果。

在行为主义、建构主义等学习理论的指导下，教育工作者开始尝试创新教学模式，改变灌输式教学模式为自主学习为主的翻转课堂教学模式，翻转课堂的理念被越来越多的教师和学生所接受并且开始引领教育教学改革的新浪潮。[1][2]在翻转课堂模式中，课外的自主学习和交流成为学习的首要阶段，因为是课外的，教师和学生之间的沟通和交流就显得尤为必要，教学视频和习题等资料需要方便地传递给学生，学生遇到疑难可以找到获得帮助的平台，并且教师要跟踪和掌握学生的学习状况，这些问题都需要信息技术的支持才能有效解决，因此，一个面向翻转课堂的教学辅助系统成为实施翻转课堂的一个前提条件。[3]

二、翻转课堂概述

翻转课堂，也称为反转教学，是指将课内听讲翻转为课外视频学习，把课外作业翻转为课堂讨论，形成“课外视频学习，课内交流互动”的全新教学模式。[4]教师不再在上课时间讲授课程内容，基础知识的学习由学生在课外完成，课堂变成了讨论问题和完成作业的场所，包括答疑解惑、深入探讨等过程，从而取得更好的教学效果。翻转课堂与自主性学习、混合性学习和探究性学习等教学模式在含义上有所重叠，其目的都是要发挥学生的主观能动性，改变被动学习为主动学习，通过学生自己的努力来完成知识内化的过程。翻转课堂首先在美国的中小学教育中得到应用，并在互联网的推动下得以快速流行起来。[5]

翻转课堂的教学流程如图1所示，教师按教学计划制定学习任务表，学习任务表按时间段列出每个学习阶段需要观看的视频和完成的习题；学生观看视频和完成习题后，往往会产生很多疑问，为课堂的讨论做准备；在课堂上，教师和学生都可以提出问题，并创建相应的学习环境，通过独立探索或协作交流的方式解决问题；在课外，学生还可以在网上的讨论交流区与教师和其他同学互动交流；阶段性的学习完成后，通过系统中的测评模块对学习成果进行检验。[6]

图1 翻转课堂教学流程

翻转课堂通常具有以下特征：

（1）以教学视频为核心，视频短小精悍。类似微课教学，翻转课堂也摒弃了传统的广播电视教学中的冗长单调的教学视频模式，转而采用围绕一个特定的问题，具有较强的针对性视频，视频的时长也控制在学生的注意力比较集中的范围内。通过视频播放器的控制，可以实现暂停和回放等功能，方便学生的自主学习。

（2）重构学习流程。传统的教学模式中教师在课堂上讲授知识，学生在课后通过完成作业来完成知识内化。由于缺席、注意力不集中以及讲授方式等诸多因素导致学生跟不上教学进度，使教学效果大打折扣。翻转课堂将流程颠倒后，通过学生的自主学习和课堂的讨论强化，学生的学习有了更强的主动性和针对性。[4]

（3）以学生的“学”为中心。在翻转课堂模式下，学生可以掌握自己的学习过程，在遇到疑难点可以反复观看教学视频，可以根据自己的实际情况调整学习的投入和进度，接受能力较强的学生可以较快地完成任务而拥有更多可自由支配的时间，学生的主人翁意识得到充分发挥，这对学生来说是一个有效的激励措施。翻转课堂也强调了师生互动和生生互动的重要性，带着问题的课堂讨论变得更有成效，也培养了学生自主发现问题和解决问题的创新意识。

（4）网络平台成为不可缺少的教学载体。翻转课堂中的视频、作业、交流信息等都需要通过互联网来存储和传递，学生学习过程需要网络来进行记录和统计。资源的积累将成为课程的宝贵财富，对于后续的教学和提升教师教学能力方面将起到有力的促进作用。

三、系统模型

针对翻转课堂实施的流程，设计了有针对性的教学辅助系统的模型，如图2所示。该模型分为三个层次：数据层、业务层和表现层。

图2 翻转课堂教学辅助系统模型

数据层是各类基础数据和教学资源的集合，基础数据包括教师、学生和课程等信息，由系统管理员进行维护管理。数据层的教学资源包括以下几方面。

（1）教学资料库：包括教学计划、教案、课件等资料；

（2）视频资源库：教师完成视频录制后，上传到系统中，形成视频资源库；

（3）测试题库：课程的测试题按章节、知识点进行组织，统一上传到测试题库，用于课前练习和测试模块；

（4）经验库：日常师生交互中形成的常见问题解答等经验资料汇总到经验库中；

（5）教学过程数据库：学生观看视频、完成习题、参与互动的记录写入教学过程数据库。

业务层按照翻转课堂的各个阶段，完成功能性业务的处理，图中矩形的业务是由教师完成的，椭圆形的业务是由学生完成的。表现层用于显示各类业务执行的结果和相关统计数据。教师根据统计数据掌握学生的学习进度和效果，并根据实际情况进行教学过程的优化。

四、系统实现

系统采用基于WEB的三层架构实现，这里对翻转课堂中的几个核心过程进行叙述。

1.视频资源库与课外自主学习

视频是翻转课堂的核心内容，是传授知识的主要渠道。视频的录制主要有两种方式：一种方式是教师在教室里上课，通过摄像机进行录制；另一种方式是教师在电脑前上课，通过屏幕录像软件进行录制。第二种方法实施方便，花费的成本相对较低，得到广泛采用，当下非常流行的可汗学院的教学视频就采用了第二种方式，取得了较好的效果。

视频录制完成后转化为H.264标准的FLV流媒体格式，由教师按课程知识体系上传到系统的教学资源库中，并发布到学习任务表中。

学习任务表中有视频和习题的链接，学生可以直接点链接进入学习。网上自主学习需要学生具备较强的自觉性，对于自觉性较差的学生，会想办法投机取巧，比如，打开播放器观看，但实际上却在做别的事情。为适应网上自主学习，对观看视频的过程实施监督。[7]采用Flash自主开发了视频播放器，并做了以下几个方面改进：

（1）为保证学生看完视频，在第一次播放时进度只能向后拖动，不能往前拖动。

（2）为支持多次观看，系统会自动记忆上次播放的位置，打开播放器时自动跳转到当前学生上次观看的位置。每过一分钟播放器会自动向系统提交当前播放位置。

（3）为防止打开视频播放器但不实际观看，系统自动检测鼠标和键盘动作，如果超过3分钟未检测到任何动作，则播放器会暂停，直到点击继续播放按钮后继续播放。

（4）教师可在视频播放的特定时间点，设置一个问题，在播放过程中，播放器会暂停并弹出问题，学生需要回答完问题后，才会继续播放。问题一般与视频中前面所讲内容相关，学生回答问题的正确情况作为学习表现记录在教学过程数据库中。

2.测试题库与教考分离

测试题为激发学习者思考和检验学习效果提供了很好的工具。系统中的测试主要包括三个部分：课前练习、阶段测评和作业提交。课前练习指在观看完视频后，学生需要完成指定的练习题，在完成练习的过程中，会产生问题，以便在课堂中有针对性地进行交流学习。阶段测评用于检验学生一段时间的学习成果，作业提交主要用于主观类和作品类题目的提交和评分。每种测试的成绩最终都将计入教学过程数据中，作为综合评价的基础数据。

由于目前主观题的自动批阅还较难实现，系统对客观题和主观题采用两种不同的处理策略：

（1）对于答案比较固定的客观题，可以由系统自动判断评分，测试结束后学生可以立即知道对和错，并加以纠正；

（2）对于主观题型，需要由教师进行手工批阅和评分，系统提供作业模块完成相关功能。由教师布置作业，学生将完成的作业文件或作品提交到系统中，由教师下载批阅。

测试题按章节和知识点进行组织，同一知识点可以有多个对应的题目。每个题目都有参考答案和答题帮助信息，为增强学习效果，在完成练习或测评后，系统采用分步给出答案的方法，先给出答题的提示，如果学生在看完提示后还无法完成，再给出参考答案。[8]

在阶段测评中，系统采用教考分离模式，教师的任务是添加和改进测试题库，并指定抽题的章节、抽题的比例，测试试卷的生成和批阅全部由系统自动完成。由于采用随机组卷的方式，每个学生的试卷都不相同，有利于实施公平公正的测评，避免了学生的猜题和押题的侥幸心理；另一方面，通过同专业教师的共同努力，通过不断增加和完善试题，测试题库将作为教学积累对提高教学效果和质量起到重要作用。

3.经验库和协作交流

系统为每个课程都开辟了一个在线的课程学习论坛，论坛针对在课外时间学生和教师之间以及学生之间的交流提供了平台支持。

学生在观看视频中累积的疑问，以及在做练习时遇到的问题，都可以在论坛上交流，具有指导价值的精华帖子将被选为经验加入到经验库中。经验库一方面帮助学生快速找到需要查找的信息，避免在大量信息中漫无目的搜索；另一方面，往届学生的学习经验也会在论坛中不断积累，可以让学生充分运用“他山之石”开阔眼界和思路。为鼓励学生参与交流，并积极帮助他人，系统采用活动积分制。每个发表的帖子都有“是否有帮助”的打勾选项，由其他学生的打勾数据来决定帖子的积分。

4.竞争激励机制

社会生产领域的实践证明，引入市场竞争机制以后，人们明确了劳动的目的，其劳动积极性和效率有了空前提高。在教学领域通常采用排名和奖励的方法来激发学生的学习积极性，但竞争机制在平时的教与学过程中未得到充分发挥。在翻转课堂教学模式中，学生的大部分学习经历都被系统捕捉和记录，因此可以充分运用教学过程数据库中的记录来生成对学生的综合评价：

综合评分=视频得分×α+习题得分×β+课堂表现分×γ+阶段测评分×δ+作业得分×ε+活动积分×ζ

其中α、β和γ等参数是各个分项在总分中所占的比例，参数可以由教师自主设置。视频、习题在添加时根据难易程度都已设置相应的分值，每完成一项都增加相应的分值；课堂表现积分由教师根据学生考勤、参与讨论以及回答问题的积极性和正确程度给分；阶段测评分由系统评卷后自动加分；作业分由教师手工评分；活动积分根据发帖数和其他学生给予的评价进行计分。

为方便比较，每个分值项的分值采用归一化得分，针对综合评分中的每个分项，归一化得分的计算方式是按积分规则先计算当前班级每个学生的得分，某个学生的归一化得分的计算公式为：归一化得分=当前项得分×100/当前班级当前项的最高得分。

综合评分按分值从高到低显示在排行榜中，排行榜实现了学习成果的公开化，对优秀学生起到了表扬和鼓励作用，同时对落后学生起到了督促和提醒的作用。学生在传统的教学模式中经常会与学习优秀者进行对比，但由于没有量化的进步考核方法，认为其不可能超越其他人，从而产生懒惰心理甚至恶性循环。在系统中，每个学习环节和习题的完成都会有相应的成绩累加，每个问题的解决都会激发学生的成就感，激励其继续深入学习。实践中发现学生对排行榜的有效性普遍比较认可。对于教师来说，排行榜一方面为教师提供了学生平时成绩参考，减轻了工作量；另一方面使教学工作也更有目的性，可以针对落后学生进行个别辅导和帮助。

五、结语

翻转课堂的教学模式适应了大众化学习、个性化学习、随时随地学习和终生学习的要求，能有效弥补传统教学模式的不足，为教育教学改革提供了新的思路。信息技术使翻转课堂的实施更加方便有效，但是翻转课堂不是用视频教学来取代课堂教学，教师在翻转课堂中还是全局的掌控者。系统从课外的自主学习到课内的师生交互，以及测试评价整个流程为教学提供支持，并采用了竞争机制激发学习积极性。系统中教学视频的录制采用的是第三方软件，视频的发布需要手工完成，需要研发更适合翻转课堂和微课形式的视频录制软件，以达到与教学系统的无缝衔接。系统现已用于大学计算机基础和计算机信息管理专业的C#程序设计教学中，学生的学习主动性和积极性有了明显提升，取得了良好的教学效果。

[1]Baker J.W.The"Classroom Flip":Using W eb Course Management Tools to Become the Guide by the Side[C]. The 11th International Conference on College Teaching and Learning,2000:9-17.

[2]Mary B.G.，Scott H.，Gina P.Enhancing Student Engagement Using the Flipped Classroom [J].Journal of Nutrition Education and Behavior,2015,47(1):109-114.

[3]曾贞.反转教学的特征、实践及问题[J].中国电化教育,2012(7):114-117.

[4]徐进.翻转课堂在高职院校中的应用与思考[J].中国教育信息化,2014(12):27-30.

[5]张金磊,王颖,张宝辉.翻转课堂教学模式研究[J].远程教育杂志,2012(4):46-51.

[6]钟晓流,宋述强,焦丽珍.信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J].开放教育研究,2013(1):58-64.

[7]闵宇锋.网络教学系统中的可视化学习监控机制[J].现代教育技术,2010(1):92-96.

[8]张新明,何文涛.支持翻转课堂的网络教学系统模型探究[J].现代教育技术,2013(8):3-20.

（编辑:王天鹏）

G434

A

1673-8454（2015）15-0083-04

义乌工商职业技术学院科研项目 “基于WEB的网络化教学辅助平台建设研究”(2014009)；义乌工商职业技术学院课堂教学改革项目“基于微课型案例的C#程序设计教学改革研究”(2013016)。