“C++翻转课堂”在线学习平台的设计与实现

王全蕊，王雪强

（河南科技学院信息工程学院，新乡453003）

“C++翻转课堂”在线学习平台的设计与实现

王全蕊，王雪强

（河南科技学院信息工程学院，新乡453003）

针对目前高校C++程序设计实践课程在教学过程中存在的问题，将翻转课堂这种创新型的教学模式引入C++课程体系中，开发“C++翻转课堂”在线学习平台，在提高教学质量的同时，最大程度地培养学生课下自学的主动性。在线学习平台采用JSP技术作为前后台开发语言，以MySQL为后台数据库，Tomcat服务器发布网站平台。平台包括知识点导读，微课互动学习，能力自测，课外拓展，在线交流，统计学生学习情况并自动评估等功能。

C++程序设计；翻转课堂；微课互动学习；B/S；MVC设计模式

0 引言

随着“互联网+”教育理念的提出，一些教育学者不断探索和推行各种新型教育服务模式，例如MOOC、翻转课堂、微课等。而翻转课堂是近几年被广泛讨论并被世界各地教育工作者关注的一种新的教学方法。翻转课堂概念是2000年J.Wesley Baker在第11届大学教学国际会议上发表的一文[1]中首次提出的，其核心理念是：“颠倒”的教学模式，即是指重新调整课堂内外的时间，学生成为学习的主导者，而教师则是引导者。该理念在2007年被美国林地高中的两名化学教师很好地应用到了实际的教学过程中。同年，可汗学院通过YouTube共享制作好的教学视频将该方法进行推广，并在2009年使得网站的共享视频达到了3000多个。这些视频以短小精悍为主，涉及众多学科的内容，使得学习者可以有计划地自主选择课程学习。由此翻转课堂开始在美国各中小学受到广泛的关注，并正式地成为一种新型教育教学模式。

1 C++课程传统教学模式与翻转课堂教学模式

1.1 C++课程传统教学模式

《C++程序设计》课程是计算机专业学生从事软件开发所要掌握的一门重要语言类实践课程。目前，《C++程序设计》课程在大多数高校中仍然采用传统的教学方式，即采用理论教学和上机实验两种形式相结合的教学模式，并且理论教学的时间和上机实验的时间分配通常是1:1的。

教师理论教学环节中以讲授C++语法基础知识以及程序实例为主，并且通常需要先花费一部分时间进行课前回顾和复习，但是绝大多数的学生忽视课前复习的重要性，导致出现上课不认真听讲的情况。在课堂讲授新知识的过程中教师则作为知识传递的主导者进行单向灌输，学生学习的积极性不高，有的学生不能完全理解所讲内容，而课堂讲授又是实时教学，对于没有听懂的学生而言没有复听的机会，直接导致学生跟不上讲课进度。

上机实验环节是学生对课堂教学所学知识巩固和提高的阶段，虽然学生可以将初步理解课堂教学过程中所学的知识并完成教师指定的任务，但存在过分依赖教师来帮助其解决编程中所出现的问题，对所学知识不能灵活应用，缺乏自主探索的意识。在C++课程的教学过程中并没有体现学生的分级式教学模式。

1.2 C++翻转课堂教学模式

将翻转课堂引入到《C++程序设计》课程中，形成新的C++翻转课堂教学模式，由此可以将教师课堂讲授和学生在线自主学习两种教与学的模式进行很好地融合。该教学模式可以分为两个阶段：教师在线引导阶段和学生在线自主学习阶段。

教师在线引导阶段：将每章节知识点提炼出来，提前发布，让学生熟悉本节所讲重点；以微课的形式将本节知识点进行详细的讲解，在微课授课中将采用互动式的教学方式；提供配套的课件供学生下载，以便学生复习和总结；提供同步测试题，采用权限受限和时间限制的模式让学生及时进行自测；提供学习日志分析模块，通过在后台对学生观看微课课件、习题自测、标记的难点和问题、所完成的常规项目和提高项目等数据的统计分析可以全面详尽地掌握学生的学习进度和知识内化程度，由此有针对性地指导学生进行后期的学习由此实现学生的分级教学模式；对学生提出的问题可以给予一对一的在线解答。

学生在线自主学习阶段：完成每个阶段教师所布置的任务，最终以项目检验学习效果。预习本节所讲知识点，以观看微课为主，以课后浏览课件为辅掌握所学知识；在规定的时间内完成同步自测题，并且只有完成指定的自测题才能进行后续学习，否则进度不更新，任务不开放；通过学习日志模块，学生可以记录自己所学内容，所掌握的内容，以及遇到的问题等；所有学生在每章学习结束后必须完成基础项目，而对于进度较快且编程能力较强的学生可以以小组完成提高项目；在在线交流模块中学生既可以向教师提问，也可和同学进行在线交流学习体会和经验。

2 “C++翻转课堂”在线学习平台的设计

2.1 总体设计

“C++翻转课堂”在线学习平台主要分为学生在线学习和教师后台管理两大模块，包括六个主要功能：知识点预览、微课学习、能力自测、课外拓展、课堂互动、学习日志、后台管理等，平台的功能结构如下图1所示。

图1 “C++翻转课堂”在线学习平台功能结构图

2.2 开发环境

“C++翻转课堂”在线学习平台采用B/S架构，采用Java语言主流框架SSM（Spring+SpringMVC+MyBatis），以MyEclipse工具进行开发，使用MySQL作为系统的后台数据库，在Windows平台上设计实现该在线学习平台。

2.3 数据库设计

根据在线学习平台所需要实现的各个功能模块，并且在尽量较少后台数据数据冗余量原则的基础上，设计的在线学习平台数据库结构主要包括以下表单：学生用户表、知识点导读表、微课视频表、能力自测表、能力拓展表、日志表等共12张表。下面对其中的学生用户表、微课视频表和日志表进行简单的介绍。

学生用户表：用于记录学生用户的基本信息。学期之初会将上课班级的学生以Excel表格的形式提前导入数据库，在学期开始时学生利用自己的学号和初设密码即可登录系统。学生用户表如表1所示。

表1 学生用户表

微课视频表：用于存储学生在线观看微课的信息。为了防止学生在观看微课时通过任意拖动视频进度条以达到提前完成学习任务，系统对视频播放进行了快进限制，学生必须完整地观看该视频，并且在观看完视频后还会弹出相应的练习题进行测试。微课视频表如表2所示。

日志表：用于记录学生在线学习的情况，包括观看视频、能力自测、拓展练习完成情况等并以此统计学生该课程的在线学习成绩。日志表如表3所示。

表2 微课视频表

表3 日志表

3 “C++翻转课堂”在线学习平台的实现

借助该在线学习平台，学生可以对接下来所要学习的内容进行预览，观看微课视频进行深入的理解，并通过完成教师设置的练习任务进一步提高。如果在学习过程中有任何疑问可以采用向教师提问或在线交流两种形式解决。学生利用个人中心功能记录自己的学习计划，并参照此计划有目的有安排地学习。教师在后台不仅可以管理自己所发布的资源、管理学生用户等，还可以查看每个学生在线学习的情况和进展，统计每个学生每个章节学习成绩，并根据这些对学生进行有针对性的帮助和指导。

3.1 前台主要功能的实现

（1）“C++翻转课堂”在线学习平台的主界面

主要功能包括：知识点导读、微课互动学习、能力自测、在线交流、课外拓展、个人中心、资源库等，主界面实现如图2所示。

图2 “C++翻转课堂”在线学习平台的主界面

（2）微课互动学习功能

学生通过观看以知识点为基本单元的微课视频初步理解知识点，在观看完视频还可以通过弹出的测试题检测对所学知识点是否有了初步的理解，如果在观看微课视频过程有问题，可以通过页面底端的留言板块和其他学生有针对性地进行讨论。微课互动学习界面实现如图3所示。

图3 微课互动学习界面

（3）能力自测功能

该功能目的是考察学生对C++每章基本知识点的理解和掌握情况，同时为了便于后台对学生测试题目的自动评分，只设置客观题，即以单项选择题的形式提供给学生进行自测。学生在自测过程中，可以暂时将不确定答案的题目标记出来，待以后处理。在学生测试结束后系统会自动显示得分。每章的测试题最多可提交两次，并以最好成绩作为本章测试的最终成绩。此外学生只有通过该章的自测才能进行下一步的学习。能力自测界面实现如图4所示。

（4）课外拓展功能

该功能主要用于考察学生对基本知识点的应用情况以及解决实际问题的能力，因此设置了常规项目和提升项目两种形式的任务。常规项目包括每个学生每章必做的实验任务，在规定的时间内将完成的C++源程序文件上传系统。提升项目为C++语言解决实际生活中问题的项目，学生以小组为单位由组长竟抢教师定期发布的项目，每个项目最多可由2个小组竟抢成功，小组先以Word文档的形式将自己的解决方案提交，通过后期与教师探讨确定最终的解决方案，并提交实际C++程序。课外拓展界面实现如图5所示。

图4 能力自测界面

图5 课外拓展界面

3.2 在线学习平台后台的实现

教师后台管理包括的主要功能有：管理在线学习平台中C++课程的各种学习资源；对所教班级学生用户进行增删改查以及权限设置的管理；通过站内短信功能在线及时解答学生学习过程中提出的问题；通过设置学生观看微课视频情况、自测成绩、完成常规项目和拓展项目情况之间的得分比例，自动计算每个学生一学期学习C++课程的在线学习成绩，并在后期对其分析。在线学习平台后台界面如图6所示。

4 “C++翻转课堂”在线学习平台使用测试

4.1 在线交流功能测试

在线交流功能：学生可以将在线学习过程中遇到的疑惑和问题以借助在线交流功能发送给教师或是全体学生。如果是发送给教师，则在线教师会对学生提出的问题给与及时答复，由此更好地实现教师与学生在线的互动交流；如果发送给全体学生，则学生可以对该学生提出的问题进行自由回复，形成班级内的一个大讨论。在线交流功能测试界面如图7所示。

图6 在线学习平台后台界面

图7 在线交流功能测试界面

4.2 学习日志功能测试

学习日志功能：用于学生制定学习计划和查看学生每个阶段的学习情况。学习学习情况主要包括：观看的视频的进度、所提问题次数、所做自测题的进度和次数，所完成的常规项目和拓展项目等。对照这些学习情况学生可以及时调整接下来的学习进度。学生在线学习日志功能测试界面如图8所示。

图8 学习日志功能测试界面

5 结语

随着“互联网+”教育理念的提出，国内各大高校不断探索和推行各种新型教育服务模式，而翻转课堂建设则成为高校教育教学方式改革的一个突破口。将翻转课堂应用到C++程序设计课程体系中，提出《C++程序设计》翻转课堂教与学模式，并设计开发与之相对应的在线学习平台，既能在理论教学中培养和提高学生理解问题、分析问题和求解问题的能力，又能在实验教学中重点培养学生在项目中的主观能动作用以及协同合作能力。让学生在每一个学习的环节中都能以自身为主导，最大程度上提高学生学习的主动性。“C++翻转课堂”在线学习平台将课堂教育延伸至课外，利用校园网络空间以及可移动终端将课堂与课融合成一个教与学的生态圈。

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

[2]张金磊.“翻转课堂”教学模式的关键因素探析[J].中国远程教育:综合版,2013（10）:59-64.

[3]秦炜炜.翻转学习：课堂教学改革的新范式[J].电化教育研究,2013（8）:84-90.

[4]杨晓宏,党建宁.翻转课堂教学模式本土化策略研究—基于中美教育文化差异比较的视角[J].中国电化教育,2014（11）:101-110.

[5]张其亮,王爱春.基于“翻转课堂”的新型混合式教学模式研究[J].现代教育技术,2014,24（4）:27-32.

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[7]潘炳超.翻转课堂模式应用于高校教学的实验研究[J].电化教育研究,2015（3）:83-88

[8]曾明星,周清平,王晓波等.软件工程专业“翻转课堂”云计算教学平台探讨[J].现代教育技术,2013,23（8）:26-31.

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[10]林雪燕,潘菊素.基于翻转课堂的混合式教学模式设计与实现[J].中国职业技术教育,2016（2）:15-20.

Design and Implementation of C++Flipped Classroom Online Learning Platform

WANG Quan-rui，WANG Xue-qiang
（School of Information and Engineering，Henan Institute of Science and Technology，Xinxiang 453003）

With focus on the problem existing in the teaching process of the course C++programming practice in colleges and universities at present,introduces the innovative teaching mode of Flip Classroom into the C++curriculum system,and develops the C++flipped classroom online learning platform in order to improve the teaching quality,at the same time,cultivates the students'self-learning initiative to the most ex⁃tent.The online learning platform adopts JSP technology as the onstage development language,MySQL as the backstage database,Tomcat as a server publishing website platform.The platform mainly includes the following functions:the introduction of knowledge points,microcourse interactive learning,self-testing,curricular development,online communication,the statistics and automatic assessment of student online learning situation.

C++Programming;Flipped Classroom;Micro-Course Interactive Learning;B/S;MVC Design Patterns

1007-1423（2017）33-0070-06

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.33.017

王全蕊（1981-），女，河南新乡人，硕士研究生，讲师，研究方向为数据挖掘、信息处理

2017-09-20

2017-11-10