“起承轉(zhuǎn)合”式教學(xué)法在計算機(jī)類課程課堂教學(xué)中的運(yùn)用

余旺盛，秦先祥，程英蕾，劉 彬

（空軍工程大學(xué) 信息與導(dǎo)航學(xué)院，陜西 西安 710077）

0 引 言

隨著計算機(jī)科學(xué)與多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)教學(xué)模式在高等學(xué)校計算機(jī)類課程的課堂教學(xué)中逐漸捉襟見肘。如何破解計算機(jī)類課程授課過程中存在的理論性強(qiáng)、課堂枯燥等難題，以深入淺出的方法使學(xué)生在限定的時間內(nèi)消化知識、理解原理、掌握方法、學(xué)會運(yùn)用，是課堂教學(xué)模式改革創(chuàng)新的主要目標(biāo)。為達(dá)成這一目標(biāo)，近年來，國內(nèi)外教學(xué)一線的許多教育工作者開展了卓有成效的探索，取得了一系列具有影響力的成果。在教學(xué)模式方面，隨著MOOC[1]的大規(guī)模興起，國內(nèi)外掀起一陣基于在線學(xué)習(xí)的教學(xué)模式改革的熱潮。然而，純粹的MOOC 教學(xué)缺乏因材施教的個性化教學(xué)和互動，促使學(xué)者們把目光投向了線上線下混合的SPOC 教學(xué)模式[2]，這種教學(xué)模式能夠更好地服務(wù)于個性化教學(xué)，帶來深度教學(xué)體驗，進(jìn)而提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。近年來，翻轉(zhuǎn)課堂[3]、對分課堂[4]、PBL[5]、TBL[6]等教學(xué)模式在一線課堂教學(xué)中得到了較好的推廣，在促進(jìn)教學(xué)模式改革方面發(fā)揮了積極作用。在教學(xué)方法方面，啟發(fā)式、互動式、問題式、案例式、研討式、探究式等常見教學(xué)方法受到一線教學(xué)工作者的青睞。此外，將多種教學(xué)方法進(jìn)行組合使用，衍生出的問題探究式[7]、案例研討式[8]等教學(xué)方法在高校課堂教學(xué)中也發(fā)揮了十分重要的作用。在教學(xué)實(shí)施策略方面，針對不同的教學(xué)對象、教學(xué)內(nèi)容靈活采用不同的教學(xué)策略來達(dá)成特定的教學(xué)目標(biāo)，是課堂教學(xué)模式改革需要研究的末端落實(shí)問題。參與式教學(xué)、體驗式教學(xué)、微課式教學(xué)、角色扮演式教學(xué)等不同教學(xué)策略在不同場合能夠起到特定的作用。為破解計算機(jī)類課程課堂教學(xué)過程中存在的難點(diǎn)，可以在計算機(jī)類課程教學(xué)過程中運(yùn)用“起承轉(zhuǎn)合”式教學(xué)法。

1 計算機(jī)類課程課堂教學(xué)面臨的困境

雖然教學(xué)模式改革探索在許多院校取得了顯著成效，但傳統(tǒng)教學(xué)模式和教學(xué)方法在課堂教學(xué)中依然普遍存在。即使某些課程進(jìn)行了教學(xué)模式改革，也仍然面臨著一些問題。

1.1 學(xué)生興趣點(diǎn)低

學(xué)情分析是課程設(shè)計和教學(xué)方法選擇的重要參考方面，學(xué)生的個性特點(diǎn)、興趣愛好則是學(xué)情分析的重要因素。目前，計算機(jī)類課程的教學(xué)對象主要是千禧年左右的新一代學(xué)生，受自媒體和新媒體技術(shù)的影響明顯，具有個性張揚(yáng)、愛好廣泛、接受新事物能力強(qiáng)等特點(diǎn)。然而，當(dāng)前在許多高校計算機(jī)類課程的課堂實(shí)訓(xùn)中，傳統(tǒng)“填灌式”“照本宣科”式教學(xué)方法還不同程度的存在，這些方法很難調(diào)動學(xué)生的興趣點(diǎn)，使其集中注意力，積極參與課堂。

1.2 課堂參與度低

在一些基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)類計算機(jī)課程的課堂教學(xué)中，學(xué)生的課堂參與度偏低是一個普遍存在的問題。一方面由于教學(xué)條件和教學(xué)資源的限制，偏重基礎(chǔ)類課程的理論部分授課環(huán)節(jié)通常采用大班化教學(xué)模式，時間短、人數(shù)多，學(xué)生的課堂有效參與度很難得到有效保障。另一方面，教師在教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式和教學(xué)方法手段的設(shè)計上，沒有新意，難以調(diào)動學(xué)生課堂參與的積極性。此外，學(xué)生個人注意力不集中、自我要求不夠嚴(yán)格也是一個重要方面。

1.3 學(xué)習(xí)任務(wù)量重

在某些開展課堂教學(xué)模式改革探索的高校，一些新的教學(xué)理念、教學(xué)方法被大量引入課堂教學(xué)中，例如慕課教學(xué)，要求學(xué)生利用課下時間通過慕課平臺完成基本內(nèi)容的學(xué)習(xí)，課堂上主要針對學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的問題進(jìn)行深度剖析和釋疑。再如研討式教學(xué)，要求學(xué)生利用課下時間研讀相關(guān)文獻(xiàn)，提煉基本觀點(diǎn)，制作交流幻燈片等，在課堂上圍繞課堂主題進(jìn)行集中交流研討。這些教學(xué)方法具有一定新意，在一定程度上能取得傳統(tǒng)教學(xué)方法難以取得的成果。然而，學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)量陡然增加，大量擠占課下時間，不利于學(xué)生的全面發(fā)展。

綜合上述分析，要破除當(dāng)前計算機(jī)類課程課堂教學(xué)面臨的困境，需要根據(jù)學(xué)生的個性特點(diǎn)設(shè)計教學(xué)方法，通過激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動學(xué)生課堂參與的積極性，在不顯著增加學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)量的前提下，立足于課堂時間，達(dá)到預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)。

2 “起承轉(zhuǎn)合”式教學(xué)法

為達(dá)到課堂教學(xué)中激發(fā)興趣點(diǎn)、調(diào)動積極性、控制任務(wù)量的目的，將戲劇創(chuàng)作中慣用的“起承轉(zhuǎn)合”手法引入課堂教學(xué)中，通過將教學(xué)過程分解為“起、承、轉(zhuǎn)、合”4 個階段，各階段緊密銜接、環(huán)環(huán)相扣，共同服務(wù)于整體教學(xué)目標(biāo)。

2.1 教學(xué)理念

“起承轉(zhuǎn)合”屬于藝術(shù)創(chuàng)作的架構(gòu)技巧，廣泛應(yīng)用于詩歌和散文的創(chuàng)作中?！掇o海》對“起承轉(zhuǎn)合”做了較為通俗的描述：“起”是開端，“承”是承接上文加以申述，“轉(zhuǎn)”是轉(zhuǎn)折，“合”是結(jié)束全文。當(dāng)前，已有學(xué)者將“起承轉(zhuǎn)合”手法運(yùn)用到散文分析[9]、課堂結(jié)構(gòu)設(shè)計[10]當(dāng)中，取得了較好的效果。從教學(xué)理念來看，“起承轉(zhuǎn)合”式教學(xué)法充分體現(xiàn)了以教師為主導(dǎo)與以學(xué)生為主體相統(tǒng)一的現(xiàn)代教學(xué)理念。通過對課堂進(jìn)行階段劃分，以符合學(xué)生對客觀事物認(rèn)知的方式對課堂進(jìn)行建構(gòu)，輔以相應(yīng)的教學(xué)實(shí)施策略，最終達(dá)到消化知識、理解原理、掌握方法、學(xué)會運(yùn)用的目的。

2.2 教學(xué)步驟

“起承轉(zhuǎn)合”式教學(xué)法包含4 個基本教學(xué)步驟。

第1 步是“起”，即引入問題，引起興趣。這一步驟雖然時間相對較短，但其意義非同凡響?！皩?dǎo)課”導(dǎo)得好不好，在一定程度上影響到一堂課的好壞。這一階段需要結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精心設(shè)計，可以采用課前小任務(wù)、互動游戲、時事熱點(diǎn)等多種形式進(jìn)行課堂引入，其基本要求是“緊扣主題、先聲奪人”。

第2 步是“承”，即承接問題，引向深入。這一步驟主要是對“起”階段的現(xiàn)象進(jìn)行剖析，揭示其背后蘊(yùn)含的基本原理或理論問題。顧名思義，“承”是承上啟下的意思，通過這一階段的承接和申述，提煉課堂需要解決的基本科學(xué)問題或者揭示現(xiàn)象后面的基本科學(xué)原理，可以采用啟發(fā)式、引導(dǎo)式或問題牽引式的方法進(jìn)行教學(xué)，其基本要求是“抽絲剝繭、撥云見日”。

第3 步是“轉(zhuǎn)”，即深入問題，啟發(fā)思考。這一步驟的主要任務(wù)是對需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行層層分析、探究本質(zhì)，得到解決問題的基本思路、基本方法。這一階段往往涉及關(guān)鍵理論的證明、核心公式的推導(dǎo)、解決方案梳理等，從時間角度來看，通常占據(jù)4 個步驟里面的首要位置，可以采用微課教學(xué)、情境教學(xué)、板書推導(dǎo)等多種輔助手段，其基本要求是“直擊本質(zhì)、深入淺出”。

第4 步是“合”，即回歸問題，前后呼應(yīng)。這一步驟通常涉及對課堂引入階段所應(yīng)用的案例、所列舉的現(xiàn)象、所提出的問題等進(jìn)行回歸，進(jìn)一步揭示案例背后的原理、現(xiàn)象背后的本質(zhì)、問題背后的解決方案。這一階段不能僅僅停留于對課堂引入階段的問題解決，需要進(jìn)一步泛化拓展，得出更為一般的結(jié)論，可以采用設(shè)問式、參與式等教學(xué)策略進(jìn)行輔助教學(xué)，其基本要求是“前后呼應(yīng)、拓展延伸”。

3 課堂實(shí)訓(xùn)分析

以數(shù)字圖像處理課程中直方圖均衡化內(nèi)容為例，“起承轉(zhuǎn)合”式教學(xué)法在課堂實(shí)訓(xùn)中的具體運(yùn)用流程如下。

3.1 起——課堂導(dǎo)入

起，即課堂導(dǎo)入。在導(dǎo)課時，首先通過幻燈片展示課前學(xué)生隨手收集并提交的視覺效果不理想的照片。引導(dǎo)學(xué)生將照片歸納為曝光過度、曝光不足和濃霧條件下三大類。啟發(fā)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際生活中最熟悉的照相攝像設(shè)備和娛樂應(yīng)用軟件，進(jìn)而以設(shè)問方式拋出問題：有沒有什么簡單有效的辦法能夠?qū)崿F(xiàn)這一類圖像的增強(qiáng)呢？這就是本節(jié)課將要學(xué)習(xí)的直方圖均衡化內(nèi)容。那么什么是直方圖？它又是如何實(shí)現(xiàn)圖像的增強(qiáng)的呢？

這一階段時間控制在3～5 分鐘以內(nèi)為宜，有課下與課上的銜接，有理論問題與實(shí)際現(xiàn)象的聯(lián)系，能夠較好地激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生的課堂參與積極性。

3.2 承——問題順承

承，即問題順承。通過提前制作的微課視頻，從生活中最常見的圖像實(shí)例出發(fā)，生動形象地講解直方圖的概念，分析不同圖像之間直方圖的主要區(qū)別，為后續(xù)講解直方圖均衡化的基本原理打下基礎(chǔ)。在直方圖的基礎(chǔ)上，微課進(jìn)一步講解累積直方圖的概念，分析直方圖和累積直方圖之間的關(guān)系。整個微課約3 分鐘左右，強(qiáng)烈的視覺沖擊、輕快的理論講解節(jié)奏，較好地適應(yīng)了學(xué)生自媒體時代碎片化知識吸收的特點(diǎn)。

微課結(jié)束，教師在幻燈片上進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生梳理直方圖和累積直方圖的特點(diǎn)，特別對累積直方圖“單調(diào)不減”和“有界”的特點(diǎn)進(jìn)行突出顯示。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合微課視頻引入一個課堂互動游戲。在幻燈片上給出曝光不足、曝光過度、某一區(qū)間灰度聚集和灰度分布均衡的四幅圖像，同時隨機(jī)順序給出上述4 幅圖像的直方圖，要求學(xué)生進(jìn)行“連連看”。以此調(diào)動學(xué)生的課堂參與度，夯實(shí)核心原理講解前的理論儲備。

游戲結(jié)束，指定學(xué)生對游戲內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，教師稍作點(diǎn)評，得出結(jié)論：直方圖分布均勻的圖像具有較好的視覺效果，即可以通過對圖像進(jìn)行變換，使得變換后的圖像對應(yīng)的直方圖分布均勻，達(dá)到增強(qiáng)圖像的目的。

3.3 轉(zhuǎn)——問題深入

轉(zhuǎn)，即問題深入。通過上一階段微課學(xué)習(xí)和課堂游戲，看似得出了解決問題的方法，但實(shí)則是引入了更深入的問題：如何設(shè)計直方圖變換的函數(shù)。

這是一個比較寬泛的問題，需要教師靈活運(yùn)用教學(xué)方法啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析。通常而言，可以從變換函數(shù)應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求入手，歸納出3 個基本要求：單調(diào)、有界、均勻分布。這里很容易與前面分析得到的累積直方圖“單調(diào)不減”和“有界”的特點(diǎn)聯(lián)系起來，進(jìn)而拋出問題：累積直方圖會不會就是我們需要尋找的直方圖均衡化函數(shù)呢？分析可知，只需要證明累積直方圖的輸出滿足均勻分布即可。這樣一來，不僅思路清晰明了，還培育了學(xué)生留心觀察、及時總結(jié)、大膽猜想、小心求證的科學(xué)素養(yǎng)。

證明的推導(dǎo)過程需要配合使用板書，也可點(diǎn)名基礎(chǔ)較好的學(xué)生上講臺進(jìn)行證明。證畢，結(jié)合課前制作的演示動畫，進(jìn)一步形象說明為什么累積直方圖的輸出服從均勻分布，進(jìn)一步加深學(xué)生對重難點(diǎn)問題的理解。

爾后，即可對直方圖均衡化的基本步驟進(jìn)行歸納總結(jié)，結(jié)合實(shí)際例題進(jìn)行直方圖均衡化的計算過程強(qiáng)化練習(xí)。

3.4 合——問題回歸

合，即問題回歸。在學(xué)生掌握基本計算方法的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生對課堂引入階段所列圖像增強(qiáng)的問題進(jìn)行分析，通過幻燈片給出均衡化前后的直方圖對比和圖像增強(qiáng)效果，圓滿解決之前所提出的問題，形成閉環(huán)。

在這一階段，需要進(jìn)一步對內(nèi)容進(jìn)行拓展，例如彩色圖像直方圖均衡化的實(shí)例講解，通過均衡化前后彩色圖像顯著的效果對比，強(qiáng)化學(xué)生對直方圖均衡化效果的理解。同時引導(dǎo)學(xué)生思考濃霧圖像的增強(qiáng)方法等，在此基礎(chǔ)上給出課后拓展學(xué)習(xí)的方向，供學(xué)有余力和感興趣的學(xué)生進(jìn)行課后拓展學(xué)習(xí)。

在某種程度上說，“合”，雖然合上了當(dāng)前課堂的一扇門，但卻給學(xué)生打開了一扇新的窗，激發(fā)學(xué)生對新問題的探索永無止境。

4 建 議

“起承轉(zhuǎn)合”式教學(xué)法是對課堂進(jìn)行建構(gòu)的一種思路，將課堂以符合新時代學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的方式進(jìn)行設(shè)計，輔以恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)實(shí)施策略，以期達(dá)到預(yù)定教學(xué)目的。在實(shí)際課堂教學(xué)使用過程中，有如下建議。

4.1 按綱施教

在課程開始之前需要對課程進(jìn)行認(rèn)真的設(shè)計，從課程性質(zhì)地位、基本學(xué)情分析、內(nèi)容組織安排、教學(xué)方法設(shè)計、實(shí)施策略選擇等方面，對教學(xué)大綱進(jìn)行細(xì)化落地，制定詳盡的教學(xué)實(shí)施計劃。需要指出的是，“起承轉(zhuǎn)合”式教學(xué)法并不一定適合所有內(nèi)容的教學(xué)，要根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法。在實(shí)際教學(xué)過程中，要嚴(yán)格落實(shí)按綱施教。

4.2 因材施教

“起承轉(zhuǎn)合”式教學(xué)法僅僅是對課堂的一種宏觀設(shè)計，以故事的形式來呈現(xiàn)所需要講解的教學(xué)內(nèi)容。至于每一個環(huán)節(jié)的具體落實(shí)，需要針對教學(xué)對象的個性特點(diǎn)和興趣愛好進(jìn)行針對性的實(shí)施策略選擇，例如采用微課式教學(xué)、設(shè)計課堂游戲等。只有根據(jù)不同學(xué)生的特點(diǎn)進(jìn)行針對性的教學(xué)策略選擇，才可能最大限度的發(fā)揮“起承轉(zhuǎn)合”式教學(xué)法的優(yōu)勢。

4.3 彈性施教

每一個教學(xué)環(huán)節(jié)的時間劃分并不是固定不變的，需要根據(jù)不同教學(xué)對象、不同教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行彈性調(diào)整。在每一個小環(huán)節(jié)里面，又可以進(jìn)一步劃分“起承轉(zhuǎn)合”小環(huán)節(jié)，其最終都是服務(wù)于消化知識、理解原理、掌握方法、學(xué)會運(yùn)用的目的。

5 結(jié) 語

“起承轉(zhuǎn)合”式教學(xué)法通過將教學(xué)過程分解為緊密銜接、環(huán)環(huán)相扣的4 個階段，對于破解當(dāng)前計算機(jī)類課程課堂教學(xué)中面臨的難題具有積極作用。作為符合新時代青年學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)方法，“起承轉(zhuǎn)合”式教學(xué)法在計算機(jī)類課程的課堂教學(xué)中具有一定的推廣應(yīng)用價值。