【经验分享】高效输入+高效输出，打造在线教学“真”金课（武职 陈亭志）

一、背景

   2020年的春节，一场措不及防的冠状病毒袭击了武汉，谁也没有想到这个寒假这么漫长，面对遥遥无期的开学，教育部发布了“停课不停教、停课不停学”的政策，面对疫情学校迅速采取对策，学院开学前也对老师和课程进行调查，确定可以开展网络教学的课程和老师。   自2016年起，我在UMU平台和智慧职教平台陆续建有在线课程资源，曾经也用UMU上过几次直播课，因此我主动报名了网络授课。如此大规模整门课程的在线教学，这还是第一次，虽然课程资源比较成熟，但是缺少了面对面的交流、沟通和监督，如何保证学生的学习质量呢？
二、契机   恰巧这个时候，为响应教育部的政策，很多平台推出了免费课程，我发现了王珏老师的课程《基于学习科学的高效教与学方法》。   这门课是从脑科学的角度解释了大脑喜欢什么样的教学，说明了一个看似简单却富有哲理的思想--学习即连接，为了帮助学生在大脑里建立新知识的联接，课程给出了很多具体又有效的教的方法，比如PPT制作的可视化原则和方法、语义情境化的方法和路径、认知负荷理论，这些方法和理论都是保证学生有高效的输入！   有了这些高效的输入，如何知道学生是否学会了呢？这门课程里旗帜鲜明的提出：输出式学习是最有效的学习，如果是一个概念，学生能清楚明了的说出来，并知道这个概念和其它概念的关联，这是输出式学习；如果是一个问题，学生知道用学到的哪些知识点来解决这个问题，并能组织语言让别人听懂，这是更高级别的输出，思维的输出！   对输出式学习，课程给出了很多具体的输出式学习方法-比如各种类型的知识图表的使用，包括关系图表、锚图、思维导图和思考图等，通过训练学生用图示的方法来输出知识点，实现将隐性思维提取并显性化，从而在大脑里形成稳固的图式。有了稳固的图式，学生就可以将知识点联系起来，并实现融会贯通和灵活使用。三、反省   我如获至宝，网络教学不仅有了理论指导，还有具体的践行方法，真是太好了！我每年都带大一新生的课，上学期的《单片机入门》，下学期的《C语言编程》，课程都和编程有关，逻辑性较强.   在以前教学中，我觉得自己备课充分，讲课清晰，对学生的问题认真回答，非常注重学生的反馈和沟通，可是学生编程的时候还是不会，问哪里不会，学生又说不知道哪里不会，让我着急又无力啊。   学了《学习科学》课程后，我从输入和输出两方面深刻分析了自己以前的教学：

• 在信息输入（知识讲解）阶段

• 授课语言过于专业化，没有基于学生的认知

• 应多用类比/生活化的比喻，帮助学生对概念的理解

• PPT可视化还有待加强

• 应该多用案例让学生先建立感知，然后再抽象出理论

• 在信息输出（知识应用）阶段

• 在输出这方面做的更是不足，为什么学生说不出来问题在哪里，是因为学生没有建立知识点之间的连接。

• 上课看着好像都听懂了，然而大脑里还没有形成稳固的图式，最多是零零星星的火花。

• 如果学生自己不主动输出，这些零星的火花慢慢就熄灭了，当然就写不出程序，更谈不上灵活运用了啊！

四、我的实践   我如饥似渴的学习着王老师的这门课程，并把课程里的很多方法应用到这学期的《C语言编程》网络教学中。   第一天的课上完后，职教云平台的课后评价，得到了95%以上同学的5星好评（是4个班的共147人的大班教学哦）。   有同学留言说：这是我第一次“玩”手机，我妈不仅没骂我还给我端茶倒水，哈哈；   有同学说：陈老师这学期讲课变得风趣幽默了，网络上课效果很好；   还有同学说：上课内容我都听懂了，C语言没有我想象的那么难啊，加油！
   学生的肯定也鼓励我更加努力学习王老师的课程，更加认真完成王老师各章的作业，因为把理论用到了具体的教学，我的作业多次受到王老师的表扬，还受邀参加了王老师的直播经验交流，这真是意外的收获。   那么我是如何具体来开展网络教学的呢？这学期我网络授课的课程是《C语言编程》，自动化19305-8共4个班147名学生，因为上个学期带过他们的《单片机入门》，在职教云开展过教学，我对学生比较了解，学生也对平台比较熟悉，每个班也分了组，有负责任的组长，还有助教群帮助同学们答疑。
   因此网络授课，我的学生是有一定基础的，用手机上课学生都没有问题。因为职教云不能直播，我选择了有录播功能的腾讯课堂授课，方便学生课后回看！     准备好这些硬件平台后，我把学习科学的学习方法应用到了每次课程，具体来说就是，以学生为主，在学生的输入和输出两方面双管齐下。
4.1 在“信息输入”（知识讲解）层面的教学改进   在信息输入层面，我在两个方面做了大幅改进：4.1.1 设计项目化课程   让认知模型和知识点有机结合起来，让学生清楚这些知识点在具体场景是解决什么问题的，这样才可能让学生把知识点学活，迁移到不同场景。   比如在《C语言编程》课程中，我设计的第一个项目是超市找零程序，围绕这个项目分三个任务，难度逐渐增大，并把C语言的知识点融入三个任务，如下图1所示。

图1 《C语言编程》项目化设计   在项目化教学过程中，有两条线：   一是教师讲授和引导的任务线   每一个任务完成一个相对独立的功能，通过学习这个任务，帮助学生理解每个任务用到的C语言知识点。同时三个任务一脉相承，但难度愈来愈大，让学生在学生的旧知中引入新知识点，实现螺旋上升。   二是课后学生知识应用的并行线   学生要根据对应的任务对程序进行扩展，不同阶段，扩展任务的难度也不同，比如第一个阶段任务是为了入门，要保证每个学生都能做出来，还各不一样，于是设计添加自己的姓名、班级和学号，找零的结果也各不相同。   而第二阶段任务是保证大家及格，把老师英文版的程序改为中文版，添加个性化问候，还可以自己设计一种购物优惠政策。这个程序引入了小数找零，同时还对找零的结果实现更全面的输出，引入选择结构if实现三种情况（找零不足、刚刚好、找零输出）。   而第三个阶段任务就更难了，教师在任务2的基础上，增加程序实现如何最少张数的找零结果（比如找零150，应找您100元一张，50元一张）。任务3不仅仅是嵌套使用了各种选择结构，更重要的是编程思维，培养学生用计算机的思路来解决问题和编写程序。这个阶段的也是拉开距离的阶段，学生根据四档任务的要求（见图1，分别对应80分、85分、90分、95分）和自己的学习情况自行选择，还鼓励全部做出来的同学做项目汇报，用视频\PPT等形式展示自己的编程思路，形成作品发在QQ群，发挥榜样和标杆的作用。   实践证明，这个方法一举两得，越来越多的同学加入项目汇报行列，也越来越多的学生认真去看同学的作品，并默默的督促自己的学习。   有一次我在群里发了一批优秀作业，有个学生主动和我联系说老师我错了，那个作业是COPY别人的，特别抱歉，以后再也不会了；还有一个同学过两天给我发他的作业，说这是他看到其它同学的优秀作业后，全部保存，然后自己再做的一份作业，请我观赏，确实做的更有创意，也让我非常感动和欣慰！4.1.2 改进知识讲解方法也非常重要   有了合理的项目化课程，如果老师在在网络授课过程中，应用认知负荷理论，以及知识可视化、语义情境化等方法来展开教学那就更如虎添翼、事半功倍了！   下面略举我的几个知识讲解案例。

• 案例1：类比/生活化的比喻

   在王珏老师的《学习科学》课程中，明确提出：一上来就讲专业术语，是不利于学生认知的。而基于学生原有经验的“类比”，会大幅提升认知效果。因此，今年我在讲知识时，就有意识地运用了类比/生活化的比喻，帮助学生理解概念和程序思想。   比如《单片机入门》课程中，有一个项目是用取表法实现流水灯的编程。在教学中需要讲解取表法原理，以前我一般会这么讲取表法：1.取表法有三步，第一步找到表头装表，第二步读取数据表里的数据，第三步把数据送到对应单片机端口点亮LED，简言之装表-取表-送显。2.然后介绍每一步对应的指令，3.再画出流程图，4.对应写出程序，如图2所示。

图2 取表法三部曲以前，我总觉得自己讲的很有逻辑性，可是现实是学生上机的成功率很低!因为，我觉得很简单的取表法三步，但学生看着却是一头雾水——没有从学生现有经验入手，直接讲取表法，是教学设计中的不足。   为了帮助学生理解取表法，这次在线讲解时，我通过一个类比引入：

• 取表法和平常看书习惯很类似，如果一本厚书一次没看完，我们一般会在中间放一个书签，当再看的时候，要先找到这个书签的位置（如187面）。

• 而程序和流水灯的数据相当于一本书看过的和还没有看过的部分，通过TABLE(书签)来标识的，找到TABLE就相当于找到书签，这个动作是装表；

• 而看书就相当于是在读取表里的数据，你看书签开始的第一面（187面）相当于把表里的第一个数据取出来了，你看到第二面（188面）相当于把表里第二个数据取出来了；

• 而送显就相当于执行书里这一面的内容，书里内容是让你吃饭、运动、休息，对应流水灯就是显示流水灯的第一拍、第二拍和第三拍。

   当我把取表法的三步和看书的过程进行类比后，我发现学生能理解的人数就多多了，理解了再去写程序，就不会出现莫名其妙的错误，因为学生不仅知其然，还知其所以然了！

•    案例2：知识可视化

   为了知识表达更加高效，PPT制作应可视化、结构化，多用图表，毕竟相对大片文字，学生更愿意看图，而且脑科学里阐述过，图在大脑里存留的记忆更久。   比如在讲解if-else if和swtich的区别时，我就用到了双气泡图，如图3所示，是不是两个指令的异同一目了然！

图3 双气泡图比较差异
  

•    案例3：用案例让学生建立感知，让学生自行发现规律（理论）   

   学习科学课程中说：两个案例的教学效果好过一个案例+理论，所以多讲案例，让学生自己去体会和总结理论吧。   比如，在讲printf()函数的格式控制符的时候，如图4所示。由于特别繁琐，细节又多，不管是用语言还是表格来表述，学生的感觉就是这些字我都认识，可以放在一起就不知道什么意思，大家都有过这种感受吧，哈哈！

图4 printf()函数的格式控制符   于是我设计一个案例，如图5所示，里面包含格式控制符和宽度控制符的各种形式，现场让学生自己写程序，编译输出看结果：

图5 格式控制符设计案例

   不用我解释，学生通过对比，对这些格式符和宽度符的含义都明白了。在设计案例时，一定要考虑各种情况，而且要有变易处理，这样通过找不同，学生很快就掌握了，因为这是通过自己写程序得出来的结论，边学边做，学生会印象深刻。再配合一些小测试，完美解决！
4.2 在“信息输出”（知识应用）层面的改进措施
   有了高质量的输入，学生才有可能输出，输出也有两个层面：   4.2.1 每次课都画思维导图，自己作总结与梳理   为了训练学生养成输出的习惯，我制定了一个新规矩：每次课都要画知识总结图表（如思维导图），课前预习画一次，课后学完再画一次。   对于零散的知识点，学生在画思维导图的过程中，会自查自己对知识点概念的理解程度，也会思考知识点之间的联系，这是形成稳定图式的重要步骤。   而分两次来画，不仅是监督学生去预习，更重要的是让学生看到自己每次课的进步和收获，体会到学习的乐趣，也明白学习是需要持续坚持的。    所有同学都100%参与知识总结图表总结活动，以下节选几幅学生所画的知识总结图表：

  上面这些图表，都是学生亲手从零开始、亲手创作的。在创作过程中，学生自然就对知识进行了主动加工，知识之间的联系更加紧密，对知识的记忆也更加深刻！  以下是王永超同学所撰写的思维导图创作心得，可见一斑。

（附）思维导图有感

                          ---自动化19级 王永超

  在日常学习中，思维导图对我们的帮助很大。它通过锻炼我们的逻辑思维能力，强化我们的记忆力，从而提高我们的学习效率。而我也在自己使用思维导图的过程中，深深的体会到了它的优点。

  首先，在自己制作思维导图时，我会想着怎么把这些零散的知识点排版的具有逻辑性，比如如何搭建出一个良好的框架，这就锻炼了自己的逻辑思维能力。而且在制作过程中，就已经把老师上课讲的知识点梳理了一遍，培养了课后及时总结的好习惯。

  其次，仅仅听完老师的讲课后，一些知识点会很容易忘掉。但是，由于是亲手制作了思维导图，许多知识会记得更加牢靠。就我自己而言，在以前没有使用思维导图时，一个小知识点忘了的话，往往会翻书找半天，或者去课件的PPT中一页一页的寻找。寻找的时间过长，这样导致了效率就很低。而现在有了思维导图，一张图就涵盖了许多页课件中的知识点，可以在极短的时间内找到那个被遗忘的知识点，大大节省了时间。

  最后，思维导图有利于复习。以前自己记的笔记，要么过于混乱没有逻辑，要么是没有经过思考，无脑记下的。这就导致了复习的困难，复习的时候不是有些懒得看，就是有些看了也不懂。而使用了思维导图之后，记的笔记都是经过自己思考过后的，更加清晰明了。使我们的复习变得更加简单，更加高效。

  2）在每个项目结束后，要学生制作项目总结视频   在项目总结视频中，学生要说清楚自己的编程思维，以及运用哪些知识点实现这个思维，让每个同学都能看懂你的编程思维。
   项目汇报是更高级别的输出，因为一个完整的项目是一个相对复杂的问题，要解决这个问题，学生不仅需要掌握C语言知识点并灵活应用，更重要的是编程的算法，算法是一种非常隐性的思维，只能通过不断的编程来掌握这些算法。   而项目汇报是不仅自己想明白了，还要说的让别人明白，通过PPT、视频、配合语音等方式讲清楚，就是学生综合素质的一种体现，是更高级别的输出，是C语言知识应用能力、思维算法领悟能力、PPT制作能力、语言表达能力、视频剪辑能力、与他人沟通能力、吃苦耐劳精益求精等各种能力的综合体现。 五、总结
   我在运用学习科学规律开展在线教学的过程中，深刻体会到：使用高效输入+高效输出相结合的方法，才是真的“以学生为中心”的教学！   “以学生为中心”不是一句口号，而是切切实实的为学生考虑，让学生不仅听懂，还激发他们内心的欲望，驱使学生主动学习，这才是学生满意老师舒心的学与教啊！

                 图6 输入+输出结合的教学