SPOC理念下大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)自主學(xué)習(xí)平臺建設(shè)研究＊

盧良進(jìn)，方錦明，吳紅英

(義烏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電信息分院，浙江 義烏 322000)

0　引言

近年來，在信息技術(shù)和開放性教學(xué)理念的推動下信息技術(shù)與教育深度融合，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化教學(xué)方式盛行，以大規(guī)模開放在線課程（Massive Open Online Course,MOOC）為代表的信息化學(xué)習(xí)環(huán)境迅速普及，為社會公眾提供了全新的、公平的泛在學(xué)習(xí)平臺，MOOC以其大規(guī)模性、開放性和共享性為知識傳播起到了巨大的推動作用。

由于MOOC平臺學(xué)習(xí)缺乏有效的監(jiān)管，加入和退出較為隨意，這需要學(xué)員具有較高的求知欲望和主觀能動性才能完成學(xué)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，MOOC課程的完成率不超過10%，從而引發(fā)MOOC的質(zhì)量危機(jī)[1]，而傳統(tǒng)的課堂教學(xué)未能充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，在因材施材和個性化教學(xué)方面力不從心。

小規(guī)模限制性在線課程（Small Private Online Course，SPOC）采用線上線下相結(jié)合的混合教學(xué)模式，結(jié)合了MOOC和課堂教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于學(xué)校的教學(xué)任務(wù)[2]。SPOC和MOOC的一個共同特征是都有一個平臺軟件作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的載體，平臺上資源和工具為學(xué)生的課前和課后學(xué)習(xí)提供支持，同時記錄學(xué)習(xí)的痕跡和過程，為教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和監(jiān)管學(xué)習(xí)過程提供幫助。SPOC的教學(xué)平臺提供的功能是普適性的，與課程本身的內(nèi)容相關(guān)度較低，知識的呈現(xiàn)方式比較枯燥，課外自主學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生很難堅(jiān)持。各類課程的實(shí)訓(xùn)平臺和虛擬仿真平臺為解決這個問題提供了思路，這類平臺與課程專業(yè)知識緊密相關(guān)，通過對課程知識深層次的展示和練習(xí)，為課程的教學(xué)起到了支撐性作用。本文針對大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，在SPOC教學(xué)模式基礎(chǔ)上，結(jié)合課程實(shí)訓(xùn)仿真平臺和游戲化學(xué)習(xí)思路，研制了課程特有的自主學(xué)習(xí)平臺，通過SPOC+課程專用教學(xué)輔助軟件的混合教學(xué)模式，增強(qiáng)學(xué)習(xí)趣味性，提高學(xué)習(xí)效果。

1　計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中存在的問題

計(jì)算機(jī)已廣泛應(yīng)用于社會生產(chǎn)的各行各業(yè)，計(jì)算機(jī)知識及應(yīng)用能力是培養(yǎng)新世紀(jì)人才的一個重要組成部分。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是引導(dǎo)學(xué)生步入計(jì)算機(jī)殿堂的入門課程。現(xiàn)在大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的教學(xué)主要采用理論和實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)模式，由于教學(xué)內(nèi)容和時間的限制，還存在較多的問題，主要表現(xiàn)如下。

⑴ 課外自主學(xué)習(xí)缺乏動力：計(jì)算機(jī)知識豐富而寬廣，課堂上教師只能挑選重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講解，許多知識需要學(xué)生在課外自學(xué)，課外由于缺乏學(xué)習(xí)平臺的支持和教師的指導(dǎo)，學(xué)生在遇到障礙時容易停滯不前，甚至失去學(xué)習(xí)興趣。

⑵ 個性化教學(xué)無法滿足：由于部分學(xué)生在初高中階段已經(jīng)接觸過計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，而經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的學(xué)生從未接觸過計(jì)算機(jī)，再加上每個學(xué)生的學(xué)習(xí)能力不一，容易導(dǎo)致各學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度不一致，無法做到個性化教學(xué)。

⑶ 實(shí)訓(xùn)練習(xí)缺乏平臺支撐：計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)較注重實(shí)際操作能力的培養(yǎng)，實(shí)踐教學(xué)占很大的比重。日常教學(xué)中缺少專用實(shí)訓(xùn)平臺的支持，學(xué)生在練習(xí)和測試過程中無法立即得知自己操作的正確性，實(shí)訓(xùn)結(jié)果得不到即時的驗(yàn)證。這不利于學(xué)生對知識和技能的掌握，對學(xué)習(xí)積極性有消極的影響。

2　系統(tǒng)模型

SPOC通常采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，包括課前線上預(yù)習(xí)、課中線下討論交流和課后線上復(fù)習(xí)測試等階段[3-4]。系統(tǒng)為這三個階段提供服務(wù)，分為資源層、服務(wù)層和監(jiān)管層。如圖1所示。

資源層是各類教學(xué)資源的集合，包括微視頻庫、文檔類資源庫、理論題庫和實(shí)踐題庫。在微視頻庫和文檔類資源庫上構(gòu)建資源瀏覽和進(jìn)度跟蹤功能；在理論題庫上構(gòu)建游戲攻關(guān)式練習(xí)模塊，在實(shí)踐題庫上實(shí)現(xiàn)基于OpenXML的自動評閱功能；討論區(qū)模塊用于線上師生交流。在監(jiān)管層對各個服務(wù)模塊進(jìn)行積分統(tǒng)計(jì)，并生成學(xué)習(xí)情況報告和排行榜。其中實(shí)踐題庫和自動評分系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程獨(dú)有的，構(gòu)成了課程的專用教學(xué)輔助軟件。

圖1　系統(tǒng)模型

3　關(guān)鍵技術(shù)

為了方便使用，系統(tǒng)采用ASP.NET以B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其分為教師端和學(xué)生端兩部分。通過單點(diǎn)登錄接口與數(shù)字校園門戶直接對接。教師端提供資源管理、在線交流和學(xué)習(xí)監(jiān)管等功能，學(xué)生端提供資源瀏覽、在線練習(xí)和交流等功能。

3.1　微視頻庫

由于視頻資源融合了圖像、聲音和文字等多種媒介，能刺激學(xué)習(xí)者的多種感官，更直觀形象地展示相關(guān)知識[5]，在線課程建設(shè)中資源建設(shè)成為核心。著名的在線教育機(jī)構(gòu)可汗學(xué)院的創(chuàng)始人薩爾曼·可汗曾提出用視頻重塑教育。根據(jù)教學(xué)大綱將課程內(nèi)容劃分為知識點(diǎn)，并以知識點(diǎn)為基礎(chǔ)錄制微視頻。微視頻一般是5-10分鐘的視頻片斷，在較短時間內(nèi)讓學(xué)習(xí)者學(xué)會一個知識點(diǎn)或技能，符合碎片化學(xué)習(xí)理念，可以讓學(xué)習(xí)者充分利用碎片化的空閑時間進(jìn)行學(xué)習(xí)，另一方面也容易激發(fā)其學(xué)習(xí)成就感，提高其繼續(xù)學(xué)習(xí)的動力。

為了給監(jiān)管層提供管理和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在視頻播放模塊添加了以下功能：

⑴ 進(jìn)度跟蹤：系統(tǒng)自動記錄每個學(xué)生每個視頻的觀看進(jìn)度，并根據(jù)視頻重復(fù)觀看次數(shù)/觀看學(xué)生人數(shù)計(jì)算視頻反芻比，用于體現(xiàn)視頻相關(guān)知識點(diǎn)的難度。

⑵ 討論交流：在微視頻的播放界面，添加針對該視頻的在線討論提問和回復(fù)功能。學(xué)生可以對已經(jīng)發(fā)表的問題進(jìn)行點(diǎn)贊。

⑶ 常見問題：常見問題可以由教師添加，點(diǎn)贊數(shù)超過指定值的討論也會自動加入常見問題列表。

⑷ 打點(diǎn)問題：借鑒很多培訓(xùn)平臺的做法，在視頻播放到某個時間點(diǎn)時，暫停播放，并彈出一個選擇題由學(xué)生回答，回答后才能繼續(xù)往下觀看。學(xué)生回答是否正確是掌握程度的一個評價指標(biāo)。題目由教師在后臺視頻添加界面添加。

⑸ 學(xué)習(xí)反饋：在視頻播放結(jié)束后，由學(xué)習(xí)者選擇“懂了、基本懂了、不太懂、完全不懂”等幾個選項(xiàng)，作為學(xué)習(xí)情況的一個主觀評價指標(biāo)。

3.2　問題導(dǎo)向和游戲攻關(guān)式練習(xí)

題目練習(xí)和測試，是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)者對知識掌握程度的一種有效方法，同時也是刺激學(xué)習(xí)者主動思考，激發(fā)其求知欲的一種方式。帶著問題去學(xué)習(xí)能讓學(xué)習(xí)者有明確的目的，能帶來更高的學(xué)習(xí)效率，同時，在線學(xué)習(xí)平臺上的考核通常是教、考分離的形式，課程題庫也是實(shí)施教、考分離的基礎(chǔ)。由于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的實(shí)踐練習(xí)作品通常是一個文件的形式，評判的方式也較特殊，系統(tǒng)將題庫分為理論題庫和實(shí)踐題庫。

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的理論題庫主要是客觀題型，會比較枯燥。在對學(xué)生的日常行為調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生沉迷于玩電腦或手機(jī)游戲，過關(guān)式游戲通常設(shè)置了道道等級或關(guān)卡，關(guān)卡的難度由易到難，玩家要運(yùn)用各種策略或技巧來完成指定的任務(wù)或挑戰(zhàn)，每次過關(guān)都會給玩家一定的獎勵，玩家會體會到成就感，從而激勵他去向更高難度的等級或關(guān)卡挑戰(zhàn)。玩家可以根據(jù)自己的能力選擇初始的難度。

從教學(xué)的角度來看，游戲攻關(guān)這種機(jī)制，不僅符合循序漸進(jìn)，因材施教的教學(xué)理念，而且具有很強(qiáng)的引導(dǎo)和激勵作用。依照游戲模式，設(shè)計(jì)了常規(guī)練習(xí)和游戲攻關(guān)兩種練習(xí)方式。系統(tǒng)將理論題分為常規(guī)練習(xí)用題和游戲攻關(guān)用題兩種，在常規(guī)練習(xí)方式中，學(xué)生可以按章節(jié)和知識點(diǎn)的方式瀏覽常規(guī)練習(xí)題庫，并可以在線練習(xí)。在游戲攻關(guān)模式中，由教師事先創(chuàng)建游戲和關(guān)卡，教師可以設(shè)定關(guān)卡屬性，并為每個關(guān)卡設(shè)置一個有意思的名稱和過關(guān)得分，并從過關(guān)用題庫中選題加入關(guān)卡，選題的范圍可以是某個章節(jié)或整個題庫。理論題庫的對象模型設(shè)計(jì)如下：

題目（題目編號，題目類別，題干，選項(xiàng)，參考答案，難度，知識點(diǎn)，題目解釋）

游戲（游戲編號，游戲名稱）

關(guān)卡（所屬游戲編號，關(guān)卡編號，關(guān)卡名稱，過關(guān)得分）

關(guān)卡問題（關(guān)卡編號，問題編號）

過關(guān)記錄（學(xué)號，關(guān)卡編號，過關(guān)時間，得分）

3.3　課程專用教學(xué)輔助軟件

通用的教學(xué)平臺為要適應(yīng)各類課程，只能提供每門課程都能使用的功能，比如資源庫、在線測試、各類互動等，而無法提供與課程知識緊密結(jié)合的功能，例如專業(yè)技能的在線模擬訓(xùn)練。課程內(nèi)容相關(guān)的教學(xué)輔助軟件為專業(yè)或課程知識的學(xué)習(xí)提供更深層次的幫助，這類軟件平臺不僅對課程知識進(jìn)行了形象的表示，而且學(xué)生可以身臨其境的動手操作。如果能將這類課程相關(guān)的實(shí)訓(xùn)平臺用于課外自主學(xué)習(xí)，將會很大程度上激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。針對計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)這門課來說，如果能給學(xué)習(xí)者提供一個實(shí)際操作的專用教學(xué)輔助軟件，能對實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目統(tǒng)一管理且自動完成批閱，指出其操作的錯誤，不僅減少了教師的工作量，而能給學(xué)習(xí)者帶來很大的幫助。

在Office2003版本之前Office文檔的讀取和操作是通過VBA和COM組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，許多學(xué)校開發(fā)了基于VBA和COM技術(shù)的自動批閱系統(tǒng)[6]，這類系統(tǒng)的可擴(kuò)展性較差，如果題目變了，評分的程序也須修改，而且，系統(tǒng)的運(yùn)行平臺必須安裝與開發(fā)平臺相同版本的Office軟件，否則易出現(xiàn)不兼容問題。Office2007以后的版本采用OpenXML格式。OpenXML是針對字處理軟件、電子表格和演示文稿的國際化開放標(biāo)準(zhǔn)，由于XML的高可擴(kuò)展性、超強(qiáng)標(biāo)記交互和跨平臺等能力，使得通過程序可以在不需要安裝組件的情況下，實(shí)現(xiàn)自動的讀取、修改和相關(guān)操作Office文檔變得更為便利。

微軟提供了相應(yīng)的動態(tài)類庫用于操作OpenXML格式的文件，但這種方式還不夠靈活，實(shí)際上OpenXML文件是一個壓縮文件，解壓后是一系列的XML文件，通過讀取XML文件進(jìn)行問題點(diǎn)的檢測不受庫函數(shù)的限制，具有較高的可配置性和擴(kuò)展性。

系統(tǒng)將一個實(shí)踐題目的參考答案分成多個檢查點(diǎn)，每個檢查點(diǎn)是一個（檢查表達(dá)式，錯誤提示）形式的二元組，在檢查表達(dá)式中用指令序列從XML文件中讀取相應(yīng)的內(nèi)容，檢查表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果是一個布爾值，如果該值為假，則表示當(dāng)前的檢查點(diǎn)不通過，向?qū)W習(xí)者反饋錯誤提示。

指令序列示例：

該指令序列從文件A中讀取內(nèi)容，并且用XPath查詢表達(dá)式獲取指定的節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容或?qū)傩灾担⑴c右邊的參考值進(jìn)行比較。一個檢查點(diǎn)的參考答案可能有多個，可以在檢查表達(dá)式的基礎(chǔ)上用“與”“或”表達(dá)式，自動評閱的工作流程：

⑴ 學(xué)習(xí)者通過Web方式上傳作業(yè)文件；

⑵ 系統(tǒng)檢查簽名是否正確；

⑶ 將OpenXML文件解壓縮成多個XML文件；

⑷ 根據(jù)題目加載檢查點(diǎn)；

⑸ 逐個計(jì)算各檢查點(diǎn)的檢查表達(dá)式；

⑹ 根據(jù)檢查表過式執(zhí)行結(jié)果輸出錯誤提示。

由于學(xué)生上交的作業(yè)是電子文件，抄襲變得非常容易，學(xué)生可以復(fù)制一份同學(xué)的作業(yè)上交，因此需要設(shè)計(jì)一種防抄襲的方法。數(shù)字簽名的方法可以防偽造、防篡改，但學(xué)生在答題時是需要對作業(yè)文件進(jìn)行修改的，因此數(shù)字簽名的方式不適用。本文設(shè)計(jì)了一種通過設(shè)置文檔屬性進(jìn)行簽名的方法來檢查抄襲的方法，Office的文檔都有屬性域用于描述文檔的相關(guān)信息，在學(xué)生下載作業(yè)模板文件時，生成一個隨機(jī)串作為簽名寫入文檔的備注屬性域中，并將此簽名保存，學(xué)生上交作業(yè)時，比較上交作業(yè)中的備注屬性值和事先保存的簽名即可判斷是否存在抄襲，該方法雖然不能根本上杜絕抄襲，但起到了較好的防范作用。

3.4　自主學(xué)習(xí)的激勵機(jī)制和監(jiān)管

在自主學(xué)習(xí)平臺中，學(xué)習(xí)者能否主動參與學(xué)習(xí)是一個關(guān)鍵性問題，高輟學(xué)率和低參與度的主要原因是學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中是否得到充分的激勵。馬斯洛需求層次理論中的尊重需要和自我實(shí)現(xiàn)需要表明，在學(xué)習(xí)過程中給學(xué)習(xí)者以成就感會激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)欲望。很多MOOC平臺上都設(shè)置了積分和課程證書機(jī)制，學(xué)習(xí)者在平臺上的每一次訪問和學(xué)習(xí)過程都被記錄并給予相應(yīng)的積分，課程學(xué)習(xí)結(jié)束通過考核可以獲得該課程的認(rèn)證證書，這種機(jī)制使得學(xué)習(xí)者在通過一門課程后，不斷的開啟后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，究其原因還是因?yàn)轶w會到了學(xué)習(xí)的樂趣和成就感，逐漸形成了學(xué)習(xí)的“癮”。

系統(tǒng)采用會員系統(tǒng)的累積模式計(jì)算積分，將各個模塊收集的學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行積分折算，包括簽到、視頻觀看、資源瀏覽、理論和實(shí)踐題練習(xí)、參與討論等幾個方面。簽到次數(shù)根據(jù)學(xué)生的平均簽到次數(shù)為及格分折算；視頻根據(jù)已觀看時長和視頻總時長之比折算；文檔類資料根據(jù)是否下載瀏覽計(jì)算；理論習(xí)題根據(jù)過關(guān)分?jǐn)?shù)累計(jì)計(jì)算；實(shí)踐題根據(jù)已完成的題目設(shè)置的分值進(jìn)行計(jì)算。教師可以設(shè)置各個分類所點(diǎn)的分值比例，最后折算成百分制。積分的計(jì)算結(jié)果采用每周排行榜和累計(jì)排行榜的行式進(jìn)行展示。每周積分是短期可以達(dá)到的目標(biāo)，屬于短期激勵，而累計(jì)積分是一種長期激勵。

在監(jiān)管層，系統(tǒng)對每個學(xué)生生成學(xué)習(xí)情況報告，包括視頻的完成率、文檔類資源的瀏覽數(shù)、理論題庫的通關(guān)率和實(shí)踐題庫完成率等，供教師了解學(xué)生的進(jìn)度和狀態(tài)。同時統(tǒng)計(jì)視頻的學(xué)習(xí)反饋選項(xiàng)和反芻比、題庫中各題目的正確率等數(shù)據(jù)，為資源和題庫的優(yōu)化提供依據(jù)。

4　結(jié)束語

本文描述了基于SPOC教學(xué)理念的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程自主學(xué)習(xí)平臺的實(shí)現(xiàn)，SPOC教學(xué)模式需要學(xué)生在課外積極主動的參與學(xué)習(xí)，提倡教師把重點(diǎn)放在優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的建設(shè)、為學(xué)生提供個性化輔導(dǎo)上來。系統(tǒng)在視頻和習(xí)題資源庫基礎(chǔ)上，通過引入游戲攻關(guān)式的練習(xí)方式、課程專用教學(xué)輔助軟件和基于積分的競爭激勵機(jī)制，把教師從繁重的課堂講授和作業(yè)批改任務(wù)中解放出來，讓學(xué)生體驗(yàn)自主學(xué)習(xí)和無師自通的樂趣，讓學(xué)習(xí)上“癮”。

許多學(xué)者們提出計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程不僅要教會學(xué)生計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識和操作能力，而且要著重培養(yǎng)學(xué)生的“計(jì)算思維”，避免陷入“狹義工具論”[7]。后續(xù)的工作要結(jié)合理論教學(xué)和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)置，在課程專用實(shí)訓(xùn)平臺上加入計(jì)算思維與計(jì)算文化的相關(guān)內(nèi)容，并通過軟件的仿真和實(shí)訓(xùn)，引導(dǎo)學(xué)生用計(jì)算機(jī)解決現(xiàn)實(shí)問題。

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