基于“MOOC+實驗輔助平臺”的面向對象程序設計教學實踐

羅榮良，吳明暉

（浙江大學城市學院 計算機與計算科學學院，浙江 杭州 310015）

0 引言

互聯網技術的快速普及，對現有高等教育的教學模式產生了較大的影響，特別是MOOC（Massive Open Online Courses，慕課）的廣泛應用，為普通應用型本科高校提高教學質量提供了很好的解決方案。筆者所在學校面向對象程序設計課程采用Java 語言作為開發語言，主要講述Java 語言基礎和面向對象設計方法。學生通過課堂學習和實踐，掌握面向對象基礎知識和基本技能，為計算機專業相關的課程打下基礎。

面向對象程序設計語言是計算機專業的核心專業基礎課，如何讓學生更好地樹立計算思維，并具備基本的程序開發能力，對學生后續課程的學習起到非常關鍵的作用。部分同學因為程序設計基礎沒有學好，導致后續一系列課程都產生了困難，部分嚴重的同學甚至不能順利地完成學業。如何能在學習程序設計階段讓每位同學都能較好地掌握基本的程序設計思維和開發能力，是一個非常值得研究和探索的課題。

1 現狀分析

以筆者所在學校計算機專業面向對象程序設計課程為例，課程在大二第一學期開設，采用2-2 的形式，每周2 節理論課加2 節實踐課共64學時。因為每個班級上課的學生較多，一般在70 人以上，如何保障每位同學都能達到課程目標，依靠傳統的教學方法進行了多次嘗試，但效果都不是很明顯。分析其原因，在理論課中教師根據事先準備好的課件在上面講解，而下面聽課的學生缺乏參與度，會造成部分自控力差的同學拿出手機，一旦拿出手機，在沒有人去制止的情況下很難停下來。教師因為要講解課程，很難分出精力去阻止這些情況的發生，導致了學習效果不明顯。教師的講課內容主要針對大部分同學，這導致部分學習好的同學感覺進度偏慢，而部分接受能力較弱的同學則感覺跟不上。特別是前面幾次課程，如果同學不能很好地跟上進度，則后面大半個學期就很難跟上課堂的節奏，甚至自我放棄。學習動力動機決定了學生的學習方向、學習態度和學習進程[1]，如何讓學生有持續的學習動力，值得教育工作者不斷地探索。

在實踐環節，因為學生人數問題，教師忙于解答學生在實驗過程中的問題，沒有時間仔細查看每位學生所編寫的代碼，有時候即使老師看一下代碼，如果不是特別仔細地分析，也難免未能及時發現程序中不完善的地方。在這種情況下，學生在編寫完成代碼后，看到運行結果正確，就認為程序真的正確了，而實際上沒有考慮周全，存在很多不夠完善的地方，而這些地方卻是程序設計中更需要關注的。另外，實驗過程中因為教師較難在課堂上及時檢查和反饋所有學生的作業情況，需要學生把作業作為附件的形式上傳到FTP 平臺，教師再下載然后一個個去批閱，找出在檢查過程中發現的問題，并給學生打分。這種檢查作業的方式使學生不能及時獲得反饋，也花費教師大量的時間，學習效果不明顯。

2 構建借助在線課堂和實驗輔助平臺教學的理念及思路

目前工業企業在大規模的采用自動化手段來提高產品的質量，并有效地提高了工人的工作效率，教學上如何提高培養學生的學習質量和學習效率也是一個值得研究的內容。互聯網技術的發展為教學效率的提升提供了技術支持，MOOC 上有很多優質教學資源可以利用，而學生又很想獲得優質教學資源，通過課程改革實踐使得兩者之間能夠很好地結合起來，如圖1 所示。只在課堂教學階段采用MOOC 資源，并未達到真正的“混合”教學的預期效果[2]。同時，在工程教育專業認證中非常強調人才培養的明確性、可衡量性，而程序設計實驗輔助平臺為程序設計課程效果的明確性和可衡量性提供了技術支撐。

在實驗過程中采用部分自動化的工具或平臺來提高檢查作業的效率，快速給學習者以反饋，讓學生知道程序中存在的問題，非常有利于提高學生的學習效率，也提高了教師檢查作業的效率。在實踐環節利用PTA（Programming Teaching Assistant，拼題A）程序設計類實驗輔助教學平臺提供的課堂測試功能和代碼評測功能，可以快速地檢驗學生掌握的情況。利用平臺的測試功能在上課開始的時候進行測試，檢驗學生MOOC 和翻轉課堂教學中學習情況。這樣做有多方面好處，首先能夠督促學生認真地學習MOOC 課程，提高學生的在線課程學習的參與深度和廣度；其次，教師可以了解大部分學生的知識點掌握情況，為課程的開展和實驗題目的選擇提供了很好的依據，還可以及時發現部分知識掌握明顯有問題的學生，及早進行干預，避免以前要到期中考試才發現問題，這時候去干預就為時已晚；最后還可以作為到課情況統計，進行課前測試后，學生上課遲到現象基本上得到制止，還能使學生很快進入上課狀態。

圖1 基于MOOC 平臺和PTA 平臺的課程教學流程

通過測試和練習結果，實時了解學生的習題完成情況，掌握學生普遍存在困難的題目，有針對性地進行講解和指導。根據實驗情況，及時調整課程進度，并設置針對性的內容在理論課上講解，也可以提出專題讓學生討論。同時測試和練習的結果作為平時的學習成績記錄在冊，做到了全過程評價。

3 采用翻轉課堂+在線測評的方式進行教學

Java 類面向對象程序設計課程作為核心專業基礎課，在MOOC 平臺上開設課程的教師比較多，有較大的選擇范圍，要找到和本單位教學任務非常匹配的高質量MOOC 也不是一件非常容易的事情，還需要對部分內容和課時進行調整、補充和裁剪。在開課前一個學期，選擇幾門MOOC 課程作為備選課程，自己作為學員親自完成課程的學習過程，深入體會課程的特點，為接下來的正式引入課程做準備。選擇課程的過程，主要通過查看課程概述、授課目標和課程大綱等，找出幾門內容較為匹配的課程，再對課程進行試聽和跟隨學習。通過比較，可以選用中國大學MOOC 平臺北京大學唐大仕老師講的國家精品課程《Java 程序設計》，選擇唐老師課程的原因主要包括課程質量非常高，能夠深入淺出地進行講解，很好地貫穿多個知識點。課程的時間進度和筆者的課程比較匹配，內容上也覆蓋了本課程教學計劃內容，并有較多拓展內容，有利于學有余力的同學拓展知識。

3.1 增加課前預習任務的理論課教學實踐

和傳統課程相比，理論課大幅增加了課前預習任務，需要學生在上課前先完成視頻的學習和MOOC 作業，準備教師布置的課前活動，課堂上也由教師講解變成了同學間的討論交流，具體的課前、課中和課后活動見表1。

在翻轉課堂開展過程中，教師不再是知識的傳播者，而更是學習活動的設計者，學生發展的評估者[3]，學習方向的引導者。表2 為“對象和類”這次課中的一小節活動表設計樣例。

3.2 采用PTA 在線測評的實踐課教學

實驗環節采用PTA 平臺，該平臺上有很多高校教師貢獻的題目，除了傳統的判斷、選擇、填空等題型，重點還支持程序填空題、函數題、編程類題目。編程類題目支持C、Java、Python等20 多種語言，還可以選擇不同版本的編譯器。教師在測試過程中還可以選擇是否限定學生所使用的語言種類。學生根據題目的要求完成代碼的編寫后，把代碼提交到教學輔助平臺上，平臺可以及時反饋完成對錯、運行時間、所耗費資源等信息，通過整體性的測試數據，為學習效果的評價提供支撐[4]。這樣學生可以很快知道代碼的正確性，改變了以前代碼完成后也不確定正確與否的狀況。實踐環節主要復習課程中的知識點，并培養學生實際設計開發能力。教師和學生在不同階段的主要任務見表3。

表1 教師和學生在理論課的任務

表2 課堂活動流程設計詳表

表3 教師和學生在實踐課的任務列表

在每次上課前，根據本周教學計劃，在PTA平臺上設置題目，一般包括客觀題和編程題。客觀題主要涉及視頻上講解的概念、翻轉課堂中討論的內容，編程作業主要包括這周需要掌握的編程知識和所需要培養的設計能力。題目來源可以是其他高校教師共享出來的題目，也可以自己編寫題目，因為有不同層次高質量的題目可以引用，對提高各類不同水平的高校起到較好的借鑒作用。

在實踐課時，一開始上課就先讓學生登陸PTA 平臺做客觀題，采用這種方式后學生遲到和缺課現象變得非常少見。在課程進行中，教師可以及時看到學生的總體編程答題情況，也可以看到學生每一次提交的程序代碼。學生通過在平臺上提交代碼，馬上就能知道自己的代碼是否存在問題，并及時進行修改完善。

通過每一次的測試和實踐環節，都可以獲取到每位同學的測試結果，并作為平時成績記錄在冊。在課程進行過程中，根據學生的答題情況及時進行指導，特別是對普遍存在的問題，馬上進行講解。

3.3 重視學習過程的期末成績評定

傳統的課程期末考試的分值占比較高，一般平時成績和期末成績為4：6，采用MOOC+PTA的形式后，更加重視學習過程，過程性的學習、測試和作業的數據更加全面，總評成績權重調整為6：4。期末總評成績按照MOOC 線上成績15%，課堂討論和展示10%，PTA 實驗輔助平臺中的課堂測試和編程實驗成績35%，期末測試成績40%的比例計算期末總評成績，因為平時的測試和PTA 上作業比例比較高，學生普遍比較重視。這種評分模式產生的新問題是個別同學存在實驗編程代碼抄襲現象，計劃在后續課程中增加題目種類，啟用代碼查重功能，加強實踐過程的監督管理等形式予以解決。

通過實施MOOC 線上線下混合教學和PTA實驗平臺實踐，學生普遍感到這門課上花費的時間要比其他課程多，實踐課變得很緊張，擔心下課前完不成任務。通過教學實踐，和同專業平行班相比，期末總體合格率和卷面成績都有較大提高，特別是能夠通過MOOC 學習并獲得證書的同學期末成績全部合格，大作業的質量也比沒有采用這種模式有明顯提高，有效地促進面向對象程序設計能力的提高，總體效果良好。

表4 試點班和其他班級期末成績比較

4 結語

通過引入MOOC，學生能夠提前學習課程基礎知識，通過翻轉課堂等形式提高學生的參與程度，使得學生的知識掌握程度更加深入，學生的專注度也有較大提高，課堂氣氛變得更加活躍。通過PTA 系統的使用，實現了程序設計過程的實時反饋、實時評價，學生開發能力得到較好鍛煉，實驗課的效果有較大幅度提高，課程總體質量有較大提高。合理利用MOOC 資源和程序設計類實驗輔助平臺，充分發揮兩者的優勢，能較大幅度提高程序設計課程的教學和學習效率，教學質量得到明顯提升，學生動手能力得到較大提高，具有較好的現實意義。