物聯網工程專業中“軟件語言課程”MOOC改革與實踐

張麗麗 陳莉君 舒新峰

摘 要：物聯網工程專業人才培養需要學生具備使用軟件工具開發與設計物聯網系統的能力。為了提高物聯網工程專業學生熟練使用軟件語言開發工具，解決復雜工程中軟件問題的能力，采用基于MOOC、任務驅動課程預習、按需翻轉、階梯式實踐訓練、多維管理成績評定的軟件語言課程教學改革，對兩個行政班進行了試點對比實驗。實驗結果表明進行教學改革的班級在C#語言程序設計這門課程上成績明顯高于未教學改革的班級，學生對新的教學模式認可度高，同時提高了學生的自學、語言表達、團隊合作、解決工程問題等能力。

關鍵詞：物聯網;MOOC;任務驅動;多維管理;軟件語言課程;教學改革

中圖分類號：TP391.4文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）02-0-04

0 引 言

物聯網是互聯網的延伸和拓展，將互聯網的接入終端擴展到各類傳感器和二維碼等設備，是智能感知與識別技術、普適計算、云計算、泛在網絡系統的融合應用[1]。物聯網工程專業是交叉學科專業，是多個學科的融合，即計算機科學與技術、信息與通信工程、微電子學科、檢測與自動化、儀器科學與技術[2]。物聯網工程專業培養要求具有系統掌握物聯網工程領域的基本理論和基本知識，具有構建物聯網系統的軟硬件設計和開發的初步能力的人才。

隨著計算機技術與我國各行各業的有效融合[3]，掌握一種編程語言，具備軟件編程能力已成為物聯網工程專業人才培養的一種重要能力。軟件語言課程有一些共性：比如語法繁多、概念繁多、知識的連貫性較弱，動手與實際解決問題能力需要很強。傳統軟件語言課程的教學模式多為教師集中課堂講授理論知識，實驗課完成實踐任務，成績評定由幾次考試決定，表現為學習、授課、實踐和成績評定形式單一，多數學生反應語言語法知識繁多，枯燥難以記憶，理論學懂但并不能熟練掌握編程技能，學完課程不能具備完成一個較大系統的分析設計能力，在面對一個有難度的實際問題時，不能有效地解決，所學知識及動手能力與企業需求有一定的距離。

結合多年在高校講授“C#語言程序設計”課程實際經驗，借鑒MOOC優勢，對軟件語言課程教學進行了重新梳理，采用任務驅動[4]預習+按需翻轉+梯度訓練+多維度考核的教學模式進行教學改革。改革結果表明在較少課時下，學生可以快速地具備熟練的編程能力，組隊完成系統級的軟件設計與開發，自主學習熱情得到極大提高，團隊合作、語言表達能力也有了較大提升，針對軟件問題，可以有效地進行解決。

1 MOOC與按需翻轉課堂

隨著互聯網技術的快速發展，在教學模式中出現了一個里程碑的發展—MOOC與翻轉課堂。MOOC（Massive Open Online Courses）即大型開放式網絡課程。2012年，美國的頂尖大學陸續設立網絡學習平臺，全球最大的MOOC Coursera平臺目前有一百多所大學和組織加入，在全世界范圍得到了廣泛的使用認可，中國幾乎所有的高校都加入MOOC的熱潮中，如中國大學MOOC、學堂在線，僅中國大學MOOC就有465所合作高校[5]。

MOOC是一種新型的學習和教學方法，它提供了豐富的網絡在線課程資源，以5～20 min的短視頻講解課程知識點，學生可以隨時隨地利用碎片化時間多次觀看教學視頻。目前大部分視頻中穿插問題提問，以提高學生自主學習的專注度;MOOC平臺一般提供知識點或章節配套的在線測試和互評作業功能，可以及時檢測學生知識掌握情況和培養學生應用知識解決問題的能力;MOOC具有在線討論答疑區，及時解決學生的疑問和構筑社區學習情境[6]。

MOOC具有易于使用、費用低廉、可反復學習、覆蓋的人群廣、自主學習、學習資源形式豐富的特點，因此很多學校開始了MOOC課堂的改革與實踐。MOOC教學一般與翻轉課堂結合使用，翻轉課堂即將原來教師授課學生被動聽的模式改變為學生課前自主學習MOOC平臺網絡課程資源，教師課堂上以討論和答疑形式解決學生自學過程中的難點或疑問[7-8]。翻轉課堂構建了新型的師生關系，開展以學生為中心的教學。

如果簡單的將MOOC與翻轉課堂疊加進行授課，教學效果并不理想。2017—2018年第2學期，作者使用“MOOC+翻轉課堂”模式對“C#語言程序設計”課程進行了教學改革，并對37位學生進行學習效果的問卷調查，結果表明學生對翻轉課堂并不認可，滿意率僅為37%，63%的學生認為自己不能按時認真完成課程自學預習任務，68%學生認為主動學習意識容易松懈，52%學生無法通過自學MOOC資源與翻轉課堂熟練掌握C#語言知識，51%學生無法應用所學知識解決復雜工程問題中的軟件問題。

MOOC與翻轉課堂簡單疊加的教學改革不理想的原因主要如下。

（1）學生不能很好的配合教師完成MOOC視頻課前預習任務，課堂的翻轉效果并不理想，學生課堂翻轉時回答和討論問題死氣沉沉。

（2）MOOC視頻一般是面向社會學習者，視頻內容知識點講的不夠深入，同時也無法適合不同高校對學生培養的特點。學生在學習視頻時有很多知識點理解不夠深入或者有些知識點未講解，如果課堂全部翻轉，重點難點知識學生就不能很好地掌握，從而直接導致他們的挫敗感，翻轉教學改革會得到抵觸;同時，課堂翻轉時間有限，教師苦于無法將必須補充的知識點很好的融入到翻轉課堂中。

（3）學生自我學習約束能力偏弱，需要多維度的成績考核評估辦法，進行有效地學習過程管理和成績評定。

2 軟件語言課程MOOC改革教學組織

以所講授的“C#語言程序設計”課程為例，闡述軟件語言課程的教學組織過程，“C#語言程序設計”課程32學時、16周、每周1次課，使用“中國大學MOOC”網站的

“C#程序設計”課程資源。

2.1 基于詳細任務單的任務驅動預習

在每次課的前一次課后，向學生下達下次課的預習任務單。任務單包含的要素有：本次課程主題名稱、達成目標、學習方法建議、課堂知識樹、下次課堂學習形式預告、5～10道理論預習作業、2～4道實踐上機預習作業。

（1）達成目標

詳細說明本次課需要理解、掌握、了解的知識點和能力，明確學習目標和知識掌握的程度。

（2）學習方法建議

詳細說明本次課需要預習閱讀的教材和觀看MOOC視頻的哪些章節、具體學習方法和擴展閱讀資料列表。

（3）課堂知識樹

對學生本堂課需要掌握的知識構建一棵或多棵主題知識樹，比如流程控制語句、委托、事件、Windows編程等，所謂知識樹是將主題相關重點難點知識做為樹的葉子結點，形成一棵樹，樹可以將知識點按主題進行相互關聯，形成圖的結構，方便學生理解知識及內在聯系。

（4）5～10道理論預習作業

教師精心設計10道左右預習問題，包括關于基礎、重點和難點知識問題，比例分布為：基礎50%，重點30%，難點20%。學生可以根據自學基本獲得這些問題的答案，主要培養學生針對具體問題，自我探究解決問題的能力，同時實現任務驅動下有目標的自我學習，提高預習和自學效果。

（5）2～4道實踐上機預習作業

軟件語言課程學生需要理解記憶很多語法規則，這些規則學生大部分可以通過自學MOOC視頻掌握。為了避免傳統教學中語法規則學習枯燥、遺忘率高特點，理論結合實踐，在預習任務單中布置2～4道實踐上機預習作業，分梯度布置，低梯度是驗證式上機作業。這類作業學生只需要模仿MOOC視頻程序編寫講解過程，就可以完成實踐任務。學生個人單獨完成，是知識的淺層應用;高梯度作業是團隊合作實踐題，難度較大，在多名學生團隊合作溝通基礎上，查閱一定的課外資料，解決問題，培養學生合作解決復雜工程問題的能力。

實踐上機預習作業不能太難，應基于學生自學內容的基礎上適當擴展，需具備有趣、與實際應用結合、緊扣本次課堂知識特點，其目的可以讓學生產生強烈的成就感，提高學習興趣，改善許多學生學習軟件語言課程但不會熟練編程的弊端，達到理論與實踐的有效結合。

2.2 按需翻轉的課堂教學模式

按需翻轉課堂是指課堂上不僅是學生與教師針對問題的討論和成果展示，同時教師還需對重點難點知識按學生需要進行講解和擴展。根據每講課前測試結果，講解學生自學沒有掌握好的知識點，同時根據教師授課經驗，講解本次課的重點難點知識，進行根據學生實際需要的翻轉課堂。課堂一半時間教師按需授課，一半時間與學生討論翻轉，從而可以有效改善傳統翻轉課堂中學生對知識掌握不夠深入、MOOC教學視頻很難與各學校人才培養特點保持一致的情況。

2.3 階梯式的實踐訓練[9]

根據人類學習及應用知識的特點[10]：認知→驗證→綜合應用→創新的特點，課程實踐作業分成三個階梯進行設計，淺層驗證題、適度綜合擴展題、創新綜合設計題，如圖1所示。

（1）淺層驗證題。以有趣且與實際應用關聯的驗證式作業體現，在預習任務單中布置，學生經過自學后，可以通過討論和答疑完成淺層驗證作業，培養學生自我學習、自我認知和驗證知識的能力。

（2）適度綜合擴展題。與實際應用關聯，綜合多個知識點，學生分組需要進行分析、設計、使用軟件工具解決具體實際問題，在實驗課中布置，培養學生具有知識淺層綜合應用的能力和團隊合作溝通能力。

（3）創新綜合設計題。學生組隊合作完成一個中型系統，具有實際應用價值，題目可以自定，比如進銷存管理系統、桌面提醒工具、網絡訂票系統等。工作量相當于一個小型課程設計的工作量，開學第一個課布置，需要學生根據所學知識，利用一學期課程完成系統分析、設計和實現。這是為了培養學生團隊合作、自學、文獻檢索、解決復雜工程問題的能力以及創新意識。

2.4 多維管理的成績評定機制

多維管理的成績評定機制，即采用多維（2主體，2層次，19維）管理考核制度（見表1、表2所列），約束引導學生學習行為，過程評定學生成績，著重培養學生利用計算機解決問題的能力，即提高學生的綜合能力，包括：主動學習能力、自我認知能力、知識自我構建能力、解決問題能力、語言表達能力、團隊合作能力和創新能力。通過細粒度多維管理的成績評定機制，教師對學生學習過程是可控的，最終達到教學改革的培養目標。

3 教學效果

2017—2018年第2學期選取2個行政班進行教學改革效果評估。1504班使用“基于任務驅動按需翻轉階梯實踐多維管理的MOOC教學模式”進行教學實驗，1501班使用“上課教師講+實驗課做實踐練習的傳統教學模式”進行對比教學實驗。圖2展示了1504班和1501班在“C#語言程序設計”這門課程的綜合成績對比結果。結果顯示1504班優秀和良好成績比例為52.2%，1501班僅為18.2%;1504班及格檔成績比例僅為4.4%，而1501班比例為36.4%;1504班綜合總評平均成績為82.2分，而1501班為73.3分。結果說明“基于任務驅動按需翻轉多維管理的MOOC教學模式”在軟件語言課程中教學效果良好，良好以上檔成績比例上有了大幅度提升，學生對軟件語言課程掌握情況大多數良好。

1504班28名學生在“C#語言程序設計”課程結束后，對“基于任務驅動按需翻轉階梯實踐多維管理的MOOC教學模式”滿意度進行了評價。評價采用主觀不記名問卷方式，評價項包括教學改革的核心要素：任務驅動預習、按需翻轉課堂、階梯式實踐訓練、多維管理成績評定和課程整體教學模式的滿意情況。評價選項為“滿意、較滿意、基本滿意和不滿意”四個評級進行評價，結果如圖3所示。結果表明學生對任務驅動預習、半翻轉課堂、階梯式實踐訓練、多維管理成績評定的教學改革滿意度最低為71%，是非常認可教學改革的。其中任務驅動預習和階梯式實踐訓練得到學生更加認可，課程整體教學模式滿意度為82%，結果良好，說明大部分學生是非常認可“基于任務驅動按需翻轉階梯實踐多維管理的MOOC教學模式”的教學改革。

同時，該課程結束后，對課程新教學模式對學生個人能力提升的影響做了問卷及分析，發出28份問卷，收回28份問卷，問卷結果如圖4所示。經過“基于任務驅動按需翻轉階梯實踐多維管理的MOOC教學模式”的教學改革，79%及以上學生認為新的教學模式對個人自學能力、語言表達能力、團隊合作能力、實踐動手能力和解決問題能力均有較大影響;其中自學能力、團隊合作能力影響最大，語言表達能力、實踐動手能力、解決問題能力提升效果也很明顯，說明新的教學模式對學生個人能力的提升是有積極作用。

4 結 語

信息技術快速發展的今天，軟件與硬件的結合是構筑萬物互聯的基礎。物聯網技術更是需要軟件工具與硬件進行有效結合，實現物的智能化。為了培養學生可以熟練使用軟件編程工具有效地實現硬件的智能和互聯，基于任務驅動預習、按需翻轉、階梯式實踐訓練、多維管理的成績評定教學模式，很好地使用當前流行的“MOOC+翻轉教學”模式，并根據實際教學授課效果，將全翻轉課堂改變為按需翻轉課堂，解決學生無法通過自學有效掌握重點難點知識的弊端;基于任務驅動預習使學生自主學習更加主動和有目的;階梯式實踐訓可以有效培養學生自我解決問題、團隊合作溝通、解決復雜工程問題的能力。學生具備良好的軟件編程能力，解決物聯網工程技術中硬件智能化和互聯的需求，該教學模式適合軟件語言課程，對高校其它工科專業中軟件語言課程的教學模式改革具有一定的借鑒意義。

參 考 文 獻

[1]張雅瓊，韓貝，吳敏寧.物聯網工程專業應用型人才培養研究[J].物聯網技術，2018，8（11）：109-111.

[2]王海龍，張書欽，劉衛光.物聯網人才培養研究與探索[J].計算機教育，2015（2）：12-15.

[3]國家發展和改革委員會.信息產業發展指[EB/OL].[2017-01-19].http：//www.miit.gov.cn/index.html.

[4]賀桂英.基于任務驅動和MOOC學習的開放大學教師研修模式探索與研究[J].高教探索，2016（1）：120-123.

[5]葉俊民，王敬華，李蓉，等.MOOC背景下的高校教師角色轉型[J].計算機教育，2014（9）：10-13.

[6]蘇小紅，趙玲玲，葉麟，等.基于MOOC+SPOC的混合式教學的探索與實踐[J].中國大學教學，2015（7）：60-65.

[7]何克抗.從“翻轉課堂”的本質，看“翻轉課堂”在我國的未來發展[J].電化教育研究，2014，35（7）：5-16.

[8]曾明星，周清平，蔡國民，等.基于MOOC的翻轉課堂教學模式研究[J].中國電化教育，2015（4）：102-108.

[9]劉萬偉，李暾，尹良澤，等.增量式任務驅動的面向對象程序設計教學[J].計算機工程與科學，2018，40（S1）：1-5.

[10]佚名.認知過程[EB/OL]. [2015-03-18]. https：//baike.baidu.com.