大數(shù)據(jù)背景下多元混合教學(xué)模式構(gòu)建研究

黃少年 陳榮元 李廣瓊

摘要：本文以程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)模式改革為主要研究對(duì)象，探索在“大數(shù)據(jù)”背景的各種技術(shù)前提下，如何基于目前已有的教學(xué)模式，融合多種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，構(gòu)建多元融合的混合教學(xué)模式;以加速該類課程資源的整合與優(yōu)化，促進(jìn)該類課程理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的發(fā)展，提高相關(guān)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)能力。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)行為分析;教學(xué)平臺(tái);混合教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）13-0174-03

1引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)自媒體等技術(shù)的深入發(fā)展，全球數(shù)據(jù)總量呈現(xiàn)據(jù)集爆發(fā)式增長(zhǎng)，人類社會(huì)進(jìn)入大數(shù)據(jù)加速發(fā)展時(shí)代。大數(shù)據(jù)的概念和價(jià)值理念已經(jīng)逐步被大眾所接受;教育領(lǐng)域的工作者也充分意識(shí)到大數(shù)據(jù)在教育領(lǐng)域的典型應(yīng)用和廣泛前景。目前，很多高校根據(jù)教學(xué)工作的實(shí)際需求，借鑒已有的先進(jìn)教學(xué)模式，實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)培養(yǎng)方案，積極探索多種形式的課程實(shí)踐教學(xué)改革方案，如：校企合作、MOCC、網(wǎng)上課程中心等。但由于校企合作耦合度欠佳、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)周期長(zhǎng)等問(wèn)題，以上形式的教學(xué)改革的效果還有待進(jìn)一步提高。本文針對(duì)程序設(shè)計(jì)類課程在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的種種問(wèn)題，直面理論、技術(shù)和應(yīng)用上的挑戰(zhàn)，解決如何對(duì)教學(xué)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析建模，如何構(gòu)建基于教學(xué)數(shù)據(jù)分析的多元混合教學(xué)模式，以充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又從多方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主陛等根本問(wèn)題。

2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)的許多研究者針對(duì)程序設(shè)計(jì)類課程的混合教學(xué)模式進(jìn)行了研究和探索。黎海生等分析了程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀，探討了“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革，并利用項(xiàng)目教學(xué)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，完善教學(xué)評(píng)價(jià)體系的建設(shè)。程格平等針對(duì)程序設(shè)計(jì)類課程在高校實(shí)踐教學(xué)中的現(xiàn)狀和主要問(wèn)題，采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)模式，構(gòu)建地方高校程序設(shè)計(jì)類課程的混合實(shí)踐教學(xué)模式嘲。陳建文結(jié)合目前程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)實(shí)際，從程序設(shè)計(jì)課程內(nèi)容的邏輯組織和代碼實(shí)例教學(xué)、MOOC教學(xué)與SPOC教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方面，探討如何在程序設(shè)計(jì)課程中提升當(dāng)代大學(xué)生的思維能力。更多的國(guó)內(nèi)研究者針對(duì)具體的程序設(shè)計(jì)課程，探索該門課程的教學(xué)模式改革方式。徐超等人針對(duì)“C#程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)實(shí)踐具體情況，采用“主導(dǎo)一主體”的教學(xué)思想，建設(shè)課前、課中、課后相結(jié)合的混合式教學(xué)資源學(xué)習(xí)平臺(tái)。韓道軍等針對(duì)ASP.NET、MVC、Web程序等網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)及網(wǎng)站開(kāi)發(fā)類課程，基于新建構(gòu)主義提出了一種有效的能夠?qū)χR(shí)點(diǎn)的整合創(chuàng)新的教學(xué)模式嘲。國(guó)外研究者對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式的研究起步較早。Armando Fox等提出小型私人在線課程模式（SPOC），建立伯克利軟件工程慕課課程，并跟蹤研究該教學(xué)模式下的教學(xué)效果。研究成果表明：教師在SPOC模式中起到主導(dǎo)作用，對(duì)教學(xué)效果起到明顯的促進(jìn)效果。因此，該研究認(rèn)為慕課模式是傳統(tǒng)教學(xué)模式的重要補(bǔ)充形式。PoonamKharb等在解剖學(xué)教育課程中實(shí)施混合式教學(xué)模式，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)該課程實(shí)施的混合教學(xué)模式有利于激勵(lì)學(xué)生加強(qiáng)自主學(xué)習(xí)㈣。Kate OConnor等則認(rèn)為大學(xué)慕課課程的開(kāi)展，將促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)模式的深入發(fā)展，并引領(lǐng)相關(guān)教育教學(xué)政策的變化。

綜上所述，如何改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，探索和構(gòu)建適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代背景的教學(xué)模式，尋求慕課課程在各類教學(xué)對(duì)象中的優(yōu)化發(fā)展是國(guó)內(nèi)外研究者的當(dāng)前共同的研究主題。

3基于大數(shù)據(jù)分析的混合式教學(xué)模式構(gòu)建

本文以我校開(kāi)設(shè)的程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)模式改革為主要研究對(duì)象，探索在“大數(shù)據(jù)”背景的技術(shù)前提下，如何對(duì)教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并預(yù)測(cè)教學(xué)行為;如何基于已有的多種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，構(gòu)建具備數(shù)據(jù)分析功能的混合教學(xué)平臺(tái);并在我校已開(kāi)設(shè)的程序設(shè)計(jì)類課程中進(jìn)行探索和實(shí)踐，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)分析的多元混合式教學(xué)模式，以加速該類課程資源的整合與優(yōu)化，促進(jìn)該類課程理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的發(fā)展，提高相關(guān)專業(yè)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。本文構(gòu)建的多元混合教學(xué)模式包含以下三個(gè)部分：基于教育大數(shù)據(jù)的教學(xué)行為分析模型、程序設(shè)計(jì)類課程混合教學(xué)平臺(tái)搭建、基于大數(shù)據(jù)背景的多元混合教學(xué)模型構(gòu)建。項(xiàng)目總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3.1基于教育大數(shù)據(jù)的教學(xué)行為分析模型

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的教學(xué)環(huán)境下，教學(xué)過(guò)程將產(chǎn)生大量的教學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)，如何充分利用這些教學(xué)大數(shù)據(jù)，根據(jù)學(xué)生的相關(guān)資料及學(xué)習(xí)記錄，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，是本文首先需要解決的理論問(wèn)題。鑒于目前針對(duì)程序設(shè)計(jì)類課程的相關(guān)教學(xué)數(shù)據(jù)不夠豐富，本文采用edX慕課平臺(tái)的開(kāi)放數(shù)據(jù)集edX2014進(jìn)行分析并建立學(xué)習(xí)行為分析模型。已有的學(xué)習(xí)行為記錄包括：課程代碼、課程名稱、注冊(cè)時(shí)間、開(kāi)始時(shí)間、終止時(shí)間、課程天數(shù)、注冊(cè)學(xué)生數(shù)、通過(guò)考試獲得證書學(xué)生數(shù)、通過(guò)率等記錄信息。本文選取學(xué)習(xí)者年齡、性別、教育背景、學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)事件次數(shù)、抽樣統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)次數(shù)、觀看視頻次數(shù)、學(xué)習(xí)章節(jié)數(shù)以及在學(xué)習(xí)論壇上發(fā)帖次數(shù)等作為學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)的依據(jù)，采用支撐向量機(jī)回歸算法（SVR）對(duì)學(xué)習(xí)行為進(jìn)行預(yù)測(cè)。在支撐向量機(jī)回歸算法（SvR）中，令表示學(xué)習(xí)效果，表示影響學(xué)習(xí)效果的相關(guān)評(píng)價(jià)依據(jù)，則其回歸模型可表示為：

3.2基于學(xué)習(xí)分析的混合式教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建

混合式教學(xué)理論表明：在教學(xué)過(guò)程中，要發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用;同時(shí)也要體現(xiàn)學(xué)生的主體作用，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。在混合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式中為體現(xiàn)教師對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的主導(dǎo)監(jiān)控作用，教師需要提前上傳所有相關(guān)教學(xué)資料、教學(xué)視頻及其他輔導(dǎo)資料;而學(xué)生可以根據(jù)教師給定的教學(xué)安排，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)自主完成課堂教學(xué)、課后作業(yè)及討論交流。另一方面，教師、學(xué)生在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)完成教學(xué)的過(guò)程中，將產(chǎn)生大量的教學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)。如：登錄次數(shù)、登錄時(shí)間、學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)時(shí)常、作業(yè)次數(shù)、作業(yè)時(shí)間、測(cè)試次數(shù)、測(cè)試時(shí)間、測(cè)試成績(jī)等諸多教學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)，如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、統(tǒng)計(jì)及可視化，并根據(jù)相關(guān)課程特色建立學(xué)習(xí)分析與預(yù)測(cè)模型，從而對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程及學(xué)習(xí)效果實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，為教師的動(dòng)態(tài)管理提供可視化參考，為教學(xué)管理人員提供相關(guān)的管理數(shù)據(jù)。

基于以上分析，本項(xiàng)目搭建的基于學(xué)習(xí)分析的混合式教學(xué)平臺(tái)包含以下內(nèi)容：1）教師模塊：教師功能模塊包含個(gè)人信息管理、教學(xué)資源管理、教學(xué)公告管理、教學(xué)知識(shí)點(diǎn)管理、測(cè)試題管理等部分;2）學(xué)生模塊：學(xué)生功能模塊包含個(gè)人信息管理、課程學(xué)習(xí)、在線交流、公告查看等功能;3）學(xué)習(xí)分析模塊：學(xué)習(xí)分析模塊包含學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)收集、在線交流分析、在線學(xué)習(xí)分析及學(xué)習(xí)測(cè)試分析等功能。本平臺(tái)的系統(tǒng)功能圖如圖2所示。

3.3基于數(shù)據(jù)分析的程序設(shè)計(jì)類課程混合式教學(xué)模式構(gòu)建

本文構(gòu)建的基于數(shù)據(jù)分析的混合教學(xué)模式以我校計(jì)算機(jī)大類專業(yè)的程序設(shè)計(jì)類課程（如：C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、面上對(duì)象程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法分析與設(shè)計(jì)、web程序設(shè)計(jì)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)等）為研究對(duì)象，以基于學(xué)習(xí)分析的混合式教學(xué)平臺(tái)為教學(xué)手段，以我校各類工程實(shí)踐項(xiàng)目為載體，集合課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，采用線上/線下相結(jié)合的基本教學(xué)原則，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的整合優(yōu)化、教學(xué)過(guò)程的指導(dǎo)監(jiān)督、及教學(xué)質(zhì)量的全面提高。

本項(xiàng)目通過(guò)教學(xué)數(shù)據(jù)的在線收集，采用大數(shù)據(jù)分析模型對(duì)教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、可視化呈現(xiàn)及反饋，對(duì)教師的教學(xué)過(guò)程、學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)劃及教學(xué)評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，該模式的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。本文構(gòu)建的教學(xué)模式包含以下核心內(nèi)容：

1）項(xiàng)目導(dǎo)向式混合教學(xué)模式：針對(duì)程序設(shè)計(jì)類課程的理論課程特色及實(shí)踐項(xiàng)目特色，構(gòu)建創(chuàng)客實(shí)踐項(xiàng)目、校企聯(lián)合項(xiàng)目、工程實(shí)踐項(xiàng)目、綜合實(shí)踐項(xiàng)目、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為導(dǎo)向的混合教學(xué)模式。基于已經(jīng)構(gòu)建的混合式教學(xué)平臺(tái)，開(kāi)展多種形式的線上/線下混合教學(xué)，切實(shí)提高學(xué)生的程序設(shè)計(jì)水平。

2）數(shù)據(jù)分析導(dǎo)向的多元混合評(píng)價(jià)模式：基于混合式教學(xué)平臺(tái)，實(shí)時(shí)收集平臺(tái)教學(xué)數(shù)據(jù)，并實(shí)施教師一學(xué)生雙向評(píng)價(jià)機(jī)制。基于雙向評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合平臺(tái)教學(xué)數(shù)據(jù)，建立合理的教師一學(xué)生教學(xué)評(píng)價(jià)模型，為合理跟蹤評(píng)價(jià)教學(xué)質(zhì)量建立基礎(chǔ)。

4結(jié)論

本文以我校程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)模式改革為主要研究對(duì)象，探索在“大數(shù)據(jù)”背景的技術(shù)前提下，如何對(duì)教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并預(yù)測(cè)教學(xué)行為;如何基于已有的多種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，構(gòu)建具備數(shù)據(jù)分析功能的混合教學(xué)平臺(tái);并在我校已開(kāi)設(shè)的程序設(shè)計(jì)類課程中進(jìn)行探索和實(shí)踐，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)分析的多元混合式教學(xué)模式，以加速該類課程資源的整合與優(yōu)化，促進(jìn)該類課程理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的發(fā)展，提高相關(guān)專業(yè)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。