基于SPOC和多媒体网络教室的计算机软件类课程实验教学

张冬慧, 朱小明

(1. 北京信息科技大学 计算中心, 北京 100192；2. 北京师范大学 信息科学与技术学院,北京 100875)

基于SPOC和多媒体网络教室的计算机软件类课程实验教学

张冬慧1, 朱小明2

(1. 北京信息科技大学 计算中心, 北京 100192；2. 北京师范大学 信息科学与技术学院,北京 100875)

为了激发学生的学习兴趣,提升整体实验教学水平,进行了实验教学模式和教学手段的改革,提出一种一般化的基于SPOC和多媒体教室的计算机软件类课程实验教学模式, 充分利用SPOC课程平台实现实验课堂的时空延伸,利用多媒体网络教室实现实验教学的精讲、高效和互动,将网络自主学习模式和多媒体教学有机相结合。

SPOC； 多媒体网络教室； 计算机软件类课程

计算机软件类课程的实验教学和实验操作基本上在计算机实验室完成,本文针对在机房环境进行实验课、基于多媒体网络教室进行理论教学、以计算机操作练习为主要学习内容的实验教学过程,进行了深入的研究、实践与创新,在前人研究的基础[1-9]之上，提出了一种一般化的基于SPOC和多媒体教室的计算机类课程实验教学模式, 将网络自主学习模式和多媒体教学有机地结合在一起。

1 计算机软件类课程实验教学现状

计算机软件类课程根据其教学内容可分为3类[10]:应用软件类、程序设计类和计算机原理类，兼有理论学习和操作实践环节。计算机软件类实验根据实验项目的性质大体可分为验证性实验、综合性实验、设计性实验[11]；根据实验项目的内容,大体可分为操作性实验和创新性实验。

应用于实验课的教学模式基本有3类:案例教学法、任务驱动式教学法、计算机支持的合作学习教学模式。随着教育理念和信息技术的不断发展,实验教学模式也与时俱进地发展着,出现了模块化、网络化的实验教学法,以及情境模拟法、启示教学法、发散性思维法、兴趣教学法等。

目前高校计算机软件类课程的实验教学流程,基本上是播放PPT讲授实验相关的理论知识点、在计算机实验室完成实验课教学,在规定的教学时间内完成既定实验任务。现有实验教学存在以下不足:

(1) 实验内容丰富,而实验课时少,使得教学进度过快、实验效果得不到保证。随着计算机技术的发展和应用的普及,计算机软件类课程的知识点越来越多,实验内容越来越丰富,比如计算机基础知识、计算思维与算法、操作系统、办公软件、多媒体基础应用、程序设计语言基础、网页制作、计算机网络基础、数据库应用等。而随着大学教育往专业化应用型发展,总体教学规划是压缩课程的教学学时,相应地大大压缩了实验课课时。在实验内容多而课时少的矛盾中,实验指导教师只能加快教学进度,直接影响了实验课质量。

(2) 验证性实验多,设计性、创新性实验少,不利于学生的个性发展和创新能力培养。受到师资和计算机实验室条件限制,实验教学一般以班级为单位集中实施,采用相同的实验教学进度、实验时数、实验要求来组织学生进行验证性实验。由于学生知识结构、实验技能不同、实验设计思路不同,设计性实验需要教师从实验内容、实验目标、实验步骤等多方面做深入的研究和设计,而在目前传统的实验教学模式下,学生在课堂规定时间内完成设计性和创新性实验的难度也比较大,因此目前高校中验证性实验多而设计性实验少,阻碍了不同层次学生的主观能动性的发挥。

(3) 实验教学形式单一,实验内容和实际应用脱节,学生不重视实验课、对实验课不感兴趣。传统的实验教学形式是教师集中讲授实验原理、实验步骤,学生被动地接受知识,机械地按照实验指导书操作。由于实验内容和实际应用脱节、实验课时少，造成学生遇见问题得不到教师及时指导等问题,使得学生越来越对实验课不感兴趣,导致很多学生为了完成实验作业,直接拷贝同学的实验结果和实验报告。

2 SPOC概述和多媒体网络教室介绍

SPOC(small private online course,小规模限制性在线课程)是一种结合了课堂教学与在线教学的混合学习模式,是基于混合式学习理念、对小规模特定对象群体开放的一类交互式网络课程,其教学内容、教学组织、教学对象、教学方法、教学评价等与传统面授教学表现出不同的特点和优势。SPOC重新定义了教师的作用,创新了教学模式,让教师更多地回归校园,回归小型在线课堂。课前,教师是课程资源的学习者和整合者；课堂上,教师是指导者和促进者,组织学生分组研讨,随时提供个别化指导,共同解决遇到的难题。SPOC创新了课堂教学模式,激发了教师的教学热情和课堂活力。通过MOOC平台结合各校课程特色、要求定制出适合的SPOC课程,便于各校教师顺利开展展示教学课件、布置实验任务、提供教学资源、与学生互动答疑和辅导等教学环节,这样的SPOC课程既适合各校特点、要求，有统筹有定制,与课堂教学相辅相成,又便于操作实现,是一种很好的网络辅助教学模式。

多媒体网络教室是指在普通计算机机房安装多媒体教学系统,通过网络实现教师机和学生机互动式教学的教室形态,大体包括2部分功能：教学功能和管理功能。

(1) 教学功能。教师利用广播功能可以将教师屏幕上的内容,包括教学课件、视频、操作过程等,展现在学生的屏幕上,也能够将某位学生的屏幕内容和操作过程广播到其他学生屏幕上,同时教师可以进行点评。还具有远程命令、收取作业、电子抢答等功能,辅助教师开展更丰富的教学活动。

(2) 管理功能。教师可以通过群组管理的方法对学生分组,从而实现个性化的教学；电子点名功能,使得教师方便地统计学生登录情况；锁定学生屏幕功能则能够将学生机的键盘、鼠标等锁死,使学生无法操作,能专心听课；多屏查看功能,则能够同时在教师的屏幕上展现出多个学生机的屏幕,了解学生实验操作的内容和进度。

3 基于SPOC和多媒体网络教室的实验教学

在“计算机基础”和“VB程序设计”课程的实验教学过程中，对基于SPOC和多媒体网络教室的实验教学模式进行了研究和实践,即在教学中采用了学生课堂外在线预习SPOC课程的实验内容、课堂上多媒体网络教室面授实验教学、加入虚拟实验等信息化手段等多种教学形式,比较好地解决了传统实验教学模式存在的问题,取得了良好的实验教学效果。

3.1 基于SPOC+多媒体网络教室的实验教学流程

计算机软件类课程是理论和实践并重的课程,很多知识点必须通过大量的实践操作和练习才能掌握,因此实验教学显得尤为重要。利用信息技术来营造新的教学环境,设计了基于SPOC和多媒体网络教室的实验教学流程(如图1所示):教师在SPOC平台设置实验任务→学生按照实验任务设计实验步骤、撰写实验预习报告→实验课堂上教师利用多媒体网络教室集中分析实验任务及实验注意事项→学生完成实验内容→学生在SPOC平台上提交实验程序代码文档或实验数据文档和实验报告。

图1 基于SPOC和多媒体网络教室的计算机软件类课程的实验教学流程

(1) 线上实验准备。教师基于SPOC课程平台进行实验任务设计,以视频、课件、素材文件等形式呈现相关知识点、做实验安排等；学生参与到SPOC课程了解实验安排、预习实验内容,查阅相关资料、写预习实验报告等。

(2) 课堂实验操作。在课堂教学中,教师充分利用多媒体网络教室的教学系统进行教学,有效利用课堂有限的时间精讲实验中的重点和难点内容,和学生一起进行实验任务分解、规划实验的大体步骤,并实时播放、演示重点的操作过程,使教学更生动、直观,扩大学生的知识面和信息量,加快授课速度。然后让学生同步练习,讨论设计实验方案、画出实验流程图,最终上机实践操作、获取实验数据和结果。

(3) 线上实验总结。学生整理实验数据、撰写实验报告,将完成的实验结果和实验报告上传到SPOC课程中。教师对实验结果和情况进行总结和分析,梳理出学生掌握的知识点和实验存在的问题,拓展出更宽范围和更深层次的设计方案,利用SPOC课程的论坛栏目和学生进行更加深入的探讨。

在教师的安排和引导下,学生通过SPOC课程以自主学习或协作学习方式进行实验课前预习和实验课后总结,强化对实验内容的理解和掌握；在实验课堂上,多媒体网络教学系统的各项教学功能渗透到课堂实验教学的各个环节,非常好地满足教师和学生教与学的需求,取得好的教学效果。

3.2 利用SPOC课程平台实现实验课堂的时空延伸

目前国内很多高校,如清华大学、北京理工大学等开始逐渐尝试探索将SPOC应用于教学的模式与方法,并取得了成功的经验。实践表明SPOC应用于高校教学能有效扩展课堂教学的时间和空间、丰富教学资源和手段、改善学生的学习体验、提高学习效果。基于中国大学MOOC平台、依托北京理工大学的MOOC源课程、根据实际情况和具体的实验教学要求,建立了同步于源课程的专属SPOC课程,构建了“计算机基础”课程的教学环境,进行了基于SPOC的实验教学模式初探与实践,探究和总结了将SPOC模式应用于计算机软件类课程的实验教学模式和实施方案。

(1) 课程管理与栏目建设。课程创建人(一般是主讲教师)负责本门课程的管理。课程管理功能包括课程基本信息维护、教师信息维护、学生信息维护等。网站栏目包括公告、评分标准、课件、测试与作业、考试、讨论区、虚拟实验、百家视点。栏目下的所有内容同步于源课程,可以共享北京理工大学的优秀课件和教学视频、虚拟实验,同时开课教师可以在这些栏目中添加适合本校学生特点的教学内容、实验任务等。完成课程管理与栏目建设后,学生通过注册、选修这门课来登录课程,浏览课程的所有教学内容。

(2) 教学设计与资源管理。课程管理教师可以以“每次实验”为单位组织实验教学设计,将实验任务、实验目的、相关知识文档和视频、学习资源链接网站地址等信息上传到不同的单元,利用每个单元的“添加资源”功能完成实验教学步骤和设计的实现。可以布置小练习,让学生在线答题。

(3) 作业与讨论。课程平台中的“测试与作业”栏目可以实现在线测试和接收学生实验数据文档、实验报告等。课程教师可以查看学生作业、给作业打分、写评语,使用“成绩”菜单查看和统计学生成绩。平台的“讨论区”栏目下设“老师答疑区”“课堂交流区”“综合讨论区”,分别交流关于实验任务、课程建设、实施方案、实验心得和经验等,让教师和学生参与到各种主题的讨论中。教师可以进行回复评论、顶踩、关注等操作,还可以统计回复数、投票数等,方便深入了解学生对实验内容及相关问题的反馈。

SPOC课程平台的构建使学生的学习不再单纯依靠课堂教学,还可在课前、课后进行自主学习,做到实验课前预习、实验课后总结,这样能够更好地提升学生自主学习能力、自我思考能力。基于SPOC的实验教学模式,扩展了课堂的时空,提升了课外教学水平。

3.3 利用多媒体网络教室实现教学效果最优化

实验教学中课堂讲授实验原理和相关知识点是非常重要的教学环节。为了提高课堂实验教学质量取得更好的教学效果,除了在教学设计、备课环节多下工夫以外,充分利用实验环境的多媒体网络教学系统也很重要。从多媒体网络教学系统的软件使用、教学PPT设计、教学过程设计等角度深入研究,探索更好的基于多媒体网络教室的实验教学模式:

(1) 教师讲解演示模式。这种模式是利用多媒体网络教学系统的“教师演示”功能,将教师机的屏幕图像画面实时、同步广播给全体学生、小组学生或单个学生,进行知识点讲授、实验操作演示等教学活动,并同时提供电子教鞭、电子黑板/白板等功能。教师可以在自己的屏幕上移动“教鞭”,引导学生观看重点的教学内容,学生独立观看各自的电脑屏幕,清晰而生动。

(2) 学生自主学习模式。这种模式是学生在实验课时实现自主学习的模式。学生在观看完教师的讲解和实验操作演示后,马上上机操作,进入自主学习和实验模式。教师可以利用 “文件传输”“提交作业”等功能,设立一些与实验内容相关的、适合学生解决的问题,通过教师机发布给学生,引导学生进行思考和操作。还可以利用“学生示范”功能,指定任意一个学生对其他的一组学生进行示范操作,让学生之间也可以进行相互交流和学习。

(3) 随堂小测验模式。这种模式是利用多媒体网络教学系统的“网络考试”功能,实现实验课堂上的无纸化随堂考试。教师可以高效而方便地完成制作试卷、管理试卷、分发试卷、学生答卷、自动阅卷、成绩查询、答卷查询等功能。这种教学模式既达到了培训学生解决问题的能力,又让实验指导教师及时了解学生对知识点的掌握情况,便于调整理论教学部分的教学任务和教学设计。

充分利用多媒体网络教学系统进行实验课的知识点教学和实验原理及步骤教学,可实现讲授和让学生上机实际操作相结合、课堂纪律和授课进度都控制得非常好的教学效果,选择合适的模式、有效地组合各种模式进行实验教学,追求达到课堂上实验教学效果的最优化。

3.4 改革实验教学模式和教学手段

实验教学的参与主体是教师和学生,教师有激情教、学生有兴趣学,会大大提升整体实验教学水平。改革实验教学模式和手段(见图2)、实现多元化评价和互评机制，对于提高学生学习的主动性和持续性具有积极的促进作用。

图2 改革实验教学模式和手段示意图

(1) 分层教学和个别化管理。计算机软件类课程的实验内容难度相差很大,例如编程实验,简单的实验只需编写几行代码,复杂的编程题需要编写几十行甚至几百行、上千行代码。针对学生对基础知识点掌握程度不同、编程能力不同、兴趣不同、对编程能力的需求不同,教师可以设计不同难度的实验发布于SPOC课程平台上,供学生选择；在多媒体网络教室指导实验时,可以根据SPOC平台上学生的选择和反馈、课堂提问及实验实施情况,进行个别辅导和讲授,实现分层教学和个别化管理,发挥教师和学生的学习能动性。

(2) 及时反馈和关注。在多媒体教室进行面对面实验教学时,可以借助网络教学系统将学生分组,及时回答学生的提问和演示案例,还可以将优秀学生的实验结果和实验过程播放给同组成员,形成课堂即时反馈机制。SPOC平台的即时评价功能,能及时反馈学生在课外学习过程中碰到的问题和困难。在线上和线下及时关注学生,促进学习积极性。

(3) 多元化评价和互评。对于SPOC平台上学生的选做实验、提交的实验预习报告和实验后的总结报告,教师给出及时合理的确认和打分,是评价方式之一；实验时,教师对学生面对面的鼓励和表扬,或对学生的实验设计给出建议和指导,是另一种评价方式；SPOC平台和网络教学系统都有学生互评功能,可以形成同伴互评机制。多元化的评价和互评,发挥教师的指导作用,激发学生学习兴趣。

改革实验教学模式和手段,基于SPOC和多媒体网络教室实施实验教学,充分学习并利用好网络工具,能有效地提高实验教学水平、提升学生的学习积极性、改善整体实验教学效果。

4 结语

探索了基于SPOC和多媒体网络教室的计算机软件类实验教学的方式、特点和优势以及具体实施方法等,将课堂教学与网络学习有机结合、相互补充、相互促进,可以全面培养学生的上机动手能力、分析问题及解决问题能力、自主学习与协作学习的能力。2016年秋季学期全面上线了依托北京理工大学的MOOC源课程建立的同步于源课程的专属SPOC课程,学生普遍反映通过SPOC课程这样的窗口接触到了计算机软件方面的最新技术和开发方法,拓宽了知识面,课程视频的知识点丰富、讲解清晰,是非常高效的信息传递方式,对于优秀的学生可以获得更多更深的知识,对于基础稍差的学生可以用业余时间多练习追赶上去。

References)

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[3] 陈然,杨成.SPOC混合学习模式设计研究[J].中国远程教育,2015(5):42-47,67.

[4] 贺斌,曹阳.SPOC:基于MOOC的教学流程创新[J].中国电化教育,2015(3):22-29.

[5] 王峥,苏小红.MOOC+SPOC混合式教学研究[J].计算机教育,2011(1):91-94,98.

[6] 吕红,吕海燕,周立军,等.基于MOOC的以计算思维为导向的大学计算机实验教学改革研究[J].自动化技术与应用,2016,35(12):37-42.

[7] 苏群,张宝瑛,徐晓新,等.计算机实验室上网行为管理[J].实验技术与管理,2016,33(11):247-245.

[8] 刘钧.浅谈高校公共机房常用电子教室软件[J].黑龙江科技信息,2013(33):136.

[9] 曹元峰.“电子教室”在计算机教学中的应用[J].长春教育学院学报,2011(12):91-92.

[10] 郭喜春.高校计算机程序设计类课程实验教学模式研究[D].呼和浩特:内蒙古师范大学,2011.

[11] 赵建华.本科教学实验分类[J].中国大学教学,2012(1):71-73.

Experimental teaching of computer software courses based on SPOC and multimedia network classroom

Zhang Donghui1, Zhu Xiaoming2

(1. Computing Center, Beijing Information Science and Technology University, Beijing 100192, China;2. College of Information Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)

In order to stimulate students’ interest in learning, and improve the experimental teaching level, the reform on the experimental teaching mode and teaching means is carried out, and a general mode of the experimental teaching of the computer software courses based on SPOC and the multimedia classroom is proposed. The space-time extension of the experimental class is realized with the SPOC curriculum platform. The multimedia network classroom is used to achieve the precise, efficient and interactive experimental teaching, and the network self-learning mode and multimedia teaching are organically combined.

SPOC; multimedia network classroom; computer software courses

10.16791/j.cnki.sjg.2017.08.049

2017-03-27

全国教育科学规划课题一般项目 “青少年科技创新能力的培养研究”(BCA150050)

张冬慧(1969—),女,湖南,博士,实验师,主要研究方向为计算机教育应用

朱小明(1959—),男,北京,硕士,教授级高级工程师,主要研究方向为计算机网络.E-mail：zhuxm@bnu.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2017)08-0195-04