基于数据挖掘的MOOC翻转课堂实践平台的构建

2018-06-05郑婷元

实验技术与管理 2018年5期

肖巍 , 韦军, 郑婷元

(1. 长春工业大学计算机科学与工程学院, 吉林长春 130012；2. 吉林大学教育技术中心, 吉林长春 130012)

国内许多高校将MOOC引入到实验教学中,并针对教学效果做了深入的研究[1-2],同时,许多大学也将翻转课堂的教学模式应用于实验教学环节[3-5]。程序设计类课程大多以课堂教学加上机实验的形式展开,课堂教学主要讲授程序设计语言的基本概念和基本语法,上机实验主要以演示和验证为目的,实验学时少,学生在实验课上将实验指导书的内容进行验证,缺乏主动性、创新性,以至于很多学生在学习了语言类课程后不会写程序,面对简单的实际问题无从下手,最终导致学生缺乏核心的知识结构和基本的动手能力[6]。将MOOC在线课程及翻转课堂的教学模式结合到一起改革程序设计类课程的实验课堂教学,可以提高学生分析问题、解决问题的能力以及计算思维能力[7]。

1 研究意义及价值

程序设计是每一个计算机专业的学生应具备的基本能力,也是衡量计算机专业学生是否合格的基本标准。程序设计训练能够培养学生编程方面的逻辑思维,是锻炼学生编程能力十分有效的方法。传统实验教学模式方法过于老套,基本上是采取理论课和上机课相结合,但是理论课和上机课又相对独立,教学方法停滞不前[8]。单就程序设计类语言的实验课而言,构建MOOC及翻转课堂实践平台,通过数据挖掘算法对学生进行分析,针对不同学习程度的学生进行个性化教学,可使学生能够更好地掌握相关知识点[9]。

为了让学生充分利用课堂45分钟,MOOC翻转实验教学使学生重新调整课内外时间[10],课前充分了解实验内容,将知识的巩固放在课外,课前让学生自主动手编程,使学生更充分地掌握课程内的知识点。学生根据自己的学习状况合理安排时间,将教与学的时间最大化延长[11]。课上教师根据实验课前的编程练习情况答疑解惑,避免学生有问题无法及时解答。为了更好地因材施教,通过学生课前练习反馈使用数据挖掘算法进行分析,推送不同的实验题目。学生课后对所学知识固化,将实验课上编程过程中所出现的错误及解决方案进行总结,撰写个性化实验报告[12-13]。图1 是教与学活动对比。

图1 教与学活动对比

2 MOOC翻转实验教学模型

主要针对程序设计类课程的教学特点和课程目标,采用MOOC在线课程与翻转课堂相结合的教学模式,将程序设计类上机实验课的教学过程进行变革,重新调整课内外的时间[14](见图2)。

图2 MOOC翻转实验教学模型

在实验课前,学生观看实验平台提供的学习视频,巩固课上知识点并完成基本的程序练习,根据学生的完成情况,个性化推送实验课内容,对学生存在的问题课上答疑解惑,课后总结学习过程撰写实验报告[15]。

2.1 课前自主学习

2.1.1 巩固知识点

实验课前,学生通过辅助教学网站提供MOOC视频、知识树等资源复习课上所学内容,进一步巩固知识点。其中教师将课程的知识点细化为相对较小的完整且知识点之间相互关联的小知识单元,制作为短视频供学生学习,并将各知识点组织在一起形成知识树,使学生掌握知识脉络。

2.1.2 进阶式编程

辅助教学网站为学生提供了照敲不误、代码分析、实力编程等模块。这部分模块按照先易后难的方式锻炼学生的编程能力,以经典例题和习题形成代码库,逐一练习。

(1) 照敲不误。为学生提供经典程序及相关知识点,学生通过照敲代码的方式边练边学,以便让学生了解并掌握程序设计语言的使用规则,提高学生的动手能力。

(2) 代码分析。为学生提供代码程序,提供较为详细的注解,学生根据程序内容分析出运行结果,使学生能够读懂代码。

(3) 实力编程。为学生提供编程题目,学生根据题目描述编程求解实际问题,实验平台内嵌实时评判系统,评判程序正误,切实锻炼学生的编程能力。

2.1.3 个性化推送

教师根据学生课前学习情况,使用数据挖掘中的K-Means算法对学生所学内容进行分析,根据分析结果为不同程度的学生推送不同的实验题目,在课上有针对性地指导答疑。

2.2 课堂活动

学生带着问题进课堂,教师根据学生所提出的问题答疑解惑。课堂上,教师根据为学生提供的个性化实验题目指导学生进行实验,编程能力强的学生适当增加题目难度,编程能力弱的学生提供简单题目以能够掌握基本知识为主。

2.3 课后固化

实验课后,学生能够以视频、ppt、音频等多元化的形式展示自己的成果,教师引导学生对于所做实验的过程、方法进行研讨,使学生掌握所学知识。

3 创新点

(1) 进阶式控制。实验前3天检查预习情况。学生需要按照逐级递进的方式进行学习，只有前一阶段的任务完成了,才能进行下一阶段的学习。

(2) 考查课内外学习情况,教师可控可把握可考核。学生能够自由支配学习时间,教师可以随时掌握学生学习进度、学习情况以及控制实验内容的难易程度,并结合学生课上课下的学习给予相应的成绩。

(3) 数据分析,个性化实验内容。根据学生与实验平台之间的交互信息,教师可以跟踪学生学习的行为数据、练习数据等,对所获得的数据使用数据挖掘算法进行分析,了解学生课上学习时存在的疑问和盲点,为学生“量身定制”个性化的实验任务,为翻转课堂提供可靠依据。

(4) 基于数据挖掘的 MOOC翻转课堂实践平台。MOOC翻转课堂实践平台具有MOOC视频的学习功能、相关书籍的在线阅读功能、在线编程自动评判功能,使用K-Means算法对学生的学习数据进行分析,通过图形展现与表格描述让教师更直观地了解学生的学习状态。基于数据挖掘的MOOC翻转课堂实践平台担任了教师的助手。

4 教学效果

4.1 实验模式

实验对象为本校大三软件工程专业学生,该实验采取对照的方式进行,共有2个班级,实验一班与实验二班均为43人,符合对照实验的条件,实验课程为Java上机实验。实验一班采用MOOC 的翻转实验课堂教学方式,学生在实验课前通过MOOC平台观看教学视频等学习资源,巩固理论课上所学内容,完成基本的程序练习,根据学生的完成情况,个性化推送实验课内容,课上根据学生存在的问题答疑解惑,课后总结学习过程撰写实验报告；实验二班则按照传统实验课教学方法,课上发放统一的实验指导书完成实验,课后撰写提交实验报告。2个月后对2个实验班级学生动手编程能力进行测试对比。

4.2 成绩对比

将实验一班和实验二班的学生成绩按照等级统一划分为5个分数段,分别为优秀、良好、中等、及格、不及格。一班和二班成绩分布对比见图3。

图3 成绩对比图

根据2个月的实验教学对比,实验一班的编程能力测试结果明显好于实验二班。

4.3 教学意见反馈

在课程结束后,向实验一班的43名学生发放了教学意见反馈问卷,征询学生对于此教学模式的意见以及满意程度。有35名学生表示MOOC翻转实验课堂教学模式能够帮助他们更好地完成上机实验,有8名学生表示这种教学模式课前的预习内容过于繁重。

5 结语

将MOOC在线课程与翻转实验课堂的教学模式结合在一起的新型教学模式,更加适合大学生对于程序设计方面的需求。对于实验效果来讲,学生通过反复观看视频巩固理论知识,通过照敲不误、代码分析、实力编程的进阶式编程锻炼动手能力。通过将学生的学习数据使用数据挖掘算法进行分析,使学生在课堂中与教师的互动性更高,达到了良好的实验效果。

参考文献(References)

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[3] 杨九民,邵明杰,黄磊. 基于微视频资源的翻转课堂在实验教学中的应用研究:“现代教育技术”实验课程为例[J]. 现代教育技术,2013,23(10):36-40.

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[10] 赵兴龙. 翻转课堂中知识内化过程及教学模式设计[J]. 现代远程教育研究,2014(2):55-61.

[11] 苏仰娜,黄映玲. 基于交互式实验模拟软件的翻转课堂模式设计与应用:以“虚拟多媒体教学系统”为例[J]. 中国电化教育,2015(10):60-67.