兼顾课堂与课后的“云计算”课程教学探索

丁晓进 朱晓荣

(1.南京邮电大学 物联网学院， 南京 210003)(2.南京邮电大学 通信与信息工程学院， 南京 210003)

“云计算”作为“操作系统原理”“数据库系统原理”“Linux编程”等课程的后续课程，一定程度上，学生牢固掌握云计算知识点对其此后能够更好开展工作和研究有着重要的意义[1]。“云计算”课程具有基础知识要求高(资源管理与调度、虚拟存储、编程等)、专业知识点多(分布式数据处理、分布式锁服务、虚拟化等)、算法难理解(PAXOS算法、一致性Hash算法、Gossip协议等)、实验操作复杂(虚拟机安装与配置、JDK和Hadoop安装、MapReduce操作等)等方面的特点，这些特点在某种程度上也加大了教师的讲解难度和学生的学习难度。

“云计算”课程作为跨专业大类课程，受到全校不同专业学生的广泛欢迎。从学生选课角度而言，学生间基础差异大、对理论知识与实验操作感兴趣程度也有差异、能够投入的学习时间亦不同，这就对该课程的教学提出了更高的要求。 “云计算”课程的教学方法已得到许多专家和学者的关注[2-5]。以往学生课后学习时主要依赖课本，方式相对较单一，不仅难以很好激发学生的学习兴趣，学生也不能及时跟教师进行交流。为改善学生的学习体验和充分调动其学习兴趣，国内学者提出可结合信息化技术，让学生借助教学服务系统进行课后自主学习的建议[6-8]。

为兼顾学生课堂和课后学习的实际需求，需针对性分析当前教与学中存在的难点，综合课堂和课后教与学的优势，探索课堂和课后结合的教学模式。

1 面临的教学问题

“云计算”课程作为全校跨专业大类课程，既有网络工程和物联网工程等专业相关的学生选课，又有电子科学技术和市场营销等非相关专业的学生选课；同一班级内的学生，既有计算机专业基础好的，也有计算机专业基础相对不足的。“云计算”课程的教学活动需要紧紧结合学生的特点来开展，但由于学生基础差异大和课堂授课时间有限，导致在实际教学活动中，能同时满足不同专业基础的学生需求存在较大的难度。

针对专业基础较好和专业基础相对不足的学生，如果课堂教学活动偏向专业基础好的学生，则会导致专业基础相对不足的学生难以掌握授课内容知识点，进一步会使得这些学生对课程丧失学习的兴趣和动力。例如：PAXOS算法的5个约束条件(P1、P2、P2a、P2b、P2c)都有其具体意义和相应的不完备性，这5个约束条件间也存在紧密内在联系，甚至P2a和P1间还存在的一定的“矛盾”，专业基础好的学生可以在相对有限的时间内学完这些专业知识，但专业基础相对不足的学生就需要花费较多的时间进行学习，但实际的课堂教学活动花费的课时并不允许延长。此外，如果课堂教学活动偏向专业基础相对不足的学生，课堂教学进度缓慢或只介绍一些基础知识点，专业基础好的学生就会觉得授课内容没有吸引力，亦会减弱他们的学习兴趣。再例如，讲解微软云计算AZURE时只介绍“计算服务、存储服务、Fabric控制器、内容分发网络”等概念，未深入讲解具体内涵。在这种情况下，专业基础好的学生会觉得太简单，导致不太愿意认真学习这部分内容。

因此，在“云计算”课程中，为激发不同专业基础学生的学习兴趣，并使得学生能够牢固掌握专业知识，如何兼顾不同专业基础的学生的学习需求，就成为一个值得教学探索的问题。

2 教学探索

“课堂统一教学、课后自主学习、综合考查”的教学方法可在克服课堂授课时间有限的同时，还能有效兼顾不同专业基础学生的实际学习需求。

2.1 课堂统一教学，教授基础理论知识

“为人师表，教书育人”，课堂是教师开展教书育人工作的重要场所，在教学活动中起着非常重要的作用。授课内容面向所有选课的学生，主要包括：大数据与云计算的概念、Google文件系统GFS、分布式数据处理MapReduce、分布式锁服务Chubby、分布式结构化数据表BigTable、Amazon云计算服务AWS、Hadoop开源云架构、虚拟化技术等。如何在课堂的有限时间内运用教学技巧让学生掌握知识重点和难点，显得至关重要。在实际教学过程中，以下措施可取得良好的效果。

1)循序渐进

云计算中的算法往往直接从文字描述中难以理解其实际含义，导致学生觉得晦涩难懂。例如，PaxOS算法中包含Proposer、Acceptors、Learners三种“角色”，且同一“角色”还会同时有多个选择，还需要从这多个选择中选择一个。为此，在教学过程中需要从最简单的案例开始讲解(即只有一个Acceptor的情况)，然后通过引导当只有一个Acceptor时的问题，引入多个Acceptor时的情形，然后再循序渐进讲解多个Acceptor对应的解决方案。通过这样分步骤讲解能够活跃课堂学习氛围的同时，使得枯燥的知识点变得易懂。

2)配合动画

云计算的一些机制往往包含多个具体步骤，不同步骤间又有紧密的联系，使得学生难以理解多个步骤的交互与迁移。为让学生清晰理解，配合动画来展示每一个步骤的运行过程就显得尤其重要。例如，在经典的MapReduce实现机制中，包含分割、指派、读取、本地写入、远程读取、写入等步骤，动画通过直观生动展示，可以让学生清晰了解每个步骤的运行结果，加深学生对该机制整体和具体步骤的认识。

3)归纳难点

云计算中有很多概念，同一概念往往也会涉及多个方面，学生不易理解。例如，大数据“数据量大、多样、快速、价值密度低、复杂度高”的特征，学生往往对后面两个特征不太理解，将这些特征归纳后的具体情况如图1所示。这样教师课堂授课时就可以更加有针对性，加强后面两个特征的讲解。此外，学生在课后自主学习时学习目标可以更加明确。

图1 我校学生对大数据特征的掌握情况

2.2 课后自主学习，理论学习与实验相结合

“迷时师度，悟时自度”，学生需要在教师课堂授课的基础上，投入时间和精力在课后进行学习，充分发挥第二课堂的作用。如何激发学生的自主学习动力就显得至关重要。如果让学生在课后只是完成几道理论题目或者对着课本进行学习，难以提升学生的学习兴趣。因此，根据实际情况，让学生在课后将理论学习和上机实验相结合，是有益的举措。

1)课后理论学习

考虑传统课后难以让学生和教师间及时进行沟通，且教材看起来也比较单调和枯燥。结合当前热门的信息技术，本文利用微信小程序设计一套能够方便学生自主学习的“云计算教学服务系统”。教师可以将课件内容、课后习题和测试卷上传到所开发的教学服务系统，其如图2所示。学生可根据自身课堂学习情况，利用课后时间在所开发的“云计算教学服务系统”中进行自主学习，可学习的素材种类多样，包括教材、教师授课讲义、专业知识讲解小视频等，还可以通过配套习题库进行练习。学生提交完成的习题后，系统能够自动通知教师，且教师批改后系统会自动生成错题记录。教师可以从所有学生的答题中归纳出共性问题，便于课堂再针对性讲解的同时，也可以让学生就错题进行再学习，提升教师与学生间的沟通效率。此外，系统还会根据学生的学习时长、答题情况等生成积分和生成排行榜，并且允许将排行榜分享到朋友圈，有助于学生之间互相交流的同时，有效地激发学生学习的兴趣。

图2 云计算教学服务系统框图

2)课后上机实验

学生在理论学习知识的同时，可通过上机实验加深对云计算相关理论知识的理解，加深对IaaS、PaaS、SaaS三个层次的认识，加强对云计算平台、并行编程模式、海量数据分布处理技术、虚拟化技术等核心技术的学习。实验不仅能够激发学生的学习动力，还可以培养学生理论联系实际、综合运用所学知识解决实际问题的能力。另外，还鼓励学生参加“互联网+”大学生创新创业大赛、挑战杯、大学生程序设计大赛等，将学与赛结合起来，提升学习兴趣。

2.3 综合考查，发挥学生长处

“十个指头有长短，荷花出水有高低”，每个学生尽管对知识点的掌握程度有差异，但也会有他们自己的优势。因此，最终只采用一张试卷来考查学生显然是不合理的。如此考查不仅难以反映学生平时实际学习投入程度，也无法全面考查学生的能力，这会严重影响学生学习的积极性，打击学生学习的兴趣。在综合考查中，考查包括平时和期末两部分，具体描述如下：

(1)平时考查将拓展原先考查项目，拓展后的考查项目分为课堂考勤、平时作业、自主学习知识点数、自主学习时长、实验、问题反馈等，且优化平时考查项目权重，加大后面几项在平时考查成绩中的占比。这种考查方式一方面可以激发基础好的学生学习的兴趣，让他们学习更多难掌握的难点，提高实践能力；另一方面也能够提升基础相对不足学生的学习动力，不仅使得这部分学生勇于学习，还能够促进他们跟教师加强沟通。

(2)期末考查包括必做题和选做题，其中：必做题考查学生对基础理论知识的掌握程度；选做题包括多个选项，让学生从中挑选出某一选项后完成一篇调研报告。这类试题不仅促进学生掌握必须掌握的知识点，还能够启发学生“不死读书，不读死书”的意识，培养学生做研究的能力。

综上所述，“课堂统一教学、课后自主学习、综合考查”让学生在课堂学习云计算专业知识的同时，辅以在所开发的“云计算教学服务系统”上，让学生在课后学习自己未掌握或比较感兴趣的知识点，结合实验加深学生对知识点的掌握，并在期末考查中发挥自身特长，从而有效地激发学生学习的兴趣和提升教学效果。

3 教学效果

为评估所提方法的实际效果，笔者对学生的学习兴趣、学习过程、学习效果等进行了问卷调查和分析。被调查的对象一共184人，其中物联网工程专业91人，市场营销专业93人。两个专业的学生计算机专业基础情况为：物联网工程专业的学生专业基础情况要比市场营销专业的情况好，且同一专业内学生间的基础也有明显的差异。需要指出的是，市场营销专业班级内也有部分学生选修或自学了计算机专业的相关专业课程，具有较好的专业基础。

为评估学生对所提教学方法的满意度，图3从课堂、课后、考查等方面将本文方法与传统方法进行了对比，其中传统方法是指课堂统一讲授-课后统一作业-统一考试，不区分不同基础学生的学习需求。从图3可以看出：学生在课堂教学的满意度方面基本接近，所提方法稍好，这是由于所提方法会把学生在课后学习时遇到的共性问题在课堂再统一讲解；学生在课后自主学习的满足度方面，所提方法要优于传统方法，这是由于所提方法结合开发的“云计算教学服务系统”方便学生在课后进行学习，并鼓励学生通过实验深入理解知识点；在考查的满意度方面，学生对所提教学方法的评价更高，期望在考查中能够结合课后学习情况，并能够体现不同基础学生的需求，做到综合评价。

图3 传统教学方法和所提方法学生满意度对比

最后，对本文方法的教学效果进行了评估，并以传统方法作为对比，具体从学习兴趣和不及格率等方面展开，如图4所示。

图4 传统教学方法和所提方法教学效果对比

从图4可以看出：相比于传统教学方法，学生对新的教学方法更感兴趣，这是由于新的方法通小程序和实验满足了不同基础学生的学习需求；从不及格率来看，所提方法明显降低了学生的不及格率，其原因在于学生学习兴趣提升后，学习更加投入，且学生在期末时有更多的选择权，综合评价更加全面准确。

4 结语

实践表明，“课堂统一教学、课后自主学习、综合考查”的教学方法可有效激发学生的学习兴趣，让学生做到快乐学习的同时，提升学生的学习效果。该方法对不同专业基础的学生更加有针对性，可根据学生的专业基础、专业知识掌握情况、可投入学习时间等，动态调整课堂授课内容、时间分配、实践内容等。当然，实际的“云计算”教学过程中，如何灵活运用并不断改进该方法仍值得进一步讨论。