MOOC背景—V的高校網絡工程教學方法與實踐

寧兆龍　劉宇擎　孔祥杰　夏鋒

摘要：針對目前網絡教學大規模發展背景下高校網絡工程教育如何將MOOC引入線上線下協同教學中的問題，從教學方法和教學內容兩方面分析如何針對平臺的方法特性和內容缺陷進行相應改革，同時通過大連理工大學軟件學院MOOC教學實例闡釋改革的具體措施。

關鍵詞：MOOC；網絡工程；教學；整合；改革

0.引言

隨著網絡技術的不斷發展，MOOC已經成為時下最火爆的教學方式之一。與傳統教學相比，MOOC具有更高的靈活性和開放性。無論電腦、手機還是平板電腦，只要擁有一臺能連入網絡的電子設備，便可以不受時間、地點的限制，隨時隨地進行學習。MOOC全是免費的，可以大大降低學習成本；沒有年齡和規模限制，只要有學習興趣，就隨時可以加入其中，按照自己的規劃和安排展開教學活動。此外，與視頻公開課相比，MOOC具有更高的交流性和學習方式的多樣性。MOOC擺脫視頻教學的局限性，通過社交網絡拉近師生間的距離，學生可以隨時提出疑問，也可以發揮自己的特長為課程做出自己的貢獻。與開放式課程相比，MOOC更注重范圍和社交性。開放式課程注重一門或幾門相關學科，MOOC的范圍則廣泛得多；開放式課程多為大學課堂錄像、相關課件等資源型內容，而MOOC更多面向網絡學習者，單節課程短小精悍，學習過程中可以與教師進行互動和咨詢，吸引更多的用戶。在MOOC的推動下，網絡工程教學也進行了相關改革。如何推進課堂教學、自主學習和靈活學習，實現線上線下雙向學習和鞏固以及靈活的教學與實驗相結合，為提高教學質量提供有力保障，成為新時代高等教育下網絡工程教學改革的新方向，對教師的教學方法和教育理念提出新的要求。

1.教學形式改革

混合式教學（blended teaching）是在網絡教學大背景下提出的一種新型教育方法。它既是一種策略，又是一種形式。在教學活動中，教育者使用網絡技術，將線上教學與線下教學有機融合，實現知識的多元獲取，使學生在學習過程中具有充分自主性和目標性。在傳統的教學環境下，教育者在按照自己的安排傳授知識，學生只能按照教師的進度和方法被動接受。長此以往，學生的積極性被不斷打消，學習興趣不高，效果不佳，掉隊后又無法盡快趕上進度，從而形成惡性循環。在MOOC背景下，教育者可以實現多種教學環境的有機結合。線上提供教學資源，開放答疑與討論功能，一方面供學員自主學習。按照實際情況管理自己的學習方式，另一方面根據學員答疑和討論情況，及時掌握學生的學習反饋和進度；線下根據反饋靈活調整教學安排，爭取最大限度地適應學員的學習進度和學習能力。線上線下相結合，通過教學環境的調整，改變教育者和學員的角色關系，學生從學習的“被動者”變為課堂的“主動者”，學習興趣大大提升，學習效果顯著提高。傳統的教學方式以線下課堂教學為主，時間固定，內容單一。MOOC背景下，教育者可以實現線上與線下教學方式相結合，學員根據自身情況選擇適合自己的學習進度和學習時間。傳統的教學資源主要以教學者課件為主，在覆蓋教學要點上可以達到很好的效果，但視野有限，延展性差，無法實現良好的本領提升。在MOOC背景下，教學中加入了許多延展閱讀材料：對于需要鞏固知識點的學員，延展材料可以提供多種應用方法，令學員通過知識點的應用鞏固其掌握；對于需要提高能力的學員，延展材料可以拓寬其視野，使其接觸到更多的實踐方式，提高未來的應用能力。

2.教學內容改革

MOOC的社交性與多元性特點決定其教學內容的特殊性。為了適應其靈活高效的教學目標，在課程安排上，需要做到短小精悍，用零散的時間達到最大化的學習效益。然而，隨著MOOC的發展，教學內容的安排會遇到如下問題。

1）課程完成率不高。

課程完成率不高始終是網絡課程的通病。網絡課程的自主化和個性化同樣降低了監督性。數據顯示，在各類網絡課程中注冊的學習者能夠堅持完成的比例一般不超過10%，甚至有很多人僅僅注冊賬號卻沒有開始學習。學員不能堅持完成學習主要是因為缺乏必要的背景知識、足夠的學習動力和自制力等，其中缺乏學習動力和自制力被認為是影響完成率的最主要因素。

針對缺乏必要的背景知識，一般而言，院校在開設相關學科前均已完成前置教學內容。考慮到學有余力和需要提前學習其他學科的優秀學員，教學者可以在MOOC上提供必要的前置課程或相關的學習資料，通過學習資料完善學員的學習背景，從而達到學科的學習要求。然而，如何安排前置課程又是一項很重要的問題，前置課程安排不合理將直接導致學科體系的崩塌，內容安排過多又將導致冗余，降低學習效率。此外，如何提高前置課程的完成率又是一個值得思考的難點。

針對學員缺乏足夠的學習動力和自制力，教學者一方面可以將實際教學內容與網絡課程內容穿插，安排考勤、檢測等機制對學員學習進行監督；另一方面可以改善網絡課程的安排，縮短課時，濃縮知識，提高每一秒的學習價值。與此同時，教學者可以采取以學帶賽、競賽驅動等方法，利用競賽提高學生的自主學習積極性和主動性。

2）課程缺乏個性化。

MOOC的低成本、易普及、高效率等核心優勢導致學員的規模大，學員的大規模化又導致課程缺乏個性化。教師面對大量學員，不可能與每一個人進行交流。即使在社交網絡中，這種交流也很難辦到。交流的缺乏使得教學者很難得到完整的學員反饋，從而導致教學內容更新的停滯，教學者無法根據學員的實際情況安排進度。

針對課程缺乏個性化的問題，教學者可以利用線下交流的機會得到學員反饋，根據反饋調整線上進度，形成反饋環。此外，人工智能等技術應用到MOOC教學中，對于推動在線學習的個性化發展有非常重要的作用。通過對學員行為的搜集、統計和分析，可以嘗試實現有針對『生的教學。

3）學習缺乏體驗。

學員是學習活動的主體。學習不只是對事實和結果的直接獲取，更應該是在主體實踐中的體驗和感受。MOOC雖然在教學形式和技術方法上有一定的創新，但是本質上依舊是對傳統真實課堂的模擬。由于科技水平和其他因素限制，這種模擬缺乏必要的人際交流，依舊具有很大的不完整性。此外，MOOC的視頻教學依然是知識的直接傳授，對于主體的體驗沒有一定的安排，缺乏對知識的實踐。對于網絡工程尤其是物聯網，實踐能力培養更是學科培養的主要部分。因此，安排足夠的實踐體驗尤為重要。

針對缺乏交流的問題，教學者可以將論壇等社交網絡引入教學內容中，通過相關交流實現答疑和意見反饋。使用社交網絡模擬現實交流的同時，可以將交流作為考核的一部分，鼓勵學員多學習、多思考、多提問、多反饋，提高交流性和學習效果。

針對缺乏實踐的問題，教學者可以將教學與實踐相結合，增加實踐課時。教學者可以對學員開放實驗室，隨時提供實驗條件，在實踐中鞏固課程內容知識。在實踐課時安排上，教學者可以根據學員的不同知識和能力情況，開放不同的實驗環境和課題，實現有層次、有針對性的實踐補充。

3.MOOC教學實踐

大連理工大學國家示范性軟件學院網絡工程系在促進教學體系發展、提高軟件教學水平、響應國家示范性軟件學院聯盟號召的背景下，提出一門面向國內的MOOC課程——物聯網感知、識別與控制技術課程。該課程適用于網絡工程物聯網專業本科生，包括課程講授和上機實踐兩部分。此外，輔助的實踐教學還有物聯網課程設計和本科生畢業設計環節。

為提高教學質量，實現教學風格的多樣性，該課程配備優質教師進行講授。物聯網感知與識別技術課程團隊由教授2名、講師1名和實踐工程師2名共5人組成，其中具有博士學位的2名，在職博士2名。該教學團隊是一支實驗教學與理論教學隊伍互通，教學、科研、技術兼容，核心骨干相對穩定，結構合理的教學團隊。團隊教師授課經驗比較豐富，曾主講過智能儀器設計技術、嵌入式系統設計與應用、嵌入式綜合理論設計與應用、嵌入式電路設計技術、無線傳感器網絡等課程，其中2門課程獲得教育部和遼寧省精品課程稱號。團隊教師近年來在國家級出版社編寫近10本相關內容的統編教材且多部教材獲得獎勵。此外，授課教師一直從事物聯網、嵌入式系統設計、網絡技術和智能設備開發與應用方面的科學研究工作，具有豐富的理論知識與實踐經驗，在國內外核心期刊、會議上發表了幾十篇相關領域研究論文，其中被SCI、EI檢索的有10多篇。團隊的建設過程中，實行青年教師“一帶一”的導師責任制，縮短青年教師授課初始的磨合期。在授課的過程中，利用每周教研活動時間，進行青年教師講課訓練，通過課程教研活動、交流檢查教案和課件、跟班聽課、課后交流等形式，幫助青年教師不斷提高教學水平，使青年教師在教學上盡快成長，迅速提高青年教師的教學和科研水平；同時，不定期地邀請專家作講座，及時了解學科的前沿動態，拓寬教師視野，提高教師業務水平。

在教學內容上，物聯網感知、識別與控制技術課程是針對物聯網體系中感知識別層次而開設的。據了解，國內有的院校只是開設了物聯網概論和無線射頻身份識別技術（Radio FrequencyIdentification，RFID）課程，其內容覆蓋面只是該層次的一部分。到目前為止，還沒有開設完全針對物聯網結構中感知、識別與控制層的課程，因此根據物聯網工程架構體系及社會需要，開設物聯網感知、識別和控制層方面的專業課程十分必要；同時精心選擇授課內容，可選用《物聯網感知與控制技術》教材，該教材目前已被國內幾十所院校物聯網專業所應用。該課程可以作為國內大專院校物聯網專業學生的必修課或其他專業的選修課，也可以作為碩士研究生的選修課程。課程采用“三步式”教學安排，即理論教學32學時+實驗操作24學時+課程設計48學時。第一步，擴充理論基礎知識，優化課程內容結構；第二步，提供多層次實驗案例，提升學生實踐操作技能；第三步，提供綜合理論知識，使學生具備系統設計與工程應用能力。課程的培養目標包括5點：①學習物聯網感知與識別層次的軟硬件方面相關知識，具備實踐應用的能力；②掌握通用的設計原理、方法和設計等的一般規律，具有硬件系統設計的基本能力；③掌握基本硬件系統的創新方法，培養學生追求創新的態度和意識；④培養學生的工程實踐學習能力，使學生掌握典型硬件電路的實驗方法，獲得基本的實驗技能，具有查閱有關技術資料的能力；⑤了解物聯網與無線傳感器網絡的前沿和最新發展動向。

在實踐安排上，教師團隊在2013年研發具有知識產權的“物聯網工程綜合實訓平臺”。該實訓平臺硬件部分包括以國內最先進的嵌入式多核處理器（ARM Contex-A9）為核心的網關及顯示與控制平臺，以及基于SOC（片上系統）CC2530的多種固定式和移動式無線節點兩部分。在該實訓平臺上，能夠完成物聯網感知識別、網絡傳輸和綜合服務應用3個層次所涉及關鍵技術的操作。學生通過在該平臺的具體應用和操作，能夠掌握貫穿物聯網3個結構層次所涉及的知識和技能，提高自身在物聯網應用方面的實踐能力。

實訓平臺針對物聯網感知、識別與控制層的實踐教學需要，設計了無線單節點的感知、識別與控制模塊的應用實例以及無線傳感節點問通信、組網應用與實例內容，兩大部分共計2l項應用實例。該部分實例可分為必做、選做、創新提高3個層次，以適應不同學生的需要。實驗環節部分安排12學時。

針對網絡層教學的需要，教學團隊設計了基于Linux環境下物聯網網關平臺的構建與應用，共計7項應用實例，另外還完成基于Android環境下物聯網網關平臺的構建與應用，共計4項應用實例；針對綜合應用層次的實踐教學需要開發了基于物聯網智能家居和環境監測2項綜合應用實例。以上這些實例主要配合理論課程的教學需要，實驗環節操作共安排12學時。

通過以上兩步的學習，學生能夠具備本課程的基本運用能力。為了讓學生盡快地與工程實際項目接軌，針對整個課程體系中高年級的學生，課程團隊實行“請進來、走出去”的方針，加強學生與工業界的直接聯系。“請進來”就是定期請業界的相關人員作技術、管理前沿的講座，聘請業界精英直接參與制訂和聯合指導學生課程設計環節（48學時），從而使學生從思想上與校外業界的發展保持一致，了解最新的技術發展動態；“走出去”就是利用業界專家這一渠道與企業建立友好而密切的關系，在業界現場建立畢業實習基地，安排青年教工和學生進入公司實習。此外，鼓勵學生選擇適當的企業界專家擔任校外畢業設計指導教師。

學校還可以建設設施先進的集實驗、實習、實訓和實踐環節為一體的課外學生綜合實踐教學基地，依托基地開展高水平的教育活動和進行訓練；激勵大學生進入課外綜合教育基地進行科研活動，為學生課外活動提供充分的硬件和軟件支持；建立寬松的教育環境和平臺，提倡和鼓勵學生參加國內外各種大學生科技創新、創業競賽。團隊成員從2011年至今，指導本科學生參加國內科技競賽，榮獲2012年第八屆博創恩智浦杯全國大學生嵌入式物聯網設計大賽全國一等獎、遼寧省一等獎，201 1全國大學生電子設計競賽全國二等獎、遼寧省特等獎，2012年首屆TI杯遼寧省大學生電子設計競賽一等獎，2013年全國大學生電子設計競賽遼寧省二等獎，2014年全國大學生程序設計大賽全國二等獎。這些豐碩的獲獎成果體現了教學的成功。

在政策方面，我們的MOOC被選入學校精品資源共享課程建設。大連理工大學精品資源共享課建設的總體目標是在省級、國家級精品課程建設的基礎上，充分運用現代信息技術進行課程資源建設以及教學方法和教學手段改革，完成從以教師為服務對象到以高校學生與教師為服務對象并兼顧社會學習者的轉變。精品資源共享課程建設工作的主要內容是在大連理工大學近幾年開展的課程體系改革和建設基礎上，完善課程資源系統，選擇適合的課程進行網絡公開傳播共享并能保證課程高效使用和可持續建設與更新。此外，學校還設立專項經費以支持精品課程建設，對立項建設的每門課程給予1萬元建設經費，對已獲得省級、國家級精品資源共享課程的課程分別給予1：1的經費配套，同時提供5-10萬元的獎勵和建設經費；制作專門的精品課程建設工作網頁，優良的校園網絡環境和精品課程專用服務器為學校的各級精品課程資源系統完善提供了有力的技術支撐和運行保障；學校還對在建精品資習興趣，提升了學生自主學習的能力。多數學生意識到軟件類課程并沒有他們起初想象的那么難學，看似枯燥的代碼和技術其實都是對實踐生動的總結。學生對課程有了信心，出勤率提高了，課堂氣氛也活躍了。尤其是以學生為主體的項目成果展示活動，提高了學生的學習積極性和主動性。同時，教師授課時不是空洞地講理論，而是有例可舉、有理可依，學生對課程感興趣，教學互動很容易開展，學生評教結果滿意度提高。

（2）為學生今后個人的職業發展打下堅實基礎。不再把知識傳授作為課堂的主要任務，而是把智慧傳遞當作教師的使命，讓學生自主學到更多的課內知識，同時也學到了許多課外知識，從而達到培養學生的合作意識，鍛煉學生問題探究的能力，提高專業能力和綜合素質的目標。

改革充分發揮了教師的引導作用，提高了學生的參與度，真正把課堂還給學生，把教學從傳統的以“知識傳授”為中心轉向以“能力和素質培養”為中心，從以“教”為中心轉向以“學”為中心，學生由被動學習轉向主動學習，有利于培養學生收集和處理信息的能力、獨立思考能力、綜合運用各種問題探究能力、終身學習能力以及與他人分工協作的團隊意識。