Java程序設計慕課教學實踐與思考

唐大仕

摘 要：介紹在Coursera上開設Java程序設計課程的實踐和思考，結合相關案例，對課程的背景、教學設計、慕課教學過程的重要因素以及課程開設過程中遇到的問題進行說明，并提出解決思路。

關鍵詞：Java程序設計；慕課；翻轉課程；教學實踐

文章編號：1672-5913（2017）05-0056-05

中圖分類號：G642

1 背 景

慕課（MOOCs），也就是大規模開放網絡課程，即Massive Open Online Courses 的英文縮寫，是近兩年涌現出來的一種在線課程開發模式，備受國內外教育界的關注。隨著寬帶網絡、智能手機和移動技術的迅速普及，慕課的受眾非常廣泛。更多來自不同地區的學生以及已經參加工作者的學習者通過慕課等在線資源獲得更多、更好的教育[1]。

在慕課的課程中計算機類課程是比較受歡迎的，其中Java程序設計課程是一門重要的基礎課程。Java語言是應用最廣泛的程序設計語言之一，可用于桌面應用開發、企業應用開發、手機應用開發，具有跨平臺的特點，有其廣闊的實用性。據IEEE的統計，2014年最熱的程序設計語言就是Java，開設Java程序設計的慕課顯得很迫切。2015年上半年，在北京大學慕課組的支持和組長李曉明教授的指導下，筆者在Coursera上開設了Java程序程序課程。

2 教學目標與教學內容

Java程序設計課程是使用Java語言進行應用程序設計的課程，課程的主要目標有：①掌握Java語言的語法，較為深入地理解Java語言機制，掌握Java語言面向對象的特點；②掌握Java中基本的API，掌握在集合、線程、輸入輸出、圖形用戶界面、網絡等方面的應用；③能夠編寫有一定規模的應用程序，養成良好的編程習慣，會使用重構、設計模式、單元測試、日志、質量管理工具提高代碼質量。學過計算機基礎、計算概論或C語言是選修該課程的前提條件。

基于該教學目標，筆者梳理了Java的教學內容，考慮到慕課教學的進度及短視頻的需要，將課程內容分布到12周當中，每一周約有10個10分鐘左右的視頻。

教學的進度安排如下：

第1周 Java語言與面向對象的程序設計；

第2周 簡單的Java程序；

第3周 數據運算、流控制和數組；

第4周 類、包和接口；

第5周 深入理解Java語言；

第6周 異常處理；

第7周 工具類及常用算法；

第8周 Java的多線程；

第9周 流、文件及基于文本的應用；

第10周 圖形用戶界面；

第11周 網絡、多媒體和數據庫編程；

第12周 如何提高代碼質量。

本課程在內容設計上，注重實踐能力的培養，并將軟件開發實踐中的重構、設計模式、合作編程引入該課程。

3 慕課教學設計的幾個重要因素

慕課的建設是一個團隊合作的過程，包括教師、助教、視頻制作人員、課程支持人員、平臺維護人員等。這里主要介紹教學設計過程中的幾個重要因素如視頻短片、案例材料、測驗、作業、討論區、考試等。

1）視頻短片。

視頻短片是慕課最重要的教學材料。制作教學視頻的方式有很多，如課堂錄像式、外景錄制式、紙筆書寫式、錄屏式等[2]。本課程由于PPT教學內容的講解、編程軟件的操作、程序的設計與執行過程都在計算機上進行，因此采用錄屏式。具體制作過程使用Camtasia等軟件進行錄屏，后期使用Camtasia的繪圖和標注工具進行標注，最后使用Premiere等軟件進行視頻的編輯處理。

視頻短片的長度在6～15分鐘之間。從教育心理學上講，一般人難以長時間保持注意力集中，一般認為20分鐘是學習者保持注意力的上限。本課程通過劃分知識點，最終錄制了120段視頻短片，短片的長度在6～15分鐘之間。

視頻短片按教學進度進行錄制并上傳到Coursera慕課平臺，考慮到不同地區學習者的需要，制作視頻時為視頻添加了字幕。

2）案例材料。

與一般的課程不同，Java程序設計課程設計是基于案例驅動的。課程所用的案例不僅是講解過程的示例，還可供學習者用于練習。學習者可以在示例的基礎上進行修改，還可以編寫自己的程序。因此，案例材料在課程設計中占據很重要的位置。

課程中的案例要具有典型性，與學習內容密切相關，難度適中、繁簡適度，能很好地表明相關知識點；另一方面，要生動有趣，盡量與現實應用關聯。例如，在講解文件和輸入輸出流的知識時，會講解一個實際的應用示例“背單詞”。在這個示例中，用到了文件讀寫、字符串處理、線程與界面顯示，難度不大又很有趣，學習者容易在其基礎上進行擴展。

與每一個教學視頻相關的案例和視頻一起打包發布到慕課平臺，以方便學習者下載，相關的PPT內容、補充材料也作為視頻的附件放到慕課平臺上。

3）測驗與作業。

慕課是一種在線學習過程，測驗與作業是保證學習效果的重要手段。事實上，學習過程的全程管理是慕課與視頻公開課的一個重要區別。測驗與作業主要有視頻內小測驗（In-Video Quiz）、課后測驗、互評作業等方式。

視頻內測驗是在視頻過程中的小測驗。在把課程視頻切成小段之后，就可以在短片之間編入一些快速測驗。這些小測驗題目一般和前面視頻相關聯。這樣的題目相對簡單，其作用有兩個：一是有利于學習者集中注意力，二個是有助于加強學生對視頻短片的理解和記憶。一般在10分鐘視頻短片中插入1～2條視頻內測驗，測驗數目不能太多，否則會影響視頻觀看的體驗。

課后測驗用于檢驗課程學習效果。每周布置一個測驗，測驗有選擇題、判斷題、填空題、編程題等，由機器自動判分。每次作業都設定最后期限，要求學習者按時完成。

還有一種重要的作業形式是互評作業。由于慕課人數眾多，對于主觀性題目，只能采用作業互評方式給出分數。對于Java程序設計課程，學生的動手能力很重要，實際編程才能更好地理解知識、提高編程能力。筆者在課程中布置了4次互評作業，這些作業是綜合性較強的、有一定難度的作業。例如，關于輸入輸出流，教師布置了一個互評作業，做一個簡單的網絡爬蟲程序，綜合了流、網絡流、正則表達式等綜合知識。學習者在互評過程中，不僅給別人打分數，還可以從別人那里獲得經驗、教訓，取長補短，拓展思維。

4）討論區。

討論區（論壇）也是慕課的重要環節。在論壇中學習者可以互相交流經驗、互相幫助，但教師要精心設計討論的話題、維護討論的氣氛。課程設計了有關章節內容的討論，例如，在講面向對象的Java語言時，讓學習者在論壇中討論如何設計、現實各種系統（如圖書管理系統、人事管理系統、教學系統等）中的對象及其屬性、方法。此外，還設計了一些有助于討論氛圍的話題，如自我介紹、經驗交流、互幫互助、作品秀場等。

5）考試。

在本課程中設置了期中考試與期末考試。與平時的測驗、作業不同，課程考試題量較大、內容較完整，考查學生對課程的綜合掌握情況。考試一般要求學習者在一定時間內一次性完成。考試會判定學習總成績，決定學習者能否獲得課程證書，影響課程優秀的評價，因此這個過程十分重要。

4 慕課實施效果及其思考

4.1 課程參與者的地區與語言

這里列舉2016年春季學期開設的慕課實施情況。課程注冊人數達到22 000多人，其中看過課程材料的人數約18 000人，看過至少一次視頻的人數為14 000人，至少提交過一次測驗的人數是4 778人，瀏覽過論壇的人數是3 688人，見圖1。

圖2為課程參與者的地區分布情況。可以看出，本課程注冊人數中，大陸地區占61%，美國占16%，臺灣地區占7%，還有印度、加拿大、香港、新加坡等地區。

本課程是漢語授課，考慮到學習者的分布情況和語言因素，筆者采用了以下幾個措施：①給視頻短片增加字幕，方便各地學習者；②針對PPT、案例中的漢字關鍵字，添加了英文對應詞；③增加了一些英文資料；④增加了臺灣地區專業術語與大陸專業術語的對照表；⑤在論壇成立了語言互助討論區，學習者之間可以互相答疑。

4.2 學習者的基礎情況

由于慕課的開放性，學習者的基礎情況差別很大，學生與非學生各占一半左右。在學習者的學歷中，研究生、本科生及其他人員各占三分之一，見圖3。

鑒于學習者情況的差別，筆者參考了國內外其他慕課的情況[3]，在設計課程、布置測驗及作業時，采取了適中的難度和課程強度（每周4～6小時的學習時間），在北京大學內部開設翻轉課堂時則會適當補充。另外，學習者中較大一部分人不是學生，所以在制訂課程進度、確定發布課件的時間、規定作業的提交期限方面，都給予一定的富余量，這樣能讓該課程被更多的學習者接受。

4.3 學習者的流失

慕課的學習是一個自愿學習的過程，隨著課程的進展，學習者不可避免地出現逐漸流失的情況。到學期末，只有大約1/3～1/2的人能夠堅持下來，提交作業的人數也隨著時間而下降，這也是所有慕課的普遍規律，見圖4。

針對這樣的情況，筆者采取以下幾個方法：①第3周是學習者流失比較嚴重的時間，這時的教學內容難度不應有太大的跨越，讓用戶能夠平滑地過渡到后面的學習；②保持每周的進度提醒和郵件通知，對那些工作較忙的學習者是一個促進；③加強在論壇的引導，及時回復學習者的有關問題，幫助他們渡過難關、樹立信心。

4.4 成績與認證

現階段，雖然慕課的成績及學分沒有得到所有學校的承認，但科學合理地設計MOOC 的認證機制，保證運行、管理的質量與認證的有效性，是所有關心和推動MOOC 的人需要探索的[4]。對教師來說，重要的是設計好課程的分數分配，有助于調動學習者的積極性。

本課程設計的最終分數計算方法如下：

（1）平時測驗（Quizzes）192 道題， 占40% ；

（2）互評作業（Peer Assessments）4道大題， 占30%；

（3）期中考試（Midterm）50 道題，占10%；

（4）期末考試（Final Exam）100 道題，占20%。

其中，平時成績占較大的比重，這是由于慕課更加注重學習的過程，而期中考試與期末考試在一定意義上也是學習過程的一部分。慕課考試由于沒有現場監考，以此作為評價工具不是很科學，所以考試分數只占了較小的比重。另外，為了鼓勵學習者參與討論區，針對討論區的活躍者，在總分計算時會給予額外的加分獎勵。

5 結 語

2013年起北京大學宣布加盟慕課，在edX平臺（哈佛大學和麻省理工學院在線課程平臺）上開放4門MOOCs課程注冊，之后又與Coursera（斯坦福大學教授推出的免費在線大學課程平臺）合作，在Coursera平臺上新發布3門課程。從那以后，相繼有更多的課程開設出來。本文的Java程序設計慕課就是在這樣的背景下從2015年起開設的，至今已開設了4個學期，現在已設為每月滾動開課。2017年起課程也在中國大學慕課平臺上開設。

對教師而言，開設慕課是一項既辛苦又收獲頗豐的過程。在這個過程中，對教學內容進行完整的梳理，對教學案例材料進行精心的選擇，對教學活動進行仔細的設計，都是對教師教學的提升。另一方面，開設慕課，可以讓不同地域的人一起學習與交流，教師、助教、校內學生、校外學習者形成了一個大家庭，在學習過程中，互相幫助、互相激勵，碰撞出很多思想火花，這是開設慕課以前沒有體驗到的。

在北京大學本校的Java程序設計課程教學中也使用這些慕課資源，采用翻轉課堂的教學模式，對于教學質量也是一大提升。慕課對高校教學方式帶來了重要的影響，使用慕課資源可以解決學生基礎不同的問題，學生可以將更多的時間用于交流、討論、編程實踐，有助于發揮學生學習的積極性和主動性、提高學生的實踐能力和創新能力。

參考文獻：

[[1] 陳江.慕課的建設與實施策略[J].北京廣播電視大學學報，2014（1）：33-42.

[2] 魏瑩.MOOCs時代傳統高等教育應對措施研究[J].中國教育學刊，2014（7）：35-37.

[3] 汪瓊，張桐.2014年美國慕課發展回顧[J].電化教育研究，2015（4）：35-43.

[4] 郝丹.國內MOOC研究現狀的文獻分析[J].中國遠程教育，2013（11）：42-50.

（編輯：孫怡銘）