SPOC理念下大學計算機基礎自主學習平臺建設研究＊

盧良進，方錦明，吳紅英

(義烏工商職業技術學院機電信息分院，浙江 義烏 322000)

0　引言

近年來，在信息技術和開放性教學理念的推動下信息技術與教育深度融合，數字化、網絡化、智能化教學方式盛行，以大規模開放在線課程（Massive Open Online Course,MOOC）為代表的信息化學習環境迅速普及，為社會公眾提供了全新的、公平的泛在學習平臺，MOOC以其大規模性、開放性和共享性為知識傳播起到了巨大的推動作用。

由于MOOC平臺學習缺乏有效的監管，加入和退出較為隨意，這需要學員具有較高的求知欲望和主觀能動性才能完成學業。據統計，MOOC課程的完成率不超過10%，從而引發MOOC的質量危機[1]，而傳統的課堂教學未能充分發揮學生的自主學習能力，在因材施材和個性化教學方面力不從心。

小規模限制性在線課程（Small Private Online Course，SPOC）采用線上線下相結合的混合教學模式，結合了MOOC和課堂教學的優點，尤其適用于學校的教學任務[2]。SPOC和MOOC的一個共同特征是都有一個平臺軟件作為學生自主學習的載體，平臺上資源和工具為學生的課前和課后學習提供支持，同時記錄學習的痕跡和過程，為教師掌握學生的學習狀態和監管學習過程提供幫助。SPOC的教學平臺提供的功能是普適性的，與課程本身的內容相關度較低，知識的呈現方式比較枯燥，課外自主學習過程中，學生很難堅持。各類課程的實訓平臺和虛擬仿真平臺為解決這個問題提供了思路，這類平臺與課程專業知識緊密相關，通過對課程知識深層次的展示和練習，為課程的教學起到了支撐性作用。本文針對大學計算機基礎課程，在SPOC教學模式基礎上，結合課程實訓仿真平臺和游戲化學習思路，研制了課程特有的自主學習平臺，通過SPOC+課程專用教學輔助軟件的混合教學模式，增強學習趣味性，提高學習效果。

1　計算機基礎教學中存在的問題

計算機已廣泛應用于社會生產的各行各業，計算機知識及應用能力是培養新世紀人才的一個重要組成部分。大學計算機基礎課程是引導學生步入計算機殿堂的入門課程?，F在大學計算機基礎的教學主要采用理論和實訓相結合的教學模式，由于教學內容和時間的限制，還存在較多的問題，主要表現如下。

⑴ 課外自主學習缺乏動力：計算機知識豐富而寬廣，課堂上教師只能挑選重點內容進行講解，許多知識需要學生在課外自學，課外由于缺乏學習平臺的支持和教師的指導，學生在遇到障礙時容易停滯不前，甚至失去學習興趣。

⑵ 個性化教學無法滿足：由于部分學生在初高中階段已經接觸過計算機基礎課程，而經濟欠發達地區的學生從未接觸過計算機，再加上每個學生的學習能力不一，容易導致各學生的學習進度不一致，無法做到個性化教學。

⑶ 實訓練習缺乏平臺支撐：計算機基礎教學較注重實際操作能力的培養，實踐教學占很大的比重。日常教學中缺少專用實訓平臺的支持，學生在練習和測試過程中無法立即得知自己操作的正確性，實訓結果得不到即時的驗證。這不利于學生對知識和技能的掌握，對學習積極性有消極的影響。

2　系統模型

SPOC通常采用翻轉課堂的教學模式，包括課前線上預習、課中線下討論交流和課后線上復習測試等階段[3-4]。系統為這三個階段提供服務，分為資源層、服務層和監管層。如圖1所示。

資源層是各類教學資源的集合，包括微視頻庫、文檔類資源庫、理論題庫和實踐題庫。在微視頻庫和文檔類資源庫上構建資源瀏覽和進度跟蹤功能；在理論題庫上構建游戲攻關式練習模塊，在實踐題庫上實現基于OpenXML的自動評閱功能；討論區模塊用于線上師生交流。在監管層對各個服務模塊進行積分統計，并生成學習情況報告和排行榜。其中實踐題庫和自動評分系統是計算機基礎課程獨有的，構成了課程的專用教學輔助軟件。

圖1　系統模型

3　關鍵技術

為了方便使用，系統采用ASP.NET以B/S架構實現，其分為教師端和學生端兩部分。通過單點登錄接口與數字校園門戶直接對接。教師端提供資源管理、在線交流和學習監管等功能，學生端提供資源瀏覽、在線練習和交流等功能。

3.1　微視頻庫

由于視頻資源融合了圖像、聲音和文字等多種媒介，能刺激學習者的多種感官，更直觀形象地展示相關知識[5]，在線課程建設中資源建設成為核心。著名的在線教育機構可汗學院的創始人薩爾曼·可汗曾提出用視頻重塑教育。根據教學大綱將課程內容劃分為知識點，并以知識點為基礎錄制微視頻。微視頻一般是5-10分鐘的視頻片斷，在較短時間內讓學習者學會一個知識點或技能，符合碎片化學習理念，可以讓學習者充分利用碎片化的空閑時間進行學習，另一方面也容易激發其學習成就感，提高其繼續學習的動力。

為了給監管層提供管理和統計數據，系統在視頻播放模塊添加了以下功能：

⑴ 進度跟蹤：系統自動記錄每個學生每個視頻的觀看進度，并根據視頻重復觀看次數/觀看學生人數計算視頻反芻比，用于體現視頻相關知識點的難度。

⑵ 討論交流：在微視頻的播放界面，添加針對該視頻的在線討論提問和回復功能。學生可以對已經發表的問題進行點贊。

⑶ 常見問題：常見問題可以由教師添加，點贊數超過指定值的討論也會自動加入常見問題列表。

⑷ 打點問題：借鑒很多培訓平臺的做法，在視頻播放到某個時間點時，暫停播放，并彈出一個選擇題由學生回答，回答后才能繼續往下觀看。學生回答是否正確是掌握程度的一個評價指標。題目由教師在后臺視頻添加界面添加。

⑸ 學習反饋：在視頻播放結束后，由學習者選擇“懂了、基本懂了、不太懂、完全不懂”等幾個選項，作為學習情況的一個主觀評價指標。

3.2　問題導向和游戲攻關式練習

題目練習和測試，是檢驗學習者對知識掌握程度的一種有效方法，同時也是刺激學習者主動思考，激發其求知欲的一種方式。帶著問題去學習能讓學習者有明確的目的，能帶來更高的學習效率，同時，在線學習平臺上的考核通常是教、考分離的形式，課程題庫也是實施教、考分離的基礎。由于計算機基礎的實踐練習作品通常是一個文件的形式，評判的方式也較特殊，系統將題庫分為理論題庫和實踐題庫。

計算機基礎的理論題庫主要是客觀題型，會比較枯燥。在對學生的日常行為調查中發現，許多學生沉迷于玩電腦或手機游戲，過關式游戲通常設置了道道等級或關卡，關卡的難度由易到難，玩家要運用各種策略或技巧來完成指定的任務或挑戰，每次過關都會給玩家一定的獎勵，玩家會體會到成就感，從而激勵他去向更高難度的等級或關卡挑戰。玩家可以根據自己的能力選擇初始的難度。

從教學的角度來看，游戲攻關這種機制，不僅符合循序漸進，因材施教的教學理念，而且具有很強的引導和激勵作用。依照游戲模式，設計了常規練習和游戲攻關兩種練習方式。系統將理論題分為常規練習用題和游戲攻關用題兩種，在常規練習方式中，學生可以按章節和知識點的方式瀏覽常規練習題庫，并可以在線練習。在游戲攻關模式中，由教師事先創建游戲和關卡，教師可以設定關卡屬性，并為每個關卡設置一個有意思的名稱和過關得分，并從過關用題庫中選題加入關卡，選題的范圍可以是某個章節或整個題庫。理論題庫的對象模型設計如下：

題目（題目編號，題目類別，題干，選項，參考答案，難度，知識點，題目解釋）

游戲（游戲編號，游戲名稱）

關卡（所屬游戲編號，關卡編號，關卡名稱，過關得分）

關卡問題（關卡編號，問題編號）

過關記錄（學號，關卡編號，過關時間，得分）

3.3　課程專用教學輔助軟件

通用的教學平臺為要適應各類課程，只能提供每門課程都能使用的功能，比如資源庫、在線測試、各類互動等，而無法提供與課程知識緊密結合的功能，例如專業技能的在線模擬訓練。課程內容相關的教學輔助軟件為專業或課程知識的學習提供更深層次的幫助，這類軟件平臺不僅對課程知識進行了形象的表示，而且學生可以身臨其境的動手操作。如果能將這類課程相關的實訓平臺用于課外自主學習，將會很大程度上激發學習興趣。針對計算機應用基礎這門課來說，如果能給學習者提供一個實際操作的專用教學輔助軟件，能對實訓項目統一管理且自動完成批閱，指出其操作的錯誤，不僅減少了教師的工作量，而能給學習者帶來很大的幫助。

在Office2003版本之前Office文檔的讀取和操作是通過VBA和COM組件技術實現的，許多學校開發了基于VBA和COM技術的自動批閱系統[6]，這類系統的可擴展性較差，如果題目變了，評分的程序也須修改，而且，系統的運行平臺必須安裝與開發平臺相同版本的Office軟件，否則易出現不兼容問題。Office2007以后的版本采用OpenXML格式。OpenXML是針對字處理軟件、電子表格和演示文稿的國際化開放標準，由于XML的高可擴展性、超強標記交互和跨平臺等能力，使得通過程序可以在不需要安裝組件的情況下，實現自動的讀取、修改和相關操作Office文檔變得更為便利。

微軟提供了相應的動態類庫用于操作OpenXML格式的文件，但這種方式還不夠靈活，實際上OpenXML文件是一個壓縮文件，解壓后是一系列的XML文件，通過讀取XML文件進行問題點的檢測不受庫函數的限制，具有較高的可配置性和擴展性。

系統將一個實踐題目的參考答案分成多個檢查點，每個檢查點是一個（檢查表達式，錯誤提示）形式的二元組，在檢查表達式中用指令序列從XML文件中讀取相應的內容，檢查表達式的計算結果是一個布爾值，如果該值為假，則表示當前的檢查點不通過，向學習者反饋錯誤提示。

指令序列示例：

該指令序列從文件A中讀取內容，并且用XPath查詢表達式獲取指定的節點的內容或屬性值，并與右邊的參考值進行比較。一個檢查點的參考答案可能有多個，可以在檢查表達式的基礎上用“與”“或”表達式，自動評閱的工作流程：

⑴ 學習者通過Web方式上傳作業文件；

⑵ 系統檢查簽名是否正確；

⑶ 將OpenXML文件解壓縮成多個XML文件；

⑷ 根據題目加載檢查點；

⑸ 逐個計算各檢查點的檢查表達式；

⑹ 根據檢查表過式執行結果輸出錯誤提示。

由于學生上交的作業是電子文件，抄襲變得非常容易，學生可以復制一份同學的作業上交，因此需要設計一種防抄襲的方法。數字簽名的方法可以防偽造、防篡改，但學生在答題時是需要對作業文件進行修改的，因此數字簽名的方式不適用。本文設計了一種通過設置文檔屬性進行簽名的方法來檢查抄襲的方法，Office的文檔都有屬性域用于描述文檔的相關信息，在學生下載作業模板文件時，生成一個隨機串作為簽名寫入文檔的備注屬性域中，并將此簽名保存，學生上交作業時，比較上交作業中的備注屬性值和事先保存的簽名即可判斷是否存在抄襲，該方法雖然不能根本上杜絕抄襲，但起到了較好的防范作用。

3.4　自主學習的激勵機制和監管

在自主學習平臺中，學習者能否主動參與學習是一個關鍵性問題，高輟學率和低參與度的主要原因是學習者在學習過程中是否得到充分的激勵。馬斯洛需求層次理論中的尊重需要和自我實現需要表明，在學習過程中給學習者以成就感會激發學習者的學習欲望。很多MOOC平臺上都設置了積分和課程證書機制，學習者在平臺上的每一次訪問和學習過程都被記錄并給予相應的積分，課程學習結束通過考核可以獲得該課程的認證證書，這種機制使得學習者在通過一門課程后，不斷的開啟后續課程的學習，究其原因還是因為體會到了學習的樂趣和成就感，逐漸形成了學習的“癮”。

系統采用會員系統的累積模式計算積分，將各個模塊收集的學習過程數據進行積分折算，包括簽到、視頻觀看、資源瀏覽、理論和實踐題練習、參與討論等幾個方面。簽到次數根據學生的平均簽到次數為及格分折算；視頻根據已觀看時長和視頻總時長之比折算；文檔類資料根據是否下載瀏覽計算；理論習題根據過關分數累計計算；實踐題根據已完成的題目設置的分值進行計算。教師可以設置各個分類所點的分值比例，最后折算成百分制。積分的計算結果采用每周排行榜和累計排行榜的行式進行展示。每周積分是短期可以達到的目標，屬于短期激勵，而累計積分是一種長期激勵。

在監管層，系統對每個學生生成學習情況報告，包括視頻的完成率、文檔類資源的瀏覽數、理論題庫的通關率和實踐題庫完成率等，供教師了解學生的進度和狀態。同時統計視頻的學習反饋選項和反芻比、題庫中各題目的正確率等數據，為資源和題庫的優化提供依據。

4　結束語

本文描述了基于SPOC教學理念的大學計算機基礎課程自主學習平臺的實現，SPOC教學模式需要學生在課外積極主動的參與學習，提倡教師把重點放在優質教學資源的建設、為學生提供個性化輔導上來。系統在視頻和習題資源庫基礎上，通過引入游戲攻關式的練習方式、課程專用教學輔助軟件和基于積分的競爭激勵機制，把教師從繁重的課堂講授和作業批改任務中解放出來，讓學生體驗自主學習和無師自通的樂趣，讓學習上“癮”。

許多學者們提出計算機基礎課程不僅要教會學生計算機的基礎知識和操作能力，而且要著重培養學生的“計算思維”，避免陷入“狹義工具論”[7]。后續的工作要結合理論教學和實訓項目設置，在課程專用實訓平臺上加入計算思維與計算文化的相關內容，并通過軟件的仿真和實訓，引導學生用計算機解決現實問題。

參考文獻(References):

[1]高地.MOOC熱的冷思考——國際上對MOOCs課程教學六大問題的審思[J].遠程教育雜志,2014.32(2):39-47

[2]康葉欽.在線教育的“后MOOC時代”——SPOC解析[J].清華大學教育研究,2014.35(1):85-93

[3]宋曉玲.基于SPOC的高職計算機基礎課程混合教學模式探究[J].當代職業教育,2016.1:20-22,48

[4]ArmandoFox.FromMOOCstoPOCs[J].CommunicationsoftheACM,2013.56(12):38-40

[5]楊九民,邵明杰,黃磊.基于微視頻資源的翻轉課堂在實驗教學中的應用研究——以“現代教育技術”實驗課程為例[J].現代教育技術,2013.23(10):36-40

[6]宗德才.操作題自動評分系統的設計與實現[J].計算機工程與設計,2010.31(5):1156-1160

[7]陳國良,張龍,董榮勝,王志強.大學計算機素質教育:計算文化、計算科學和計算思維[J].中國大學教學,2015.6:9-12