“大數(shù)據(jù)處理”課程線上線下混合式教學(xué)改革研究

羅國(guó)濤，余 紅

（成都東軟學(xué)院 計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院，四川 成都 611844）

引言

“大數(shù)據(jù)處理”是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，以及信息工程的專業(yè)必修課程。該課程主要讓學(xué)生掌握基于Hadoop技術(shù)的HDFS、MapReduce、Hive、Flume及Sqoop等組件，以解決海量數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)、分布式查詢統(tǒng)計(jì)分析及大數(shù)據(jù)應(yīng)用等問(wèn)題。該課程目前采用的是線下課堂教學(xué)，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，不能很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的主觀能動(dòng)性，限制其對(duì)于重要知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握、師生互動(dòng)較弱、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性及動(dòng)手操作解決實(shí)際問(wèn)題的能力有待提高，對(duì)于其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也產(chǎn)生了一定影響。因此，對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革勢(shì)在必行。本校使用的教輔平臺(tái)是傳智教育研發(fā)的一體化教學(xué)平臺(tái)，該平臺(tái)主要功能包括教師線上備課、布置教學(xué)內(nèi)容、簽到、發(fā)布作業(yè)、考試等教學(xué)任務(wù)，學(xué)生進(jìn)行在線學(xué)習(xí)、課后輔導(dǎo)、課外知識(shí)學(xué)習(xí)等內(nèi)容。因此，本課題按照“金課”高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的標(biāo)準(zhǔn)，采用基于高校教輔平臺(tái)的線上線下混合式教學(xué)對(duì)該門課程進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐。

一、線上線下混合式“金課”教學(xué)研究

（一）課程目標(biāo)

“大數(shù)據(jù)處理”課程通過(guò)Hadoop 安裝配置、HDFS、MapReduce、Hive、Flume、Sqoop，以及大數(shù)據(jù)的處理與分析等理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)，采用理論與項(xiàng)目訓(xùn)練相結(jié)合的方式和線上線下混合式教學(xué)相結(jié)合的方法，使學(xué)生能夠搭建Hadoop集群，能夠采用HDFS 技術(shù)進(jìn)行海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并能夠通過(guò)HDFS Shell 命令和JavaAPI 對(duì)分布式文件系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)操作；能夠采用MapReduce相關(guān)算法對(duì)不同大數(shù)據(jù)問(wèn)題進(jìn)行處理；能夠利用Hive技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；能夠利用Flume、Sqoop 采集與遷移數(shù)據(jù)。同時(shí)，具有大數(shù)據(jù)工程師的角色責(zé)任與職業(yè)道德規(guī)范；具有較強(qiáng)的大數(shù)據(jù)算法設(shè)計(jì)與分析能力；運(yùn)用大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（二）混合式教學(xué)內(nèi)容和方法改革

2018年教育部發(fā)布《關(guān)于狠抓新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議精神落實(shí)的通知》，提出全面整頓本科教學(xué)秩序，淘汰“水課”、打造“金課”。“水課”是低階、陳舊的課程，教師不用心、學(xué)生不走心。“金課”要求課程有“兩性一度”，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。其中“高階性”要培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維；“創(chuàng)新性”是指課程內(nèi)容要反映前沿性和時(shí)代性，教學(xué)形式呈現(xiàn)先進(jìn)性和互動(dòng)性，學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個(gè)性化；“挑戰(zhàn)度”是指課程有一定難度，需要跳一跳才能夠得著。本課題按照“金課”的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)“大數(shù)據(jù)處理”課程教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行改革。“大數(shù)據(jù)處理”課程主要講解基于Hadoop的分布式計(jì)算平臺(tái)中，各個(gè)組件如何利用計(jì)算機(jī)集群處理海量數(shù)據(jù)問(wèn)題，為了讓課程具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，課程除了讓學(xué)生掌握單詞統(tǒng)計(jì)、TopN算法及單表關(guān)聯(lián)算法之外，還增加了多表關(guān)聯(lián)及倒排索引等算法的應(yīng)用。為了提高學(xué)生解決綜合大數(shù)據(jù)問(wèn)題的能力，課程引入了乘用車輛和商用車輛銷售數(shù)據(jù)分析項(xiàng)目，以及增加Mysql和Web服務(wù)器等內(nèi)容完成推薦系統(tǒng)項(xiàng)目。

在教學(xué)方法方面，線上教學(xué)采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法。學(xué)生在教師的幫助下，緊緊圍繞共同的任務(wù)活動(dòng)中心，在強(qiáng)烈的問(wèn)題動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行自主探索和互動(dòng)協(xié)作學(xué)習(xí)。而線下課堂教學(xué)中主要采用講授教學(xué)法、小組教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂、項(xiàng)目教學(xué)法等多種教學(xué)方法。通過(guò)線上線下多種教學(xué)方法實(shí)施，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，使學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)探究、實(shí)踐、思考、運(yùn)用、解決，形成高智慧學(xué)習(xí)體系。

（三）線上線下混合式教學(xué)模式

“大數(shù)據(jù)處理”課程傳統(tǒng)的授課方式采用大班授課、“師講生聽”的教學(xué)模式，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)及高階能力培養(yǎng)的目標(biāo)。因此，有必要采用一種新型教學(xué)模式和方法來(lái)提高本門課程的教學(xué)質(zhì)量。本課程采用高校教輔平臺(tái)提供的慕課堂來(lái)實(shí)現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)。混合式教學(xué)的形式分為在線學(xué)習(xí)和線下課堂講授，其中在線學(xué)習(xí)時(shí)教師主要根據(jù)學(xué)習(xí)平臺(tái)在線上布置作業(yè)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和作業(yè)完成情況進(jìn)行監(jiān)督，并根據(jù)完成情況通過(guò)在線學(xué)習(xí)平臺(tái)或者釘釘與學(xué)生交流溝通，對(duì)學(xué)生遇到的問(wèn)題進(jìn)行線上答疑和討論；同時(shí)，進(jìn)行單元測(cè)試檢測(cè)學(xué)生階段性學(xué)習(xí)效果，并對(duì)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)分析結(jié)果有針對(duì)性地進(jìn)行輔導(dǎo)或者調(diào)整教學(xué)方案。而學(xué)生在在線學(xué)習(xí)階段，可以根據(jù)教師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)在線觀看教學(xué)視頻，遇到問(wèn)題及時(shí)在線進(jìn)行交流溝通，可以將問(wèn)題發(fā)到討論群，大家一起討論學(xué)習(xí)；除此之外，學(xué)生在線完成教師布置的作業(yè)、進(jìn)行在線測(cè)試或者在線復(fù)習(xí)課程。在線下授課中，將課程教學(xué)分為課前、課中和課后三部分。學(xué)生在課前，根據(jù)教師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)，依托教材和慕課，進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)自主學(xué)習(xí)，根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)要求制作PPT，為翻轉(zhuǎn)課堂做好準(zhǔn)備；同時(shí)，整理學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題便于課中進(jìn)行討論。而教師在線下授課前，利用系統(tǒng)平臺(tái)的技術(shù)支持，通過(guò)了解學(xué)生在線學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)生作業(yè)的完成情況及搜集整理的問(wèn)題，及時(shí)調(diào)整面對(duì)面講授重點(diǎn)，并優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。在課中，首先，學(xué)生以組為單位提出在線預(yù)習(xí)時(shí)遇到的問(wèn)題，教師根據(jù)學(xué)生提出的問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)講解或者單獨(dú)輔導(dǎo)答疑。其次，教師以組為單位隨機(jī)抽取學(xué)生對(duì)線上所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行講解和成果展示，教師點(diǎn)評(píng)并對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行講解，對(duì)學(xué)生講課情況做好記錄，作為平時(shí)成績(jī)的一部分。另外，如果課中內(nèi)容是實(shí)訓(xùn)或者項(xiàng)目開發(fā)，學(xué)生需要完成實(shí)訓(xùn)內(nèi)容和實(shí)訓(xùn)報(bào)告或者項(xiàng)目開發(fā)任務(wù)。最后，教師根據(jù)授課計(jì)劃講解新課內(nèi)容。課后教師布置線下和線上學(xué)習(xí)任務(wù)，并監(jiān)督學(xué)生完成。學(xué)生在課后，需要完成線上作業(yè)或者線上測(cè)試，以及完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告或者項(xiàng)目開發(fā)，并制作項(xiàng)目答辯PPT進(jìn)行答辯等。通過(guò)線上線下混合式教學(xué)，為學(xué)生提供主動(dòng)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，促進(jìn)學(xué)生深入思考，真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的分層次教學(xué)、個(gè)性化教學(xué)。

（四）線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

在“大數(shù)據(jù)處理”課程線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)中，特別要注意學(xué)生線上學(xué)習(xí)內(nèi)容和教師線下課堂講授的內(nèi)容連貫性。同時(shí)，要避免線下課堂的講授只是簡(jiǎn)單地將線上視頻內(nèi)容重復(fù)講解，要對(duì)線上學(xué)習(xí)和線下課堂講授內(nèi)容以及活動(dòng)環(huán)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。如果線上學(xué)習(xí)內(nèi)容和線下課堂教授的內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，線上和線下可以分開設(shè)計(jì)，如CentOS安裝配置、Hadoop的偽分布式和完全分布式安裝配置操作比較多且復(fù)雜，可以安排線上學(xué)習(xí)，學(xué)生可以反復(fù)觀看視頻，從而解決大數(shù)據(jù)環(huán)境配置問(wèn)題；而Hadoop體系結(jié)構(gòu)屬于理論講解，可以對(duì)其安排線下講解，但在線下課堂授課之前，教師需要對(duì)線上學(xué)習(xí)情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)總結(jié)，對(duì)上節(jié)課重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行回顧，解答學(xué)生提出的疑問(wèn)，然后再開始講解新課。如果有些知識(shí)點(diǎn)比較重要且困難，如MapReduce中的倒排索引算法，該算法的設(shè)計(jì)思路及算法的代碼實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜難理解，可以將該知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)線上學(xué)習(xí)1學(xué)時(shí)，線下學(xué)習(xí)2學(xué)時(shí)。其中線上學(xué)習(xí)通過(guò)觀看視頻、完成線上作業(yè)和在線交流進(jìn)行，主要目的是對(duì)該知識(shí)點(diǎn)有初步的了解，為線下作為“小老師”講解該知識(shí)點(diǎn)做好準(zhǔn)備。而線下課堂講授中，授課教師將學(xué)生分組，每組4～6 名，隨機(jī)抽取某一組的1 名學(xué)生講解倒排索引算法的設(shè)計(jì)思路，該組其他學(xué)生可以補(bǔ)充。再隨機(jī)抽取另外一組的1名學(xué)生講解倒排索引的Mapper類中map函數(shù)、Combiner類中的reduce函數(shù)，以及Reduce類中的reduce函數(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程并展示成果，該組其他學(xué)生可以補(bǔ)充。最后再隨機(jī)抽取其他小組的1名學(xué)生對(duì)前面2組學(xué)生的講解進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，指出優(yōu)缺點(diǎn)和自己需要改進(jìn)的地方，學(xué)生講解完畢后教師對(duì)該算法重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行講解并總結(jié)。通過(guò)線上和線下相結(jié)合，線下采用小組教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂、項(xiàng)目教學(xué)法等，以學(xué)生為中心，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)。學(xué)生從知識(shí)的被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)建構(gòu)的主動(dòng)參與者，學(xué)生可根據(jù)自身情況來(lái)安排和控制自己的學(xué)習(xí)。線下授課中，學(xué)生將線上自學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題與教師和同學(xué)進(jìn)行有針對(duì)性地交流討論，這也與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀提倡的在解決問(wèn)題中學(xué)習(xí)的思想不謀而合。通過(guò)線上和線下學(xué)習(xí)，學(xué)生的自學(xué)能力和動(dòng)手操作解決大數(shù)據(jù)問(wèn)題的能力得到提高，同時(shí)，學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力、協(xié)作能力也得到提高，個(gè)性得到發(fā)展，創(chuàng)新精神得到培養(yǎng)。

（五）基于混合式教學(xué)的過(guò)程性評(píng)價(jià)

教學(xué)評(píng)價(jià)需要由教得怎么樣向?qū)W生學(xué)得怎么樣轉(zhuǎn)變。基于混合式教學(xué)的過(guò)程性評(píng)價(jià)要以促進(jìn)學(xué)生發(fā)展為宗旨，采用形成性評(píng)價(jià)。形成性評(píng)價(jià)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的評(píng)價(jià)過(guò)程，該過(guò)程包括學(xué)生線上學(xué)習(xí)的態(tài)度、學(xué)習(xí)的方法、學(xué)習(xí)的效果，以及線下課堂表現(xiàn)、學(xué)習(xí)策略、合作精神及學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中所產(chǎn)生的情感。本課程過(guò)程性評(píng)價(jià)包括形成性考核和終結(jié)性考核。形成性和終結(jié)性考核各占總成績(jī)的50%。在形成性考核中，特別是在線下授課中，既要考核學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，也要考核學(xué)生參與課堂提問(wèn)、回答問(wèn)題、課堂作業(yè)、課堂討論、團(tuán)隊(duì)協(xié)作交流等課堂表現(xiàn)；也要考查學(xué)生線下以組為單位參與綜合性大數(shù)據(jù)項(xiàng)目的需求分析、設(shè)計(jì)、編碼實(shí)現(xiàn)、答辯PPT制作及現(xiàn)場(chǎng)答辯等內(nèi)容，從而考查學(xué)生運(yùn)用大數(shù)據(jù)處理理論知識(shí)、解決大數(shù)據(jù)綜合性問(wèn)題的能力。學(xué)生線上學(xué)習(xí)主要考查學(xué)生的自學(xué)能力，主要考核內(nèi)容包括線上視頻學(xué)習(xí)、線上作業(yè)、期中測(cè)試及在線討論等內(nèi)容。在終結(jié)性考核中，主要考核學(xué)生對(duì)該課程理論知識(shí)的掌握情況。對(duì)學(xué)生線上和線下綜合性評(píng)價(jià)的主要目的是激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，產(chǎn)生自信心和成就感，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新性，從而形成繼續(xù)學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

二、“大數(shù)據(jù)處理”課程的特色與創(chuàng)新

（一）智能化教學(xué)工具為線上線下混合式教學(xué)提供技術(shù)支撐

為了提高課堂教學(xué)效果及學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，“大數(shù)據(jù)處理”課程采用了傳智教育的高校教輔平臺(tái)和釘釘在線答疑、釘釘在線直播工具。在線上線下混合式教學(xué)過(guò)程中，利用高校教輔平臺(tái)在線上發(fā)表學(xué)習(xí)視頻，學(xué)生根據(jù)發(fā)布視頻進(jìn)行線上學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，如果有疑問(wèn)，可以通過(guò)釘釘在線討論和答疑，如果學(xué)生遇到的問(wèn)題比較多或者對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)提出問(wèn)題的學(xué)生比較多，教師則通過(guò)釘釘在線直播工具對(duì)所有學(xué)生統(tǒng)一講解；對(duì)于比較復(fù)雜的大數(shù)據(jù)環(huán)境配置或者較為復(fù)雜的大數(shù)據(jù)算法解決大數(shù)據(jù)問(wèn)題，學(xué)生可以通過(guò)釘釘直播回放反復(fù)學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)效率。由于學(xué)生學(xué)習(xí)的差異性，為了滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，按照“金課”標(biāo)準(zhǔn)，讓學(xué)生從“淺層學(xué)習(xí)”走向“深層學(xué)習(xí)”，可以采用高校教輔平臺(tái)提供的線上討論功能。教師針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)發(fā)布有一定難度的主題，如學(xué)生在分布式文件系統(tǒng)中采用JavaAPI完成文件的上傳與下載功能后，教師在線上發(fā)布主題要求學(xué)生通過(guò)HDFS JavaAPI獲取分布式文件系統(tǒng)某個(gè)文件的節(jié)點(diǎn)信息、塊信息及文件拷貝的份數(shù)等內(nèi)容，這就要求學(xué)生自己或者團(tuán)隊(duì)查資料學(xué)習(xí)，并上機(jī)調(diào)試成功，隨后將結(jié)果發(fā)布到討論區(qū)。這樣既鍛煉了學(xué)生的自學(xué)能力，又增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)的勇氣和信心，同時(shí)對(duì)成績(jī)稍微差一點(diǎn)的學(xué)生通過(guò)在討論區(qū)查看發(fā)布的答案從中學(xué)習(xí)并取得進(jìn)步，從而帶動(dòng)整體學(xué)生學(xué)習(xí)效果的提升。

（二）TOPCARES-CDIO工程教育模式為線下大數(shù)據(jù)工程項(xiàng)目實(shí)施提供方法指導(dǎo)

TOPCARES-CDIO是成都東軟學(xué)院借鑒CDIO工程教育模式，創(chuàng)造性地將CDIO中國(guó)化和實(shí)際化的一種工程教育模式。該模式重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的工程環(huán)境適應(yīng)能力與項(xiàng)目實(shí)施能力。在課程教學(xué)實(shí)施中，將項(xiàng)目分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)和五級(jí)項(xiàng)目。其中一級(jí)項(xiàng)目是包含本專業(yè)主要核心課程和能力要求的綜合項(xiàng)目；二級(jí)項(xiàng)目是課程群項(xiàng)目；三級(jí)項(xiàng)目是為達(dá)到該門課程能力目標(biāo)而設(shè)計(jì)的項(xiàng)目；四級(jí)項(xiàng)目是該門課程兩個(gè)以上單元組合而成的項(xiàng)目；五級(jí)項(xiàng)目是單元項(xiàng)目。在“大數(shù)據(jù)處理”課程實(shí)踐教學(xué)中將項(xiàng)目分為三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)項(xiàng)目，并在形成性考核中將四級(jí)、五級(jí)項(xiàng)目以實(shí)驗(yàn)形式進(jìn)行考核，三級(jí)項(xiàng)目單獨(dú)進(jìn)行考核。通過(guò)該門課程的三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)項(xiàng)目將專業(yè)知識(shí)與項(xiàng)目背景相結(jié)合，從而培養(yǎng)學(xué)生的大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用開發(fā)能力，大數(shù)據(jù)算法編程能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

結(jié)語(yǔ)

本課題基于“金課”背景對(duì)“大數(shù)據(jù)處理”課程線上線下混合式教學(xué)內(nèi)容和方法、教學(xué)模式、教學(xué)設(shè)計(jì)，以及過(guò)程性評(píng)價(jià)進(jìn)行研究與實(shí)踐。在線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施中，線上學(xué)習(xí)資源準(zhǔn)備尤為重要，如果在線平臺(tái)提供了課程的慕課資源，特別是視頻資源，教師需要在課前熟悉每一個(gè)視頻的內(nèi)容，并將線上視頻內(nèi)容與線下課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效銜接，從而保證學(xué)生學(xué)習(xí)的質(zhì)量與效果。在線下課堂授課中，將課堂分為課前、課中和課后三個(gè)部分，教師根據(jù)“金課”標(biāo)準(zhǔn)精心設(shè)計(jì)課堂活動(dòng)，既要滿足普通學(xué)生基本知識(shí)的學(xué)習(xí)與掌握，又需要設(shè)計(jì)有一定高度、難度和挑戰(zhàn)度的內(nèi)容以滿足優(yōu)秀學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，從而使學(xué)生能夠利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)解決大數(shù)據(jù)相關(guān)問(wèn)題，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。如何進(jìn)一步提高在線資源建設(shè)質(zhì)量，優(yōu)化線上線下課堂活動(dòng)，豐富“大數(shù)據(jù)處理”課程項(xiàng)目案例，提升學(xué)習(xí)廣度和深度，將是以后課程建設(shè)研究的重點(diǎn)。