基于頭歌實踐教學平臺的計算機專業(yè)本科教學探索

劉偉

關鍵詞： 頭歌平臺；計算機專業(yè)；本科教學；實踐教學；智慧課堂

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）12-0143-03

1 引言

近年來，隨著信息技術的日益革新與進步，各式各樣的信息化教學平臺軟件如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)。授課教師對信息化教學平臺的熟練使用，將有效解決傳統(tǒng)課堂教學過程中存在著的考勤簽到耗時、作業(yè)批改費力、課前預習監(jiān)督難、課后復習評價難、課程考核方法單一等問題。如使用中國大學MOOC[1-3]、超星學習通[4-8]、雨課堂[9-11]、云服務[12]等信息化平臺開展線上、線下課堂教學或混合式教學。雖然上述平臺大多都能夠提供較為完善的教學服務管理功能，但對于如計算機、電子信息等實踐性較強的學科專業(yè)，其現(xiàn)有軟件功能仍有不足之處。例如：難以使用上述平臺部署實施如C/C++/Java語言編程、大數(shù)據(jù)分析等實驗實踐課程。經(jīng)過為期半年的教學實踐發(fā)現(xiàn)，頭歌實踐教學平臺不僅能提供常見的教學服務功能（如考勤簽到、視頻學習、作業(yè)收集、在線考試、學情分析等），還能為在線實驗實踐操作提供可靠完善的功能支持。

2 頭歌實踐教學平臺概述

EduCoder（中文名：頭歌）是湖南智擎科技有限公司于2019年申請創(chuàng)立的一個面向計算機類的實踐教學平臺（網(wǎng)址：https：//www.educoder.net/） ，其能夠為高校教研工作提供全方位、立體化的在線基礎設施，包括：全系列的教學資源、全鏈條的教學工具以及全周期的教學服務。高校師生和相關教研人員能夠借助該平臺開展實踐性教學活動，從而將傳統(tǒng)的課堂知識講授與新興的工程實踐實戰(zhàn)無縫銜接，實現(xiàn)理論學習與實踐操作一體化。2020年2月，教育部在其所發(fā)布的《關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》文件中，明確提出將頭歌實踐教學平臺（簡稱：頭歌平臺）作為高等院校實施在線教學的主要課程平臺之一。頭歌平臺具有以下三點特性：

1） 它是一個面向課堂教學的協(xié)同交流平臺。授課教師與任教學生能夠通過平臺提供的教學資源進行及時有效的互動交流，搭建起一個“教師主導、學生主動”的社區(qū)型教學實踐平臺，既能夠減輕教師的課外輔導壓力，又能夠提升學生的學習效率。

2） 它是一個面向創(chuàng)新實踐的課程發(fā)布平臺。教師、學生以及教研人員能夠根據(jù)實踐需求來自主靈活地組織資源、發(fā)布實踐課程，借助于平臺提供的完整實踐項目體系以及由淺入深的實踐項目路徑，來幫助學生快速提升自身的實戰(zhàn)水平。

3） 它是一個面向工程實踐的協(xié)同實戰(zhàn)平臺。通過創(chuàng)新實踐模型，將游戲通關獎勵機制引入實踐項目活動，支持團隊成員間分組作業(yè)且能自動評測實踐項目的實施效果，在激勵學生積極參與教學創(chuàng)新活動，提升實踐動手能力的同時，也能夠提高課程的施教效率。

因此，對頭歌平臺的合理運用，能夠為革新傳統(tǒng)課堂教學，豐富信息化教學提供有效的解決方案。

3 頭歌平臺在課堂考勤中的應用

傳統(tǒng)課堂教學中所采用的考勤方式主要有：隨堂點名、班委登記、簽到表簽字等方法，但這些方法均存在一定的局限性。例如：1） 容易代他人簽到。尤其對于大班教學來說，學生數(shù)量較多，授課教師通常難以準確識別出所有學生，因此不論是點名還是簽到都難以避免部分學生代替曠課學生“簽到”。雖然班干部通常能夠認出本班學生，但交由班委考勤也難以避免“人情簽到”。2） 簽到時間難把握。無論授課教師使用哪種簽到方式，都難以避免少部分遲到的學生“正常簽到”而對其他正常出勤的學生造成不公的問題。3） 簽到過程比較耗時。尤其對于大班教學的考勤，無論授課教師是“挨個點名”還是“排隊簽到”，都會耗費寶貴的課堂時間，從而影響教學進度，耽誤正常的教學工作。為此，頭歌平臺提供了在線簽到功能，能夠有效地彌補這些局限。

在頭歌平臺的“在線簽到”模塊中，可以設置簽到開始時間、結束時間、遲到時間，并能選取若干個簽到目標班級，支持快捷簽到與簽到碼簽到兩種簽到方式（如圖1所示）。當授課教師在平臺正式發(fā)布簽到后，學生可以使用手機或電腦登錄自身賬號以完成簽到考勤任務。待簽到事件完成后，平臺將自動匯總出簽到結果以供授課教師審閱。如圖2所示，對于“課堂簽到20220920”，在我們設置的時間范圍內(nèi)，應簽到人數(shù)48人，實際簽到44人，即意味著有4位學生上課遲到甚至曠課。

4 頭歌平臺在視頻學習中的應用

做好課前預習不僅能夠培養(yǎng)學生的自學能力，還能夠提高授課效果，對于教學質量的提升具有重要的作用。然而，在傳統(tǒng)課堂教學中，授課教師通常難以準確地檢驗出學生的課前預習進度及效果。正常來說，授課教師通常在本次課程結束的時候，向學生布置有關下一次課程的預習內(nèi)容。但后續(xù)如何監(jiān)督、檢驗學生的預習效果是一件較困難的事。例如：某位學生課后偷懶沒有完成預習任務，同時在課堂上也沒有被授課教師抽查到，在此情況下，授課教師通常難以對該生的平時表現(xiàn)做出科學、合理地評估。此外，如果課程內(nèi)容本身就較為晦澀難懂，則僅憑學生課后看書預習通常難以取得預期的學習效果。為此，頭歌平臺提供了課程內(nèi)容在線視頻學習功能，能夠有效地解決上述問題。

在頭歌平臺的“視頻直播”模塊中，授課教師可以事先將自己或名師大家們錄播的課程視頻剪輯、上傳到相應的章節(jié)目錄中，以供學生提前學習相關的課程內(nèi)容。如圖3所示，授課教師預先將3段軟件工程課程視頻上傳至“可行性分析”章節(jié)中。此后，授課教師可以通過平臺實時監(jiān)測學生對目標視頻的學習情況。圖4匯總了某5位同學的課前視頻學習情況，從中可以直觀地看出：有4位同學按時觀看了課程視頻，其中有1位同學觀看了2次，但也有1位同學沒有觀看課程視頻，即沒有完成授課老師布置的課前預習任務。對于該類學生，授課教師應及時予以適當?shù)呐u指導，督促學生做好課前預習工作，以期提升課堂教學效果。

5 頭歌平臺在分組作業(yè)中的應用

在傳統(tǒng)的課堂教學中，收集電子版作業(yè)主要有以下兩種方式：1） 學生將完成后的電子版作業(yè)以個人為單位，統(tǒng)一發(fā)送到任課教師的個人郵箱；2） 任課教師將作業(yè)收集任務指定給學習委員或其他學生干部，待其收齊所有作業(yè)后再統(tǒng)一打包發(fā)給任課教師。無論是上述哪種方式，都會存在以下問題：1） 作業(yè)提交拖沓。雖然任課教師通常都會口頭規(guī)定作業(yè)提交的截止時間，但現(xiàn)實中總有少部分學生會找各種借口拖延，這對于那些按時提交的學生來說是不公平的；2）作業(yè)收集耗時。無論是對于學生干部還是任課教師，頻繁地收集、整理、統(tǒng)計學生作業(yè)都是一件非常耗時且無趣的事情。當前，利用各類軟件平臺來高效便捷地收集學生的電子版作業(yè)已然成為常態(tài)化教學操作。其中以超星學習通、雨課堂為代表的在線教學平臺均能提供較為全面的個體作業(yè)收集功能。但是，對于由2人以上協(xié)作完成的分組作業(yè)的收發(fā)、批閱，這些平臺暫未提供功能支持。為此，頭歌平臺提供了針對分組作業(yè)的解決方案。

在頭歌平臺的“分組作業(yè)”模塊中，由授課教師建立分組作業(yè)，給出作業(yè)標題和內(nèi)容并設置小組人數(shù)的最大值和最小值。學生在完成分組作業(yè)時，由組長自行關聯(lián)同組成員，組內(nèi)成員可以共享作業(yè)資料，共同修訂目標作業(yè)。此后，授課教師在批閱分組作業(yè)時，既可以為組內(nèi)成員一次性賦予相同分值，也可以個性化打分。如圖5所示，對于分組49中的4位同學，他們在延期后成功地提交了分組作業(yè)，授課教師則根據(jù)作業(yè)完成情況為其個性化打分，分為計分為87分、84分、87分、84分。

6 頭歌平臺在課堂實驗中的應用

在計算機專業(yè)本科教學過程中，經(jīng)常會遇到需要“前腳聽教師授課，后腳練編程習題”的專業(yè)課程，如C/C++/Java語言、大數(shù)據(jù)分析等相關課程。即便這類課程通常是在專業(yè)機房進行授課，卻也難以評估學生的代碼能力。這主要是因為完成編程任務通常需要借助專業(yè)的編程開發(fā)工具，如Eclipse、Visual Studio、PyCharm等IDE，且對于學生提交的程序代碼，授課教師更多的是依據(jù)個人經(jīng)驗來進行鑒定，難以定量分析學生對于目標任務的編程實踐水平。為此，頭歌平臺提供了云端編程環(huán)境，有效地解決了當前難題。

在頭歌平臺的“課堂實驗”模塊中，授課教師可以自行創(chuàng)建實踐項目，填寫項目基本信息并選擇編程鏡像、開啟代碼倉庫（如圖6所示）。由于頭歌平臺提供“云編程”，使得廣大師生不需要在電腦上安裝各類IDE也能夠完成編程任務。同時提供“編程操作、全程記錄”“圖文視頻、輔助講解”“智能評測、實時反饋”等智能化輔助功能。平臺在為學生的編程練習提供極大便利的同時，也能科學地評估出學生的編程水平，為提升實驗課程的教學效率和教學質量增添助力。如圖7所示，對于該生提交的有關MapReduce操作的程序代碼，授課教師可以通過點擊“評測”功能鍵來驗證代碼的正確性和執(zhí)行效率。在該示例中，測試結果為全部通過，評測耗時為33.697 秒，消耗內(nèi)存達1299MB，測評結果驗證了目標程序的正確性和效率。

7 頭歌平臺在學情分析中的應用

在課堂教學的過程中，授課教師通過使用頭歌平臺提供的學、練、評、測一體化功能模塊，可以準確地獲取記錄每個學生用戶學習情況的個性化數(shù)據(jù)，再利用數(shù)據(jù)分析技術將獲取的用戶數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、整理、分析、展示，以獲取有價值的學情信息，最后由授課教師根據(jù)學情信息來采取針對性措施，以進一步提升教學質量和教學效果。

在頭歌平臺的“數(shù)據(jù)統(tǒng)計”模塊中，授課教師可以直觀地獲取實訓通關率、實訓成績分布、課堂活躍度、學期成績總結等學情信息。圖8給出了大數(shù)據(jù)技術原理與應用課程的實驗實訓通關率結果，從中可以直觀地看出：相較于其他實訓項目，“Spark Standalone模式的安裝和部署”以及“Spark機器學習”2個實訓項目的通關率均低于60%，該現(xiàn)象提醒授課教師要對該類實訓進行重點講解，同時加強練習輔導。圖9給出了學期綜合成績排名前十的學員。在該示例中，頭歌平臺將目標課程中的課堂實驗、分組作業(yè)以及在線考試三個環(huán)節(jié)的成績納入綜合成績進行計算，即將三個環(huán)節(jié)的累積成績進行求和來得到該門課程當前學期的總成績。授課教師則可以根據(jù)課程總成績來了解每位學生的學習情況。

8 總結

本文首次將頭歌實踐教學平臺引入計算機專業(yè)本科教學工作中，有效地解決了課堂教學過程中存在著的考勤簽到耗時、課前預習監(jiān)督難、分組作業(yè)實施難、實驗實訓評估難、學業(yè)情況掌握難等突出問題。對平臺的合理運用，既能夠提高學生的自主探究能力，提升學生的學習積極性，又能夠減輕授課教師的教學負擔，提升教學質量和教學效率。未來，相信頭歌平臺能為高校教師和學生提供更加友好的在線實踐教學創(chuàng)新與服務環(huán)境，助力高等教育教學工作朝著智能化、人性化、科學化方向良性發(fā)展。