王斌斌,方澤文,汪文彬,岑 崗

(浙江科技學(xué)院 a.理學(xué)院；b.信息與電子工程學(xué)院,杭州 310023)

個性化高等數(shù)學(xué)慕課學(xué)習(xí)平臺設(shè)計與實現(xiàn)

王斌斌a,方澤文a,汪文彬a,岑 崗b

(浙江科技學(xué)院 a.理學(xué)院；b.信息與電子工程學(xué)院,杭州 310023)

通過設(shè)計集學(xué)習(xí)、交流、檢測、反饋和管理為一體的“個性化高等數(shù)學(xué)慕課學(xué)習(xí)平臺”,嘗試將慕課這一新興教學(xué)方式引入到高等數(shù)學(xué)教學(xué),并進行教學(xué)改革與探索。根據(jù)學(xué)生個性化的需求推薦相應(yīng)的教學(xué)資源,滿足學(xué)生不同的學(xué)習(xí)需求。教師根據(jù)學(xué)生的反饋信息,合理地組織教學(xué)資源,豐富學(xué)習(xí)資源庫,使學(xué)生通過不同的方式獲取知識,完善自身的知識結(jié)構(gòu)。

高等數(shù)學(xué)；慕課；個性化；學(xué)習(xí)平臺設(shè)計

李克強總理于第十二屆全國人民代表大會第三次會議指出：加快推進遠程教育,擴大優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋面。在當(dāng)今“互聯(lián)網(wǎng)+”理念下,“互聯(lián)網(wǎng)+教育”也得到了迅速的發(fā)展。如今,中國的高等教育已從精英教育進入大眾教育階段,伴隨著高等教育大眾化的大潮,其眾多負(fù)面影響也隨之出現(xiàn)[1]。慕課(massive open online course, MOOC)作為開放性的網(wǎng)絡(luò)教育課程更加合理地運用了教育資源,擴大了教育輻射的范圍,加快了人才培養(yǎng)的步伐,因此，越來越受到教育工作者的青睞。

本課題組針對高等數(shù)學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀進行調(diào)研與分析,發(fā)現(xiàn)由于學(xué)生數(shù)學(xué)知識基礎(chǔ)和自主學(xué)習(xí)能力存有差異，傳統(tǒng)教學(xué)很難滿足學(xué)生不同的學(xué)習(xí)需求。慕課作為現(xiàn)代教育技術(shù)的一種先進手段,能為學(xué)生提供個性化學(xué)習(xí)環(huán)境,調(diào)動學(xué)生根據(jù)自身知識基礎(chǔ)進行主動學(xué)習(xí)的積極性。因此,本課題組以高等數(shù)學(xué)教學(xué)為例,開發(fā)了基于慕課的個性化高等數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)平臺,進行了教學(xué)改革的實踐與探索。

1 關(guān)于慕課

慕課即大規(guī)模的開放的在線課程,它是由具有協(xié)作與分享精神的個人組織發(fā)布于互聯(lián)網(wǎng)的開放課程,其主要作用是增強知識的傳播力[2]。慕課具有資源共享、個性化、無約束及學(xué)習(xí)過程開放性等特點,實現(xiàn)了同步與異步并存,是當(dāng)今新涌現(xiàn)的一種在線課程開發(fā)模式[3]。慕課是否實現(xiàn)教育創(chuàng)新主要依托于開放型教育和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)實驗。慕課能否被廣泛共享,主要依賴慕課本身所具有的創(chuàng)意及與其他相近的學(xué)習(xí)實踐能否和諧地相結(jié)合。2012年美國哈佛大學(xué)等著名高校發(fā)起的慕課,在僅僅一年多的時間里就如地震海嘯般席卷全球的教育業(yè)。利用課余時間架起簡易攝像機進行慕課的錄制,為全球16萬多人教授課程,以此為出發(fā)點創(chuàng)立了Udacity[4]?！叭绻胍瞎鸬恼n,只需要給非洲小孩一臺上網(wǎng)的電腦就可以了”,這句話高度概括了慕課平臺在縮小地區(qū)教育差距上的巨大意義[5]。

中國各高校積極響應(yīng)慕課國際化需求,紛紛制作自己的慕課或是與美國的三大慕課組織合作,使得中國慕課與世界慕課同步。清華大學(xué)于2013年推出了慕課平臺“學(xué)堂在線”,在國內(nèi)具有一定的影響。目前,慕課在中國的發(fā)展還有很多困境。首先是對慕課的認(rèn)識問題,對慕課的復(fù)雜性和慕課對傳統(tǒng)教育的沖擊性的認(rèn)識不夠到位；其次是慕課的制作問題,很多教師只是把慕課引申為傳統(tǒng)課堂中的錄像片段,沒有將慕課看成是對傳統(tǒng)教育的一場革命；最后是慕課的體制問題,慕課雖然能夠滿足大規(guī)模的個性化教學(xué)需求,但是，該如何處理它與校內(nèi)必修課之間的關(guān)系,如何能更好地服務(wù)于教學(xué),值得探究[6]。

2 個性化高等數(shù)學(xué)慕課學(xué)習(xí)平臺設(shè)計

本課題組利用現(xiàn)代教育技術(shù)的先進手段,采用了具有個性化特點的慕課教學(xué)方式。依靠慕課開放性、靈活性的特點,搭乘“互聯(lián)網(wǎng)+”這一快船滲透到高等數(shù)學(xué)教學(xué)的方方面面,設(shè)計開發(fā)了集學(xué)習(xí)、交流、檢測、評價和管理于一體的“個性化高等數(shù)學(xué)慕課學(xué)習(xí)平臺”，為學(xué)生提供了個性化、自主的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境,進行了實踐教學(xué)的探索與嘗試。平臺總體設(shè)計及各功能模塊設(shè)計如下。

2.1 總體設(shè)計

平臺將慕課融入高等數(shù)學(xué)教學(xué)中,把每課時的知識點、重點、難點都“抽絲剝繭”,一一羅列,使學(xué)生更為清晰、直觀地了解學(xué)習(xí)內(nèi)容[7]。慕課的出現(xiàn)使原本具有高度抽象性和高度邏輯性的高等數(shù)學(xué)課程從復(fù)雜理論推導(dǎo)轉(zhuǎn)向注重講解抽象理論中蘊含的數(shù)學(xué)思想和數(shù)學(xué)方法,從而培養(yǎng)學(xué)生在面對實際問題時的分析問題、解決問題的能力[8]。合理使用此平臺有助于更好地掌握高等數(shù)學(xué),更好地將它運用于實際當(dāng)中,而不再是“被動應(yīng)付”。

學(xué)生根據(jù)自身進度挑選學(xué)習(xí)課程,通過教師所創(chuàng)建的課程對知識進行系統(tǒng)化學(xué)習(xí)。課堂中可以與其他學(xué)生進行交流互動,課后也可以與教師一對一地交流,提出與慕課內(nèi)容相關(guān)的問題,這有益于學(xué)生及時解決問題,掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容[9]。通過慕課學(xué)習(xí)、交流討論、資源管理、用戶管理及系統(tǒng)維護模塊，來構(gòu)建集學(xué)習(xí)、交流、檢測、評價和管理于一體的個性化慕課學(xué)習(xí)平臺,平臺總體設(shè)計如圖1所示。

圖1 個性化慕課學(xué)習(xí)平臺總體設(shè)計Fig.1 General design of personalized MOOC learning platform

2.2 平臺功能模塊

2.2.1 慕課學(xué)習(xí)

慕課的學(xué)習(xí)不再如傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)課堂般單線性學(xué)習(xí),而是在課程的學(xué)習(xí)過程中形成相應(yīng)的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。為了使學(xué)生更好地通過慕課這一新型教學(xué)方式來獲取知識,平臺構(gòu)建的慕課學(xué)習(xí)模塊主要由視頻和課件學(xué)習(xí)、練習(xí)自測、慕課收藏及課后所思4個子模塊組成[10]。

2.2.1.1 視頻、課件學(xué)習(xí) 該模塊一一羅列出該課程所有知識點,學(xué)生在平臺的推薦下有選擇性地進行個性化學(xué)習(xí)。隨著學(xué)生學(xué)習(xí)進程的改變與所掌握知識的增加,平臺逐步提高課程難度,使學(xué)生進入下一階段的學(xué)習(xí)。

2.2.1.2 練習(xí)自測 由課后練習(xí)和章節(jié)測驗2個子模塊組成。課后練習(xí)子模塊為學(xué)生提供練習(xí)的場所,用于檢測學(xué)生對該課程的掌握情況。根據(jù)測驗結(jié)果,平臺判斷學(xué)生是否掌握,是否需要重新學(xué)習(xí)該課程。在章節(jié)測驗子模塊中,將該課程所有知識點集于一套試卷中,學(xué)生提交試卷后,即刻顯示測驗分?jǐn)?shù)和解題過程,學(xué)生可重做錯題,做到不留章節(jié)知識死角。

2.2.1.3 慕課收藏 該子模塊是為了防止學(xué)生遺忘先前的知識點并方便他們對相應(yīng)知識點進行鞏固和溫習(xí)而構(gòu)建的。在該子模塊中,學(xué)生可以對難點、重點慕課進行收藏。

2.2.1.4 課后所思 在該子模塊中,學(xué)生可以暢談所感、所思、所想,提出相應(yīng)的問題,求助于平臺其他學(xué)生或教師來解決疑難。

2.2.2 交流討論

慕課通過其開放性和公益性營造出相互協(xié)助、共同進步的學(xué)習(xí)氛圍,在此氛圍下更容易激發(fā)學(xué)生的積極性和成就感。該模塊設(shè)計了個別交流和群組討論2個子模塊。平臺提供了一對一個別輔導(dǎo)交流功能,讓學(xué)生之間能更好地了解彼此,成為長期的學(xué)習(xí)伙伴,同時也拉近了教師與學(xué)生的距離。在群組討論模塊中,學(xué)生可以根據(jù)自己的需求去創(chuàng)建、加入小組,這不僅有助于營造學(xué)習(xí)氣氛,還有利于縮小學(xué)生之間的學(xué)習(xí)差距,這一功能對后進者尤為重要。

2.2.3 資源管理

資源管理模塊由慕課上傳、慕課評價和資源分享3個子模塊組成。

2.2.3.1 慕課上傳 該子模塊用于上傳學(xué)習(xí)資源。由于國內(nèi)慕課資源良莠不齊，平臺要求教師在制作慕課前必須有自身的團隊，即教學(xué)設(shè)計師、IT專家及攝影師等，并通過平臺論證才能進行慕課的上傳。在此基礎(chǔ)上，該平臺以慕課課程體系結(jié)構(gòu)是否明晰、教學(xué)內(nèi)容是否簡練、教學(xué)風(fēng)格是否多樣等[11]為依據(jù)進行審核，以滿足學(xué)生對優(yōu)質(zhì)資源的需求，使每個學(xué)生通過此模塊獲得其心儀的慕課資源。

2.2.3.2 慕課評價 為了區(qū)分慕課教師的執(zhí)教水平,讓學(xué)生更好地選擇優(yōu)秀課程,該平臺還提供了慕課評價子模塊,通過以往學(xué)生從授課水平、內(nèi)容精細(xì)及掌握情況三方面的綜合評分來為其他學(xué)生提供參考。

2.2.3.3 資源分享 在該子模塊中,學(xué)生可以將解題過程與重點筆記以圖片或文字的形式分享至平臺,通過分享彼此對課程的思路、見解來相互幫助與促進,從而實現(xiàn)共同進步。

2.2.4 用戶管理

平臺用戶分為游客、學(xué)生、教師和管理員4種。游客用戶僅可以瀏覽教學(xué)天地的慕課、師資力量、教學(xué)大綱及參考資料等信息,能夠試看慕課但卻無法對慕課資源進行下載、評論及收藏；學(xué)生用戶可以根據(jù)自身情況來進行選擇性學(xué)習(xí),除了擁有慕課視頻學(xué)習(xí)、課件學(xué)習(xí)、資源下載、練習(xí)自測、交流討論及慕課評論的權(quán)限外,還可以在個人中心對慕課信息作收藏、下載等管理；教師用戶可以上傳慕課資源、發(fā)布教學(xué)信息、指導(dǎo)學(xué)生及參與討論；管理員用戶則負(fù)責(zé)系統(tǒng)維護、權(quán)限授予和用戶管理。用戶權(quán)限如圖2所示。

圖2 用戶權(quán)限Fig.2 User authority

2.2.5 系統(tǒng)維護

系統(tǒng)維護模塊主要用于數(shù)據(jù)庫維護、優(yōu)化,制訂平臺相關(guān)規(guī)定和平臺安全管理,以及系統(tǒng)升級等。

3 個性化高等數(shù)學(xué)慕課學(xué)習(xí)平臺運行流程及使用

通過上述平臺功能設(shè)計,教師可以充分利用平臺去實現(xiàn)課程的講授。在教學(xué)前,教師在平臺上發(fā)布課程相關(guān)信息,包括課程任務(wù)、教學(xué)大綱和參考資料等,讓學(xué)生能提前對課程的安排、內(nèi)容和知識點進行預(yù)習(xí),在討論區(qū)中組建課程小組,讓學(xué)生及時參與互動討論。在教學(xué)中,教師可以通過學(xué)生學(xué)習(xí)記錄、資料等相關(guān)信息,了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。在教學(xué)后,教師匯總學(xué)生所遇到的問題,回復(fù)相應(yīng)的解決方法；而學(xué)生則需要進行相應(yīng)的測驗,若通過,則開始下一章節(jié)的學(xué)習(xí),若未通過,則重新學(xué)習(xí)該章節(jié)。各章節(jié)學(xué)習(xí)流程如圖3所示。

圖3 各章節(jié)學(xué)習(xí)流程Fig.3 Chapter-learning flow

4 個性化慕課平臺的實現(xiàn)

該平臺采用PDT編程工具、Adobe Image繪圖工具及Adobe Premiere視頻壓縮工具來進行相應(yīng)的資源整理。服務(wù)端通過PHP+MySQL的形式構(gòu)建,客戶端頁面則由HTML5+CSS3搭建,因而擁有良好的屏幕自適應(yīng)性,使平臺界面更為友好。

4.1 技術(shù)設(shè)計思路及模式

平臺采用B/S體系結(jié)構(gòu),以支持大量學(xué)生并發(fā)訪問；同時,為了更好地對平臺數(shù)據(jù)進行調(diào)試、管理和優(yōu)化,平臺采用MySQL數(shù)據(jù)庫。平臺運用MVC開發(fā)模式,將Model、View、Control三層進行分離,從而既能提升平臺運作效率,又利于后期的平臺維護。

前端開發(fā)主要運用HTML5、CSS3、JavaScript、Ajax等技術(shù),同時采用Jquery、Bootstrap等開源框架,兼顧平臺頁面色彩設(shè)計的均衡性、整體性及和諧性。前端的布局則主要采用DIV+CSS盒子模型,使得頁面層次更為清晰,從而提升學(xué)生的頁面體驗。

后臺開發(fā)采用PHP語言和Apache服務(wù)器。PHP具有跨平臺性強、運行高效性、操作編輯簡捷及實用性強的特點。而Apache服務(wù)器具有較強的學(xué)生會話過程的跟蹤能力和支持多種方式的HTTP認(rèn)證等特性。通過把PHP、Apache、MySQL相結(jié)合,使平臺具有良好的安全性、擴展性,具有執(zhí)行速度快、效率高的優(yōu)點。

4.2 平臺設(shè)計的技術(shù)分析與實現(xiàn)

平臺搭建分為學(xué)習(xí)資源的捆綁、學(xué)生權(quán)限的管理和慕課課堂質(zhì)量審核。完整的慕課包括知識向?qū)?、在線練習(xí)、課件講義和評價反饋等相關(guān)配套資源[12],知識點的相互交錯運用使得資源的合理化捆綁更為重要。同時,良好的平臺管理離不開對學(xué)生權(quán)力的限制。而為了營造良好的慕課平臺,慕課課程質(zhì)量尤為重要。在平臺設(shè)計和搭建中,主要考慮了容量、種類及速度[13]三方面。

4.2.1 容量方面

針對慕課上傳位置的相對分布、運行方式變化明顯及慕課的關(guān)聯(lián)性與時效性較強等特點,平臺將慕課、文件、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)庫等都進行了分布式操作,將其作為大數(shù)據(jù)處理及存儲[14-15]。慕課及其相應(yīng)的文件、應(yīng)用對于整個平臺而言是一個不斷發(fā)展的系統(tǒng)性工程,將林林總總的慕課集中起來進行分布式的管理,從而有效地確保了平臺資源容量的可靠性、可行性和可擴展性。

4.2.2 種類方面

在對平臺進行相應(yīng)的研究管理的同時,將教師上傳的慕課、學(xué)生的教學(xué)評價及課后檢測等所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)歸集為一個知識子系統(tǒng)。在每個獨立的知識子系統(tǒng)相互交流、簡單磨合的過程中,有可能獲取到某些新信息,這將對整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響,有助于平臺后期對用戶的行為分析,以便于完善平臺。

4.2.3 速度方面

針對慕課、課件等文件下載往往占用過多的網(wǎng)絡(luò)帶寬問題,平臺搭建文件服務(wù)器用于存放慕課資源,并對其提供http協(xié)議用以訪問地址,從而減少對Web服務(wù)端的影響。對于文件服務(wù)器而言,使用磁盤隊列中心存儲,這種方式使用更為方便。簡言之,就是安裝一個Api作為訪問每個文件服務(wù)器的接口,用以文件的傳輸交互,同時，為了提高慕課視頻的流暢度,平臺通過運用ffmpeg技術(shù)將慕課幀數(shù)設(shè)為24 fp/s,合理地壓縮視頻大小,并通過碼率與分辨率的調(diào)節(jié),提供標(biāo)清、高清、超清3種清晰度資源,其中標(biāo)清為默認(rèn)播放資源,可以提升視頻播放的速率,同時減輕服務(wù)端的壓力[16]。

5 結(jié) 語

隨著慕課價值的不斷挖掘,慕課推動著高等數(shù)學(xué)教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變,從以教師為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心,慕課對高等教育的影響力是毋庸置疑的。通過個性化高等數(shù)學(xué)慕課平臺進行教學(xué),使教師、學(xué)生在教學(xué)過程中角色與作用發(fā)生了改變。教師在教學(xué)過程中起引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境和提供學(xué)習(xí)資源等作用。一方面需要教師制作更多的高質(zhì)量課件,另一方面也需要教師采用多種教學(xué)方式去調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,監(jiān)督學(xué)生的自主學(xué)習(xí),使得學(xué)生在平臺環(huán)境下進行個性化自主學(xué)習(xí)。個性化高等數(shù)學(xué)慕課學(xué)習(xí)平臺具有交互性強、便捷、開放和精練的特點,為師生搭建了靈活的網(wǎng)絡(luò)互動社區(qū),體現(xiàn)了慕課建設(shè)的理念。將慕課融入高等數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中,推動了高等數(shù)學(xué)教學(xué)的改革,從而提高了教學(xué)效率。

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Design and realization of personalized learning platform for high mathematics MOOC

WANG Binbina,FANG Zewena,WANG Wenbina,CEN Gangb

(a.School of Sciences;b.School of Information and Electronic Engineering, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023,China)

To incorporate MOOC(massive open online course) into higher mathematics education, we try to reform and explore it through the introduction of “personalized learning platform higher mathematics MOOC”, which integrates learning, communication, testing, feedback and manage-ment. According to the individual needs of students, we recommend the corresponding teaching resources to meet the different requirements of different students. Based on student’s feedback,the teachers can organize the teaching resources reasonably, enrich learning resources library to make students obtain the necessary knowledge and improve their knowledge structure by different means.

higher mathematics; MOOC(massive open online course); personalization; learning platform development

10.3969/j.issn.1671-8798.2016.06.005

2016-11-02

浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃(新苗人才計劃)(2015R415031)；國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(201611057020)

王斌斌(1995— ),男,浙江省寧波人,2013級信息與計算科學(xué)專業(yè)本科生。

岑 崗,教授,主要從事計算機應(yīng)用與計算機輔助教育研究。

TP393.092;G434

A

1671-8798(2016)06-0439-05