張銀霞，耿 蕊，遲立穎，劉娜娜

（齊齊哈爾大學(xué) 計(jì)算機(jī)控制與工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

2017《新媒體聯(lián)盟地平線報(bào)告》中將“日益注重測(cè)量學(xué)習(xí)”作為在未來(lái)三到五年推動(dòng)高等教育的主要技術(shù)，該技術(shù)“主要關(guān)注評(píng)價(jià)及各種各樣的方法和工具，教育者可以用來(lái)評(píng)估、測(cè)量和記錄，學(xué)生學(xué)業(yè)準(zhǔn)備情況、學(xué)習(xí)進(jìn)展、習(xí)得技能和學(xué)生的其他教育需求”。[1]

近年來(lái)，隨著混合式教學(xué)模式的廣泛應(yīng)用、教育技術(shù)與教學(xué)環(huán)節(jié)的深度融合，教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生了越來(lái)越多的學(xué)習(xí)相關(guān)數(shù)據(jù)，如果能夠有效地利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)做出實(shí)時(shí)的反饋，必然能夠提高教學(xué)效果，因此如何充分利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)混合教學(xué)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，使學(xué)生的學(xué)習(xí)可以測(cè)量，具有重要的研究?jī)r(jià)值。

國(guó)內(nèi)很多學(xué)者嘗試將數(shù)據(jù)分析技術(shù)與教學(xué)相結(jié)合。焦文歡等[2]論證了大數(shù)據(jù)技術(shù)和混合式教學(xué)模式的深度融合是未來(lái)混合式教學(xué)環(huán)境的必然要求；黃月等[3]提出了評(píng)價(jià)混合教學(xué)改革效果的框架與措施；生慧等[4]嘗試?yán)么髷?shù)據(jù)進(jìn)行課程分析和學(xué)生畫像；魯文英[5]采用數(shù)據(jù)分析優(yōu)化和提升SPOC課程的學(xué)習(xí)；吳文峻[6]給出了學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的分析方法和理論架構(gòu)；葉俊民等[7]對(duì)線下學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入的分析和研究；雷云鶴等[8]通過(guò)分析學(xué)生預(yù)學(xué)習(xí)期間的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)幫學(xué)；付麗琴[9]探討了大數(shù)據(jù)背景下的數(shù)據(jù)分析技術(shù)；魏順平等[10]根據(jù)在線數(shù)據(jù)分析進(jìn)行教學(xué)反思。

本文針對(duì)《C++程序設(shè)計(jì)》課程實(shí)施混合式教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生的線上線下數(shù)據(jù)，探索使用統(tǒng)計(jì)分析、熱詞分析、社交關(guān)系分析等技術(shù)進(jìn)行深入分析，利用分析結(jié)果指導(dǎo)后續(xù)教學(xué)。

一、混合式教學(xué)實(shí)施的過(guò)程

1.混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

混合式教學(xué)模式的實(shí)施總體分為課前學(xué)習(xí)、課堂教學(xué)、課外拓展三個(gè)階段，如圖1所示。

圖1 混合式教學(xué)模式的三個(gè)階段

課前學(xué)習(xí)在線上實(shí)現(xiàn)，突出基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，以微視頻形式為主，輔以教學(xué)課件、學(xué)習(xí)指導(dǎo)等資源，這部分資源要求所有學(xué)生能夠掌握，以學(xué)生自選時(shí)間、自定步調(diào)自主完成，教師起到提醒、督促和輔助作用，通過(guò)討論區(qū)互動(dòng)交流調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，通過(guò)在線測(cè)試驗(yàn)證學(xué)生的課前學(xué)習(xí)效果。

課堂教學(xué)在線下實(shí)現(xiàn)，以解決綜合性應(yīng)用性案例為主，課堂教學(xué)要在教師的引導(dǎo)下通過(guò)學(xué)生的互動(dòng)討論、團(tuán)隊(duì)協(xié)作共同完成。

課外拓展可以是線上線下結(jié)合實(shí)現(xiàn)，主要針對(duì)學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、對(duì)課程進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)感興趣的學(xué)生，由教師指導(dǎo)學(xué)生參與項(xiàng)目訓(xùn)練、競(jìng)賽等第二課堂活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新訓(xùn)練。

在這三個(gè)階段會(huì)產(chǎn)生大量的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，對(duì)于研究學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡、學(xué)習(xí)規(guī)律、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)學(xué)生后期學(xué)習(xí)效果有著重要的作用。

2.混合式教學(xué)實(shí)施

在2017級(jí)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的《C++程序設(shè)計(jì)》課程中進(jìn)行混合式教學(xué)，以“循環(huán)結(jié)構(gòu)”一節(jié)的學(xué)習(xí)為例，該節(jié)教學(xué)目標(biāo)是要求學(xué)生掌握利用while、do while、for三種循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計(jì)方法，具體教學(xué)過(guò)程如下：首先將三種循環(huán)語(yǔ)句的基本語(yǔ)法、特點(diǎn)、注意事項(xiàng)等基礎(chǔ)知識(shí)錄制成視頻，上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生在課前進(jìn)行學(xué)習(xí)，并通過(guò)在線測(cè)試驗(yàn)證自己課前學(xué)習(xí)的效果，遇到問(wèn)題可以在討論區(qū)進(jìn)行在線討論，進(jìn)入課堂教學(xué)之前，大部分學(xué)生掌握了三種循環(huán)語(yǔ)句的基本使用方法；其次，課堂上教師給出綜合應(yīng)用案例，學(xué)生以小組為單位，進(jìn)行案例分析、討論、實(shí)現(xiàn)以及展示，教師進(jìn)行引導(dǎo)答疑，使學(xué)生深入掌握循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的應(yīng)用，最后以單人為單位提交案例代碼以及課堂反思；最后，課外拓展以學(xué)生自愿為主參加循環(huán)結(jié)構(gòu)類程序項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。

由于課外拓展環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)較少，重點(diǎn)針對(duì)課前教學(xué)、課堂教學(xué)以及課程問(wèn)卷等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

二、課前學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析

課前學(xué)習(xí)主要包括課前視頻等資料學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、在線討論數(shù)據(jù)、課前測(cè)試數(shù)據(jù)等等。

1.視頻學(xué)習(xí)情況分析

以《C++程序設(shè)計(jì)》課程中循環(huán)結(jié)構(gòu)一節(jié)的內(nèi)容為例，共包含三段視頻，三段視頻有先后順序，每段視頻的時(shí)長(zhǎng)分別為7分41秒、5分38秒、5分31秒，根據(jù)學(xué)生人均觀看每段視頻的平均時(shí)長(zhǎng)及人均訪問(wèn)次數(shù)，繪制統(tǒng)計(jì)圖表如圖2所示，可以看出學(xué)生對(duì)每段視頻觀看時(shí)間均大于原視頻時(shí)長(zhǎng)，說(shuō)明學(xué)生可能反復(fù)播放視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)，另外從三段視頻學(xué)生觀看視頻的時(shí)長(zhǎng)增長(zhǎng)比例看出，隨著學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的深入，投入的學(xué)習(xí)時(shí)間有所增長(zhǎng)。其中，觀看視頻比例=（人均訪問(wèn)時(shí)間-視頻標(biāo)準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)）/標(biāo)準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)。

圖2 教學(xué)視頻人均訪問(wèn)時(shí)間與觀看時(shí)長(zhǎng)比例分布

根據(jù)學(xué)生每段視頻人均訪問(wèn)次數(shù)與觀看視頻的時(shí)長(zhǎng)增長(zhǎng)比例的關(guān)系圖，如圖3所示，可以看出隨著學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生反復(fù)觀看視頻的次數(shù)逐漸減少，而觀看時(shí)間逐漸增加，說(shuō)明學(xué)生逐漸沉浸在學(xué)習(xí)之中。

圖3 人均訪問(wèn)教學(xué)視頻次數(shù)與觀看時(shí)長(zhǎng)比例關(guān)系

2.在線討論熱詞分析

對(duì)在線論壇中學(xué)生討論的內(nèi)容提取文本信息，利用WordArt進(jìn)行熱詞分析，如圖4所示，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生能夠找準(zhǔn)“循環(huán)條件”、“循環(huán)體”、“初始化語(yǔ)句”、“迭代語(yǔ)句”以及“for語(yǔ)句”、“while 語(yǔ)句”、“do while”等需要掌握的知識(shí)點(diǎn)，而且討論比較熱烈，總體沒(méi)有偏離教學(xué)要點(diǎn)。

3.在線討論中的社交關(guān)系分析

圖4 在線論壇熱詞分析

學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)課程內(nèi)容在論壇中展開(kāi)討論，根據(jù)學(xué)生發(fā)帖和回復(fù)情況進(jìn)行分析，采用UCINET分析軟件分析學(xué)生之間存在的關(guān)系，結(jié)果如圖5所示，可以看出，學(xué)生討論時(shí)存在四個(gè)小圈子，其中學(xué)號(hào)尾號(hào)為49、55、30、15、19、01、31、16、51、39、26 等學(xué)生處于討論的焦點(diǎn)，比較活躍，帶動(dòng)其他同學(xué)進(jìn)行討論，而圖中左上角一列學(xué)號(hào)的同學(xué)是沒(méi)有參與任何討論的學(xué)生。在課堂教學(xué)中發(fā)揮積極參與活動(dòng)學(xué)生的能動(dòng)性，將處于討論焦點(diǎn)的學(xué)生設(shè)置為組長(zhǎng)，每人帶領(lǐng)一組，參與課堂學(xué)習(xí)，另外，對(duì)未參與的同學(xué)進(jìn)行提問(wèn)互動(dòng)，引導(dǎo)其參與各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)。

圖5 在線討論中的社交關(guān)系分析

4.在線測(cè)試分析

（1）學(xué)生的成績(jī)分布分析

課程平臺(tái)可以自動(dòng)生成學(xué)生成績(jī)統(tǒng)計(jì)，學(xué)生平均成績(jī)?yōu)?4.1分，各個(gè)分?jǐn)?shù)段的分布情況，如圖6所示，可以看出本次課前測(cè)試93%的學(xué)生在60分以上，說(shuō)明大部分學(xué)生基本掌握了課前學(xué)習(xí)內(nèi)容，還存在7%的學(xué)生沒(méi)達(dá)到課前學(xué)習(xí)目標(biāo)，需要在課堂上將必要的知識(shí)補(bǔ)全。

圖6 課前在線測(cè)試學(xué)生成績(jī)分布

（2）知識(shí)點(diǎn)掌握情況分析

題庫(kù)中共15道題目，每個(gè)學(xué)生隨機(jī)抽取5道題進(jìn)行測(cè)試，對(duì)學(xué)生的答卷情況進(jìn)行分析，各個(gè)題目的得分率如圖7所示，得分率較低的題集中在while語(yǔ)句和do while語(yǔ)句相關(guān)的題目，因此將學(xué)生容易做錯(cuò)的題，按照知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分類整理，在課堂上作為難點(diǎn)予以強(qiáng)調(diào)，并引導(dǎo)學(xué)生多加練習(xí)。

圖7 課前測(cè)試中各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的得分率統(tǒng)計(jì)

5.學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律分析

根據(jù)學(xué)生參與測(cè)試的時(shí)間，繪制直方圖，如圖8所示，可以看出25%的學(xué)生在星期二進(jìn)行測(cè)試，24%的學(xué)生在星期四進(jìn)行測(cè)試，其他時(shí)間學(xué)生參與測(cè)試較均勻，課堂教學(xué)在星期五，說(shuō)明大部分學(xué)生喜歡在星期二和星期四進(jìn)行課前學(xué)習(xí)，通過(guò)跟蹤其他幾周學(xué)生測(cè)試情況發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)固定的規(guī)律，通過(guò)與學(xué)生交流，得知學(xué)生在星期二無(wú)其他課業(yè)，而星期四學(xué)習(xí)的學(xué)生多是習(xí)慣拖延突擊學(xué)習(xí)的學(xué)生，因此，在星期二和星期四，教師要經(jīng)常登錄課程平臺(tái)與學(xué)生交流互動(dòng)，效率更高，效果更好。

圖8 一周內(nèi)每天參與課前測(cè)試的人數(shù)比例分布

三、課堂教學(xué)數(shù)據(jù)分析

課堂教學(xué)以案例教學(xué)為主，以小組合作、研究討論、代碼實(shí)現(xiàn)等方式進(jìn)行。課堂教學(xué)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包括學(xué)生提交的案例代碼成績(jī)、課堂反思和總結(jié)。以“循環(huán)結(jié)構(gòu)”一節(jié)的課堂教學(xué)為例，分析課堂案例實(shí)現(xiàn)情況以及課堂反思與總結(jié)。

1.課堂案例代碼成績(jī)分析

課堂案例代碼提交率為100%，正確率達(dá)到92.0%，說(shuō)明大部分學(xué)生基本掌握了課堂所要求的內(nèi)容。對(duì)于8%的不正確的學(xué)生代碼進(jìn)行分析，其中，6.3%的學(xué)生程序整體算法沒(méi)有問(wèn)題，只是輸出結(jié)果的代碼不當(dāng)，因此提醒學(xué)生在今后課程中注意這些細(xì)節(jié)；1.7%的學(xué)生程序算法存在問(wèn)題，說(shuō)明這些學(xué)生對(duì)本節(jié)課內(nèi)容掌握得不好，需要單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行輔導(dǎo)答疑。

2.課堂反思與總結(jié)的熱詞分析

對(duì)學(xué)生的課堂反思與總結(jié)進(jìn)行熱詞分析，如圖9所示，關(guān)鍵詞集中在“語(yǔ)句”、“初始賦值”、“執(zhí)行條件”、“迭代條件”、“掌握”、“挺有意思”、“難度不高”、“不可馬虎大意”、“注意編程邏輯”、“學(xué)到了沒(méi)接觸過(guò)的知識(shí)”等等，說(shuō)明學(xué)生在課堂教學(xué)中基本掌握了循環(huán)結(jié)構(gòu)語(yǔ)句的應(yīng)用。

圖9 學(xué)生課堂教學(xué)中反思與總結(jié)熱詞分析

四、教學(xué)實(shí)踐效果分析

1.課程問(wèn)卷分析

課程結(jié)束后，采用網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)對(duì)《C++程序設(shè)計(jì)》課程進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷調(diào)查，由于瀏覽器限制，部分問(wèn)卷處于暫存狀態(tài)未提交，回收有效問(wèn)卷45份。

（1）問(wèn)卷中學(xué)習(xí)效果分析

關(guān)于學(xué)習(xí)效果問(wèn)卷情況如圖10所示，可以看出學(xué)生對(duì)課前知識(shí)掌握比較熟練，熟練程度達(dá)到77.55%，課堂知識(shí)熟練掌握程度達(dá)到73.47%，63.27%的學(xué)生覺(jué)得通過(guò)課程學(xué)習(xí)確實(shí)提高了分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力，55.10%的學(xué)生認(rèn)為提高了自主學(xué)習(xí)能力，46.94%的學(xué)生參與互動(dòng)交流討論。

圖10 學(xué)習(xí)效果問(wèn)卷結(jié)果

通過(guò)對(duì)問(wèn)卷中的其他項(xiàng)目進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)64.44%的學(xué)生覺(jué)得課前學(xué)習(xí)任務(wù)適中，86.67%的學(xué)生能夠完成大部分課前視頻的學(xué)習(xí)，多數(shù)學(xué)生按照自己的時(shí)間觀看視頻，如果有明白的地方會(huì)反復(fù)播放視頻觀看，22.22%的學(xué)生能夠較好地參與課前交流討論，60%的學(xué)生討論互動(dòng)情況一般，大多數(shù)學(xué)生能夠認(rèn)真完成課前測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中遇到問(wèn)題，會(huì)回看視頻或是與同學(xué)交流，82.23%的學(xué)生認(rèn)為微視頻或在線測(cè)試對(duì)課前學(xué)習(xí)最為重要，63.38%的學(xué)生認(rèn)為課堂教學(xué)中對(duì)課前的重點(diǎn)難點(diǎn)的講解以及課前測(cè)試的易錯(cuò)題的講解非常必要，84.45%的學(xué)生在課堂上完成項(xiàng)目案例時(shí)的問(wèn)題通過(guò)回看視頻、同學(xué)交流、請(qǐng)教教師得以解決，60%的學(xué)生表示非常喜歡混合教學(xué)形式，覺(jué)得學(xué)習(xí)效率較高。

總體來(lái)看，大部分學(xué)生對(duì)依托網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)的混合式教學(xué)模式、教學(xué)效果還是肯定的。但是也存在著一些問(wèn)題，比如，課前學(xué)習(xí)中13.33%的學(xué)生只看了一小部分視頻，2.22%的學(xué)生課堂上遇到的問(wèn)題到下課也沒(méi)能解決，6.67%的學(xué)生不知道如何參與課堂活動(dòng)，12.50%的學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)操作不熟練，10.94%的學(xué)生不適應(yīng)混合教學(xué)模式等等，后續(xù)的教學(xué)中要針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)一步分析原因并加以改進(jìn)。

（2）問(wèn)卷中反饋意見(jiàn)和建議熱詞分析

對(duì)調(diào)查問(wèn)卷中學(xué)生反饋的意見(jiàn)和建議進(jìn)行熱詞分析，如圖11所示，學(xué)生反饋的關(guān)鍵詞集中在“很好”、“挺好的”、“非常好”、“好啊”、“很滿意”、“效果很好”、“還可以”、“自控力不強(qiáng)就不能很好地學(xué)習(xí)”、“提高了效率和學(xué)習(xí)自主性”、“培養(yǎng)了自主學(xué)習(xí)能力和交流能力”、“希望繼續(xù)改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)”，可以看出學(xué)生對(duì)課程比較滿意。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，學(xué)生建議“繼續(xù)改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)”、“增加試題講解視頻”，“自主學(xué)習(xí)能力有待提高”，這些都是后續(xù)教學(xué)中需要注意改進(jìn)的方面。

圖11 課程問(wèn)卷中學(xué)生反饋意見(jiàn)和建議熱詞分析

（3）與上一年級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果對(duì)比

在2016級(jí)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的《C++程序設(shè)計(jì)》課程中采用混合式教學(xué)實(shí)踐，但是沒(méi)有加入數(shù)據(jù)分析技術(shù)，2017級(jí)自動(dòng)化專業(yè)的《C++程序設(shè)計(jì)》課程中加入了數(shù)據(jù)分析技術(shù)輔助教學(xué)。通過(guò)學(xué)生的問(wèn)卷對(duì)比，如表1所示，可以看出，利用數(shù)據(jù)分析有針對(duì)性地改進(jìn)教學(xué)方法后，學(xué)生在學(xué)習(xí)效率、學(xué)習(xí)效果以及對(duì)混合式課堂教學(xué)的喜愛(ài)程度方面都有所提升。

表1 2016級(jí)與2017級(jí)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生《C++程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)效果對(duì)比

2.學(xué)生考核成績(jī)分析

實(shí)驗(yàn)班（2017級(jí)自動(dòng)化專業(yè)）采用結(jié)合數(shù)據(jù)分析技術(shù)的混合式教學(xué)模式，對(duì)照班（2017級(jí)機(jī)械專業(yè)）采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，在統(tǒng)一進(jìn)行的三次考核中，成績(jī)?nèi)绫?所示，可以看出，學(xué)生的平均成績(jī)比同年級(jí)對(duì)照班學(xué)生分別高出5.77、4.84、4.36個(gè)百分點(diǎn)。

表2 2017級(jí)實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班《C++程序設(shè)計(jì)》課程統(tǒng)一考核成績(jī)對(duì)比

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2017級(jí)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐表明，在混合式教學(xué)中采用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以使教師更深入地了解學(xué)生，更有針對(duì)性地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法，能夠促進(jìn)學(xué)生更有效地學(xué)習(xí)，從而達(dá)到提升教學(xué)效率、提高教學(xué)效果的目的。