于海燕 梁靖涵

關(guān)鍵詞：計算機(jī)類專業(yè)；實(shí)踐課程；分類教學(xué)；分階賦能

1 計算機(jī)類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 突增的學(xué)生對實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)的需求

隨著新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，近年來計算機(jī)類相關(guān)專業(yè)發(fā)展迅速，學(xué)生人數(shù)增長較快，導(dǎo)致出現(xiàn)師資緊張現(xiàn)象，上課過程中大班授課比較多，對于理論教學(xué)影響較小，實(shí)踐課程往往需要老師現(xiàn)場指導(dǎo)，如果班級人數(shù)過多會影響指導(dǎo)效果進(jìn)而影響實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量[1-2]。

1.2 學(xué)生個性化實(shí)踐內(nèi)容的學(xué)習(xí)需求

每個學(xué)生自身情況不同，來自不同地區(qū)的學(xué)生對計算機(jī)操作水平有較大差異，學(xué)生對實(shí)踐內(nèi)容的理解程度也不一樣，有的學(xué)生可能已經(jīng)自學(xué)過相關(guān)課程，對于基礎(chǔ)知識能夠較快掌握，而其他學(xué)生可能在理解同樣知識時需要花費(fèi)大量時間精力，如果老師照顧基礎(chǔ)差的學(xué)生講解難度較低實(shí)踐內(nèi)容會導(dǎo)致基礎(chǔ)稍好學(xué)生厭學(xué)情緒，反之講解難度高的實(shí)踐內(nèi)容，基礎(chǔ)差的學(xué)生跟不上節(jié)奏，也會影響學(xué)習(xí)積極性。目前教學(xué)過程中教師能夠關(guān)注到學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求，但是由于條件限制實(shí)施個性化實(shí)踐教學(xué)較為困難[3-4]。

1.3 實(shí)踐教學(xué)平臺的普及性

近年來出現(xiàn)了很多專門針對計算機(jī)類專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)平臺，比如EduCoder平臺、計算機(jī)新工科實(shí)踐教學(xué)平臺、海豚大數(shù)據(jù)與人工智能實(shí)驗(yàn)平臺等，這些平臺往往能夠提供實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，做到任何地方都能進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)，但是由于經(jīng)費(fèi)投入問題，大部分處于試用狀態(tài)，未做到全校普及使用，實(shí)踐教學(xué)環(huán)境也是影響實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的因素[5-6]。

2 計算機(jī)類專業(yè)實(shí)踐課程分類教學(xué)實(shí)施

2.1 實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)制定

實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)按要求分成知識、能力和素質(zhì)三部分，在知識和能力培養(yǎng)方面要求課程具有“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)性”，高階性主要是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力，創(chuàng)新性主要是學(xué)生能夠緊貼科技發(fā)展前沿，有創(chuàng)新思維，挑戰(zhàn)度主要是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中需要跳一跳才能夠得著，用來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

實(shí)踐教學(xué)素質(zhì)目標(biāo)設(shè)定主要是對學(xué)生素質(zhì)能力培養(yǎng)，在設(shè)置過程中體現(xiàn)課程思政元素融入，首先對計算機(jī)類實(shí)踐課程都應(yīng)具備的素質(zhì)目標(biāo)進(jìn)行整合，主要體現(xiàn)在實(shí)踐過程中大國工匠精神、家國情懷、勇于探索的創(chuàng)新精神，善于解決問題的實(shí)踐能力，敢闖會創(chuàng)的創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)能力等方面，其次具體實(shí)踐課程可以根據(jù)課程特點(diǎn)加入素質(zhì)目標(biāo)。比如：Hadoop系統(tǒng)開發(fā)課程在設(shè)置實(shí)踐教學(xué)素質(zhì)目標(biāo)時加入了《孫子兵法》中“分而治之”的思想，不斷增強(qiáng)民族自豪感和文化自信心，主要是項(xiàng)目將大任務(wù)拆分成多個小任務(wù)由map（）函數(shù)處理，再由reduce（）函數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計匯總，所以在掌握知識的同時實(shí)現(xiàn)了素質(zhì)目標(biāo)，其中圖1為Ha?doop系統(tǒng)開發(fā)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。

2.2 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容等級劃分

分類教學(xué)實(shí)施的關(guān)鍵是劃分實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容等級，設(shè)定簡單、中等和困難三個等級。研究過程中發(fā)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容等級劃分有兩種方式，一是按照實(shí)踐教學(xué)整體內(nèi)容進(jìn)行劃分，二是根據(jù)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容模塊、知識點(diǎn)進(jìn)行劃分。第一種適合于知識點(diǎn)教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容瑣碎的情況，第二種適合大型實(shí)踐內(nèi)容，步驟較多的情況。根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)在實(shí)際操作過程中采用第一和第二種混合，由授課教師根據(jù)實(shí)踐內(nèi)容和授課經(jīng)驗(yàn)設(shè)定不同等級。

例如在Hadoop系統(tǒng)開發(fā)利用MapReduce進(jìn)行單詞統(tǒng)計編程知識模塊中，設(shè)計了4個關(guān)卡的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分別是：

1） 實(shí)驗(yàn)1：將輸入的兩個文件切分成兩個輸入分片，然后對輸入分片進(jìn)行格式化，如文件按行分解，從而形成以key為偏移量、value為行內(nèi)容的鍵值對。難度等級簡單。

2） 實(shí)驗(yàn)2：設(shè)計map（）函數(shù)，將鍵值對value按空格分解成一個個單詞（word） ，生成形式的鍵值對。難度等中等。

3） 實(shí)驗(yàn)3：生成分區(qū)函數(shù)，將key的首字母小于“g”的鍵值對劃分成一個區(qū)，其余的劃分成另一個區(qū)。難度等級中等。

4） 實(shí)驗(yàn)4：設(shè)計reduce（）函數(shù)，將輸入的形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，生成以key 為單詞、value為單詞頻數(shù)的鍵值對，按設(shè)置的特定格式對結(jié)果輸出。難度等級困難。

例如在三維動畫設(shè)計課程“動畫設(shè)計”知識模塊中，一個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計了4個實(shí)驗(yàn)步驟關(guān)卡。

2.3 實(shí)踐教學(xué)實(shí)施

為發(fā)揮設(shè)定的實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)，在實(shí)施過程中要求教師分別分發(fā)不同等級的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生可根據(jù)自己實(shí)際掌握情況選擇不同等級內(nèi)容練習(xí)，選擇較高等級意味著已經(jīng)掌握了低等級內(nèi)容，反之如果高等級內(nèi)容實(shí)踐過程中有困難可以選擇較低等級，每個等級選擇由學(xué)生自主決定。為保證實(shí)施效果可以借助實(shí)踐教學(xué)平臺對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)定等級，圖3為Hadoop系統(tǒng)開發(fā)實(shí)踐課程在EduCoder平臺設(shè)定等級。

3 計算機(jī)類專業(yè)分階賦能評價機(jī)制構(gòu)建

為激發(fā)學(xué)生分級進(jìn)階，將理論知識從識記、理解、加工、應(yīng)用逐層增加難度，最終達(dá)到實(shí)踐教學(xué)的高階性和挑戰(zhàn)性，同時設(shè)定開放性問題，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，使學(xué)生完成逐級任務(wù)的同時具備解決復(fù)雜工程問題能力。理想的狀態(tài)是學(xué)生積極參與實(shí)踐過程，但是具體實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)，個別學(xué)生達(dá)到困難等級后不再有進(jìn)階的興趣，為提高學(xué)生進(jìn)階積極性，設(shè)置了分階賦能評價機(jī)制。將實(shí)踐教學(xué)成績分成三部分，第一部分基礎(chǔ)實(shí)踐分，根據(jù)等級分別設(shè)置60分、80分和100分3個分?jǐn)?shù)，意味著較易等級題目最多60分，從而激發(fā)學(xué)生進(jìn)階積極性。第二部分參與度，主要根據(jù)討論區(qū)學(xué)生討論問題的參與度作為判分依據(jù)。第三部分是創(chuàng)新成績，主要是設(shè)置更高難度的挑戰(zhàn)性題目，作為增項(xiàng)分值。各部分分值任課教師可以根據(jù)課程性質(zhì)設(shè)置不同成績比例，不做統(tǒng)一要求，例如Hadoop 系統(tǒng)開發(fā)實(shí)踐評分機(jī)制基礎(chǔ)實(shí)踐分60%，參與度30%，創(chuàng)新成績10%，鼓勵學(xué)生積極參與，使大部分學(xué)生通過努力都能夠獲得較好成績，同時也是具有一定創(chuàng)新能力的學(xué)生留足提升空間，從而激發(fā)學(xué)生參與度，達(dá)到分階賦能目的。

4 基于EduCoder 平臺的Hadoop 系統(tǒng)開發(fā)實(shí)踐教學(xué)改革

分類教學(xué)實(shí)施關(guān)鍵是教學(xué)內(nèi)容分類體現(xiàn)，實(shí)施過程中選擇Educoder平臺，可以設(shè)置關(guān)卡、難度系數(shù)、排行榜和具體評價內(nèi)容比例等，完全滿足分類教學(xué)和分階賦能評價機(jī)制構(gòu)建方案，另外平臺還具有在線編碼環(huán)境，能夠滿足學(xué)生隨時隨地練習(xí)需求，使學(xué)生能夠更好地達(dá)到分階賦能目標(biāo)。因此選擇Educoder平臺作為改革實(shí)踐平臺。

4.1 Hadoop 系統(tǒng)開發(fā)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)定

根據(jù)教學(xué)大綱將實(shí)踐內(nèi)容分成三部分，分別為第一部分Hadoop大數(shù)據(jù)平臺的搭建、第二部分Hadoop 核心組件HDFS和Mapreduce的操作和第三部分基于Hadoop平臺的大數(shù)據(jù)分析綜合實(shí)訓(xùn)，與理論內(nèi)容劃定模塊相同，內(nèi)含10個項(xiàng)目，每個項(xiàng)目類別由1～3個內(nèi)容組成，學(xué)生可以根據(jù)接受程度進(jìn)行選擇，給予學(xué)生充分選擇空間，具體課時劃分如表1所示。

依據(jù)教學(xué)目標(biāo)將具體實(shí)踐內(nèi)容按照簡單、中等和困難進(jìn)行等級劃定，如在Hadoop分布式文件系統(tǒng)操作練習(xí)部分由2關(guān)卡分別是使用HDFS命令行操作文件和使用Java API接口操作文件，難度分別為簡單和中等，設(shè)計的時候盡可能將實(shí)踐內(nèi)容拉開距離，使不同層次學(xué)生都能通過練習(xí)達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。另外設(shè)置了挑戰(zhàn)模式，學(xué)生可以反復(fù)刷題，參與挑戰(zhàn)，每個項(xiàng)目結(jié)束后都有一個排行榜，激發(fā)學(xué)生練習(xí)積極性。

4.2 Java程序設(shè)計實(shí)踐教學(xué)實(shí)施

選擇鄭州科技學(xué)院20級物聯(lián)網(wǎng)工程和21級數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)兩個專業(yè)學(xué)生開展實(shí)施，學(xué)生作為實(shí)施對象，共分布10個練習(xí)題目，每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目平均4個關(guān)卡，按照難度等級分成簡單、中等和困難三個等級。圖4學(xué)生實(shí)踐內(nèi)容完成情況；圖5該實(shí)踐課程中學(xué)生排名情況。

4.3 Hadoop 系統(tǒng)開發(fā)實(shí)踐教學(xué)效果

1） 挑戰(zhàn)模式激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

采用的排行榜模式使學(xué)生做題積極性顯著提升，課后進(jìn)行代碼編寫和討論的氛圍熱烈，課后學(xué)生問問題較多，主動與同學(xué)和老師交流討論。

2） 期末平均分顯著提升。

采用分類教學(xué)的班級與未采用的班級相比平均分明顯提升，尤其是編程類題目，設(shè)計的原創(chuàng)性有大幅度提升，能夠看出學(xué)生設(shè)計思維在題目中的運(yùn)用，說明學(xué)生進(jìn)入了深度學(xué)習(xí)狀態(tài)。

3） 學(xué)科競賽獲獎率不斷提高。

實(shí)施兩年來學(xué)生實(shí)踐動手能力不斷提升，在授課班級學(xué)生中學(xué)科競賽獲獎不斷提升，2022年度獲得軟件設(shè)計大賽國賽二等獎1名，省賽二等獎3名，省賽三等獎2名。

5 結(jié)束語

計算機(jī)類專業(yè)實(shí)踐課程分類教學(xué)和分階賦能評價機(jī)制雖然在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)施過程證明可行性，實(shí)施效果較好，但是在課程設(shè)計、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)等其他類型課程有效性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)題目分類設(shè)置非常關(guān)鍵，需要教師花費(fèi)大量精力設(shè)計實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)答案詳細(xì)比對，這樣才能保證學(xué)生在實(shí)踐過程中出現(xiàn)錯誤能夠及時查找原因，真正做到分階段達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。