用計(jì)算機(jī)技術(shù)改進(jìn)計(jì)算機(jī)教育

孫志崗　車萬翔　王宇穎

信息技術(shù)已經(jīng)徹底改變了人類的生活,各行各業(yè)都在享受它帶來的便利。專為培養(yǎng)信息技術(shù)人才而設(shè)置的計(jì)算機(jī)專業(yè),理所應(yīng)當(dāng)?shù)貞?yīng)該走在應(yīng)用信息技術(shù)改革教學(xué)方式、教學(xué)理念的前列,從更深的層面上實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)改進(jìn)計(jì)算機(jī)教育。但遺憾的是,至今仍有為數(shù)不少的教師只應(yīng)用PowerPoint講課,更不可能借助當(dāng)代最偉大的發(fā)明Internet進(jìn)行教學(xué)改革了。

本文作者歷時六年,在教學(xué)實(shí)踐中成功應(yīng)用了Moodle、libsandbox、Moss和Duplication四種利器,開發(fā)了將四者集成在一起的插件,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化課程管理,編程作業(yè)自動評判、編程作業(yè)雷同檢測和中文報告雷同檢測,取得了不同凡響的效果,而且這些工具都是完全免費(fèi)的。

1網(wǎng)絡(luò)課程管理平臺——Moodle

課堂面對面授課存在著空間與時間的局限。隨著學(xué)生數(shù)量的增加,這種局限表現(xiàn)得越來越明顯,直接導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量的下降。突破局限的較好路徑就是降低教師對課程的影響度,讓學(xué)生從課程接受者變?yōu)檎n程建設(shè)者——這在教育理論界被稱為“建構(gòu)主義教育學(xué)”。學(xué)生角色的轉(zhuǎn)變不僅可以提高教學(xué)質(zhì)量(即知識的傳授),更可以實(shí)現(xiàn)真正的素質(zhì)教育。因?yàn)榻ㄔO(shè)者比接受者要經(jīng)歷更多的思考和實(shí)踐,在過程中自身的知識和能力都不由自主地升華了。每個老師教完第一輪課后,都會感覺自己對該課程的理解又上了一個層次,就是因?yàn)榻處煹慕巧墙ㄔO(shè)者?！敖?gòu)主義教育學(xué)”與我們的很多現(xiàn)行體制有矛盾,但我們嘗試使用Moodle這個基于“建構(gòu)主義教育學(xué)”理念而開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺后,就可以比較輕松地實(shí)踐這個理論并取得好的教學(xué)成果。

Moodle(http://moodle.org)是一個開放源代碼的在線課程管理平臺,用戶遍布全球200多個國家和地區(qū)。它既可以用來建設(shè)純粹的網(wǎng)絡(luò)課程,也可以對課堂授課進(jìn)行有益補(bǔ)充。它擁有大量課程管理功能,發(fā)布課件、提供參考資料、編寫教學(xué)大綱、制定教學(xué)日歷是最普通的,在線收作業(yè)、批作業(yè)最受歡迎,但這也僅僅是實(shí)現(xiàn)規(guī)范化管理,減少工作量,促進(jìn)環(huán)保而已。最具特色的,是Moodle面向教學(xué)需求構(gòu)造了一個多方式的交流、協(xié)作平臺。標(biāo)準(zhǔn)功能模塊包括論壇、投票、wiki、聊天室、問卷調(diào)查、專題討論等,而且都為教學(xué)做了特別設(shè)定。比如論壇和wiki模塊,教師可以給學(xué)生的帖子和撰寫的條目評分,分?jǐn)?shù)和作業(yè)得分等可以一起計(jì)入最終成績,達(dá)到鼓勵交流和為課程做貢獻(xiàn)的效果。對中國學(xué)生而言,羞于表達(dá)是一種傳統(tǒng),但在分?jǐn)?shù)的刺激下,他們很樂意打破傳統(tǒng),在網(wǎng)上充分展示自己的想法。在實(shí)際使用中,我們讓論壇發(fā)貼的分?jǐn)?shù)占期末成績的5%,結(jié)果引發(fā)了持續(xù)一個學(xué)期的網(wǎng)上討論熱潮。直接結(jié)果是教師被邊緣化,幾乎不需要參與討論,學(xué)生自己的思辨帶來了更好的學(xué)習(xí)效果。

Moodle從1998年啟動至今,數(shù)百名開發(fā)者持續(xù)為其貢獻(xiàn)代碼,已經(jīng)擁有一個相當(dāng)活躍的社區(qū)。經(jīng)過十多年的發(fā)展,它已經(jīng)相當(dāng)成熟、細(xì)致,以至于顯得有些繁雜。它開放式的架構(gòu)使我們可以更靈活地定制、擴(kuò)展Moodle,基于它實(shí)現(xiàn)自己的特殊需求,比如將其他工具集成到Moodle中。以下工具就都已經(jīng)集成進(jìn)我們用Moodle搭建的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺——樂學(xué)網(wǎng)(http://cms.hit.edu.cn)。

2編程作業(yè)在線評判——libsandbox

ACM ICPC已經(jīng)成為國內(nèi)計(jì)算機(jī)專業(yè)影響力最大、參與人數(shù)最多的學(xué)生競賽,但它的作用不僅僅局限在競賽中,如它獨(dú)特的Online Judge評判方式很適合在程序設(shè)計(jì)課程中采用。我們已經(jīng)連續(xù)四年在C語言課程中用Online Judge評判作業(yè),效果驚人。對教師來說,這種方式顯著降低工作量,提高評分的準(zhǔn)確性和客觀性;對學(xué)生來說,Online Judge自動返回的一次次錯誤就像一針針興奮劑,刺激他們不斷嘗試,不達(dá)滿分不罷休。得到滿分后的喜悅與成就感,又驅(qū)使很多學(xué)生尋找更大的挑戰(zhàn)。與之前不使用Online Judge相比,學(xué)生編程的熱情明顯提高,程序的完成質(zhì)量也有很大提升。

國內(nèi)高校已相繼建立很多用于ACM競賽的Online Judge,但它們幾乎都沒有提供和教學(xué)過程的接口,不能方便地以作業(yè)形式布置題目,不能提供適合教學(xué)的評分策略,不能對成績進(jìn)行按需管理,甚至賬號和學(xué)生本人的身份綁定關(guān)系也不十分確定。因此,我們將Online Judge的評判方式和Moodle集成,將哈工大學(xué)生原創(chuàng)的開源軟件libsandbox(http://sourceforge.net/projects/libsandbox/)作為評判核心,針對教學(xué)需求開發(fā)了一個Moodle作業(yè)的插件。作為http://acm.hit.edu.cn的核心,libsandbox已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行多年,安全性已經(jīng)受到足夠考驗(yàn),值得信賴。作業(yè)插件繼承了Moodle作業(yè)本身的所有功能,又?jǐn)U充出自動評分、評判歷史和代碼查看等特色功能,極大地方便了教學(xué)。學(xué)生看到的插件界面如圖1所示。

3程序雷同檢測——Moss

抄襲是教學(xué)最大的敵人,所以才會有嚴(yán)密的監(jiān)考。但平時作業(yè)如何監(jiān)考呢?靠人眼比對數(shù)十甚至上百份作業(yè)是不現(xiàn)實(shí)的。斯坦福大學(xué)開發(fā)的Moss系統(tǒng)(http://theory. stanford.edu/～aiken/moss/)就是編程作業(yè)的監(jiān)考,它能飛快地從數(shù)百份程序中精準(zhǔn)地列出疑似雷同名單,并按雷同度排名,方便做進(jìn)一步的人工審核。從我們的使用經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果看,相似度超過50%或相似代碼行超過30行的作業(yè)幾乎都存在抄襲行為。

Online Judge讓學(xué)生努力編程序,Moss讓學(xué)生自己編程序,兩者相輔相成,形成一種強(qiáng)大的壓力/動力,威逼/利誘學(xué)生好好編程。我們還曾嘗試在高年級課程中應(yīng)用Moss,對那些習(xí)慣性抄襲的學(xué)生來說真是一場噩夢。但教學(xué)效果卻非常好,很多學(xué)生期末欣喜地表示,才知道自己原來也會編程序,是Moss激發(fā)了他們的潛力。

Moss客戶端只是一個命令行腳本,將本地的源代碼文件上傳到Moss服務(wù)器,服務(wù)器處理后返回結(jié)果。我們開發(fā)了一個插件,將Moss和Moodle集成,可以在Moodle頁面內(nèi)直接將指定的作業(yè)上傳,并對返回的結(jié)果進(jìn)行格式化分析、顯示。圖2和圖3是該插件第一版的效果。第二版正在開發(fā)中,將支持更多的格式化選項(xiàng)。

4中文報告雷同檢測——Duplication

隨著信息技術(shù)的普及,越來越多學(xué)生的大作業(yè)及論文以電子報告的形式提交,具有一定的環(huán)保意義,但電子信息的易復(fù)制性也給學(xué)生抄襲帶來了方便。有效地進(jìn)行雷同報告的檢測,對于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣,提高教學(xué)質(zhì)量有重要意義。我們針對常見的學(xué)生報告抄襲問題,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個高效的檢測系統(tǒng)——Duplication,并初步驗(yàn)證了該系統(tǒng)的有效性。它的主要處理對象是電子格式提交的報告和大作業(yè),內(nèi)容是自然語言文本而不是形式語言代碼的文檔,支持.txt、.pdf和.doc等多種文檔類型。它能減輕教師人工判定雷同的工作量,督促學(xué)生獨(dú)立思考,提高作業(yè)質(zhì)量。該系統(tǒng)目前還不能處理互聯(lián)網(wǎng)抄襲情況,這也是我們目前正在研究的一個問題。

我們采用和Moss相同的方式將Duplication集成進(jìn)Moodle中,實(shí)現(xiàn)了在同一個界面內(nèi)自由選擇檢測引擎進(jìn)行雷同檢測。

5結(jié)束語

“好的工具不僅可以改變教學(xué)方式和方法,更能改變教學(xué)思維和理念”,這是我們應(yīng)用上文介紹的幾種工具后最大的感受?，F(xiàn)在,這些工具已經(jīng)廣泛獲得教師和學(xué)生的歡迎,越來越多的課程部分或全部采用這些工具。為了更方便地使用,提供更強(qiáng)大、穩(wěn)定的功能,我們正在開發(fā)第二版Moodle插件。讀者可以向sun@hit.edu.cn索取這些插件,向car@hit.edu.cn申請Duplication的使用權(quán)。