大規(guī)模開放課程(MOOCs)對我國大學程序設(shè)計語言課程設(shè)計的啟示研究——以范德堡大學POSA MOOC為例

王 直 軍

(福建師范大學 教育學院，福建 福州 350007)

大規(guī)模開放課程(MOOCs)對我國大學程序設(shè)計語言課程設(shè)計的啟示研究
——以范德堡大學POSA MOOC為例

王 直 軍

(福建師范大學 教育學院，福建 福州 350007)

摘要：大規(guī)模開放在線課程是基于網(wǎng)絡(luò)班級環(huán)境下，旨在大規(guī)模全球性參與并且通過網(wǎng)絡(luò)開放接入的課程。MOOC對全球性的教育如何傳送以及建設(shè)產(chǎn)生了沖擊的趨勢。在2013年春，范德堡大學開設(shè)了第一門MOOC課程(即POSA—面向模式的軟件架構(gòu))，該課程為期10周，是范德堡大學過去十年里幾門軟件設(shè)計與編程課的整合。本文對范德堡大學POSA MOOC課程設(shè)計與制作進行了分析，并討論了POSA MOOC給我們帶來的經(jīng)驗與啟示。

關(guān)鍵詞：MOOCs；Coursera；面向模式；軟件體系結(jié)構(gòu)和框架；設(shè)計和編程

0引言

自1873年以來，范德堡大學一直是一個受人敬仰的高等教育學府,在過去的140年里,畢業(yè)生已經(jīng)超過了10萬名。然而,在短短的8個月,范德堡大學增加了一倍多由其教師所教的學生人數(shù)。這種激增源于“大規(guī)模開放網(wǎng)絡(luò)課程”。范德堡大學在2013年3月開始通過Coursera提供范德堡大學MOOCs，即POSA MOOC。

當POSA MOOC于2013年3月4日推出后,有超過31 000的學生加入進來,這些學生來自全球許多國家。在十周的POSA MOOC課程中，這些學生觀看在線視頻講座464 498次，嘗試訪問在線測試37 817次。學生共提交了13 220份用6種不同編程語言完成的作業(yè)，并對這些作業(yè)進行了45 649次獨立的同伴成績(peer-graded)評估。此外,學生和課程教師在論壇上的對話超過了7 000條,這提供了一個高度交互的虛擬學習社區(qū)。

MOOCs和范德堡大學傳統(tǒng)面對面課堂之間的差異深刻影響著POSA MOOC材料的準備、呈現(xiàn)以及評估。

1POSA MOOC的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容

1.1POSA MOOC概述

范德堡大學MOOC是在多核和無處不在的有線和無線連接的分布式核心處理器的出現(xiàn)下應(yīng)運而生的。在過去的40年里處理器和網(wǎng)絡(luò)盡管得以不斷地改善,然而,研發(fā)高質(zhì)量的并發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件仍然很困難，開發(fā)高質(zhì)量可重用的并發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件則是難上加難。

了解如何創(chuàng)建和應(yīng)用模式和框架可以極大地增強理解開發(fā)這類軟件所需的原則、方法和技能。POSA MOOC描述了如何應(yīng)用模式和框架來減輕多領(lǐng)域中并發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件的開發(fā)和部署時出現(xiàn)的許多意外和固有的復(fù)雜性,包括移動應(yīng)用程序、web服務(wù)器、對象請求代理等。

1.2視頻錄像概述

在范德堡大學課程模式和框架課中，通過設(shè)置Coursera課程先決條件，教師在開發(fā)和教授POSA MOOC時可以提前告知學生所需的課程基礎(chǔ)知識。

雖然MOOC整體關(guān)注的是面向模式軟件架構(gòu)的并發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件,但是課程設(shè)計人員添加了一些介紹性章節(jié),包括并發(fā)性、網(wǎng)絡(luò)、模式和框架,以及一個覆蓋核心面向?qū)ο笤O(shè)計、編程和模式概念的可選部分。以下總結(jié)了這些部分覆蓋的主題。

1.2.1初始節(jié)課程概述

該介紹性視頻旨在激發(fā)學生可視化的動機以及讓學生了解并發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件的挑戰(zhàn)。當然，也總結(jié)了模式和框架如何幫助解決軟件的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

1.2.2第一節(jié)并發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件簡介

該節(jié)包含3.5小時的視頻,提供了操作系統(tǒng)和中介軟件相關(guān)的背景信息，討論了并發(fā)網(wǎng)絡(luò)化軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計規(guī)模(如將原則劃分成多個層和服務(wù)),以及審查常見UNIX和Windows操作系統(tǒng)編程機制和Android編程機制。由于該部分強調(diào)了概念,所以并沒有太多的討論模式、框架或代碼。主要目標是概括學生需要理解主題的材料。

1.2.3第二節(jié)模式和框架的簡介

該節(jié)中有6個小時的視頻,深入到了POSA MOOC的重點——并發(fā)網(wǎng)絡(luò)化軟件的模式和框架，且主要關(guān)注的是設(shè)計而不是編程,有許多通過UML圖傳達的模式和框架的結(jié)構(gòu)和行為元素。視頻從模式和框架的概述開始,強調(diào)關(guān)鍵概念,如編纂設(shè)計經(jīng)驗,使系統(tǒng)復(fù)用,并結(jié)合相關(guān)模式的組織來定義一個過程，使其在特定領(lǐng)域有序解決軟件開發(fā)問題。為此，課程設(shè)計人員給了幾個常見的用Java和c++編寫的并發(fā)和網(wǎng)絡(luò)編程模式的例子(如代理和命令處理器)和框架(如Android等)。課程設(shè)計人員還討論了模式和框架的利弊,包括何時使用它們和何時避免使用它們,以及如果它們在特定環(huán)境中不工作可選擇的方案。

1.2.4第三節(jié)模式和框架在并發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件中的應(yīng)用

該節(jié)包含6個小時的視頻,覆蓋了POSA MOOC最深的技術(shù)。它側(cè)重于通過將模式和框架和分組模式應(yīng)用到模式語言中來開發(fā)并發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件。為了使這部分的例子具體且相關(guān),課程設(shè)計人員從高性能web服務(wù)器領(lǐng)域選擇了一個案例研究，基于C++ 開發(fā)的使用多種模式和ACE框架組件的JAWS開源web服務(wù)器。

具體討論的模式和框架涉及了廣泛的并發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件功能,包括服務(wù)訪問和配置、進程間通信、同步和異步事件處理、并發(fā)和同步。在這一節(jié)中大多數(shù)模式是基于《面向模式的軟件架構(gòu)卷》兩本書中的模式語言,涵蓋了并發(fā)和分布式對象的模式。除此之外，還介紹討論了《設(shè)計模式:可重用面向?qū)ο筌浖脑亍?所謂的“四人組”的書)中的模式如何幫助簡化了某些并發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件的設(shè)計和編程方面。

1.2.5第四節(jié)“四人組”模式的研究案例

該可選部分提供3.5小時的面向?qū)ο笤O(shè)計和模式的背景視頻，但這些視頻與并發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件沒有直接相關(guān),但對成為一個有效的面向?qū)ο蟪绦蜷_發(fā)人員是必需的。圍繞一個案例研究,應(yīng)用超過一半的“四人組”書中的23個模式展示了模式和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計以及使用C++ 編程技術(shù)。這個案例研究使學生學習和評估替代軟件開發(fā)方法的局限性(如算法分解)和通過例子的展示了解模式和面向?qū)ο笕绾斡兄诰徑膺@些限制。

2POSA MOOC的學生評估機制

在POSA MOOC課程中,基于不是所有的參與者都有相同的學習目標或可用時間的事實，課程設(shè)計人員創(chuàng)建了以下兩個方法來評估學生的表現(xiàn)。

2.1一般軌跡

學生在這個層次上收到一份課程完成聲明，即通過每周自動測驗評估來認證對課程概念是否精通。這個主題是為了那些有時間或興趣參與自動評估測驗和期末考試的學生設(shè)計的,而不是為那些沒有時間和興趣完成同伴互評編程作業(yè)的學生的。

在MOOC開始時沒有加入的學生能完成一般軌跡,只要他們在10周后POSA MOOC結(jié)束時完成所有自動評估測驗和期末考試。一般軌跡的最終成績是基于每周測驗(期末成績的90%)和期末考試(期末成績的10%)。學生獲得最高成績的70%或更多就會收到一份課程完成聲明。

2.2分級軌跡

學生在這個層次上獲得一份分級的課程完成聲明。除了完成自動評估每周測驗和正常軌道下的期末考試,分級軌跡還需完成同伴互評短文和同伴互評編程任務(wù)。這個軌跡是為了那些愿意花時間來實現(xiàn)對課程內(nèi)容的掌握并在結(jié)構(gòu)化任務(wù)中進行應(yīng)用的學生設(shè)計的。

履行分級軌跡的學生需要在截止日期前完成各種同伴互評作業(yè)。分級軌跡的最終成績是基于每周測驗(期末成績的35%),同伴互評短文和同伴互評作業(yè)(期末成績的55%)和期末考試(期末成績的10%)。學生獲得滿分的70%以上就會收到一份課程完成聲明。

3POSA MOOC的經(jīng)驗與啟示

3.1需要大量的時間來準備MOOC建立前的內(nèi)容

3.1.1錄制高質(zhì)量的視頻課程

由于在拍攝的視頻工作室里沒有學生參與交互。因此,課程設(shè)計人員需要制定更緊湊的腳本和高度結(jié)構(gòu)化的演講材料。

POSA MOOC每個模塊類似于書中的章節(jié)。每段教學視頻約15—20分鐘(Coursera建議保持學生注意的長度)。每五分鐘左右，“嵌入式”多項選擇題測驗出現(xiàn)來檢查學生到目前為止是否觀看了視頻以及是否了解了介紹的內(nèi)容。

POSA MOOC課程設(shè)計人員花了整整兩個月的時間拍攝制作了超過80個獨立視頻,持續(xù)20個小時。此外，課程設(shè)計人員還為POSA MOOC準備了1 200多個Powerpoint幻燈片。即使這樣，POSA MOOC僅僅是對并發(fā)網(wǎng)絡(luò)軟件的模式和框架作了粗淺的介紹,更廣泛和更深入的主題很難覆蓋在一個MOOC中。

此外，在鏡頭前展示MOOC材料也比在課堂上演講更加困難，因為沒有學生提問，即使學生理解材料也無法通過視覺線索獲取。因此教師必須掌握順利展示幻燈片的藝術(shù),甚至以一個速度,保持熱情而堅定的目光盯著攝像頭幾個小時。最后，在后期制作過程中還要花費大量的時間對視頻進行編輯。

3.1.2創(chuàng)建學生評估機制

除了開發(fā)視頻所需的時間,課程設(shè)計人員還需要相當長的時間來制定嵌入式測試、每周測驗、同伴互評短文和編程任務(wù)。在傳統(tǒng)的課堂中,通過教師對學生反應(yīng)的解釋以及提供立即的反饋，開放式的問題可以鍛煉學生用自由的方式來綜合他們所學的知識。但讓成千上萬MOOC學習者進行個人反饋是不可行的,因此課程設(shè)計人員需要預(yù)先構(gòu)建一個清晰有用的問題測驗和同伴評估標準。在這個過程中，求助于其他領(lǐng)域?qū)＜铱梢怨?jié)約創(chuàng)建MOOC的時間。

3.2MOOC建立后需要更多的時間去管理維護

相對于制作MOOC而言，管理維護MOOC課程論壇將會花費更多的時間和精力。在POSA MOOC中，課程維護人員在論壇上花費大量時間主要有以下幾點原因:

3.2.1加速和擴大學習過程

論壇是學習過程的核心。這些論壇幫助課程從被動地觀看“課程導(dǎo)向”視頻轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極參與教師或課程維護人員和學生之間“學習型”的對話。根據(jù)論壇上問題的類型和產(chǎn)生的對話可以加深學生對課程材料的理解。

3.2.2消除常見的誤解

為了消除常見誤解而對論壇進行深入干涉是必不可少的，因為這些誤解會隨著時間開始積累。例如,許多學生認為模式只適用于面向?qū)ο缶幊陶Z言,模式的唯一目的是為了彌補主流語言的缺陷,以及面向?qū)ο罂蚣馨l(fā)生太多用于資源受限系統(tǒng)的時間或空間開銷。

3.2.3構(gòu)建良好的意愿

3.2.4獎勵有建設(shè)性的學生參與

在缺少課程人員一直監(jiān)督時，論壇帖子的語氣和內(nèi)容往往傾向于陷入挫折和個人偏好攻擊。最活躍的參與者的帖子往往具有知識性和思想性,我們明確鼓勵深入?yún)⑴c論壇，并獎勵表現(xiàn)不錯的學生當“社區(qū)助教”。

3.3評估學生表現(xiàn)時以設(shè)計為導(dǎo)向的MOOC比以事實為導(dǎo)向的MOOC更加困難

POSA MOOC學生想要有意義的方式來評估他們的成就，即，他們想將他們學到的東西付諸實踐。但是課程維護人員無法對成千上萬MOOC學生的解決方案進行評估。

在理想情況下,擴大POSA MOOC評估將會應(yīng)用自動評估工具。然而,自動評估工具在以設(shè)計為導(dǎo)向的MOOCs(比如POSA)應(yīng)用上，沒有以事實導(dǎo)向的MOOC(如代數(shù)或初級微積分)成熟。問題主要源于自動評估軟件設(shè)計缺乏有用的工具。

另外，同伴互評是彈性的,但由于學生的能力、動機和時間約束使得同伴評估存在問題。在POSA MOOC課程中,學生在評估成績時有很大的自由度，一些學生評估時對一些學生寬松而其他學生卻非常嚴格。

MOOCs自動評估和同伴互評的缺陷凸顯了專家評估在培養(yǎng)批判性思維過程中的無價的角色。

3.4創(chuàng)新使MOOC更像是一個“真正的”課程

3.4.1虛擬辦公時間

為了解決傳統(tǒng)MOOCs師生之間的交互問題,POSA MOOC課程設(shè)計人員使用了兩個社交媒體工具——討論論壇和網(wǎng)路廣播來參與學生連續(xù)互動的對話。

POSA MOOC課程人員使用谷歌聚會和YouTube頻道舉行每周一次的“虛擬辦公時間”，學生通過即時消息可以問關(guān)于作業(yè)和課程視頻的問題,并得到及時解答。谷歌聚會會自動記錄辦公時間,課程人員隨后將記錄上傳到POSA Coursera網(wǎng)站上，這樣學生就可以離線查看它們。

3.4.2眾包的編程任務(wù)

對眾包編程作業(yè)規(guī)范的應(yīng)用尤為有效地擴大了課程范圍,吸引了更多的學生。例如，POSA MOOC課程主要專注于C++ 和Java,但是同伴評估編程作業(yè)被眾包到包括c#、Ruby、Python和Scala。而Coursera的同伴互評系統(tǒng)可以讓學生使用不同編程語言完成作業(yè)，這使得學生可以調(diào)整課程以滿足他們的需求和興趣。

4結(jié)語

隨著MOOC的興起，傳統(tǒng)大學教育的觀念和方法都會隨之改變，如何應(yīng)對這一變化，提高學生的學習效果，培養(yǎng)基于深厚理論知識系統(tǒng)的實踐能力，是教師面臨的一項巨大挑戰(zhàn)。本文通過對范德堡大學POSA MOOC課程設(shè)計與制作的分析以及分享POSA MOOC帶來的經(jīng)驗與啟示，希望能為我國高校的程序設(shè)計語言課程MOOC化提供一定的借鑒。

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責任編輯：富春凱

作者簡介：王直軍(1989—)，男，安徽人，在讀碩士研究生。研究方向：多媒體與信息技術(shù)。

收稿日期：2014-12-01

中圖分類號：G40-057

文獻標志碼：A

文章編號：1674-6341(2015)01-0083-03

doi:10.3969/j.issn.1674-6341.2015.01.038