Java程序設(shè)計(jì)慕課教學(xué)實(shí)踐與思考

唐大仕

摘 要：介紹在Coursera上開(kāi)設(shè)Java程序設(shè)計(jì)課程的實(shí)踐和思考，結(jié)合相關(guān)案例，對(duì)課程的背景、教學(xué)設(shè)計(jì)、慕課教學(xué)過(guò)程的重要因素以及課程開(kāi)設(shè)過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明，并提出解決思路。

關(guān)鍵詞：Java程序設(shè)計(jì)；慕課；翻轉(zhuǎn)課程；教學(xué)實(shí)踐

文章編號(hào)：1672-5913（2017）05-0056-05

中圖分類號(hào)：G642

1 背 景

慕課（MOOCs），也就是大規(guī)模開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)課程，即Massive Open Online Courses 的英文縮寫，是近兩年涌現(xiàn)出來(lái)的一種在線課程開(kāi)發(fā)模式，備受國(guó)內(nèi)外教育界的關(guān)注。隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)、智能手機(jī)和移動(dòng)技術(shù)的迅速普及，慕課的受眾非常廣泛。更多來(lái)自不同地區(qū)的學(xué)生以及已經(jīng)參加工作者的學(xué)習(xí)者通過(guò)慕課等在線資源獲得更多、更好的教育[1]。

在慕課的課程中計(jì)算機(jī)類課程是比較受歡迎的，其中Java程序設(shè)計(jì)課程是一門重要的基礎(chǔ)課程。Java語(yǔ)言是應(yīng)用最廣泛的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一，可用于桌面應(yīng)用開(kāi)發(fā)、企業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)、手機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，具有跨平臺(tái)的特點(diǎn)，有其廣闊的實(shí)用性。據(jù)IEEE的統(tǒng)計(jì)，2014年最熱的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言就是Java，開(kāi)設(shè)Java程序設(shè)計(jì)的慕課顯得很迫切。2015年上半年，在北京大學(xué)慕課組的支持和組長(zhǎng)李曉明教授的指導(dǎo)下，筆者在Coursera上開(kāi)設(shè)了Java程序程序課程。

2 教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容

Java程序設(shè)計(jì)課程是使用Java語(yǔ)言進(jìn)行應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的課程，課程的主要目標(biāo)有：①掌握J(rèn)ava語(yǔ)言的語(yǔ)法，較為深入地理解Java語(yǔ)言機(jī)制，掌握J(rèn)ava語(yǔ)言面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)；②掌握J(rèn)ava中基本的API，掌握在集合、線程、輸入輸出、圖形用戶界面、網(wǎng)絡(luò)等方面的應(yīng)用；③能夠編寫有一定規(guī)模的應(yīng)用程序，養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，會(huì)使用重構(gòu)、設(shè)計(jì)模式、單元測(cè)試、日志、質(zhì)量管理工具提高代碼質(zhì)量。學(xué)過(guò)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、計(jì)算概論或C語(yǔ)言是選修該課程的前提條件。

基于該教學(xué)目標(biāo)，筆者梳理了Java的教學(xué)內(nèi)容，考慮到慕課教學(xué)的進(jìn)度及短視頻的需要，將課程內(nèi)容分布到12周當(dāng)中，每一周約有10個(gè)10分鐘左右的視頻。

教學(xué)的進(jìn)度安排如下：

第1周 Java語(yǔ)言與面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)；

第2周 簡(jiǎn)單的Java程序；

第3周 數(shù)據(jù)運(yùn)算、流控制和數(shù)組；

第4周 類、包和接口；

第5周 深入理解Java語(yǔ)言；

第6周 異常處理；

第7周 工具類及常用算法；

第8周 Java的多線程；

第9周 流、文件及基于文本的應(yīng)用；

第10周 圖形用戶界面；

第11周 網(wǎng)絡(luò)、多媒體和數(shù)據(jù)庫(kù)編程；

第12周 如何提高代碼質(zhì)量。

本課程在內(nèi)容設(shè)計(jì)上，注重實(shí)踐能力的培養(yǎng)，并將軟件開(kāi)發(fā)實(shí)踐中的重構(gòu)、設(shè)計(jì)模式、合作編程引入該課程。

3 慕課教學(xué)設(shè)計(jì)的幾個(gè)重要因素

慕課的建設(shè)是一個(gè)團(tuán)隊(duì)合作的過(guò)程，包括教師、助教、視頻制作人員、課程支持人員、平臺(tái)維護(hù)人員等。這里主要介紹教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中的幾個(gè)重要因素如視頻短片、案例材料、測(cè)驗(yàn)、作業(yè)、討論區(qū)、考試等。

1）視頻短片。

視頻短片是慕課最重要的教學(xué)材料。制作教學(xué)視頻的方式有很多，如課堂錄像式、外景錄制式、紙筆書寫式、錄屏式等[2]。本課程由于PPT教學(xué)內(nèi)容的講解、編程軟件的操作、程序的設(shè)計(jì)與執(zhí)行過(guò)程都在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，因此采用錄屏式。具體制作過(guò)程使用Camtasia等軟件進(jìn)行錄屏，后期使用Camtasia的繪圖和標(biāo)注工具進(jìn)行標(biāo)注，最后使用Premiere等軟件進(jìn)行視頻的編輯處理。

視頻短片的長(zhǎng)度在6～15分鐘之間。從教育心理學(xué)上講，一般人難以長(zhǎng)時(shí)間保持注意力集中，一般認(rèn)為20分鐘是學(xué)習(xí)者保持注意力的上限。本課程通過(guò)劃分知識(shí)點(diǎn)，最終錄制了120段視頻短片，短片的長(zhǎng)度在6～15分鐘之間。

視頻短片按教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行錄制并上傳到Coursera慕課平臺(tái)，考慮到不同地區(qū)學(xué)習(xí)者的需要，制作視頻時(shí)為視頻添加了字幕。

2）案例材料。

與一般的課程不同，Java程序設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是基于案例驅(qū)動(dòng)的。課程所用的案例不僅是講解過(guò)程的示例，還可供學(xué)習(xí)者用于練習(xí)。學(xué)習(xí)者可以在示例的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，還可以編寫自己的程序。因此，案例材料在課程設(shè)計(jì)中占據(jù)很重要的位置。

課程中的案例要具有典型性，與學(xué)習(xí)內(nèi)容密切相關(guān)，難度適中、繁簡(jiǎn)適度，能很好地表明相關(guān)知識(shí)點(diǎn)；另一方面，要生動(dòng)有趣，盡量與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用關(guān)聯(lián)。例如，在講解文件和輸入輸出流的知識(shí)時(shí)，會(huì)講解一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用示例“背單詞”。在這個(gè)示例中，用到了文件讀寫、字符串處理、線程與界面顯示，難度不大又很有趣，學(xué)習(xí)者容易在其基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。

與每一個(gè)教學(xué)視頻相關(guān)的案例和視頻一起打包發(fā)布到慕課平臺(tái)，以方便學(xué)習(xí)者下載，相關(guān)的PPT內(nèi)容、補(bǔ)充材料也作為視頻的附件放到慕課平臺(tái)上。

3）測(cè)驗(yàn)與作業(yè)。

慕課是一種在線學(xué)習(xí)過(guò)程，測(cè)驗(yàn)與作業(yè)是保證學(xué)習(xí)效果的重要手段。事實(shí)上，學(xué)習(xí)過(guò)程的全程管理是慕課與視頻公開(kāi)課的一個(gè)重要區(qū)別。測(cè)驗(yàn)與作業(yè)主要有視頻內(nèi)小測(cè)驗(yàn)（In-Video Quiz）、課后測(cè)驗(yàn)、互評(píng)作業(yè)等方式。

視頻內(nèi)測(cè)驗(yàn)是在視頻過(guò)程中的小測(cè)驗(yàn)。在把課程視頻切成小段之后，就可以在短片之間編入一些快速測(cè)驗(yàn)。這些小測(cè)驗(yàn)題目一般和前面視頻相關(guān)聯(lián)。這樣的題目相對(duì)簡(jiǎn)單，其作用有兩個(gè)：一是有利于學(xué)習(xí)者集中注意力，二個(gè)是有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)視頻短片的理解和記憶。一般在10分鐘視頻短片中插入1～2條視頻內(nèi)測(cè)驗(yàn)，測(cè)驗(yàn)數(shù)目不能太多，否則會(huì)影響視頻觀看的體驗(yàn)。

課后測(cè)驗(yàn)用于檢驗(yàn)課程學(xué)習(xí)效果。每周布置一個(gè)測(cè)驗(yàn)，測(cè)驗(yàn)有選擇題、判斷題、填空題、編程題等，由機(jī)器自動(dòng)判分。每次作業(yè)都設(shè)定最后期限，要求學(xué)習(xí)者按時(shí)完成。

還有一種重要的作業(yè)形式是互評(píng)作業(yè)。由于慕課人數(shù)眾多，對(duì)于主觀性題目，只能采用作業(yè)互評(píng)方式給出分?jǐn)?shù)。對(duì)于Java程序設(shè)計(jì)課程，學(xué)生的動(dòng)手能力很重要，實(shí)際編程才能更好地理解知識(shí)、提高編程能力。筆者在課程中布置了4次互評(píng)作業(yè)，這些作業(yè)是綜合性較強(qiáng)的、有一定難度的作業(yè)。例如，關(guān)于輸入輸出流，教師布置了一個(gè)互評(píng)作業(yè)，做一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)爬蟲程序，綜合了流、網(wǎng)絡(luò)流、正則表達(dá)式等綜合知識(shí)。學(xué)習(xí)者在互評(píng)過(guò)程中，不僅給別人打分?jǐn)?shù)，還可以從別人那里獲得經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，拓展思維。

4）討論區(qū)。

討論區(qū)（論壇）也是慕課的重要環(huán)節(jié)。在論壇中學(xué)習(xí)者可以互相交流經(jīng)驗(yàn)、互相幫助，但教師要精心設(shè)計(jì)討論的話題、維護(hù)討論的氣氛。課程設(shè)計(jì)了有關(guān)章節(jié)內(nèi)容的討論，例如，在講面向?qū)ο蟮腏ava語(yǔ)言時(shí)，讓學(xué)習(xí)者在論壇中討論如何設(shè)計(jì)、現(xiàn)實(shí)各種系統(tǒng)（如圖書管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)、教學(xué)系統(tǒng)等）中的對(duì)象及其屬性、方法。此外，還設(shè)計(jì)了一些有助于討論氛圍的話題，如自我介紹、經(jīng)驗(yàn)交流、互幫互助、作品秀場(chǎng)等。

5）考試。

在本課程中設(shè)置了期中考試與期末考試。與平時(shí)的測(cè)驗(yàn)、作業(yè)不同，課程考試題量較大、內(nèi)容較完整，考查學(xué)生對(duì)課程的綜合掌握情況?？荚囈话阋髮W(xué)習(xí)者在一定時(shí)間內(nèi)一次性完成?？荚嚂?huì)判定學(xué)習(xí)總成績(jī)，決定學(xué)習(xí)者能否獲得課程證書，影響課程優(yōu)秀的評(píng)價(jià)，因此這個(gè)過(guò)程十分重要。

4 慕課實(shí)施效果及其思考

4.1 課程參與者的地區(qū)與語(yǔ)言

這里列舉2016年春季學(xué)期開(kāi)設(shè)的慕課實(shí)施情況。課程注冊(cè)人數(shù)達(dá)到22 000多人，其中看過(guò)課程材料的人數(shù)約18 000人，看過(guò)至少一次視頻的人數(shù)為14 000人，至少提交過(guò)一次測(cè)驗(yàn)的人數(shù)是4 778人，瀏覽過(guò)論壇的人數(shù)是3 688人，見(jiàn)圖1。

圖2為課程參與者的地區(qū)分布情況?？梢钥闯?，本課程注冊(cè)人數(shù)中，大陸地區(qū)占61%，美國(guó)占16%，臺(tái)灣地區(qū)占7%，還有印度、加拿大、香港、新加坡等地區(qū)。

本課程是漢語(yǔ)授課，考慮到學(xué)習(xí)者的分布情況和語(yǔ)言因素，筆者采用了以下幾個(gè)措施：①給視頻短片增加字幕，方便各地學(xué)習(xí)者；②針對(duì)PPT、案例中的漢字關(guān)鍵字，添加了英文對(duì)應(yīng)詞；③增加了一些英文資料；④增加了臺(tái)灣地區(qū)專業(yè)術(shù)語(yǔ)與大陸專業(yè)術(shù)語(yǔ)的對(duì)照表；⑤在論壇成立了語(yǔ)言互助討論區(qū)，學(xué)習(xí)者之間可以互相答疑。

4.2 學(xué)習(xí)者的基礎(chǔ)情況

由于慕課的開(kāi)放性，學(xué)習(xí)者的基礎(chǔ)情況差別很大，學(xué)生與非學(xué)生各占一半左右。在學(xué)習(xí)者的學(xué)歷中，研究生、本科生及其他人員各占三分之一，見(jiàn)圖3。

鑒于學(xué)習(xí)者情況的差別，筆者參考了國(guó)內(nèi)外其他慕課的情況[3]，在設(shè)計(jì)課程、布置測(cè)驗(yàn)及作業(yè)時(shí)，采取了適中的難度和課程強(qiáng)度（每周4～6小時(shí)的學(xué)習(xí)時(shí)間），在北京大學(xué)內(nèi)部開(kāi)設(shè)翻轉(zhuǎn)課堂時(shí)則會(huì)適當(dāng)補(bǔ)充。另外，學(xué)習(xí)者中較大一部分人不是學(xué)生，所以在制訂課程進(jìn)度、確定發(fā)布課件的時(shí)間、規(guī)定作業(yè)的提交期限方面，都給予一定的富余量，這樣能讓該課程被更多的學(xué)習(xí)者接受。

4.3 學(xué)習(xí)者的流失

慕課的學(xué)習(xí)是一個(gè)自愿學(xué)習(xí)的過(guò)程，隨著課程的進(jìn)展，學(xué)習(xí)者不可避免地出現(xiàn)逐漸流失的情況。到學(xué)期末，只有大約1/3～1/2的人能夠堅(jiān)持下來(lái)，提交作業(yè)的人數(shù)也隨著時(shí)間而下降，這也是所有慕課的普遍規(guī)律，見(jiàn)圖4。

針對(duì)這樣的情況，筆者采取以下幾個(gè)方法：①第3周是學(xué)習(xí)者流失比較嚴(yán)重的時(shí)間，這時(shí)的教學(xué)內(nèi)容難度不應(yīng)有太大的跨越，讓用戶能夠平滑地過(guò)渡到后面的學(xué)習(xí)；②保持每周的進(jìn)度提醒和郵件通知，對(duì)那些工作較忙的學(xué)習(xí)者是一個(gè)促進(jìn)；③加強(qiáng)在論壇的引導(dǎo)，及時(shí)回復(fù)學(xué)習(xí)者的有關(guān)問(wèn)題，幫助他們渡過(guò)難關(guān)、樹(shù)立信心。

4.4 成績(jī)與認(rèn)證

現(xiàn)階段，雖然慕課的成績(jī)及學(xué)分沒(méi)有得到所有學(xué)校的承認(rèn)，但科學(xué)合理地設(shè)計(jì)MOOC 的認(rèn)證機(jī)制，保證運(yùn)行、管理的質(zhì)量與認(rèn)證的有效性，是所有關(guān)心和推動(dòng)MOOC 的人需要探索的[4]。對(duì)教師來(lái)說(shuō)，重要的是設(shè)計(jì)好課程的分?jǐn)?shù)分配，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的積極性。

本課程設(shè)計(jì)的最終分?jǐn)?shù)計(jì)算方法如下：

（1）平時(shí)測(cè)驗(yàn)（Quizzes）192 道題， 占40% ；

（2）互評(píng)作業(yè)（Peer Assessments）4道大題， 占30%；

（3）期中考試（Midterm）50 道題，占10%；

（4）期末考試（Final Exam）100 道題，占20%。

其中，平時(shí)成績(jī)占較大的比重，這是由于慕課更加注重學(xué)習(xí)的過(guò)程，而期中考試與期末考試在一定意義上也是學(xué)習(xí)過(guò)程的一部分。慕課考試由于沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)考，以此作為評(píng)價(jià)工具不是很科學(xué)，所以考試分?jǐn)?shù)只占了較小的比重。另外，為了鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者參與討論區(qū)，針對(duì)討論區(qū)的活躍者，在總分計(jì)算時(shí)會(huì)給予額外的加分獎(jiǎng)勵(lì)。

5 結(jié) 語(yǔ)

2013年起北京大學(xué)宣布加盟慕課，在edX平臺(tái)（哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院在線課程平臺(tái)）上開(kāi)放4門MOOCs課程注冊(cè)，之后又與Coursera（斯坦福大學(xué)教授推出的免費(fèi)在線大學(xué)課程平臺(tái)）合作，在Coursera平臺(tái)上新發(fā)布3門課程。從那以后，相繼有更多的課程開(kāi)設(shè)出來(lái)。本文的Java程序設(shè)計(jì)慕課就是在這樣的背景下從2015年起開(kāi)設(shè)的，至今已開(kāi)設(shè)了4個(gè)學(xué)期，現(xiàn)在已設(shè)為每月滾動(dòng)開(kāi)課。2017年起課程也在中國(guó)大學(xué)慕課平臺(tái)上開(kāi)設(shè)。

對(duì)教師而言，開(kāi)設(shè)慕課是一項(xiàng)既辛苦又收獲頗豐的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行完整的梳理，對(duì)教學(xué)案例材料進(jìn)行精心的選擇，對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行仔細(xì)的設(shè)計(jì)，都是對(duì)教師教學(xué)的提升。另一方面，開(kāi)設(shè)慕課，可以讓不同地域的人一起學(xué)習(xí)與交流，教師、助教、校內(nèi)學(xué)生、校外學(xué)習(xí)者形成了一個(gè)大家庭，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，互相幫助、互相激勵(lì)，碰撞出很多思想火花，這是開(kāi)設(shè)慕課以前沒(méi)有體驗(yàn)到的。

在北京大學(xué)本校的Java程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中也使用這些慕課資源，采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，對(duì)于教學(xué)質(zhì)量也是一大提升。慕課對(duì)高校教學(xué)方式帶來(lái)了重要的影響，使用慕課資源可以解決學(xué)生基礎(chǔ)不同的問(wèn)題，學(xué)生可以將更多的時(shí)間用于交流、討論、編程實(shí)踐，有助于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性、提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

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（編輯：孫怡銘）