數(shù)據(jù)分析技術(shù)在混合式教學(xué)中的應(yīng)用*
——以《C++程序設(shè)計》課程為例

張銀霞，耿 蕊，遲立穎，劉娜娜

（齊齊哈爾大學(xué) 計算機控制與工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

2017《新媒體聯(lián)盟地平線報告》中將“日益注重測量學(xué)習(xí)”作為在未來三到五年推動高等教育的主要技術(shù)，該技術(shù)“主要關(guān)注評價及各種各樣的方法和工具，教育者可以用來評估、測量和記錄，學(xué)生學(xué)業(yè)準(zhǔn)備情況、學(xué)習(xí)進展、習(xí)得技能和學(xué)生的其他教育需求”。[1]

近年來，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)過程中產(chǎn)生了越來越多的學(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)進一步改進教學(xué)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)做出實時的反饋，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)對混合教學(xué)中的數(shù)據(jù)進行有效分析，使學(xué)生的學(xué)習(xí)可以測量，具有重要的研究價值。

國內(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混合式教學(xué)環(huán)境的必然要求；黃月等[3]提出了評價混合教學(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]對線下學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進行了深入的分析和研究；雷云鶴等[8]通過分析學(xué)生預(yù)學(xué)習(xí)期間的數(shù)據(jù)實現(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)分析進行教學(xué)反思。

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

一、混合式教學(xué)實施的過程

1.混合式教學(xué)模式設(shè)計

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

圖1 混合式教學(xué)模式的三個階段

課前學(xué)習(xí)在線上實現(xiàn)，突出基礎(chǔ)知識、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，通過討論區(qū)互動交流調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，通過在線測試驗證學(xué)生的課前學(xué)習(xí)效果。

課堂教學(xué)在線下實現(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)下通過學(xué)生的互動討論、團隊協(xié)作共同完成。

課外拓展可以是線上線下結(jié)合實現(xiàn)，主要針對學(xué)習(xí)能力強、對課程進一步深入學(xué)習(xí)感興趣的學(xué)生，由教師指導(dǎo)學(xué)生參與項目訓(xùn)練、競賽等第二課堂活動，實現(xiàn)創(chuàng)新訓(xùn)練。

在這三個階段會產(chǎn)生大量的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，對于研究學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡、學(xué)習(xí)規(guī)律、評價和預(yù)測學(xué)生后期學(xué)習(xí)效果有著重要的作用。

2.混合式教學(xué)實施

在2017級自動化專業(yè)學(xué)生的《C++程序設(shè)計》課程中進行混合式教學(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)語句實現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計方法，具體教學(xué)過程如下：首先將三種循環(huán)語句的基本語法、特點、注意事項等基礎(chǔ)知識錄制成視頻，上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，學(xué)生在課前進行學(xué)習(xí)，并通過在線測試驗證自己課前學(xué)習(xí)的效果，遇到問題可以在討論區(qū)進行在線討論，進入課堂教學(xué)之前，大部分學(xué)生掌握了三種循環(huán)語句的基本使用方法；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，進行案例分析、討論、實現(xiàn)以及展示，教師進行引導(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)類程序項目的設(shè)計。

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

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》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，每段視頻的時長分別為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長及人均訪問次數(shù)，繪制統(tǒng)計圖表如圖2所示，可以看出學(xué)生對每段視頻觀看時間均大于原視頻時長，說明學(xué)生可能反復(fù)播放視頻進行學(xué)習(xí)，另外從三段視頻學(xué)生觀看視頻的時長增長比例看出，隨著學(xué)生對所學(xué)知識的深入，投入的學(xué)習(xí)時間有所增長。其中，觀看視頻比例=（人均訪問時間-視頻標(biāo)準(zhǔn)時長）/標(biāo)準(zhǔn)時長。

圖2 教學(xué)視頻人均訪問時間與觀看時長比例分布

根據(jù)學(xué)生每段視頻人均訪問次數(shù)與觀看視頻的時長增長比例的關(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，而觀看時間逐漸增加，說明學(xué)生逐漸沉浸在學(xué)習(xí)之中。

圖3 人均訪問教學(xué)視頻次數(shù)與觀看時長比例關(guān)系

2.在線討論熱詞分析

對在線論壇中學(xué)生討論的內(nèi)容提取文本信息，利用WordArt進行熱詞分析，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”、“初始化語句”、“迭代語句”以及“for語句”、“while 語句”、“do while”等需要掌握的知識點，而且討論比較熱烈，總體沒有偏離教學(xué)要點。

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)過程中對課程內(nèi)容在論壇中展開討論，根據(jù)學(xué)生發(fā)帖和回復(fù)情況進行分析，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)生討論時存在四個小圈子，其中學(xué)號尾號為49、55、30、15、19、01、31、16、51、39、26 等學(xué)生處于討論的焦點，比較活躍，帶動其他同學(xué)進行討論，而圖中左上角一列學(xué)號的同學(xué)是沒有參與任何討論的學(xué)生。在課堂教學(xué)中發(fā)揮積極參與活動學(xué)生的能動性，將處于討論焦點的學(xué)生設(shè)置為組長，每人帶領(lǐng)一組，參與課堂學(xué)習(xí)，另外，對未參與的同學(xué)進行提問互動，引導(dǎo)其參與各項教學(xué)活動。

圖5 在線討論中的社交關(guān)系分析

4.在線測試分析

（1）學(xué)生的成績分布分析

課程平臺可以自動生成學(xué)生成績統(tǒng)計，學(xué)生平均成績?yōu)?4.1分，各個分?jǐn)?shù)段的分布情況，如圖6所示，可以看出本次課前測試93%的學(xué)生在60分以上，說明大部分學(xué)生基本掌握了課前學(xué)習(xí)內(nèi)容，還存在7%的學(xué)生沒達(dá)到課前學(xué)習(xí)目標(biāo)，需要在課堂上將必要的知識補全。

圖6 課前在線測試學(xué)生成績分布

（2）知識點掌握情況分析

題庫中共15道題目，每個學(xué)生隨機抽取5道題進行測試，對學(xué)生的答卷情況進行分析，各個題目的得分率如圖7所示，得分率較低的題集中在while語句和do while語句相關(guān)的題目，因此將學(xué)生容易做錯的題，按照知識點進行分類整理，在課堂上作為難點予以強調(diào)，并引導(dǎo)學(xué)生多加練習(xí)。

圖7 課前測試中各個知識點的得分率統(tǒng)計

5.學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律分析

根據(jù)學(xué)生參與測試的時間，繪制直方圖，如圖8所示，可以看出25%的學(xué)生在星期二進行測試，24%的學(xué)生在星期四進行測試，其他時間學(xué)生參與測試較均勻，課堂教學(xué)在星期五，說明大部分學(xué)生喜歡在星期二和星期四進行課前學(xué)習(xí)，通過跟蹤其他幾周學(xué)生測試情況發(fā)現(xiàn)這是一個固定的規(guī)律，通過與學(xué)生交流，得知學(xué)生在星期二無其他課業(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)常登錄課程平臺與學(xué)生交流互動，效率更高，效果更好。

圖8 一周內(nèi)每天參與課前測試的人數(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、代碼實現(xiàn)等方式進行。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、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，分析課堂案例實現(xiàn)情況以及課堂反思與總結(jié)。

1.課堂案例代碼成績分析

課堂案例代碼提交率為100%，正確率達(dá)到92.0%，說明大部分學(xué)生基本掌握了課堂所要求的內(nèi)容。對于8%的不正確的學(xué)生代碼進行分析，其中，6.3%的學(xué)生程序整體算法沒有問題，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)生程序算法存在問題，說明這些學(xué)生對本節(jié)課內(nèi)容掌握得不好，需要單獨對其進行輔導(dǎo)答疑。

2.課堂反思與總結(jié)的熱詞分析

對學(xué)生的課堂反思與總結(jié)進行熱詞分析，如圖9所示，關(guān)鍵詞集中在“語句”、“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)到了沒接觸過的知識”等等，說明學(xué)生在課堂教學(xué)中基本掌握了循環(huán)結(jié)構(gòu)語句的應(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)實踐效果分析

1.課程問卷分析

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

（1）問卷中學(xué)習(xí)效果分析

關(guān)于學(xué)習(xí)效果問卷情況如圖10所示，可以看出學(xué)生對課前知識掌握比較熟練，熟練程度達(dá)到77.55%，課堂知識熟練掌握程度達(dá)到73.47%，63.27%的學(xué)生覺得通過課程學(xué)習(xí)確實提高了分析問題及解決問題的能力，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)生參與互動交流討論。

圖10 學(xué)習(xí)效果問卷結(jié)果

通過對問卷中的其他項目進行分析，發(fā)現(xiàn)64.44%的學(xué)生覺得課前學(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)生按照自己的時間觀看視頻，如果有明白的地方會反復(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)生討論互動情況一般，大多數(shù)學(xué)生能夠認(rèn)真完成課前測試，測試過程中遇到問題，會回看視頻或是與同學(xué)交流，82.23%的學(xué)生認(rèn)為微視頻或在線測試對課前學(xué)習(xí)最為重要，63.38%的學(xué)生認(rèn)為課堂教學(xué)中對課前的重點難點的講解以及課前測試的易錯題的講解非常必要，84.45%的學(xué)生在課堂上完成項目案例時的問題通過回看視頻、同學(xué)交流、請教教師得以解決，60%的學(xué)生表示非常喜歡混合教學(xué)形式，覺得學(xué)習(xí)效率較高。

總體來看，大部分學(xué)生對依托網(wǎng)絡(luò)課程平臺的混合式教學(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)生課堂上遇到的問題到下課也沒能解決，6.67%的學(xué)生不知道如何參與課堂活動，12.50%的學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)課程平臺操作不熟練，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)中要針對這些問題進一步分析原因并加以改進。

（2）問卷中反饋意見和建議熱詞分析

對調(diào)查問卷中學(xué)生反饋的意見和建議進行熱詞分析，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)改進網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺”，可以看出學(xué)生對課程比較滿意。同時也發(fā)現(xiàn)，學(xué)生建議“繼續(xù)改進網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺”、“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)中需要注意改進的方面。

圖11 課程問卷中學(xué)生反饋意見和建議熱詞分析

（3）與上一年級學(xué)生的學(xué)習(xí)效果對比

在2016級自動化專業(yè)學(xué)生的《C++程序設(shè)計》課程中采用混合式教學(xué)實踐，但是沒有加入數(shù)據(jù)分析技術(shù)，2017級自動化專業(yè)的《C++程序設(shè)計》課程中加入了數(shù)據(jù)分析技術(shù)輔助教學(xué)。通過學(xué)生的問卷對比，如表1所示，可以看出，利用數(shù)據(jù)分析有針對性地改進教學(xué)方法后，學(xué)生在學(xué)習(xí)效率、學(xué)習(xí)效果以及對混合式課堂教學(xué)的喜愛程度方面都有所提升。

表1 2016級與2017級自動化專業(yè)學(xué)生《C++程序設(shè)計》課程教學(xué)效果對比

2.學(xué)生考核成績分析

實驗班（2017級自動化專業(yè)）采用結(jié)合數(shù)據(jù)分析技術(shù)的混合式教學(xué)模式，對照班（2017級機械專業(yè)）采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，在統(tǒng)一進行的三次考核中，成績?nèi)绫?所示，可以看出，學(xué)生的平均成績比同年級對照班學(xué)生分別高出5.77、4.84、4.36個百分點。

表2 2017級實驗班與對照班《C++程序設(shè)計》課程統(tǒng)一考核成績對比

五、結(jié)語

通過對2017級自動化專業(yè)學(xué)生的教學(xué)實踐表明，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，更有針對性地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)方法，能夠促進學(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。