基于個性化教學的Java 程序設計課程教學研究

李永飛，李芙玲，王養(yǎng)廷

（華北科技學院 計算機學院，河北 廊坊 065201）

0 引 言

因材施教是指從學生的實際情況出發(fā)，進行有差別的教學，使每個學生都能獲得最佳發(fā)展，是公認的優(yōu)秀教學理念。在現(xiàn)代教育實踐中，為了提高效率，高校普遍采用了“班級+課堂”的教學形式。這種傳統(tǒng)教學形式存在一些固有的缺點，包括學生的單向被動接受、學習進度的強制統(tǒng)一等[1]。近年來陸續(xù)出現(xiàn)的翻轉課堂、混合式教學等新型教學模式，試圖通過利用計算機網(wǎng)絡技術等新的手段來改進教學效果，但是在教學實踐中仍然存在一些不盡如人意之處。

1 現(xiàn)有教學模式的不足

隨著信息技術的發(fā)展和普及，學生的知識獲取方式越來越多樣化。為了取得更好的教學效果，相繼出現(xiàn)了基于MOOC、SPOC 等網(wǎng)絡平臺的新型教學模式，其共性都強調以學生為中心，這與傳統(tǒng)課堂“以教師為中心”有很大的區(qū)別，教學效果也得到了一定程度的改善。另一方面，據(jù)統(tǒng)計，國內知名MOOC 平臺的完課率不足30%，課程通過率平均不到10%[2]，國外的調查結果也大致相同[3]。產生這一現(xiàn)象的原因主要是基于MOOC 的學習過程過度依賴于學生的學習主動性。同時，由于在學習過程中實時互動少，導致學生的學習專注度低，棄課比例較高。

混合式教學[4]結合線上自主學習和線下面對面授課的優(yōu)勢，既能發(fā)揮教師引導和把控教學過程的主導作用，又能體現(xiàn)學生作為學習主體的主動性和創(chuàng)造性，近年來在國內開始受到青睞。但是，混合式教學中的線上學習部分，仍然存在由于學生的學習主動性不足而導致的自主學習形式化問題[5]。因此，如何激發(fā)和維持學生的學習意愿，確保線上自主學習能夠有效完成，是實現(xiàn)教學效果進一步改進的關鍵因素。

同時，在現(xiàn)有的各類新型教學模式中，仍然普遍采用統(tǒng)一的教學進度和教學要求，事實上忽略了學生群體中由于在知識基礎、學習能力等方面的客觀差別而導致的不同層次學習需求。換言之，未能體現(xiàn)因材施教的教學原則，這也是影響教學效果的一個重要原因。

2 個性化教學模式的設計

2.1 教學模式的改進思路

對于如何提高學生在學習過程中的主動性，其解決思路并不陌生。早在1987 年Chickering 和Gamson 提出的本科教學最佳實踐七原則[6]中，就明確指出應該向學生提供及時反饋，激發(fā)其主動學習意愿，同時要尊重多元智能和不同的學習方式等。這與我們前面提到的引入過程性評價和實現(xiàn)因材施教的想法不謀而合。但是，受制于教學輔助條件有限和班級學生人數(shù)較多的現(xiàn)實約束，在教學實踐中真正體現(xiàn)這些原則的難度很大。

當前，隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術的發(fā)展，教育技術也在通過不斷引入這些新的技術手段而進步，這為實現(xiàn)前述原則提供了基本的技術條件。有專家認為，人類社會即將迎來以個性化教育為標志的第四次教育革命[7]。

斯坦福大學和康奈爾大學的研究人員通過挖掘Coursera 上的課程開課數(shù)據(jù)記錄，分析了最終成績不同的學生在學習過程中表現(xiàn)出的差異發(fā)現(xiàn)：學生的最終成績和他看視頻、做實驗、交作業(yè)和讀論壇的次數(shù)是成正比的[8]。這說明學生的在線學習過程與課程教學效果存在正相關性。

在Java 程序設計課程教學中，基于翻轉課堂開展混合式教學，并引入過程性評價機制對學生進行實時反饋，以激發(fā)學生的學習主動性；同時對教學任務和教學內容進行分層次設定，通過過程性評價結果，為學生提供有針對性的學習路徑選擇，實現(xiàn)了一種個性化教學模式。

2.2 個性化教學實施方案

2.2.1 個性化教學實施流程

個性化教學的實施需要MOOC 平臺、在線作業(yè)批改系統(tǒng)和在線學習過程評價系統(tǒng)等基本環(huán)境，為教學過程中的各關鍵環(huán)節(jié)提供技術支撐。

個性化教學過程包括課前、課中、課后3個階段，涉及教師、學生和評價系統(tǒng)3個方面，具體實施流程如圖1 所示。圖1 的實線表示教學進程，虛線表示評價環(huán)節(jié)。

（1）課前階段。教師根據(jù)課程的教學內容對學習目標進行分解和發(fā)布，制作微課視頻、整理網(wǎng)上資源、編寫教學PPT 等教學資源，并針對教學內容設計自學測試題。其中，學習目標需要分層次設定不同的級別，供學生按需選擇；學生選擇適合個人情況的學習目標，利用MOOC 平臺進行線上自主學習并通過自測練習考查學習效果。自測練習的結果能夠反映本次教學內容中的難點所在。

（2）課中階段。教師依據(jù)學生課前自測反映出的難點組織課堂教學內容，進行針對性講解，學生在課堂上進一步深入學習相關內容，并通過分組討論開展探究式學習，教師現(xiàn)場進行個性化指導。

（3）課后階段。學生可以在MOOC 平臺的交流區(qū)繼續(xù)課堂上未完成的討論，并通過在線作業(yè)批改系統(tǒng)完成和提交編程作業(yè)，學有余力的學生還可以進一步完成拓展實驗。

在教學實施過程中，過程性評價系統(tǒng)會對線上完成的各個環(huán)節(jié)（包括課前自主學習、自測練習、課后線上交流、在線作業(yè)、拓展實驗環(huán)節(jié)）進行量化評價，并根據(jù)最終形成的評價結論為學生下一次學習目標的選擇提供指導。

2.2.2 個性化學習目標的分層次設定

圖1 個性化教學實施流程圖

為了體現(xiàn)因材施教的教學理念，需要針對學生的不同情況來提供學習內容。在教學實施方案中利用過程性評價的結論，基于學生的學習效果，給出個性化的學習建議，包括學習目標、知識模塊組合和學習路徑。

為此，首先要對課程的學習目標進行分層次設定[9]，例如，在程序設計類課程中設置低級目標為重現(xiàn)示例程序，基本目標為模仿示例實現(xiàn)類似功能，高級目標為優(yōu)化實現(xiàn)算法。同時，對知識模塊根據(jù)不同的學習目標進行組合，設計合理的學習路徑。通過學習目標的分層次設定，為不同層次的學生提供適合個人情況的學習，讓所有人都能學有所得。

2.2.3 過程性評價方案設計

過程性評價主要涉及課前自主學習、自測練習、課后線上交流、在線作業(yè)和拓展實驗。具體評價指標及評價方式見表1。

表1 過程性評價指標

對于課后線上交流和拓展實驗，考慮到主要是學習成績較好的學生參與，目前暫不做評價。

根據(jù)過程性評價的結果，學生可以實時了解自己的學習狀況，并能看到在班級中的排名情況。系統(tǒng)據(jù)此為學生提出學習目標的選擇建議。這種學習過程的及時反饋會對學生的主動學習意愿產生極大的推動作用。

2.3 個性化教學實施實例

這里以Java 程序設計課程的第10 次課“類的繼承”和第11 次課“多態(tài)”的教學過程為例，說明個性化教學的具體實施。這2 節(jié)課的分層次學習目標見表2。

表2 學習目標的分層次設定

2.3.1 課前自主學習和自測

學生在第10 次課開始之前，通過MOOC 平臺進行課前自主學習，過程性評價系統(tǒng)收集學生的相關評價指標數(shù)據(jù)并給出反饋信息，包括登錄次數(shù)、學習時長和預習完成度的班級排名，學生可以實時了解到自己的學習狀態(tài)以及在專業(yè)中的相對位置，以此激發(fā)學生的個人榮譽感，促進主動學習。

學生在自主學習之后，需要完成MOOC 平臺上針對本次學習內容的自測練習，并由過程性評價系統(tǒng)給出各個學生的成績等級和班級排名。同時，自測練習的得分情況能夠反映出本次的教學難點是學習目標中的10.2.2 和10.3。

2.3.2 課堂教學和課后作業(yè)

課堂教學中，教師針對本次的教學難點進行重點講解，并由自測成績較好的學生為組長，通過分組討論的形式對難點進行探究式學習。教師對個別學生進行針對性指導。

課后學生通過在線作業(yè)批改系統(tǒng)完成并提交編程作業(yè)，過程性評價系統(tǒng)收集學生在完成作業(yè)過程中的敲擊次數(shù)、運行次數(shù)等評價指標數(shù)據(jù)，學生可以實時查看個人數(shù)據(jù)和班級平均數(shù)據(jù)，以及建議的合理參考值，以了解自己的學習狀態(tài)，激發(fā)自信心和進步方向。

2.3.3 個性化評價和學習建議

過程性評價系統(tǒng)根據(jù)課后作業(yè)得分情況和自測考查效果生成個性化評價意見和下一次學習目標建議。對差生的評價意見和學習建議如：課前自主學習的數(shù)據(jù)分析表明，你的學習主動性不足，需要進一步提高；自測考查效果和作業(yè)完成得分情況反映你在課程前期的學習過程中對面向對象思想和相關概念的理解不夠深入，建議下一節(jié)課的學習目標以11.1 和11.2 為主要任務。對優(yōu)秀學生的評價意見和學習建議如：課前自主學習的數(shù)據(jù)分析表明，你的學習主動性強；自測考查效果和作業(yè)完成得分情況反映你較好地完成了本課程前期的學習任務，建議下一節(jié)課要完成全部3 個學習目標。

2.3.4 Java 程序設計課程個性化教學效果

學生在上述教學模式下，通過每一次課的不同學習目標，學到了不同的學習模塊組合。在迭代式演進過程中完成課程學習。最終部分水平較好的學生，掌握了全部的教學內容，順利完成本課程的學習；中等學生能夠理解面向對象思想，部分掌握基于基礎類庫的應用開發(fā)，水平較差的學生至少也能夠掌握示例功能實現(xiàn)的編程技巧，理解部分較簡單的面向對象概念。各類學生各有所學，一定程度上體現(xiàn)了因材施教的原則。

3 個性化教學模式的實施效果

3.1 學習效果整體提高

使用3 個學期的Java 程序設計課程教學數(shù)據(jù)，對個性化教學效果進行對比，結果見表3。從表3 可以看到：相對于2017 年秋季學期采用翻轉課堂的教學效果，2018 年秋季和2019 年春季學期的考試平均分在穩(wěn)步提高，考試成績標準差逐漸減小。這說明總體教學效果在改善；同時，在提供個性化學習條件之后，不同的學生都能找到適合自己的學習路徑，差生不至于掉隊，優(yōu)生也有提升空間，各取所需。

表3 個性化教學模式教學效果對比

3.2 學習主動性顯著提高

利用在線平臺的學習過程數(shù)據(jù)，對學生的學習主動性進行對比，結果如表4 所示。表4 顯示的登錄頻度指學生的平均登錄次數(shù)比例，平均完成度指學生完成線上自主學習任務的平均比例，平均學習時長指學生使用在線學習平臺的總時間相對值，各項數(shù)據(jù)以2019 年春季學期數(shù)據(jù)為基準。登錄頻度和平均完成度的上升說明在引入過程性評價及反饋機制之后，學生的學習主動性有了明顯提高。平均學習時長應該是一個相對合理的值，并非越長越好。但是在目前的狀態(tài)下，學習時長的增長反映學生的學習積極性在提升。

表4 學習主動性對比

另外，通過教學模式的改革，學生的創(chuàng)新能力和教師的教學能力都得到了顯著提高，2019年有3 名學生獲得全國大學生計算機設計大賽軟件應用與開發(fā)類二等獎，課題負責人獲得學校教學能力比賽第一名。

4 結 語

通過在課程教學中引入過程性評價及反饋機制，為學生提供了個性化學習條件。在信息技術的支持下，教學模式逐漸從“大水漫灌式”向“精準化”教學的方向演變，將來有可能真正實現(xiàn)規(guī)?；逃碌膫€性化培養(yǎng)和因材施教。同時，教師的職能也在慢慢地發(fā)生變化，從單純的知識傳授者逐漸變成學生學習的組織者和引導者。事實上，這也更加符合大學教育的本質，讓學生能夠盡早脫離教師的幫助，學會自主學習。接下來的研究方向是進一步引入教師評價反饋機制，讓學生能夠及時對教師進行評價，在教學中形成雙向評價，完成一個教與學的閉環(huán)，通過不斷地迭代改進，實現(xiàn)更好的教學效果。