基于Trustie-EduCoder 平臺(tái)的線上線下融合式教學(xué)模式研究

歐陽(yáng)建權(quán)，鄧漪凡，尹 剛

（1.湘潭大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖南 湘潭 411105；2.湖南智擎科技有限公司，湖南 湘潭 411105）

0 引言

當(dāng)前，互聯(lián)網(wǎng)+的發(fā)展、5G 的熱潮正推動(dòng)著人工智能時(shí)代的到來(lái)，市場(chǎng)對(duì)于具備人工智能素質(zhì)人才的需求巨大，無(wú)論是工科型人才還是非工科人才都需要了解和學(xué)習(xí)人工智能。人工智能實(shí)踐是面向人文社科類專業(yè)的公選課之一，也是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程等許多專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。

這些課程一般由基礎(chǔ)教學(xué)和綜合實(shí)踐教學(xué)組成。基礎(chǔ)教學(xué)注重課程知識(shí)的講解；綜合實(shí)踐一般由課堂案例和實(shí)踐應(yīng)用兩部分組成。雖然學(xué)校和學(xué)生都很重視這些課程，但是學(xué)生課后沒(méi)有平臺(tái)練習(xí)鞏固加深，與老師課后缺少交流，綜合實(shí)驗(yàn)的趣味性不足，題目難度設(shè)置不合理，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不佳。

線上線下混合式教學(xué)模式是一個(gè)跨越虛擬，可以實(shí)現(xiàn)在線與實(shí)時(shí)交流、涉及多種要素協(xié)同的混合式課堂結(jié)構(gòu)[1]?；赥rustie-EduCoder 的混合式教學(xué)模式是以構(gòu)建主義理論等現(xiàn)代教育理論為依據(jù)[2]，把傳統(tǒng)面對(duì)面課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，使在線學(xué)習(xí)和課堂教學(xué)形成互補(bǔ)，進(jìn)而提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提高。

Trustie-EduCoder（Trustworthy software tools and integration environment）是指一個(gè)由600 多所大學(xué)參與共建共享的智能學(xué)習(xí)平臺(tái)，支持全技術(shù)棧的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)，其中包含各學(xué)?？赏扑]給本校學(xué)生學(xué)習(xí)的各種教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐教學(xué)的課程軟件化、過(guò)程游戲化、環(huán)境生產(chǎn)化和測(cè)評(píng)全?；?。

1 線上線下混合式教學(xué)模式面臨的問(wèn)題

傳統(tǒng)線上線下混合式教學(xué)模式通過(guò)線上視頻錄制定期上傳，實(shí)踐項(xiàng)目按課時(shí)發(fā)布作業(yè)，線下教師按照課程自有的知識(shí)體系進(jìn)行教學(xué)。這種教學(xué)模式一方面存在線上平臺(tái)監(jiān)管不嚴(yán)，另一方面存在線下過(guò)分依賴線上，師生溝通缺少等問(wèn)題。細(xì)化來(lái)說(shuō)，體現(xiàn)為以下幾種表現(xiàn)形式：①相比于傳統(tǒng)作業(yè)完成成本較低，在學(xué)生腦海中留下印象不深；②提交作業(yè)不及時(shí)，造成集體懶散，降低學(xué)習(xí)積極性；③教師與學(xué)生課后缺少溝通，致使課程安排和難度出現(xiàn)問(wèn)題也無(wú)法及時(shí)調(diào)整；④時(shí)代感弱化，與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景關(guān)聯(lián)度低。

以上問(wèn)題的存在使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，雖然掌握了大量的程序設(shè)計(jì)概念和語(yǔ)法，卻缺乏求解工程實(shí)際問(wèn)題的科學(xué)思維能力和編程實(shí)現(xiàn)能力[3]。非專業(yè)同學(xué)在枯燥的課堂灌輸式學(xué)習(xí)中，既缺乏對(duì)前沿科技知識(shí)興趣的培養(yǎng)，又缺少對(duì)人工智能思維的主動(dòng)訓(xùn)練，因此達(dá)不到課程設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)。

2 基于Trustie-EduCoder的線上線下混合式教學(xué)模式原理及優(yōu)勢(shì)

基于Trustie-EduCoder 混合式教學(xué)的基本原理是在線教學(xué)（on-line）與面對(duì)面教學(xué)（off-line）的混合[4]。由于涉及線上環(huán)節(jié)，教師除課堂素材之外，還須準(zhǔn)備線上視頻、互動(dòng)學(xué)習(xí)討論話題、在線實(shí)踐作業(yè)等。學(xué)生利用軟件平臺(tái)具有更大的學(xué)習(xí)自主性和拓展空間。這種教學(xué)模式使得教師能夠客觀衡量學(xué)習(xí)效果，幫助學(xué)生答疑，學(xué)生激發(fā)更多的學(xué)習(xí)興趣，樂(lè)于學(xué)習(xí)。

相對(duì)于傳統(tǒng)的線上線下混合式教學(xué)模式，基于Trustie-EduCoder 平臺(tái)的教學(xué)模式有很多的不同之處。與其他平臺(tái)的教學(xué)模式[5]相比Trustie-EduCoder 平臺(tái)的教學(xué)模式存在以下幾大優(yōu)勢(shì)，見(jiàn)表1。

從表1 中比較可以看出，基于Trustie-EduCoder 線上線下混合式學(xué)習(xí)的特色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，通過(guò)線上課前預(yù)習(xí)提前反饋，課堂線下教師及時(shí)解答學(xué)生問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)重難點(diǎn)，增進(jìn)師生交流；其次，線上的趣味學(xué)習(xí)、比賽激勵(lì)[6]可以協(xié)同非專業(yè)同學(xué)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，線下積極思考和反饋，幫助教學(xué)模式的環(huán)形推進(jìn)；最后，基于Trustie-EduCoder 平臺(tái)，設(shè)置積分激勵(lì)機(jī)制和互評(píng)機(jī)制，促使學(xué)生更加主動(dòng)的線上學(xué)習(xí)，增進(jìn)學(xué)生之間的良性競(jìng)爭(zhēng)。

表1 Trustie-EduCoder 與其他平臺(tái)的對(duì)比

從以上比較結(jié)果看來(lái)，基于Trustie-EduCoder的線上線下平臺(tái)能夠更加針對(duì)學(xué)生個(gè)體問(wèn)題，大幅度節(jié)省教學(xué)時(shí)間，提高教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)也存在提交作業(yè)不及時(shí)，造成集體懶散，降低學(xué)習(xí)積極性；相比于傳統(tǒng)作業(yè)完成成本較低，在學(xué)生腦海中留下印象不深等不足。

3 基于Trustie-EduCoder的混合學(xué)習(xí)模式設(shè)計(jì)

基于Trustie-EduCoder 的混合學(xué)習(xí)模式是傳統(tǒng)面對(duì)面課堂教學(xué)模式和Trustie-EduCoder 線上學(xué)習(xí)模式的融合創(chuàng)新[7]。通過(guò)這種模式，期望打造出具備較強(qiáng)實(shí)踐能力的應(yīng)用融合型人才。

混合學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)以問(wèn)題解決式教學(xué)方法為主線，面向人工智能實(shí)踐課程正是以實(shí)踐作為最終目標(biāo)的課程，非常適合采用混合學(xué)習(xí)模式?；旌蠈W(xué)習(xí)包括課前、課中、課后3 個(gè)環(huán)節(jié)[8-9]，如圖1 所示。在3 個(gè)環(huán)節(jié)中，教師和學(xué)生都必須積極參與，相互合作，確保在各環(huán)節(jié)中各自發(fā)揮作用，共同完成好線上線下混合式教學(xué)的全過(guò)程[10]。

圖1 Trustie-EduCoder 混合式教學(xué)模式過(guò)程設(shè)計(jì)圖

該門課程配備一名Educoder 平臺(tái)教學(xué)助理?yè)?dān)任助教。平時(shí)課堂主要負(fù)責(zé)協(xié)助教師完成平臺(tái)內(nèi)容更新、課堂秩序維護(hù)和線下問(wèn)題解答；期末考試前夕，需要按教師要求布置考試題型和內(nèi)容，導(dǎo)出考試分析報(bào)告。

3.1 課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)

在課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)，教師需要依據(jù)教學(xué)大綱安排，提前編寫一本線上教材，配合Educoder 平臺(tái)發(fā)布上線?；诮滩膬?nèi)容和案例的內(nèi)容，教師每次在課前錄制微課視頻，聚焦課程難重點(diǎn)，幫助學(xué)生搭建理論框架，明晰知識(shí)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合程序設(shè)計(jì)講解程序?qū)崿F(xiàn)和調(diào)試。讓學(xué)生除了得到理性的概念之外，還對(duì)問(wèn)題的求解過(guò)程有了感性的認(rèn)識(shí)。

學(xué)生在課前導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)，根據(jù)教師給定的教材、課外閱讀資料進(jìn)行課前的預(yù)習(xí)，嘗試回答教師在視頻中提出的相關(guān)問(wèn)題[11]。學(xué)生在通過(guò)視頻學(xué)習(xí)課內(nèi)基本概念和方法之外，還需要結(jié)合自身的專業(yè)學(xué)習(xí)情況和興趣特點(diǎn)，總結(jié)和整理自己在教材、課外資料、視頻學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，作為預(yù)習(xí)完成的任務(wù)提交給教師。

教師首先對(duì)同學(xué)線上預(yù)習(xí)作業(yè)進(jìn)行批閱，然后對(duì)學(xué)生提問(wèn)線上解答，幫助學(xué)生理解基本概念和基本方法中需要注意的重點(diǎn)。教師對(duì)學(xué)生提出的問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行線上解答，是線上線下混合式教學(xué)模式中的一大優(yōu)點(diǎn)，有利于教與學(xué)的良性發(fā)展。

3.2 課堂研學(xué)環(huán)節(jié)

在課堂上，以搜索問(wèn)題的使用為例，展開(kāi)研學(xué)環(huán)節(jié)的問(wèn)題討論。教師首先通過(guò)一個(gè)智力游戲問(wèn)題引入搜索問(wèn)題，如有3 個(gè)傳教士和3 個(gè)野人來(lái)到河邊準(zhǔn)備過(guò)河，河邊有一條船，每次最多坐2 人。但是任何時(shí)刻在河的兩邊以及船上的野人數(shù)量不能超過(guò)傳教士的數(shù)量，不然傳教士就會(huì)被吃掉。如果讓你來(lái)玩這個(gè)智力游戲，你有幾種方式順利過(guò)河？

教師通過(guò)情景交融的方式把搜索問(wèn)題應(yīng)用場(chǎng)景生動(dòng)形象地傳授給同學(xué)們。然后對(duì)課前預(yù)習(xí)情況課堂分析，課上解決本節(jié)課程的重難點(diǎn)問(wèn)題。為了檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，可以適當(dāng)提問(wèn)進(jìn)行考查。針對(duì)性地提出若干個(gè)問(wèn)題供學(xué)生進(jìn)行討論與交流，學(xué)生將分組對(duì)問(wèn)題進(jìn)行討論，最后每一個(gè)小組派出代表來(lái)陳述討論結(jié)果。

教師對(duì)學(xué)生的討論甚至在爭(zhēng)議無(wú)法緩和時(shí)進(jìn)行必要的引導(dǎo)，分組討論有助于讓討論的問(wèn)題更加細(xì)致，同時(shí)可以讓積極性不足的同學(xué)都在討論的時(shí)候有更多的機(jī)會(huì)參與到討論中并從中受益，在陳述環(huán)節(jié)，能讓每一個(gè)學(xué)生都能對(duì)本次課堂內(nèi)容有著更全方位的理解。

在課上采用了線上操作實(shí)訓(xùn)的方法[12]，對(duì)于操作性問(wèn)題，同學(xué)之間可以互相討論，必要時(shí)可以向助教尋求幫助，教師對(duì)共性問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的講解。充分發(fā)揮協(xié)同學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)，順利實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移，使得學(xué)生解決問(wèn)題的能力通過(guò)合作探究和操作實(shí)訓(xùn)得到提高。

3.3 課后練學(xué)環(huán)節(jié)

教師除常規(guī)的批改作業(yè)之外，還會(huì)發(fā)布學(xué)生感興趣的話題討論，以此激發(fā)學(xué)生課后學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)課后作業(yè)的情況，教師通過(guò)總結(jié)優(yōu)化，對(duì)后續(xù)的教學(xué)也能有更加清晰的目標(biāo)和完善的準(zhǔn)備。

學(xué)生在經(jīng)過(guò)課前導(dǎo)學(xué)和課堂研學(xué)之后，對(duì)于課程的內(nèi)容和需要解決的問(wèn)題都有了清晰的認(rèn)識(shí)和思考。課后學(xué)生需要完成線上作業(yè)，并且作業(yè)內(nèi)容公開(kāi)，接受其他組的學(xué)生的建議和討論。同時(shí)，老師會(huì)有選擇性地將典型作業(yè)標(biāo)記，供全班學(xué)生學(xué)習(xí)參考。

在課后，助教會(huì)在QQ 群里檢查作業(yè)的完成和同學(xué)的互評(píng)情況[13]，并給予學(xué)生一定的課程指導(dǎo)。每一次課后作業(yè)，作業(yè)中錯(cuò)誤較為集中的知識(shí)點(diǎn)教師會(huì)在下一次課上進(jìn)行詳細(xì)解答。更重要的是，學(xué)生通過(guò)這種質(zhì)疑、比較和借鑒，對(duì)于課程知識(shí)的認(rèn)識(shí)更加深刻和清晰，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的進(jìn)一步鞏固和提高。

4 基于Trustie-EduCoder的混合教學(xué)模式實(shí)證分析

人工智能實(shí)踐線上線下混合式課程設(shè)計(jì)應(yīng)用于全校公共課后，遇到了一些問(wèn)題：①本門課程為公共課，選修這門課程55%的同學(xué)是非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，按照教學(xué)大綱設(shè)計(jì)，第一章就設(shè)有編程題目，且題目難度較大，學(xué)生理解困難。②該課程設(shè)計(jì)目標(biāo)是零基礎(chǔ)非專業(yè)的同學(xué)可以自學(xué)，意圖是在推廣人工智能的概念；而實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目課程設(shè)計(jì)難度不合理，同學(xué)們的完成度只有70%，正確率只有55%，實(shí)訓(xùn)課程對(duì)代碼能力有一定要求，這對(duì)零基礎(chǔ)的學(xué)生來(lái)說(shuō)相對(duì)困難。

后期，根據(jù)參與測(cè)試的同學(xué)的實(shí)時(shí)反饋情況，修改相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)案例，如調(diào)整python 實(shí)訓(xùn)案例等，可以兼顧計(jì)算機(jī)類和非計(jì)算機(jī)類專業(yè)的學(xué)生的實(shí)訓(xùn)能力培養(yǎng)。同時(shí)，新增趣味游戲模塊，將娛樂(lè)融合進(jìn)入實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目類教學(xué)實(shí)踐中，解決了非專業(yè)同學(xué)理解力不足、興趣缺少等問(wèn)題。

課程難度調(diào)整之后，助教協(xié)助老師完成了一次針對(duì)人工智能與實(shí)踐課程秋季班同學(xué)的問(wèn)卷調(diào)查，主要為了了解同學(xué)們對(duì)于混合教學(xué)方法的適應(yīng)性。問(wèn)卷一共5 道題目。圖2 所示為問(wèn)卷第一題學(xué)生的作答情況反饋。

期末學(xué)習(xí)成績(jī)從3 個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估，平時(shí)成績(jī)、線上學(xué)習(xí)情況和期末線上考試成績(jī)。上述3個(gè)部分各占比20%、20%、60%。平時(shí)成績(jī)考查學(xué)生的課堂積極度、出勤率由助教參考平臺(tái)登錄記錄打分。線上學(xué)習(xí)情況Trustie-Educoder 平臺(tái)可以導(dǎo)出每一位注冊(cè)學(xué)生線上答題正確率和學(xué)習(xí)進(jìn)度情況，一共10 次。平時(shí)成績(jī)中等及以上的同學(xué)達(dá)到70.1%。

期末考試采取線上考試的形式進(jìn)行，題型設(shè)計(jì)有單選題、多選題、判斷題和編程題。線上系統(tǒng)自動(dòng)判分，分析考試試卷詳情，如最高分為97.5 分，平均分為78 分。系統(tǒng)還會(huì)對(duì)每一題從答題數(shù)量、學(xué)生得分、答題標(biāo)準(zhǔn)分析等多個(gè)角度分析該知識(shí)點(diǎn)學(xué)生掌握度。

圖2 開(kāi)設(shè)課程后學(xué)生反饋信息統(tǒng)計(jì)

從整體上分析，教師不用在課堂上照本宣科地講解學(xué)生本可自學(xué)的基礎(chǔ)內(nèi)容，不用在機(jī)械化改卷和批改作業(yè)上投注過(guò)多時(shí)間，有更多的時(shí)間與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，學(xué)生也有更多的時(shí)間進(jìn)行思考、合作。這樣的教學(xué)方式有利于課前、課中、課后教學(xué)模式的良性循環(huán)，能夠有效提高教學(xué)效率。

5 結(jié)語(yǔ)

面向人工智能型人才培養(yǎng)的Trustie-EduCoder融合教學(xué)模式延伸到教學(xué)活動(dòng)全過(guò)程，涉及線上和線下，始終以學(xué)生為導(dǎo)向，旨在逐步培養(yǎng)學(xué)生興趣和編程能力。在基于Trustie-EduCoder 平臺(tái)的線上線下融合教學(xué)模式的學(xué)習(xí)過(guò)程中，改進(jìn)了集中式和整體化評(píng)估機(jī)制，加入了學(xué)生自評(píng)、互評(píng)環(huán)節(jié)和趣味實(shí)驗(yàn)、激勵(lì)比賽模塊，從課后連貫到課前，實(shí)現(xiàn)了環(huán)形的全面監(jiān)督和評(píng)估機(jī)制。