教學過程可視化平臺的設計與實踐

孫立博 秦文虎

(東南大學 儀器科學與工程學院, 南京 210096)

教育教學的方式方法是影響教育水平高低的關鍵因素。改革開放、與世界接軌等需求使中國人民需要投入巨大時間與精力在學習中。聚焦到教育教學軟件中，我們國家每個大學均有教務系統[1-4]服務于教育教學工作，但就教務管理方面，相較美國“常青藤”院校等統一使用的canvas教學軟件，我們在教學作業(yè)無紙化，成績信息公開化，課程資源易管理，教育歷史可追蹤等方面存在著相當差距[5]。

針對目前的上課現狀，學生與教師的溝通只限于課上和課后的QQ、微信溝通，但是有時會出現學生沒有注意查收信息，導致錯過課程通知或者研討課程需要準備的論文等情況，影響學生的學習效果。為此，我們進行了教學過程可視化綜合應用平臺的設計(名曰“三尺臺”的教學過程可視化平臺，簡稱“三尺臺”)，力爭將教育教學的授課過程和教務管理過程實現電子化和標準化，為此促進教學改革的進程。也就是說，我們設計的平臺并不能取代任何形式的授課方式，相比已有的在線教學平臺，如中國大學MOOC、愛課程、騰訊課堂、學堂在線、Coursera等，“三尺臺”更側重于線下教學和教務(包括思政)的全過程電子化管理，不以視頻或者演示文稿形式進行線上教學，不以選擇題、填空題、問答題形式進行考核析查，不收取任何費用。相比高校的課程中心，具備更人性化的人機交互界面，師生交流兼具聊天軟件形式和論壇貼吧形式，作業(yè)批改突出圖片形式而不是文件形式，延遲低、穩(wěn)定性好。

1 教學過程可視化平臺設計與實現

“三尺臺”通過建設課程網站，提供課程通知、課件下載、作業(yè)發(fā)布、作業(yè)上傳、課程討論等功能專區(qū)，更好地服務于教師和學生[6-9]。對于授課教師來說，該平臺類似于管理員，提供課程資料發(fā)布、布置作業(yè)和明確要求、設置評分機制、公布成績等功能；對于學生來說，該平臺類似于學習助手，提供查看課程資料、提交作業(yè)、得到評分和評語、獲知成績、與討論小組合作交流等功能。

“三尺臺”的總體架構如圖1所示。主要包括兩大模塊：教師服務模塊和學生服務模塊。

教師服務模塊提供學生管理、課程管理、通知郵件以及個人中心等功能。其中，學生管理可進一步細化為學生信息、學生作業(yè)；課程管理可進一步細化為課程大綱、作業(yè)及課時編排。

學生服務模塊提供首頁通知、課程列表、教師列表、作業(yè)和個人中心等功能。

圖1 “三尺臺”教學過程可視化平臺總體架構

“三尺臺”各模塊的具體功能設計如圖2所示，其中，授課教師服務模塊的主要用戶包括授課教師和教務老師。針對教師的類型，分別對授課教師服務模塊和教務老師服務模塊進行設計。學生服務模塊，分別對課程列表、教師信息、作業(yè)管理和個人文件管理子模塊進行設計。

1.1 授課教師服務模塊

為了便于教師開展教學工作、實現教學過程的可視化，同時也為了方便資料的留存，解決紙質資料難以保存的問題，本平臺為授課教師提供如下四個功能子模塊：課程管理子模塊、學生管理子模塊、通知子模塊和個人中心子模塊。

1)課程管理子模塊

課程管理子模塊為授課教師提供課程在線管理、課程大綱上傳、課程作業(yè)布置、教學日歷發(fā)布等功能，便于教師發(fā)布課程、安排具體教學工作、控制授課進度和獲取課后反饋等。

圖2 “三尺臺”教學過程可視化平臺功能設計

2)學生管理子模塊

學生管理子模塊提供學生列表、學生反饋信息等功能，使教師能夠了解學生的學習狀況和遇到的問題，以根據實際情況調整自身的授課模式。

授課教師可以查看學生作業(yè)的提交情況，并且可以在線利用云平臺架構，批改學生上傳的電子版作業(yè)，實現了作業(yè)批改的高效化，既解決了紙質作業(yè)的搬運和存放問題，又解決了目前作業(yè)發(fā)布、作業(yè)上交、作業(yè)批改所造成的三周時間滯后的問題，提高了作業(yè)批改效率。

3)通知子模塊

通過“通知子模塊”，教師可以接收到平臺發(fā)送的站內信(管理員通知)，并可以通過POP3協議鏈接私人郵箱。例如授課教師會收到教務老師發(fā)送的課程相關內容上傳提醒，有效地保障了教學內容的及時發(fā)布。

4)個人中心子模塊

授課教師或者管理員可以在“個人中心”設置和修改自己的個人信息和相關的課程鏈接，不僅為學生選擇課程提供參考，還為師生之間的交流提供便利。

1.2 教務老師服務模塊

各學院的教務老師能夠以學院管理員的身份登錄本平臺，主要進行教務的日常工作。教務老師服務模塊分成以下四個子模塊：

1)賬號信息管理子模塊

為了更好地服務教師，教務老師可為學院授課教師創(chuàng)建個人賬戶，進行學院教師的統一管理，同時完善教師的基本信息，如研究方向，實驗室信息等。如果授課教師自己注冊賬戶，教務老師需要對賬戶申請進行審批，審批通過之后，方可完成賬戶的注冊。

2)課程管理子模塊

教務老師可以注冊本學院所有年級的所有課程，并錄入課程的基本信息，如授課學期、總課時、授課學時、實驗課時、研討課時、學分和考核類型等，生成課程列表。教務老師能夠根據本學院的教學安排，從所有的課程列表中在線顯示當前學期的應授課程，并分配課程的授課教師和授課班級，利用學生列表，完成學生信息導入。

3)課程大綱管理及通知子模塊

教務老師的登陸首頁顯示當前待審核課程的教學大綱，教務老師可以在線審核授課教師發(fā)布的大綱內容，并對未上傳大綱的授課教師進行消息提醒。

4)公共信息設置子模塊

教務老師通過對當前學期進度進行設置，同時設置公共郵箱，通過系統操作日志對所有的電子信息進行留痕。

1.3 學生服務模塊

學生可以通過本模塊參與到教學過程中。本模塊為學生提供如下四個子模塊：

1)課程列表子模塊

學生登陸本模塊后，首頁即為“我的課程”界面，點擊任意一門課程即可查看詳情。在進入課時目錄后，學生可以瀏覽教師的教學計劃，查看課時資料，瀏覽教師發(fā)布的作業(yè)等信息，完成課堂授課內容的在線化。同時，通過課程資料簡介界面右側浮框出現的討論框，師生可以對每個章節(jié)的內容進行溝通和討論。

2)教師信息子模塊

學生可以通過點擊“我的老師”按鈕，瀏覽到當前各課程的授課教師名單。通過點擊“查看詳情”按鈕，對授課教師能有一個更加全面而且詳細的了解，熟悉教師的教育背景、研究專長，以便更好地進行師生交流。

3)作業(yè)管理子模塊

學生所選擇的全部課程的作業(yè)被集中起來，在作業(yè)管理子模塊中顯示，學生可以在此界面瀏覽自己的作業(yè)并提交。未提交作業(yè)會單獨顯示，起到提示學生的作用，已提交作業(yè)將存儲在云端，從而實現了教學信息的電子化，作業(yè)的無紙化，方便學生查看和保存。

4)個人文件管理子模塊

學生可以在“我的文件”板塊在線瀏覽教師上傳的課件以及作業(yè)文件，學生在學習課程的某一章節(jié)時，可以上傳章節(jié)學習文件，“三尺臺”教學過程可視化平臺能夠對學生上傳的文件進行分章節(jié)存儲，這樣，學生在復習該章節(jié)的學習內容時，就可以方便地瀏覽到之前自己在互聯網上搜集的有用的信息，時效性和針對性都強。

2 應用情況

2.1 應用規(guī)模

“三尺臺”于2019年9月開始上線應用，應用對象為2017級、2018級測控技術與儀器專業(yè)本科生，應用課程共計兩門，其中，“計算機結構與邏輯設計”課程學生人數為84人，“虛擬現實與數據可視化”課程學生人數為35人。應用時長為一學年。

2.2 應用效果

“三尺臺”的教師服務和學生服務等模塊均應用穩(wěn)定，易于操作，方便快捷，充分滿足學院課程管理需求、教師上課需求以及學生學習需求。

通過“三尺臺”的服務，“計算機結構與邏輯設計”以及“虛擬現實與數據可視化”課程教與學的效率較往年明顯提升，課程成績透明化之后學生對課程成績提出的異議明顯減少，教育過程電子化不僅有助于教師存檔課程資料、進行課程通知、作業(yè)發(fā)布、查看學生學習過程，還有助于學生查看學習資料、上傳作業(yè)、課程討論、回顧學習過程。教師與學生之間的交流明顯加強，教師能夠及時了解學生的學習情況和遇到的問題，反饋速度明顯提升，并且能夠根據實際情況調整自身的授課模式。作業(yè)無紙化后，教師通過在網上查看學生作業(yè)的提交情況；在線利用云平臺架構，即可批改學生上傳的電子作業(yè)，實現了作業(yè)批改的高效化；不僅解決了紙質作業(yè)的搬運和存放問題，還解決了目前作業(yè)發(fā)布、作業(yè)上交、作業(yè)批改所造成的三周時間滯后的問題，提高了作業(yè)批改效率。

“三尺臺”的應用，使得學院授課更加便捷，教務老師可以井井有條地安排學院的各項課程，極大地便利了教師的授課環(huán)節(jié)，在方便教師與學生及時溝通的同時還節(jié)省了學生的時間和精力。學生學習效率的提高也使得整體平均成績有所提高，以“虛擬現實與數據可視化”課程為例，在使用“三尺臺”教學過程可視化平臺之前，2016級和2017級的平均成績分別為83和87，而使用“三尺臺”教學過程可視化平臺之后，2018級的平均成績已提升至88.64。

2.3 功能實現

以“計算機結構與邏輯設計”以及“虛擬現實與數據可視化”兩門課程為例，對“三尺臺”實現的功能進行詳細介紹。

課程管理子模塊的相關功能如圖3左欄所示。在“課程在線管理”界面，授課教師可以查看自己某一學期所主講的全部課程，并可以查看每門課程的基本信息、上傳教學日歷和教學資料等。

圖3 課程在線管理

如圖4所示，教師可以在“課程基本信息”界面給出課程的基本信息，上傳課程的教學大綱，并且設置課程的計分規(guī)則。根據每門課程的性質和特點，給出相應的評分標準，有效地融入目前的授課評價體制。

圖4 課程基本信息

如圖5所示，教師可以在“教學日歷”界面根據自己的上課計劃，安排自己的教學進度，并且可以在每一章節(jié)上傳相應的作業(yè)、上課資料、視頻和demo等教學信息，不僅極大便利了教師的授課，同時還節(jié)省了學生的時間，使得學生對課程進度和作業(yè)一目了然。

圖5 教學日歷

如圖6所示，教師可以在“查看學生”界面查看到學生的基本信息，包括姓名，學號，郵箱和手機號等信息，便于教師與學生聯系。

圖6 學生基本信息

如圖7顯示了“三尺臺”的特色——作業(yè)無紙化。學生在作業(yè)管理子模塊瀏覽并提交作業(yè)，未提交作業(yè)會單獨顯示，起到提示學生的作用，已提交作業(yè)將存儲在云端，方便學生查看和保存，教師在課時作業(yè)子模塊在線批改作業(yè)，從而實現了教學信息的電子化，作業(yè)的無紙化。進一步地，教師既可以根據圖7(c)中作業(yè)情況的實時可視化匯總調整自己的授課內容和授課節(jié)奏，又可以對未完成作業(yè)的學生進行站內提醒或根據需要與學生進行郵件溝通，如圖7(d)所示?！叭吲_”教學過程可視化平臺允許學生上傳圖片格式的作業(yè)，為了防止圖片過大，導致上傳時間過長，占用較多的服務器空間，一般網站都會對圖片文件大小提出要求，限制在5 M或者2 M以內，使得學生在用手機拍照后必須對圖片進行后處理才能完成作業(yè)上傳，給學生帶來了十分不好的體檢效果?！叭吲_”教學過程可視化平臺利用HTML5提供的文件API結合canvas的drawImage()方法，實現了圖片的壓縮上傳，為學生提交作業(yè)提供了極大便利。

(a)學生作業(yè)總覽

(b)在線批改作業(yè)

(c)作業(yè)情況實時可視化

(d)作業(yè)多途徑提醒圖7 作業(yè)無紙化

圖8(a)顯示了課程的最終成績生成界面，其中，作業(yè)成績以每次課程作業(yè)的得分為依據，進行綜合評定并最終生成?？记凇⑵谥?、期末成績由教師根據實際情況輸入本平臺，平臺將根據最初設置的成績構成，計算課程的最終成績。

圖8(b)為根據學生成績得到的分布統計圖，作為學院難教難學的課程“計算機結構與邏輯設計”，師生應用“三尺臺”能夠相應減少不及格率(不及格率下降到了5%)，對“教”和“學”都起到了促進作用。

(a)課程最終成績生成界面

(b)學生成績分布統計圖圖8 學生成績管理

如圖9所示，“三尺臺”會通過消息提醒教師及時發(fā)布課程大綱。

圖9 消息通知

如圖10所示，可以在“三尺臺”教師信息頁面查看教師的個人信息。

圖10 教師個人信息

如圖11所示，教務老師可以進行授課教師、思政教師的賬號注冊和基本信息的管理，對用戶的所屬角色、登錄名、郵箱、電話進行設置。

圖11 賬號信息管理

如圖12所示，教務老師可以進行各課程的教學安排，錄入課程的基本信息，分配課程的授課教師和上課班級，選擇本學期開設課程，利用模板進行相應課程學生的導入，并提醒授課教師提交課程大綱進行審核。

(a)課程列表

(b)課程在線列表

(c)學生導入

(d)課程大綱審核圖12 教務老師課程管理

圖13展示了當前學期設置，公共郵箱設置，系統操作日志等公共信息設置。

圖14顯示了學生登陸“我的課程”界面，在課時目錄瀏覽課程信息，并在我的資料模塊中的討論框進行師生交流和溝通。

(a)當前學期設置

(b)消息設置

(c)系統操作日志圖13 公共信息設置

(a)課程列表

(b)師生交流界面

(c)課程詳細信息圖14 “我的課程”界面

圖15展示了學生角色登錄平臺之后，可以查看教師的具體信息。

(a)教師列表

(b)教師詳細信息圖15 教師信息

圖16展示了無紙化的電子作業(yè)保存以及分類整理，三尺臺對于學生的課程資料整理得很好。

(a)已提交作業(yè)

(b)未提交作業(yè)

(c)課時文件系統圖16 課程資料整理

3 特色功能

“三尺臺”針對目前國內教育的“痛點”，進行了定制化的教育改革設計，具體設計內容如下：

3.1 學院化的布局

“三尺臺”從使學院授課更便捷的角度出發(fā)，致力于實現“小而精”的課程管理，無論是課程安排、教師安排、學生管理等教務工作，還是作業(yè)發(fā)布、作業(yè)批改、資料上傳等具體授課內容，都實現了“一個學院就是一個完整的授課體系”。井井有條地安排學院的上課內容，方便授課教師與學生進行更直接地溝通，使得每個學院的課程安排更具靈活性和可操作性。

同時，“三尺臺”教學過程可視化平臺可以根據不同學院課程內容不同的特點，對教務老師開放學院成績評定的設置接口，教務老師可以根據不同的課程設置采用不同的期終成績評定方式。教師的課程資料可以文檔、視頻等多種資料形式上傳，滿足了不同課程教師對教學輔助資料類型的需求。因此，三尺臺教學過程可視化平臺能切實可行地滿足不同學院課程對電子化的在線需求，更好地服務于各學院教師和學生。

3.2 教務可視化

課程安排、教師安排、學生管理以及教學大綱等內容審核的在線化和日志化，實現了教務工作的可視化和可追溯。授課教師可以通過“三尺臺”教學過程可視化平臺在第一時間獲取自己的課程安排、學生資料等信息，并根據消息提醒及時獲知教學大綱的審核進度，大大提升了教務工作的時效性和課程安排的可視化。同時，電子操作日志實現了“教務安排”人員操作過程的全記錄，每一個教務操作都得到保留，對于任一教務操作都能夠做到有據可查，實現了教務流程和操作可視化。

3.3 教學記錄電子化

目前，由于學院每門課程的教學日歷、教學大綱、試卷和成績單等檔案保存在檔案室，使得教務老師翻閱查找極其困難，而且多年的教學資料不斷占用學院的存儲空間，給教育教學資料的合理保存帶來了不便?！叭吲_”教學過程可視化平臺對每個學年的教學內容和教學信息實現云端存儲，“結課不刪檔”的電子化特色使得多年的教學資料得以完整保存，多檢索條目的查詢功能，使得教育檔案的翻閱變得輕松快捷。隨著學院課程設置的變化，教學大綱的修訂，學院教育改革走過的每一個腳步都在平臺上留下了印跡，實現了教育記錄和學院檔案的長期安全保存，可成為多年后追溯教育歷史的有效手段，為明確教育改革和教學評估的方向提供數據支撐。

3.4 授課過程可視化

教師日常的授課內容、資料、視頻、演示程序以及作業(yè)等信息可通過“三尺臺”發(fā)布，有效地改善了目前一個課程建一個QQ群或者微信群、每堂課用手機拍PPT或者用U盤拷貝課程PPT的教育現狀。所有的教學資料都可以在“三尺臺”上統一歸類整理；學生能夠在第一時間獲取到所需的學習資料，完成作業(yè)之后上傳電子版文檔，教師及時批改，實時反饋，整個授課流程都能夠在三尺臺教學過程可視化平臺完成。授課過程清晰透明，保質保量，是未來課堂教育的發(fā)展趨勢。

3.5 師生交流可視化

如何進行師生間的良好交流一直是我國教育研究的一大熱點，“三尺臺”在每個章節(jié)、每個資料簡介部分開設師生交流討論區(qū)，所有學生和教師之間的交流都在討論區(qū)保留，使得針對每個課堂內容學生之間以及師生之間的交流更為便捷，一個學生提出的問題，所有學生和教師都能看到，達到“一答解多惑”的良好教育效果。

3.6 成績構成可視化

“三尺臺”實現了成績評定的電子化。期末成績由多部分組成，學生不但能看到最終成績，還能夠清楚地知道自己每一個成績組成部分的具體得分，而且每個部分的得分根據實際表現和試卷成績進行系統生成，穩(wěn)定可靠，改變了目前學生只知道最終得分而不知道具體分數組成的現狀。

3.7 思政內容在線審核

“三尺臺”開創(chuàng)性地實現了國家最新規(guī)定的思政審核功能。學院內部設有專人，負責審核教師上傳的課程相關資料、教學大綱、師生交流討論和學生作業(yè)內容有沒有出現不符合社會主義核心價值觀的言論和內容，如果文檔思政審核不通過，將同時在教師端和學生端退回該文檔并要求整改或再次編輯，真正實現了服務于有中國特色的教育的宗旨。

3.8 教育無紙化

由于“三尺臺”實現了授課過程的可視化，因此目前普遍使用的紙質作業(yè)本、紙質教學文檔、紙質PPT資料、甚至紙質課堂簽到表全部實現了電子化。“三尺臺”緊跟教育潮流和趨勢，在“無紙化”方面實現了低消耗的綠色教育。

綜上所述，“三尺臺”能滿足不同學院課程對電子化的在線需求，不僅實現了教務工作的可視化、教學記錄的電子化，而且還實現了授課過程的可視化、師生交流的可視化、成績構成的可視化、教育的無紙化，更進一步地，還響應習近平總書記強調的“使各類課程與思想政治理論課同向同行,形成協同效應”的號召，將思政內容在線審核引入到“三尺臺”中，為更好地落實“立德樹人”的根本任務服務。

4 結語

通過“三尺臺”教學過程可視化平臺進行授課系統和教務系統的教育改革，從服務教務、服務教師、服務學生的角度出發(fā)，實現了教務系統和教學系統的可視化及可追溯，提升了學生的課堂參與度與體驗感，優(yōu)化了課堂授課流程和體系結構，促進了教育教學信息化的進程。