基于頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)探索

劉偉

關(guān)鍵詞： 頭歌平臺(tái)；計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)；本科教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)；智慧課堂

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）12-0143-03

1 引言

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的日益革新與進(jìn)步，各式各樣的信息化教學(xué)平臺(tái)軟件如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)。授課教師對(duì)信息化教學(xué)平臺(tái)的熟練使用，將有效解決傳統(tǒng)課堂教學(xué)過(guò)程中存在著的考勤簽到耗時(shí)、作業(yè)批改費(fèi)力、課前預(yù)習(xí)監(jiān)督難、課后復(fù)習(xí)評(píng)價(jià)難、課程考核方法單一等問(wèn)題。如使用中國(guó)大學(xué)MOOC[1-3]、超星學(xué)習(xí)通[4-8]、雨課堂[9-11]、云服務(wù)[12]等信息化平臺(tái)開(kāi)展線上、線下課堂教學(xué)或混合式教學(xué)。雖然上述平臺(tái)大多都能夠提供較為完善的教學(xué)服務(wù)管理功能，但對(duì)于如計(jì)算機(jī)、電子信息等實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科專(zhuān)業(yè)，其現(xiàn)有軟件功能仍有不足之處。例如：難以使用上述平臺(tái)部署實(shí)施如C/C++/Java語(yǔ)言編程、大數(shù)據(jù)分析等實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程。經(jīng)過(guò)為期半年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)不僅能提供常見(jiàn)的教學(xué)服務(wù)功能（如考勤簽到、視頻學(xué)習(xí)、作業(yè)收集、在線考試、學(xué)情分析等），還能為在線實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作提供可靠完善的功能支持。

2 頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)概述

EduCoder（中文名：頭歌）是湖南智擎科技有限公司于2019年申請(qǐng)創(chuàng)立的一個(gè)面向計(jì)算機(jī)類(lèi)的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)（網(wǎng)址：https：//www.educoder.net/） ，其能夠?yàn)楦咝＝萄泄ぷ魈峁┤轿弧⒘Ⅲw化的在線基礎(chǔ)設(shè)施，包括：全系列的教學(xué)資源、全鏈條的教學(xué)工具以及全周期的教學(xué)服務(wù)。高校師生和相關(guān)教研人員能夠借助該平臺(tái)開(kāi)展實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)，從而將傳統(tǒng)的課堂知識(shí)講授與新興的工程實(shí)踐實(shí)戰(zhàn)無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作一體化。2020年2月，教育部在其所發(fā)布的《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》文件中，明確提出將頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)（簡(jiǎn)稱(chēng)：頭歌平臺(tái)）作為高等院校實(shí)施在線教學(xué)的主要課程平臺(tái)之一。頭歌平臺(tái)具有以下三點(diǎn)特性：

1） 它是一個(gè)面向課堂教學(xué)的協(xié)同交流平臺(tái)。授課教師與任教學(xué)生能夠通過(guò)平臺(tái)提供的教學(xué)資源進(jìn)行及時(shí)有效的互動(dòng)交流，搭建起一個(gè)“教師主導(dǎo)、學(xué)生主動(dòng)”的社區(qū)型教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)，既能夠減輕教師的課外輔導(dǎo)壓力，又能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2） 它是一個(gè)面向創(chuàng)新實(shí)踐的課程發(fā)布平臺(tái)。教師、學(xué)生以及教研人員能夠根據(jù)實(shí)踐需求來(lái)自主靈活地組織資源、發(fā)布實(shí)踐課程，借助于平臺(tái)提供的完整實(shí)踐項(xiàng)目體系以及由淺入深的實(shí)踐項(xiàng)目路徑，來(lái)幫助學(xué)生快速提升自身的實(shí)戰(zhàn)水平。

3） 它是一個(gè)面向工程實(shí)踐的協(xié)同實(shí)戰(zhàn)平臺(tái)。通過(guò)創(chuàng)新實(shí)踐模型，將游戲通關(guān)獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制引入實(shí)踐項(xiàng)目活動(dòng)，支持團(tuán)隊(duì)成員間分組作業(yè)且能自動(dòng)評(píng)測(cè)實(shí)踐項(xiàng)目的實(shí)施效果，在激勵(lì)學(xué)生積極參與教學(xué)創(chuàng)新活動(dòng)，提升實(shí)踐動(dòng)手能力的同時(shí)，也能夠提高課程的施教效率。

因此，對(duì)頭歌平臺(tái)的合理運(yùn)用，能夠?yàn)楦镄聜鹘y(tǒng)課堂教學(xué)，豐富信息化教學(xué)提供有效的解決方案。

3 頭歌平臺(tái)在課堂考勤中的應(yīng)用

傳統(tǒng)課堂教學(xué)中所采用的考勤方式主要有：隨堂點(diǎn)名、班委登記、簽到表簽字等方法，但這些方法均存在一定的局限性。例如：1） 容易代他人簽到。尤其對(duì)于大班教學(xué)來(lái)說(shuō)，學(xué)生數(shù)量較多，授課教師通常難以準(zhǔn)確識(shí)別出所有學(xué)生，因此不論是點(diǎn)名還是簽到都難以避免部分學(xué)生代替曠課學(xué)生“簽到”。雖然班干部通常能夠認(rèn)出本班學(xué)生，但交由班委考勤也難以避免“人情簽到”。2） 簽到時(shí)間難把握。無(wú)論授課教師使用哪種簽到方式，都難以避免少部分遲到的學(xué)生“正常簽到”而對(duì)其他正常出勤的學(xué)生造成不公的問(wèn)題。3） 簽到過(guò)程比較耗時(shí)。尤其對(duì)于大班教學(xué)的考勤，無(wú)論授課教師是“挨個(gè)點(diǎn)名”還是“排隊(duì)簽到”，都會(huì)耗費(fèi)寶貴的課堂時(shí)間，從而影響教學(xué)進(jìn)度，耽誤正常的教學(xué)工作。為此，頭歌平臺(tái)提供了在線簽到功能，能夠有效地彌補(bǔ)這些局限。

在頭歌平臺(tái)的“在線簽到”模塊中，可以設(shè)置簽到開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、遲到時(shí)間，并能選取若干個(gè)簽到目標(biāo)班級(jí)，支持快捷簽到與簽到碼簽到兩種簽到方式（如圖1所示）。當(dāng)授課教師在平臺(tái)正式發(fā)布簽到后，學(xué)生可以使用手機(jī)或電腦登錄自身賬號(hào)以完成簽到考勤任務(wù)。待簽到事件完成后，平臺(tái)將自動(dòng)匯總出簽到結(jié)果以供授課教師審閱。如圖2所示，對(duì)于“課堂簽到20220920”，在我們?cè)O(shè)置的時(shí)間范圍內(nèi)，應(yīng)簽到人數(shù)48人，實(shí)際簽到44人，即意味著有4位學(xué)生上課遲到甚至?xí)缯n。

4 頭歌平臺(tái)在視頻學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

做好課前預(yù)習(xí)不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，還能夠提高授課效果，對(duì)于教學(xué)質(zhì)量的提升具有重要的作用。然而，在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，授課教師通常難以準(zhǔn)確地檢驗(yàn)出學(xué)生的課前預(yù)習(xí)進(jìn)度及效果。正常來(lái)說(shuō)，授課教師通常在本次課程結(jié)束的時(shí)候，向?qū)W生布置有關(guān)下一次課程的預(yù)習(xí)內(nèi)容。但后續(xù)如何監(jiān)督、檢驗(yàn)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果是一件較困難的事。例如：某位學(xué)生課后偷懶沒(méi)有完成預(yù)習(xí)任務(wù)，同時(shí)在課堂上也沒(méi)有被授課教師抽查到，在此情況下，授課教師通常難以對(duì)該生的平時(shí)表現(xiàn)做出科學(xué)、合理地評(píng)估。此外，如果課程內(nèi)容本身就較為晦澀難懂，則僅憑學(xué)生課后看書(shū)預(yù)習(xí)通常難以取得預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。為此，頭歌平臺(tái)提供了課程內(nèi)容在線視頻學(xué)習(xí)功能，能夠有效地解決上述問(wèn)題。

在頭歌平臺(tái)的“視頻直播”模塊中，授課教師可以事先將自己或名師大家們錄播的課程視頻剪輯、上傳到相應(yīng)的章節(jié)目錄中，以供學(xué)生提前學(xué)習(xí)相關(guān)的課程內(nèi)容。如圖3所示，授課教師預(yù)先將3段軟件工程課程視頻上傳至“可行性分析”章節(jié)中。此后，授課教師可以通過(guò)平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生對(duì)目標(biāo)視頻的學(xué)習(xí)情況。圖4匯總了某5位同學(xué)的課前視頻學(xué)習(xí)情況，從中可以直觀地看出：有4位同學(xué)按時(shí)觀看了課程視頻，其中有1位同學(xué)觀看了2次，但也有1位同學(xué)沒(méi)有觀看課程視頻，即沒(méi)有完成授課老師布置的課前預(yù)習(xí)任務(wù)。對(duì)于該類(lèi)學(xué)生，授課教師應(yīng)及時(shí)予以適當(dāng)?shù)呐u(píng)指導(dǎo)，督促學(xué)生做好課前預(yù)習(xí)工作，以期提升課堂教學(xué)效果。

5 頭歌平臺(tái)在分組作業(yè)中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，收集電子版作業(yè)主要有以下兩種方式：1） 學(xué)生將完成后的電子版作業(yè)以個(gè)人為單位，統(tǒng)一發(fā)送到任課教師的個(gè)人郵箱；2） 任課教師將作業(yè)收集任務(wù)指定給學(xué)習(xí)委員或其他學(xué)生干部，待其收齊所有作業(yè)后再統(tǒng)一打包發(fā)給任課教師。無(wú)論是上述哪種方式，都會(huì)存在以下問(wèn)題：1） 作業(yè)提交拖沓。雖然任課教師通常都會(huì)口頭規(guī)定作業(yè)提交的截止時(shí)間，但現(xiàn)實(shí)中總有少部分學(xué)生會(huì)找各種借口拖延，這對(duì)于那些按時(shí)提交的學(xué)生來(lái)說(shuō)是不公平的；2）作業(yè)收集耗時(shí)。無(wú)論是對(duì)于學(xué)生干部還是任課教師，頻繁地收集、整理、統(tǒng)計(jì)學(xué)生作業(yè)都是一件非常耗時(shí)且無(wú)趣的事情。當(dāng)前，利用各類(lèi)軟件平臺(tái)來(lái)高效便捷地收集學(xué)生的電子版作業(yè)已然成為常態(tài)化教學(xué)操作。其中以超星學(xué)習(xí)通、雨課堂為代表的在線教學(xué)平臺(tái)均能提供較為全面的個(gè)體作業(yè)收集功能。但是，對(duì)于由2人以上協(xié)作完成的分組作業(yè)的收發(fā)、批閱，這些平臺(tái)暫未提供功能支持。為此，頭歌平臺(tái)提供了針對(duì)分組作業(yè)的解決方案。

在頭歌平臺(tái)的“分組作業(yè)”模塊中，由授課教師建立分組作業(yè)，給出作業(yè)標(biāo)題和內(nèi)容并設(shè)置小組人數(shù)的最大值和最小值。學(xué)生在完成分組作業(yè)時(shí)，由組長(zhǎng)自行關(guān)聯(lián)同組成員，組內(nèi)成員可以共享作業(yè)資料，共同修訂目標(biāo)作業(yè)。此后，授課教師在批閱分組作業(yè)時(shí)，既可以為組內(nèi)成員一次性賦予相同分值，也可以個(gè)性化打分。如圖5所示，對(duì)于分組49中的4位同學(xué)，他們?cè)谘悠诤蟪晒Φ靥峤涣朔纸M作業(yè)，授課教師則根據(jù)作業(yè)完成情況為其個(gè)性化打分，分為計(jì)分為87分、84分、87分、84分。

6 頭歌平臺(tái)在課堂實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到需要“前腳聽(tīng)教師授課，后腳練編程習(xí)題”的專(zhuān)業(yè)課程，如C/C++/Java語(yǔ)言、大數(shù)據(jù)分析等相關(guān)課程。即便這類(lèi)課程通常是在專(zhuān)業(yè)機(jī)房進(jìn)行授課，卻也難以評(píng)估學(xué)生的代碼能力。這主要是因?yàn)橥瓿删幊倘蝿?wù)通常需要借助專(zhuān)業(yè)的編程開(kāi)發(fā)工具，如Eclipse、Visual Studio、PyCharm等IDE，且對(duì)于學(xué)生提交的程序代碼，授課教師更多的是依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行鑒定，難以定量分析學(xué)生對(duì)于目標(biāo)任務(wù)的編程實(shí)踐水平。為此，頭歌平臺(tái)提供了云端編程環(huán)境，有效地解決了當(dāng)前難題。

在頭歌平臺(tái)的“課堂實(shí)驗(yàn)”模塊中，授課教師可以自行創(chuàng)建實(shí)踐項(xiàng)目，填寫(xiě)項(xiàng)目基本信息并選擇編程鏡像、開(kāi)啟代碼倉(cāng)庫(kù)（如圖6所示）。由于頭歌平臺(tái)提供“云編程”，使得廣大師生不需要在電腦上安裝各類(lèi)IDE也能夠完成編程任務(wù)。同時(shí)提供“編程操作、全程記錄”“圖文視頻、輔助講解”“智能評(píng)測(cè)、實(shí)時(shí)反饋”等智能化輔助功能。平臺(tái)在為學(xué)生的編程練習(xí)提供極大便利的同時(shí)，也能科學(xué)地評(píng)估出學(xué)生的編程水平，為提升實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量增添助力。如圖7所示，對(duì)于該生提交的有關(guān)MapReduce操作的程序代碼，授課教師可以通過(guò)點(diǎn)擊“評(píng)測(cè)”功能鍵來(lái)驗(yàn)證代碼的正確性和執(zhí)行效率。在該示例中，測(cè)試結(jié)果為全部通過(guò)，評(píng)測(cè)耗時(shí)為33.697 秒，消耗內(nèi)存達(dá)1299MB，測(cè)評(píng)結(jié)果驗(yàn)證了目標(biāo)程序的正確性和效率。

7 頭歌平臺(tái)在學(xué)情分析中的應(yīng)用

在課堂教學(xué)的過(guò)程中，授課教師通過(guò)使用頭歌平臺(tái)提供的學(xué)、練、評(píng)、測(cè)一體化功能模塊，可以準(zhǔn)確地獲取記錄每個(gè)學(xué)生用戶(hù)學(xué)習(xí)情況的個(gè)性化數(shù)據(jù)，再利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)將獲取的用戶(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整理、分析、展示，以獲取有價(jià)值的學(xué)情信息，最后由授課教師根據(jù)學(xué)情信息來(lái)采取針對(duì)性措施，以進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

在頭歌平臺(tái)的“數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)”模塊中，授課教師可以直觀地獲取實(shí)訓(xùn)通關(guān)率、實(shí)訓(xùn)成績(jī)分布、課堂活躍度、學(xué)期成績(jī)總結(jié)等學(xué)情信息。圖8給出了大數(shù)據(jù)技術(shù)原理與應(yīng)用課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)通關(guān)率結(jié)果，從中可以直觀地看出：相較于其他實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，“Spark Standalone模式的安裝和部署”以及“Spark機(jī)器學(xué)習(xí)”2個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的通關(guān)率均低于60%，該現(xiàn)象提醒授課教師要對(duì)該類(lèi)實(shí)訓(xùn)進(jìn)行重點(diǎn)講解，同時(shí)加強(qiáng)練習(xí)輔導(dǎo)。圖9給出了學(xué)期綜合成績(jī)排名前十的學(xué)員。在該示例中，頭歌平臺(tái)將目標(biāo)課程中的課堂實(shí)驗(yàn)、分組作業(yè)以及在線考試三個(gè)環(huán)節(jié)的成績(jī)納入綜合成績(jī)進(jìn)行計(jì)算，即將三個(gè)環(huán)節(jié)的累積成績(jī)進(jìn)行求和來(lái)得到該門(mén)課程當(dāng)前學(xué)期的總成績(jī)。授課教師則可以根據(jù)課程總成績(jī)來(lái)了解每位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

8 總結(jié)

本文首次將頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)引入計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)本科教學(xué)工作中，有效地解決了課堂教學(xué)過(guò)程中存在著的考勤簽到耗時(shí)、課前預(yù)習(xí)監(jiān)督難、分組作業(yè)實(shí)施難、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)評(píng)估難、學(xué)業(yè)情況掌握難等突出問(wèn)題。對(duì)平臺(tái)的合理運(yùn)用，既能夠提高學(xué)生的自主探究能力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又能夠減輕授課教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。未來(lái)，相信頭歌平臺(tái)能為高校教師和學(xué)生提供更加友好的在線實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新與服務(wù)環(huán)境，助力高等教育教學(xué)工作朝著智能化、人性化、科學(xué)化方向良性發(fā)展。