面向混合式學(xué)習(xí)的在線微課系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

宋國(guó)柱

摘要：微課是大學(xué)生首選的在線學(xué)習(xí)方式之一，微信是網(wǎng)絡(luò)社交軟件中下載量最高的軟件。為了適應(yīng)現(xiàn)代大學(xué)生混合式學(xué)習(xí)方式，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一款基于微信小程序的在線微課系統(tǒng)。論文首先分析了用戶角色及學(xué)習(xí)流程，其次從技術(shù)架構(gòu)、主要功能、數(shù)據(jù)庫(kù)及用戶界面等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，然后搭建了相關(guān)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行了編碼及測(cè)試。同時(shí)將該系統(tǒng)應(yīng)用于軟件操作類課程數(shù)字圖像處理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)用效果表明混合式學(xué)練結(jié)合的教學(xué)模式能有效提升學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：微課；混合式學(xué)習(xí)；微信小程序

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）36-0049-04

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0引言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”與教學(xué)的深度融合，教育界已基本達(dá)成共識(shí)，混合式教學(xué)將成為未來(lái)教育的“新常態(tài)”[1]。混合式教學(xué)已超越技術(shù)融合層面發(fā)展到教學(xué)內(nèi)容與效果改進(jìn)層面[2]。目前混合式學(xué)習(xí)在教學(xué)設(shè)計(jì)上大部分采用的課前、課中、課后三段式實(shí)施流程，在學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)上大部分是基于知識(shí)章節(jié)及要點(diǎn)來(lái)整合視頻、課件等資源。針對(duì)課程教學(xué)目標(biāo)的差異性進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)不夠，同時(shí)對(duì)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求考慮不足?；谖⑿判〕绦虻脑诰€微課是有效解決這些問(wèn)題的方法之一，首先微課是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)以流媒體形式展示的內(nèi)容精簡(jiǎn)的教學(xué)活動(dòng)，深受大學(xué)生的歡迎。其次，微信小程序具有操作便利快捷、延展性豐富等特點(diǎn)，是更適合大學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的服務(wù)平臺(tái)。采用基于微信小程序的在線微課系統(tǒng)能夠?yàn)榻處煹慕虒W(xué)活動(dòng)創(chuàng)造多元化的教學(xué)模式，同時(shí)在軟件操作類實(shí)驗(yàn)課程中更加有效地進(jìn)行學(xué)練結(jié)合。

1 理論基礎(chǔ)

1.1混合式學(xué)習(xí)

大部分學(xué)者認(rèn)為混合式教學(xué)是線上與線下相結(jié)合的一種教學(xué)模式，其發(fā)展經(jīng)歷了以技術(shù)為中心、以教師為中心和以學(xué)生為中心三個(gè)階段[2]。Baragash等認(rèn)為混合式教學(xué)已超越技術(shù)融合層面發(fā)展到教學(xué)內(nèi)容與效果改進(jìn)層面[3]?；旌鲜浇虒W(xué)在目標(biāo)定位上應(yīng)遵循“金課”的兩性一度（高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度）。混合式教學(xué)需要把線上線下學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行整體統(tǒng)籌。在教學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)上要有逆向思維、策略上要貫穿全過(guò)程、內(nèi)容上注重搭建支架[4]。

1.2移動(dòng)學(xué)習(xí)

移動(dòng)學(xué)習(xí)是指基于移動(dòng)設(shè)備支持環(huán)境下，突破時(shí)空區(qū)域限制，能夠自由、自主、自覺(jué)開(kāi)展的學(xué)習(xí)模式。它的形態(tài)表現(xiàn)為終端（如手機(jī)和平板電腦等）、內(nèi)容資源（如MOOC、云課堂、App）和活動(dòng)三個(gè)要素。通過(guò)移動(dòng)通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的空間網(wǎng)絡(luò)化、內(nèi)容整合化、平臺(tái)移動(dòng)化，進(jìn)而構(gòu)建了資源提供精準(zhǔn)、學(xué)習(xí)接入無(wú)縫、溝通反饋及時(shí)的學(xué)習(xí)模式。目前隨著智能手機(jī)的普及，數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的豐富。移動(dòng)學(xué)習(xí)已逐漸成為當(dāng)前大學(xué)生學(xué)習(xí)的重要方式。如何利用移動(dòng)學(xué)習(xí)4A（Anyone、Anytime、Anywhere、Anystyle）特征，發(fā)揮手機(jī)便于攜帶、交互性強(qiáng)、數(shù)字資源豐富等優(yōu)勢(shì)。讓學(xué)生信息化環(huán)境下，廣泛應(yīng)用數(shù)字化教學(xué)資源。將移動(dòng)云課堂融入課堂教學(xué)的每個(gè)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生更加自由而充分地學(xué)習(xí)，是目前教育與教學(xué)中有待實(shí)證的問(wèn)題。

2 需求分析

2.1 微信小程序開(kāi)發(fā)流程分析

微信小程序具有無(wú)須安裝、即開(kāi)即用、不占內(nèi)存、反應(yīng)迅速的特點(diǎn)。微信小程序之所以能快速發(fā)展，其開(kāi)發(fā)流程快捷方便是重要的原因之一。微信小程序可利用微信開(kāi)發(fā)者工具與其他集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)是其特征之一。開(kāi)發(fā)微信小程序的流程一般是在線注冊(cè)，選擇適當(dāng)?shù)募晒ぞ咴O(shè)計(jì)并編寫代碼，經(jīng)過(guò)官方審核后即可上線發(fā)布。其開(kāi)發(fā)流程如圖1所示。

2.2角色及流程分析

軟件操作類課程與其他實(shí)驗(yàn)課程有不同的地方在于學(xué)生在了解實(shí)驗(yàn)原理的同時(shí)，需要在大量的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中掌握基本技能和方法。在此基礎(chǔ)上才可以達(dá)到應(yīng)用創(chuàng)新的水平。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是以老師演示講解，然后學(xué)生操作練習(xí)的講練結(jié)合的方式。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作步驟難免煩瑣，學(xué)生無(wú)法完全記憶并理解。而在教師課堂上輔助的精力及時(shí)間有限，導(dǎo)致學(xué)生在自我探究練習(xí)的過(guò)程中整體學(xué)習(xí)效果不如預(yù)期。如何利用智能設(shè)備讓學(xué)生在課內(nèi)外更好地進(jìn)行混合式全過(guò)程探究學(xué)習(xí)，提升教學(xué)質(zhì)量是有待深入探討的問(wèn)題。該系統(tǒng)有用戶（學(xué)習(xí)者）和管理員（教師）兩種角色，學(xué)習(xí)者在移動(dòng)端登錄小程序進(jìn)行學(xué)習(xí)。小程序管理員登錄系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行賬號(hào)及課程管理。管理員主要包含登錄、添加課程基本信息以及上傳微課視頻等基本操作。管理員添加課程流程如圖2所示。學(xué)習(xí)者進(jìn)入在線微課微信小程序時(shí)，主要包含登錄、選擇課程進(jìn)行學(xué)習(xí)以及評(píng)論（師生交流答疑）等操作，用戶學(xué)習(xí)流程如圖3所示。

2.3功能及其他需求

根據(jù)角色及流程分析，學(xué)習(xí)者在功能上包括用戶登錄注冊(cè)、在線學(xué)習(xí)模塊等。管理員（教師）主要功能包括賬號(hào)管理、用戶賬號(hào)管理和課程管理等。用戶登錄時(shí)具有自動(dòng)填充功能，無(wú)須輸入賬戶密碼驗(yàn)證。管理員管理包括對(duì)二者信息的查看、添加、刪除和恢復(fù)。后臺(tái)管理頁(yè)面的所有賬號(hào)密碼采用MD5加密技術(shù)，確保用戶信息安全。在非功能性方面本系統(tǒng)注重界面簡(jiǎn)潔，易于操作、便于擴(kuò)充及維護(hù)等需求。

3 在線微課系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 整體技術(shù)架構(gòu)

在技術(shù)架構(gòu)上本系統(tǒng)采用Python Flask輕量級(jí)的Web應(yīng)用程序框架，F(xiàn)lask是一款輕便的WSGI Web應(yīng)用框架，主要依賴工具集Werkzeug和Jinia2模板引擎。由于Flask具有易于使用、可擴(kuò)展和輕量級(jí)等特點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用于Web應(yīng)用程序和API的開(kāi)發(fā)。而實(shí)現(xiàn)在線微信微課小程序所應(yīng)用的開(kāi)發(fā)方式是求助于WSGI接口。WSGI接口幫助實(shí)現(xiàn)對(duì)HTTP請(qǐng)求的接收、解析、發(fā)送等功能，開(kāi)發(fā)者可以專心于用Python編寫Web業(yè)務(wù)。使用該接口實(shí)現(xiàn)底層功能后，程序?qū)⒁粋€(gè)視圖函數(shù)分配給一個(gè)URL，每當(dāng)用戶訪問(wèn)這個(gè)URL時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)執(zhí)行給該URL分配好的視圖函數(shù)，獲取函數(shù)的返回值并將其顯示到瀏覽器上。整體技術(shù)架構(gòu)嚴(yán)格遵守MVC模式，Models里存放了controllers控制層文件，并且通過(guò)ORM框架將數(shù)據(jù)庫(kù)表的行與相應(yīng)的對(duì)象建立關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖4所示。

3.2 整體功能設(shè)計(jì)

用戶角色的主要功能包括用戶登錄、在線學(xué)習(xí)與用戶評(píng)論模塊。當(dāng)用戶進(jìn)入首頁(yè)時(shí)，可以選擇課程進(jìn)行學(xué)習(xí)，在微課學(xué)習(xí)完成后，可在下方用戶評(píng)論模塊進(jìn)行師生交流互動(dòng)。管理員角色的主要功能包括賬號(hào)管理、課程管理及用戶管理模塊。其中課程管理模塊可以添加、刪除課程，并對(duì)課程進(jìn)行描述及分類管理。系統(tǒng)的主要功能模塊如圖5所示。

3.3數(shù)據(jù)庫(kù)與界面設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的需求分析及功能設(shè)計(jì)后，通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)分析和設(shè)計(jì)，可以得出每一類數(shù)據(jù)對(duì)象的實(shí)體、實(shí)體屬性以及實(shí)體之間的關(guān)系，小程序中的實(shí)體有管理員、用戶、課程等。系統(tǒng)使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)針對(duì)在線學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)了一系列數(shù)據(jù)表，主要實(shí)現(xiàn)了用戶在小程序端的微課學(xué)習(xí)和后臺(tái)管理員管理，包括用戶觀看微課、發(fā)表評(píng)論以及管理員管理賬號(hào)信息、用戶信息和課程管理等。總體主要數(shù)據(jù)表如表1所示。

其中課程信息表（class）：記錄了課程的id號(hào)、課程名稱、主圖、描述、狀態(tài)、總瀏覽次數(shù)、總評(píng)論量、最后一次更新時(shí)間、插入時(shí)間。課程數(shù)據(jù)具體設(shè)計(jì)如表2所示。

在界面設(shè)計(jì)上，登錄界面設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)以綠色為主基調(diào)。小程序的首頁(yè)設(shè)計(jì)圖片滾動(dòng)效果，搜索功能和全部的課程展示。在底下的導(dǎo)航欄分為“首頁(yè)”和“我的”兩個(gè)板塊。在后臺(tái)管理員首頁(yè)設(shè)計(jì)上以綠色為主色調(diào)，包括導(dǎo)航欄、logo、頭部標(biāo)題等，保持簡(jiǎn)約實(shí)用的風(fēng)格。

4 在線微課系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的搭建

在線微課微信小程序是基于Python語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，首先安裝Python解釋器及相關(guān)的插件，然后安裝第三方開(kāi)發(fā)工具PyCharm作為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。同時(shí)下載安裝微信開(kāi)發(fā)者工具，該工具內(nèi)含模擬器可以顯示小程序?qū)崟r(shí)狀態(tài)，一般用作為功能測(cè)試使用。同時(shí)使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)及其圖形化管理工具SQLyog用于數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)平臺(tái)整體需求如圖6所示。

4.2 主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)

在課程管理模塊的實(shí)現(xiàn)方面，當(dāng)用戶在導(dǎo)航請(qǐng)求課程管理頁(yè)面set.html時(shí)，系統(tǒng)的控制層文件給寫入方法set，在方法中調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)并操作，執(zhí)行完方法后返回set.html文件和數(shù)據(jù)給用戶，用戶就可以在前端頁(yè)面看到顯示的數(shù)據(jù)。根據(jù)程序運(yùn)行的流程，在課程管理界面的下拉菜單中有從數(shù)據(jù)庫(kù)傳來(lái)的課程分類名稱，如教育學(xué)、教育技術(shù)學(xué)等。點(diǎn)擊之后從本地文件選擇封面圖即可上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)。課程管理界面如圖7所示。

在在線學(xué)習(xí)模塊實(shí)現(xiàn)方面，用戶在首頁(yè)選擇課程后進(jìn)入課程詳情頁(yè)，在該頁(yè)面上傳的微課視頻是從本地上傳到微信小程序的。因此想要在微信小程序中使用，需要通過(guò)wxParse來(lái)實(shí)現(xiàn)。wxParse是一個(gè)目前唯一可以轉(zhuǎn)化HTML到小程序識(shí)別的富文本解析組件。在線學(xué)習(xí)模塊實(shí)現(xiàn)效果如圖8所示。

當(dāng)系統(tǒng)編碼完成后，需要進(jìn)行部署并運(yùn)行。通過(guò)在微信開(kāi)發(fā)者工具部署運(yùn)行該系統(tǒng)，所有頁(yè)面呈現(xiàn)及功能均運(yùn)行正常。在智能手機(jī)上部署該系統(tǒng)，測(cè)試登錄、在線微課學(xué)習(xí)、評(píng)論等功能運(yùn)行正常，頁(yè)面反應(yīng)速度流暢。課程詳情界面如圖9所示。管理員在后臺(tái)登錄、課程管理、學(xué)習(xí)者管理等功能模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，數(shù)據(jù)庫(kù)都會(huì)實(shí)時(shí)更新。經(jīng)測(cè)試基于微信小程序的在線微課系統(tǒng)可以滿足功能需求。

5 系統(tǒng)的應(yīng)用效果及分析

本研究在準(zhǔn)備階段制作了一系列微課并上傳到該系統(tǒng)中。同時(shí)將該系統(tǒng)應(yīng)用于某高校教育技術(shù)學(xué)專業(yè)數(shù)字圖像處理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中。為了檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用效果，筆者選取了學(xué)習(xí)程度相當(dāng)?shù)拇蠖蓚€(gè)班學(xué)生作為研究對(duì)象，每班30人。其中1班作為實(shí)驗(yàn)組采用基于在線微課的多元互嵌的混合式教學(xué)模式，2班作為對(duì)照組采用演示與練習(xí)相結(jié)合的教學(xué)方式。此外兩個(gè)班的授課教師、學(xué)習(xí)內(nèi)容、教學(xué)時(shí)長(zhǎng)均相同。在一學(xué)期的教學(xué)活動(dòng)結(jié)束后，筆者從興趣偏好、對(duì)知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)效果、基于成績(jī)的課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了問(wèn)卷和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖10、圖11、表3所示。

從圖10中可以看出兩組學(xué)生認(rèn)為該課程教學(xué)符合自主學(xué)習(xí)的要求，但在“教學(xué)形式符合需求”“便于掌握操作步驟，提升技能”兩項(xiàng)內(nèi)容上實(shí)驗(yàn)組明顯高于對(duì)照組。表明基于微課的混合式學(xué)習(xí)更符合軟件操作類課程的需求。從圖11看實(shí)驗(yàn)組對(duì)學(xué)習(xí)效果的自我評(píng)價(jià)更優(yōu)于對(duì)照組，表明實(shí)驗(yàn)組學(xué)生學(xué)習(xí)效果更好。從表3來(lái)看經(jīng)過(guò)一學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)組課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)值明顯高于對(duì)照組，表明在線微課系統(tǒng)的應(yīng)用能提升學(xué)習(xí)效果。

6 結(jié)束語(yǔ)

在線微課系統(tǒng)為基于微課的混合式學(xué)習(xí)提供了有力的數(shù)字化工具支持。本文從系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)上融合了軟件工程的理念，在系統(tǒng)的應(yīng)用上為軟件操作類課程全過(guò)程混合式學(xué)習(xí)提供了可參考路徑。系統(tǒng)基本滿足學(xué)生的自主學(xué)習(xí)需求，基于該系統(tǒng)的混合式教學(xué)模式能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。同時(shí)系統(tǒng)的功能上還不夠豐富，如師生互動(dòng)、知識(shí)導(dǎo)圖、分類查找課程等功能尚有待持續(xù)改進(jìn)。

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【通聯(lián)編輯：王 力】