基于Sakai的《算法設(shè)計與分析》課程混合式教學(xué)研究

1、 基于Sakai的算法設(shè)計與分析課程混合式教學(xué)研究 一、單一面授教學(xué)模式存在的問題校園信息化已經(jīng)得到了長足的發(fā)展，然而在我國普通高校教學(xué)實踐中，在線網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)還沒有得到充分有效的利用。根據(jù)多年的算法設(shè)計與分析課程教學(xué)經(jīng)驗，筆者發(fā)現(xiàn)使用單一面授教學(xué)存在一些不足之處： 教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間交互不夠； 課堂時間不足； 學(xué)生的自主性得不到充分發(fā)揮； 傳統(tǒng)的課堂講授給教學(xué)帶來了諸多不便，如資源共享、教學(xué)活動組織等等。鑒于以上問題，筆者提出課堂面授教學(xué)與基于虛擬學(xué)習(xí)空間的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)、交流、評價的方式。綜合Marsch（2001）、Singh（2003）、Rossett（2003）以及陳

2、姿伶（2005）等人的觀點，將混合式學(xué)習(xí)定義為在線網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)面授學(xué)習(xí)相結(jié)合的教學(xué)。其目的在于提供多元的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)環(huán)境，彌補傳統(tǒng)單一模式授課的不足，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)過程中教師的主導(dǎo)作用與學(xué)生的主體積極性1。二、基于sakai平臺的算法設(shè)計與分析課程混合式教學(xué)1.Sakai網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的漢化、定制與開發(fā)Sakai是由美國印第安納大學(xué)、密西根大學(xué)、斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院于2004年1月共同發(fā)起的一項開源CMS計劃，它支持OASIS、W3C、ISO等國際化標準，SCORM、PESC等課程開發(fā)國際化標準以及IMS的全球?qū)W習(xí)標準，是一套適用于高校的新一代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。Sakai的框架結(jié)構(gòu)如圖1所示,

3、它由兩部分組成：Sakai框架(SAF)和工具(Tool)。Sakai框架提供程序的界面表示服務(wù),完成與用戶之間的UI交互,同時為工具程序提供接口和服務(wù),來支撐工具程序的運行；工具是在Sakai框架之上獨立運行的應(yīng)用程序,主要用于完成CMS的各種功能，它由Java代碼編寫，用戶可以向Sakai框架中添加新的工具來滿足實際教學(xué)的需要，這也是Sakai不同于其他CMS系統(tǒng)的特點之一。Sakai的體系架構(gòu)特點決定了它能夠提供完善的課程管理工具， Sakai平臺提供了近80種工具，有效地將眾多類似軟件的功能進行了整合，使應(yīng)用效果得到了較大提升。我們對Sakai源代碼進行了漢化，并根據(jù)教學(xué)各環(huán)節(jié)的實際需

4、要，對三Sakai工具進行了定制和二次開發(fā)，本文中所用到的基于Sakai開發(fā)的虛擬學(xué)習(xí)空間，使用了教學(xué)大綱、答疑室、練習(xí)與測試、成績冊、日程、通知、wiki等模塊，并根據(jù)需要采用了第三方組件工具論壇、問卷調(diào)查。2.基于sakai的算法設(shè)計與分析課程混合式教學(xué)設(shè)計與課程開發(fā)使用基于sakai的虛擬學(xué)習(xí)空間組織教學(xué)，與課堂教學(xué)相結(jié)合，形成課堂講授、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、課堂總結(jié)講授的混合教學(xué)模式，如圖2所示。該教學(xué)模式基于建構(gòu)主意學(xué)習(xí)理論，通過創(chuàng)設(shè)情境、協(xié)作學(xué)習(xí)、加強會話和資源合理利用，實現(xiàn)了教師主導(dǎo)、學(xué)生主體相結(jié)合的教育思想的有機統(tǒng)一2?？傮w來看，該課程的混合式教學(xué)具有以下幾個特點： 以學(xué)習(xí)者為中心，以教師

5、為主導(dǎo)； 強調(diào)學(xué)習(xí)過程中要充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主動性； 學(xué)習(xí)既是個別化行為，又是社會性行為，學(xué)習(xí)需要交流與合作； 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源對學(xué)生的重要意義，既包括對原有知識的改組和重構(gòu)，也包括對新信息的意義建構(gòu)； 教學(xué)過程中，既包括課堂教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，也包括對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)?；趕akai的課程開發(fā)分為主要包括課程資源設(shè)計和課程教學(xué)組織兩個環(huán)節(jié)。 （1）課程資源設(shè)計。教師登錄到Sakai教學(xué)平臺創(chuàng)建課程之后，通過課程工具來設(shè)計課程內(nèi)容，這個環(huán)節(jié)是用到的課程工具主要有以下幾種：課程主頁：這是課程的默認頁面，教師通過這個工具，發(fā)布關(guān)于課程和教學(xué)活動的通知，列出論壇和討論區(qū)中的最新主題，對當前的網(wǎng)絡(luò)課程的內(nèi)容、

6、學(xué)習(xí)方法進行描述等。課程大綱：教師通過這個工具來創(chuàng)建算法設(shè)計與分析課程的教學(xué)大綱，創(chuàng)建的方法可以是在線編輯、復(fù)制Word文檔、也可以鏈接其他網(wǎng)址的資源，其界面如圖3所示。課程資源：通過這個工具，教師可以為算法設(shè)計與分析課程添加各種網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源，資源的類型可以是網(wǎng)頁、文本、音頻、視頻、PPT文檔、Word文檔或flash動畫等，資源自動儲存于服務(wù)器上，形成多媒體學(xué)習(xí)資源包。教師能夠?qū)Υ鎯蟮馁Y源移動、重命名、編輯或刪除等操作?？梢詾閷W(xué)生設(shè)置資源查看、下載等功能，實現(xiàn)了教學(xué)資源的有效共享。測試與練習(xí)：在每一課程小節(jié)之后，利用該工具進行課后在線測試與練習(xí)，及時反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況并起到練習(xí)鞏固所學(xué)知識

7、的作用。練習(xí)與測試的題型包括填空題、選擇題、判斷題、問答題等。另外，還對日程、通知、花名冊、成績冊等模塊進行了課程信息的設(shè)置。（2）課程教學(xué)組織在課程平臺開發(fā)部署、課程資源設(shè)計建設(shè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合課堂面授教學(xué)展開算法設(shè)計與分析課程的混合式教學(xué)研究。遵循課堂講授知識、實驗習(xí)得能力、課后知識遷移與拓展的原則進行混合式教學(xué)組織，如圖4所示。下面以以該課程中算法設(shè)計策略的分之策略的教學(xué)為例，闡述利用虛擬學(xué)習(xí)空間與課堂面授相結(jié)合的三步六環(huán)節(jié)混合式教學(xué)組織與實施。教學(xué)的展開分為課堂講授、實踐教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)三個步驟，如圖4所示。教學(xué)的組織分為六個環(huán)節(jié)I.創(chuàng)設(shè)情境：在助教幫助下，提前將本節(jié)課所講內(nèi)容的教學(xué)材料上

8、傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，在論壇將下次課堂講授內(nèi)容提前一周發(fā)帖，課程內(nèi)容包括對問題的描述，以及就該內(nèi)容進行提問，另外在課程資源模塊上傳棋盤覆蓋問題的算法描述及實現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生對棋盤覆蓋算法所使用的分治策略進行的思考。棋盤覆蓋問題描述：一個有2k2k(k1) 個方格的棋盤，其中恰有一個方格與其它方格不同，稱該方格為殘缺方格、稱該棋盤為一殘缺棋盤。用圖中所示1、2、3、4號所示的三格板覆蓋一個殘缺棋盤。要求：（1）兩個三格板不能重疊（2）三格板不能覆蓋殘缺方格，但必須覆蓋其他所有方格提問：2k2k(k1) 個方格的棋盤上，棋盤覆蓋問題最簡單的情況是什么？如何進行覆蓋操作？當k1時，殘缺方格有多少種可能位置？

9、按照什么樣的方式劃分棋盤？如何用1、2、3、4號三格板進行覆蓋？如何進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計？用什么樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示棋盤？如何表示三格板？請嘗試用偽代碼寫出棋盤覆蓋算法。II.課堂講解：使用多媒體課件并且結(jié)合板書，向?qū)W生講授具體的課程內(nèi)容。在棋盤覆蓋算法的講解中，以k=2為例，給出一種殘缺棋盤，按照材料中展示的要求覆蓋殘缺棋盤。課堂講授關(guān)鍵要把握難點，理清重點，這是保證學(xué)生掌握課程知識結(jié)構(gòu)的重要措施。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)重點是讓學(xué)生掌握分治策略的二分法不相似情況。難點在于如何劃分棋盤，使得劃分后的子棋盤與待求解的棋盤同樣是殘缺棋盤，這就是分治策略的設(shè)計思想：將整個問題分解成類型相同的若干小問題后分而治之。要求學(xué)生

10、設(shè)計棋盤覆蓋算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并用偽代碼對算法進行描述并計算其時間復(fù)雜度，為實驗課實現(xiàn)該算法做好準備。III.實踐提升：實驗課在機房授課，計算機相關(guān)課程的重要特點是強調(diào)學(xué)生的應(yīng)用實踐能力，如何將一個可行的算法轉(zhuǎn)化為程序，用某種高級程序設(shè)計語言來實現(xiàn)，并對其實現(xiàn)效率進行改進。這一環(huán)節(jié)強調(diào)學(xué)生將算法轉(zhuǎn)化為程序的能力，因此用支架式、分模塊的方式進行授課。在課前對學(xué)生指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生按照由易到難的步驟，分模塊實現(xiàn)算法。每次實踐課都進行以小組討論為主要方式的協(xié)作學(xué)習(xí)，每個小組總結(jié)算法是現(xiàn)過程中遇到的各種問題與收獲，對算法實現(xiàn)用到的一些編程技巧進行交流。在實驗課教學(xué)中，最初幾個教學(xué)周，教師以整體指導(dǎo)為主；后續(xù)

11、的教學(xué)周以個別指導(dǎo)為主。 IV.協(xié)作引領(lǐng)：將實驗課的內(nèi)容，及其討論結(jié)果等材料上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的課程資源模塊。學(xué)生可以下載該文檔，或者就其中的問題在課程論壇中討論。在這個環(huán)節(jié)，用到較多的還有答疑室這個模塊，學(xué)生可以就所學(xué)內(nèi)容進行提問，助教可以幫助老師回答其中的一些問題。如果問題較復(fù)雜，則由老師進行答疑。該階段的采用的主要策略包括： 針對講授內(nèi)容進行討論； 分組協(xié)作完成任務(wù)，比如編寫分治策略問題攻略手冊等；V.測評鞏固：利用練習(xí)與測試模塊，教師可以針對某章節(jié)進行練習(xí)，并定期進行測試。這樣可以及時鞏固所學(xué)的算法設(shè)計思想與設(shè)計步驟，并在實踐中進行練習(xí)，有利于實現(xiàn)所學(xué)知識的遷移，提高學(xué)生分析解決實際問

12、題的能力，能夠利用正確的算法設(shè)計策略找到問題的最優(yōu)解或近似最優(yōu)解。練習(xí)或者測試成績直接導(dǎo)入成績冊，用于學(xué)生評價。 VI.拓展提升：有限的課堂講授很多情況下不能滿足一部分學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，為了拓展課堂所學(xué)知識，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，本課程允許學(xué)生使用“投遞箱”，學(xué)生可以使用該工具給教師投遞相關(guān)學(xué)習(xí)材料，個人作品等內(nèi)容，教師針對棋盤覆蓋問題選擇優(yōu)秀學(xué)生程序在“資源”模塊上傳，學(xué)生可以下載和討論相關(guān)的題目，用于提高算法設(shè)計與分析以及程序編寫實現(xiàn)的能力。在該階段實現(xiàn)所學(xué)內(nèi)容拓展提升的重要方式有： 設(shè)置課外練習(xí)，用加分的方式激勵學(xué)生完成； 共享優(yōu)秀算法設(shè)計、分析與實現(xiàn)；三、結(jié)束語本文以算法設(shè)計與分析課程

13、為例，介紹了基于sakai平臺的混合式教學(xué)研究的一些成果，顯然，該模式旨在與同行交流，發(fā)現(xiàn)該模式的一些優(yōu)勢與不足之處，期望在以后的教學(xué)中進行推廣。在算法設(shè)計與分析課程的混合式教學(xué)研究過程中，筆者發(fā)現(xiàn)了一些問題，還需要進一步解決，比如，如何對網(wǎng)上課程資源進行設(shè)計，與課堂面授教學(xué)相輔相承、互相促進；如何結(jié)合網(wǎng)上學(xué)習(xí)與課堂學(xué)習(xí)進行教學(xué)評價，使得教學(xué)評價能反應(yīng)學(xué)生的真實學(xué)習(xí)情況等。針對高等學(xué)校課程的混合式教學(xué)，還需要作進一步的研究。本論文由防災(zāi)科技學(xué)院教研教改項目“基于SOA的課程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)支持系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)”資助。Reference1Marsh，J(2003).How to Design Effective Blended LearningDB/OL./Research/Effective Blended Learning-Introduction.pdf,2006-12-4.2Singh，H.Building Effective Blended Learning ProgramsJ.Education and Technology,2003 (6):51-54.2何克抗.教育技術(shù)學(xué).北京師范大學(xué)出版社.2009.043Rossett,A.,Douglis,F.&Fra