基于Sakai的《算法設(shè)計(jì)與分析》課程混合式教學(xué)研究

1、 基于Sakai的算法設(shè)計(jì)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(wèn)題校園信息化已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，然而在我國(guó)普通高校教學(xué)實(shí)踐中，在線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)還沒(méi)有得到充分有效的利用。根據(jù)多年的算法設(shè)計(jì)與分析課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，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(shí)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(lái)了諸多不便，如資源共享、教學(xué)活動(dòng)組織等等。鑒于以上問(wèn)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(píng)價(jià)的方式。綜合Marsch（2001）、Singh（2003）、Rossett（2003）以及陳

2、姿伶（2005）等人的觀(guān)點(diǎn)，將混合式學(xué)習(xí)定義為在線(xiàn)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(bǔ)傳統(tǒng)單一模式授課的不足，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)過(guò)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(tái)的算法設(shè)計(jì)與分析課程混合式教學(xué)1.Sakai網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的漢化、定制與開(kāi)發(fā)Sakai是由美國(guó)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(xiàng)開(kāi)源CMS計(jì)劃，它支持OASIS、W3C、ISO等國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)，SCORM、PESC等課程開(kāi)發(fā)國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)以及IMS的全球?qū)W習(xí)標(biāo)準(zhǔn)，是一套適用于高校的新一代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。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(hù)之間的UI交互,同時(shí)為工具程序提供接口和服務(wù),來(lái)支撐工具程序的運(yùn)行；工具是在Sakai框架之上獨(dú)立運(yùn)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(xiě)，用戶(hù)可以向Sakai框架中添加新的工具來(lái)滿(mǎn)足實(shí)際教學(xué)的需要，這也是Sakai不同于其他CMS系統(tǒng)的特點(diǎn)之一。Sakai的體系架構(gòu)特點(diǎn)決定了它能夠提供完善的課程管理工具， Sakai平臺(tái)提供了近80種工具，有效地將眾多類(lèi)似軟件的功能進(jìn)行了整合，使應(yīng)用效果得到了較大提升。我們對(duì)Sakai源代碼進(jìn)行了漢化，并根據(jù)教學(xué)各環(huán)節(jié)的實(shí)際需

4、要，對(duì)三Sakai工具進(jìn)行了定制和二次開(kāi)發(fā)，本文中所用到的基于Sakai開(kāi)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(cè)試、成績(jī)冊(cè)、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(wèn)卷調(diào)查。2.基于sakai的算法設(shè)計(jì)與分析課程混合式教學(xué)設(shè)計(jì)與課程開(kāi)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(guò)創(chuàng)設(shè)情境、協(xié)作學(xué)習(xí)、加強(qiáng)會(huì)話(huà)和資源合理利用，實(shí)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(jī)統(tǒng)一2。總體來(lái)看，該課程的混合式教學(xué)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 以學(xué)習(xí)者為中心，以教師

5、為主導(dǎo)； 強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過(guò)程中要充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性； 學(xué)習(xí)既是個(gè)別化行為，又是社會(huì)性行為，學(xué)習(xí)需要交流與合作； 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源對(duì)學(xué)生的重要意義，既包括對(duì)原有知識(shí)的改組和重構(gòu)，也包括對(duì)新信息的意義建構(gòu)； 教學(xué)過(guò)程中，既包括課堂教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，也包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)?；趕akai的課程開(kāi)發(fā)分為主要包括課程資源設(shè)計(jì)和課程教學(xué)組織兩個(gè)環(huán)節(jié)。 （1）課程資源設(shè)計(jì)。教師登錄到Sakai教學(xué)平臺(tái)創(chuàng)建課程之后，通過(guò)課程工具來(lái)設(shè)計(jì)課程內(nèi)容，這個(gè)環(huán)節(jié)是用到的課程工具主要有以下幾種：課程主頁(yè)：這是課程的默認(rèn)頁(yè)面，教師通過(guò)這個(gè)工具，發(fā)布關(guān)于課程和教學(xué)活動(dòng)的通知，列出論壇和討論區(qū)中的最新主題，對(duì)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)課程的內(nèi)容、

6、學(xué)習(xí)方法進(jìn)行描述等。課程大綱：教師通過(guò)這個(gè)工具來(lái)創(chuàng)建算法設(shè)計(jì)與分析課程的教學(xué)大綱，創(chuàng)建的方法可以是在線(xiàn)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(guò)這個(gè)工具，教師可以為算法設(shè)計(jì)與分析課程添加各種網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源，資源的類(lèi)型可以是網(wǎng)頁(yè)、文本、音頻、視頻、PPT文檔、Word文檔或flash動(dòng)畫(huà)等，資源自動(dòng)儲(chǔ)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?chǔ)后的資源移動(dòng)、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(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的有效共享。測(cè)試與練習(xí)：在每一課程小節(jié)之后，利用該工具進(jìn)行課后在線(xiàn)測(cè)試與練習(xí)，及時(shí)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(shí)

7、的作用。練習(xí)與測(cè)試的題型包括填空題、選擇題、判斷題、問(wèn)答題等。另外，還對(duì)日程、通知、花名冊(cè)、成績(jī)冊(cè)等模塊進(jìn)行了課程信息的設(shè)置。（2）課程教學(xué)組織在課程平臺(tái)開(kāi)發(fā)部署、課程資源設(shè)計(jì)建設(shè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合課堂面授教學(xué)展開(kāi)算法設(shè)計(jì)與分析課程的混合式教學(xué)研究。遵循課堂講授知識(shí)、實(shí)驗(yàn)習(xí)得能力、課后知識(shí)遷移與拓展的原則進(jìn)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(jì)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(shí)施。教學(xué)的展開(kāi)分為課堂講授、實(shí)踐教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)三個(gè)步驟，如圖4所示。教學(xué)的組織分為六個(gè)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(tái)，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(duì)問(wèn)題的描述，以及就該內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)，另外在課程資源模塊上傳棋盤(pán)覆蓋問(wèn)題的算法描述及實(shí)現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生對(duì)棋盤(pán)覆蓋算法所使用的分治策略進(jìn)行的思考。棋盤(pán)覆蓋問(wèn)題描述：一個(gè)有2k2k(k1) 個(gè)方格的棋盤(pán)，其中恰有一個(gè)方格與其它方格不同，稱(chēng)該方格為殘缺方格、稱(chēng)該棋盤(pán)為一殘缺棋盤(pán)。用圖中所示1、2、3、4號(hào)所示的三格板覆蓋一個(gè)殘缺棋盤(pán)。要求：（1）兩個(gè)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(wèn)：2k2k(k1) 個(gè)方格的棋盤(pán)上，棋盤(pán)覆蓋問(wèn)題最簡(jiǎn)單的情況是什么？如何進(jìn)行覆蓋操作？當(dāng)k1時(shí)，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(pán)？如何用1、2、3、4號(hào)三格板進(jìn)行覆蓋？如何進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)？用什么樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示棋盤(pán)？如何表示三格板？請(qǐng)嘗試用偽代碼寫(xiě)出棋盤(pán)覆蓋算法。II.課堂講解：使用多媒體課件并且結(jié)合板書(shū)，向?qū)W生講授具體的課程內(nèi)容。在棋盤(pán)覆蓋算法的講解中，以k=2為例，給出一種殘缺棋盤(pán)，按照材料中展示的要求覆蓋殘缺棋盤(pán)。課堂講授關(guān)鍵要把握難點(diǎn)，理清重點(diǎn)，這是保證學(xué)生掌握課程知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要措施。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握分治策略的二分法不相似情況。難點(diǎn)在于如何劃分棋盤(pán)，使得劃分后的子棋盤(pán)與待求解的棋盤(pán)同樣是殘缺棋盤(pán)，這就是分治策略的設(shè)計(jì)思想：將整個(gè)問(wèn)題分解成類(lèi)型相同的若干小問(wèn)題后分而治之。要求學(xué)生

10、設(shè)計(jì)棋盤(pán)覆蓋算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并用偽代碼對(duì)算法進(jìn)行描述并計(jì)算其時(shí)間復(fù)雜度，為實(shí)驗(yàn)課實(shí)現(xiàn)該算法做好準(zhǔn)備。III.實(shí)踐提升：實(shí)驗(yàn)課在機(jī)房授課，計(jì)算機(jī)相關(guān)課程的重要特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力，如何將一個(gè)可行的算法轉(zhuǎn)化為程序，用某種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)效率進(jìn)行改進(jìn)。這一環(huán)節(jié)強(qiáng)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(jìn)行授課。在課前對(duì)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(shí)現(xiàn)算法。每次實(shí)踐課都進(jìn)行以小組討論為主要方式的協(xié)作學(xué)習(xí)，每個(gè)小組總結(jié)算法是現(xiàn)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題與收獲，對(duì)算法實(shí)現(xiàn)用到的一些編程技巧進(jìn)行交流。在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，最初幾個(gè)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(gè)別指導(dǎo)為主。 IV.協(xié)作引領(lǐng)：將實(shí)驗(yàn)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(tái)的課程資源模塊。學(xué)生可以下載該文檔，或者就其中的問(wèn)題在課程論壇中討論。在這個(gè)環(huán)節(jié)，用到較多的還有答疑室這個(gè)模塊，學(xué)生可以就所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)，助教可以幫助老師回答其中的一些問(wèn)題。如果問(wèn)題較復(fù)雜，則由老師進(jìn)行答疑。該階段的采用的主要策略包括： 針對(duì)講授內(nèi)容進(jìn)行討論； 分組協(xié)作完成任務(wù)，比如編寫(xiě)分治策略問(wèn)題攻略手冊(cè)等；V.測(cè)評(píng)鞏固：利用練習(xí)與測(cè)試模塊，教師可以針對(duì)某章節(jié)進(jìn)行練習(xí)，并定期進(jìn)行測(cè)試。這樣可以及時(shí)鞏固所學(xué)的算法設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)步驟，并在實(shí)踐中進(jìn)行練習(xí)，有利于實(shí)現(xiàn)所學(xué)知識(shí)的遷移，提高學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)

12、題的能力，能夠利用正確的算法設(shè)計(jì)策略找到問(wèn)題的最優(yōu)解或近似最優(yōu)解。練習(xí)或者測(cè)試成績(jī)直接導(dǎo)入成績(jī)冊(cè)，用于學(xué)生評(píng)價(jià)。 VI.拓展提升：有限的課堂講授很多情況下不能滿(mǎn)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(shí)，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(gè)人作品等內(nèi)容，教師針對(duì)棋盤(pán)覆蓋問(wèn)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(jì)與分析以及程序編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)的能力。在該階段實(shí)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(lì)學(xué)生完成； 共享優(yōu)秀算法設(shè)計(jì)、分析與實(shí)現(xiàn)；三、結(jié)束語(yǔ)本文以算法設(shè)計(jì)與分析課程

13、為例，介紹了基于sakai平臺(tái)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(shì)與不足之處，期望在以后的教學(xué)中進(jìn)行推廣。在算法設(shè)計(jì)與分析課程的混合式教學(xué)研究過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，還需要進(jìn)一步解決，比如，如何對(duì)網(wǎng)上課程資源進(jìn)行設(shè)計(jì)，與課堂面授教學(xué)相輔相承、互相促進(jìn)；如何結(jié)合網(wǎng)上學(xué)習(xí)與課堂學(xué)習(xí)進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)，使得教學(xué)評(píng)價(jià)能反應(yīng)學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況等。針對(duì)高等學(xué)校課程的混合式教學(xué)，還需要作進(jìn)一步的研究。本論文由防災(zāi)科技學(xué)院教研教改項(xiàng)目“基于SOA的課程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)支持系統(tǒng)的研究與實(shí)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