物联网工程专业中“软件语言课程”MOOC改革与实践
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摘 要：物联网工程专业人才培养需要学生具备使用软件工具开发与设计物联网系统的能力。为了提高物联网工程专业学生熟练使用软件语言开发工具，解决复杂工程中软件问题的能力，采用基于MOOC、任务驱动课程预习、按需翻转、阶梯式实践训练、多维管理成绩评定的软件语言课程教学改革，对两个行政班进行了试点对比实验。实验结果表明进行教学改革的班级在C#语言程序设计这门课程上成绩明显高于未教学改革的班级，学生对新的教学模式认可度高，同时提高了学生的自学、语言表达、团队合作、解决工程问题等能力。
关键词：物联网;MOOC;任务驱动;多维管理;软件语言课程;教学改革
中图分类号：TP391.4 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）02-0-04
0 引 言
物联网是互联网的延伸和拓展，将互联网的接入终端扩展到各类传感器和二维码等设备，是智能感知与识别技术、普适计算、云计算、泛在网络系统的融合应用[1]。物联网工程专业是交叉学科专业，是多个学科的融合，即计算机科学与技术、信息与通信工程、微电子学科、检测与自动化、仪器科学与技术[2]。物联网工程专业培养要求具有系统掌握物联网工程领域的基本理论和基本知识，具有构建物联网系统的软硬件设计和开发的初步能力的人才。
随着计算机技术与我国各行各业的有效融合[3]，掌握一种编程语言，具备软件编程能力已成为物联网工程专业人才培养的一种重要能力。软件语言课程有一些共性：比如語法繁多、概念繁多、知识的连贯性较弱，动手与实际解决问题能力需要很强。传统软件语言课程的教学模式多为教师集中课堂讲授理论知识，实验课完成实践任务，成绩评定由几次考试决定，表现为学习、授课、实践和成绩评定形式单一，多数学生反应语言语法知识繁多，枯燥难以记忆，理论学懂但并不能熟练掌握编程技能，学完课程不能具备完成一个较大系统的分析设计能力，在面对一个有难度的实际问题时，不能有效地解决，所学知识及动手能力与企业需求有一定的距离。
结合多年在高校讲授“C#语言程序设计”课程实际经验，借鉴MOOC优势，对软件语言课程教学进行了重新梳理，采用任务驱动[4]预习+按需翻转+梯度训练+多维度考核的教学模式进行教学改革。改革结果表明在较少课时下，学生可以快速地具备熟练的编程能力，组队完成系统级的软件设计与开发，自主学习热情得到极大提高，团队合作、语言表达能力也有了较大提升，针对软件问题，可以有效地进行解决。
1 MOOC与按需翻转课堂
随着互联网技术的快速发展，在教学模式中出现了一个里程碑的发展—MOOC与翻转课堂。MOOC（Massive Open Online Courses）即大型开放式网络课程。2012年，美国的顶尖大学陆续设立网络学习平台，全球最大的MOOC Coursera平台目前有一百多所大学和组织加入，在全世界范围得到了广泛的使用认可，中国几乎所有的高校都加入MOOC的热潮中，如中国大学MOOC、学堂在线，仅中国大学MOOC就有465所合作高校[5]。
MOOC是一种新型的学习和教学方法，它提供了丰富的网络在线课程资源，以5～20 min的短视频讲解课程知识点，学生可以随时随地利用碎片化时间多次观看教学视频。目前大部分视频中穿插问题提问，以提高学生自主学习的专注度;MOOC平台一般提供知识点或章节配套的在线测试和互评作业功能，可以及时检测学生知识掌握情况和培养学生应用知识解决问题的能力;MOOC具有在线讨论答疑区，及时解决学生的疑问和构筑社区学习情境[6]。
MOOC具有易于使用、费用低廉、可反复学习、覆盖的人群广、自主学习、学习资源形式丰富的特点，因此很多学校开始了MOOC课堂的改革与实践。MOOC教学一般与翻转课堂结合使用，翻转课堂即将原来教师授课学生被动听的模式改变为学生课前自主学习MOOC平台网络课程资源，教师课堂上以讨论和答疑形式解决学生自学过程中的难点或疑问[7-8]。翻转课堂构建了新型的师生关系，开展以学生为中心的教学。
如果简单的将MOOC与翻转课堂叠加进行授课，教学效果并不理想。2017—2018年第2学期，作者使用“MOOC+翻转课堂”模式对“C#语言程序设计”课程进行了教学改革，并对37位学生进行学习效果的问卷调查，结果表明学生对翻转课堂并不认可，满意率仅为37%，63%的学生认为自己不能按时认真完成课程自学预习任务，68%学生认为主动学习意识容易松懈，52%学生无法通过自学MOOC资源与翻转课堂熟练掌握C#语言知识，51%学生无法应用所学知识解决复杂工程问题中的软件问题。
MOOC与翻转课堂简单叠加的教学改革不理想的原因主要如下。
（1）学生不能很好的配合教师完成MOOC视频课前预习任务，课堂的翻转效果并不理想，学生课堂翻转时回答和讨论问题死气沉沉。
（2）MOOC视频一般是面向社会学习者，视频内容知识点讲的不够深入，同时也无法适合不同高校对学生培养的特点。学生在学习视频时有很多知识点理解不够深入或者有些知识点未讲解，如果课堂全部翻转，重点难点知识学生就不能很好地掌握，从而直接导致他们的挫败感，翻转教学改革会得到抵触;同时，课堂翻转时间有限，教师苦于无法将必须补充的知识点很好的融入到翻转课堂中。
（3）学生自我学习约束能力偏弱，需要多维度的成绩考核评估办法，进行有效地学习过程管理和成绩评定。
2 软件语言课程MOOC改革教学组织
以所讲授的“C#语言程序设计”课程为例，阐述软件语言课程的教学组织过程，“C#语言程序设计”课程32学时、16周、每周1次课，使用“中国大学MOOC”网站的
“C#程序设计”课程资源。
2.1 基于详细任务单的任务驱动预习
在每次课的前一次课后，向学生下达下次课的预习任务单。任务单包含的要素有：本次课程主题名称、达成目标、学习方法建议、课堂知识树、下次课堂学习形式预告、5～10道理论预习作业、2～4道实践上机预习作业。 （1）达成目标
详细说明本次课需要理解、掌握、了解的知识点和能力，明确学习目标和知识掌握的程度。
（2）学习方法建议
详细说明本次课需要预习阅读的教材和观看MOOC视频的哪些章节、具体学习方法和扩展阅读资料列表。
（3）课堂知识树
对学生本堂课需要掌握的知识构建一棵或多棵主题知识树，比如流程控制语句、委托、事件、Windows编程等，所谓知识树是将主题相关重点难点知识做为树的叶子结点，形成一棵树，树可以将知识点按主题进行相互关联，形成图的结构，方便学生理解知识及内在联系。
（4）5～10道理论预习作业
教师精心设计10道左右预习问题，包括关于基础、重点和难点知识问题，比例分布为：基础50%，重点30%，难点20%。学生可以根据自学基本获得这些问题的答案，主要培养学生针对具体问题，自我探究解决问题的能力，同时实现任务驱动下有目标的自我学习，提高预习和自学效果。
（5）2～4道实践上机预习作业
软件语言课程学生需要理解记忆很多语法规则，这些规则学生大部分可以通过自学MOOC视频掌握。为了避免传统教学中语法规则学习枯燥、遗忘率高特点，理论结合实践，在预习任务单中布置2～4道实践上机预习作业，分梯度布置，低梯度是验证式上机作业。这类作业学生只需要模仿MOOC视频程序编写讲解过程，就可以完成实践任务。學生个人单独完成，是知识的浅层应用;高梯度作业是团队合作实践题，难度较大，在多名学生团队合作沟通基础上，查阅一定的课外资料，解决问题，培养学生合作解决复杂工程问题的能力。
实践上机预习作业不能太难，应基于学生自学内容的基础上适当扩展，需具备有趣、与实际应用结合、紧扣本次课堂知识特点，其目的可以让学生产生强烈的成就感，提高学习兴趣，改善许多学生学习软件语言课程但不会熟练编程的弊端，达到理论与实践的有效结合。
2.2 按需翻转的课堂教学模式
按需翻转课堂是指课堂上不仅是学生与教师针对问题的讨论和成果展示，同时教师还需对重点难点知识按学生需要进行讲解和扩展。根据每讲课前测试结果，讲解学生自学没有掌握好的知识点，同时根据教师授课经验，讲解本次课的重点难点知识，进行根据学生实际需要的翻转课堂。课堂一半时间教师按需授课，一半时间与学生讨论翻转，从而可以有效改善传统翻转课堂中学生对知识掌握不够深入、MOOC教学视频很难与各学校人才培养特点保持一致的情况。
2.3 阶梯式的实践训练[9]
根据人类学习及应用知识的特点[10]：认知→验证→综合应用→创新的特点，课程实践作业分成三个阶梯进行设计，浅层验证题、适度综合扩展题、创新综合设计题，如图1所示。
（1）浅层验证题。以有趣且与实际应用关联的验证式作业体现，在预习任务单中布置，学生经过自学后，可以通过讨论和答疑完成浅层验证作业，培养学生自我学习、自我认知和验证知识的能力。
（2）适度综合扩展题。与实际应用关联，综合多个知识点，学生分组需要进行分析、设计、使用软件工具解决具体实际问题，在实验课中布置，培养学生具有知识浅层综合应用的能力和团队合作沟通能力。
（3）创新综合设计题。学生组队合作完成一个中型系统，具有实际应用价值，题目可以自定，比如进销存管理系统、桌面提醒工具、网络订票系统等。工作量相当于一个小型课程设计的工作量，开学第一个课布置，需要学生根据所学知识，利用一学期课程完成系统分析、设计和实现。这是为了培养学生团队合作、自学、文献检索、解决复杂工程问题的能力以及创新意识。
2.4 多维管理的成绩评定机制
多维管理的成绩评定机制，即采用多维（2主体，2层次，19维）管理考核制度（见表1、表2所列），约束引导学生学习行为，过程评定学生成绩，着重培养学生利用计算机解决问题的能力，即提高学生的综合能力，包括：主动学习能力、自我认知能力、知识自我构建能力、解决问题能力、语言表达能力、团队合作能力和创新能力。通过细粒度多维管理的成绩评定机制，教师对学生学习过程是可控的，最终达到教学改革的培养目标。
3 教学效果
2017—2018年第2学期选取2个行政班进行教学改革效果评估。1504班使用“基于任务驱动按需翻转阶梯实践多维管理的MOOC教学模式”进行教学实验，1501班使用“上课教师讲+实验课做实践练习的传统教学模式”进行对比教学实验。图2展示了1504班和1501班在“C#语言程序设计”这门课程的综合成绩对比结果。结果显示1504班优秀和良好成绩比例为52.2%，1501班仅为18.2%;1504班及格档成绩比例仅为4.4%，而1501班比例为36.4%;1504班综合总评平均成绩为82.2分，而1501班为73.3分。结果说明“基于任务驱动按需翻转多维管理的MOOC教学模式”在软件语言课程中教学效果良好，良好以上档成绩比例上有了大幅度提升，学生对软件语言课程掌握情况大多数良好。
1504班28名学生在“C#语言程序设计”课程结束后，对“基于任务驱动按需翻转阶梯实践多维管理的MOOC教学模式”满意度进行了评价。评价采用主观不记名问卷方式，评价项包括教学改革的核心要素：任务驱动预习、按需翻转课堂、阶梯式实践训练、多维管理成绩评定和课程整体教学模式的满意情况。评价选项为“满意、较满意、基本满意和不满意”四个评级进行评价，结果如图3所示。结果表明学生对任务驱动预习、半翻转课堂、阶梯式实践训练、多维管理成绩评定的教学改革满意度最低为71%，是非常认可教学改革的。其中任务驱动预习和阶梯式实践训练得到学生更加认可，课程整体教学模式满意度为82%，结果良好，说明大部分学生是非常认可“基于任务驱动按需翻转阶梯实践多维管理的MOOC教学模式”的教学改革。 同时，该课程结束后，对课程新教学模式对学生个人能力提升的影响做了问卷及分析，发出28份问卷，收回28份问卷，问卷结果如图4所示。经过“基于任务驱动按需翻转阶梯实践多维管理的MOOC教学模式”的教学改革，79%及以上学生认为新的教学模式对个人自学能力、语言表达能力、团队合作能力、实践动手能力和解决问题能力均有较大影响;其中自学能力、团队合作能力影响最大，语言表达能力、实践动手能力、解决问题能力提升效果也很明显，说明新的教学模式对学生个人能力的提升是有积极作用。
4 结 语
信息技术快速发展的今天，软件与硬件的结合是构筑万物互联的基础。物联网技术更是需要软件工具与硬件进行有效结合，实现物的智能化。为了培养学生可以熟练使用软件编程工具有效地实现硬件的智能和互联，基于任务驱动预习、按需翻转、阶梯式实践训练、多维管理的成绩评定教学模式，很好地使用当前流行的“MOOC+翻转教学”模式，并根据实际教学授课效果，将全翻转课堂改变为按需翻转课堂，解决学生无法通过自学有效掌握重点难点知识的弊端;基于任务驱动预习使学生自主学习更加主动和有目的;阶梯式实践训可以有效培养学生自我解决问题、团队合作沟通、解决复杂工程问题的能力。学生具备良好的软件编程能力，解决物联网工程技术中硬件智能化和互聯的需求，该教学模式适合软件语言课程，对高校其它工科专业中软件语言课程的教学模式改革具有一定的借鉴意义。
参 考 文 献
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[9]刘万伟，李暾，尹良泽，等.增量式任务驱动的面向对象程序设计教学[J].计算机工程与科学，2018，40（S1）：1-5.
[10]佚名.认知过程[EB/OL]. [2015-03-18]. https：//baike.baidu.com.
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