1、 基于Sakai的算法設計與分析課程混合式教學研究 一、單一面授教學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實踐中，在線網(wǎng)絡學習還沒有得到充分有效的利用。根據(jù)多年的算法設計與分析課程教學經(jīng)驗，筆者發(fā)現(xiàn)使用單一面授教學存在一些不足之處： 教師與學生、學生與學生之間交互不夠； 課堂時間不足； 學生的自主性得不到充分發(fā)揮； 傳統(tǒng)的課堂講授給教學帶來了諸多不便，如資源共享、教學活動組織等等。鑒于以上問題，筆者提出課堂面授教學與基于虛擬學習空間的網(wǎng)絡教學相結合的混合式教學、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，將混合式學習定義為在線網(wǎng)絡學習與傳統(tǒng)面授學習相結合的教學。其目的在于提供多元的學習內容和學習環(huán)境，彌補傳統(tǒng)單一模式授課的不足，充分發(fā)揮學習過程中教師的主導作用與學生的主體積極性1。二、基于sakai平臺的算法設計與分析課程混合式教學1.Sakai網(wǎng)絡教學平臺的漢化、定制與開發(fā)Sakai是由美國印第安納大學、密西根大學、斯坦福大學和麻省理工學院于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的全球學習標準，是一套適用于高校的新一代網(wǎng)絡教學平臺。Sakai的框架結構如圖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,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,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)的虛擬學習空間，使用了教學大綱、答疑室、練習與測試、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、問卷調查。2.基于sakai的算法設計與分析課程混合式教學設計與課程開發(fā)使用基于sakai的虛擬學習空間組織教學，與課堂教學相結合，形成課堂講授、網(wǎng)絡學習、課堂總結講授的混合教學模式，如圖2所示。該教學模式基于建構主意學習理論，通過創(chuàng)設情境、協(xié)作學習、加強會話和資源合理利用，實現(xiàn)了教師主導、學生主體相結合的教育思想的有機統(tǒng)一2。總體來看，該課程的混合式教學具有以下幾個特點： 以學習者為中心，以教師

5、為主導； 強調學習過程中要充分發(fā)揮學習者的主動性； 學習既是個別化行為，又是社會性行為，學習需要交流與合作； 網(wǎng)絡教學資源對學生的重要意義，既包括對原有知識的改組和重構，也包括對新信息的意義建構； 教學過程中，既包括課堂教學情境的創(chuàng)設，也包括對網(wǎng)絡學習情境的創(chuàng)設。基于sakai的課程開發(fā)分為主要包括課程資源設計和課程教學組織兩個環(huán)節(jié)。 （1）課程資源設計。教師登錄到Sakai教學平臺創(chuàng)建課程之后，通過課程工具來設計課程內容，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)布關于課程和教學活動的通知，列出論壇和討論區(qū)中的最新主題，對當前的網(wǎng)絡課程的內容、

6、學習方法進行描述等。課程大綱：教師通過這個工具來創(chuàng)建算法設計與分析課程的教學大綱，創(chuàng)建的方法可以是在線編輯、復制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，教師可以為算法設計與分析課程添加各種網(wǎng)上學習資源，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器上，形成多媒體學習資源包。教師能夠對存儲后的資源移動、重命名、編輯或刪除等操作。可以為學生設置資源查看、下載等功能，實現(xiàn)了教學資源的有效共享。測試與練習：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，及時反饋學生的學習情況并起到練習鞏固所學知識

7、的作用。練習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置。（2）課程教學組織在課程平臺開發(fā)部署、課程資源設計建設的基礎上，結合課堂面授教學展開算法設計與分析課程的混合式教學研究。遵循課堂講授知識、實驗習得能力、課后知識遷移與拓展的原則進行混合式教學組織，如圖4所示。下面以以該課程中算法設計策略的分之策略的教學為例，闡述利用虛擬學習空間與課堂面授相結合的三步六環(huán)節(jié)混合式教學組織與實施。教學的展開分為課堂講授、實踐教學、網(wǎng)絡學習三個步驟，如圖4所示。教學的組織分為六個環(huán)節(jié)I.創(chuàng)設情境：在助教幫助下，提前將本節(jié)課所講內容的教學材料上

8、傳至網(wǎng)絡教學平臺，在論壇將下次課堂講授內容提前一周發(fā)帖，課程內容包括對問題的描述，以及就該內容進行提問，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)結構設計？用什么樣的數(shù)據(jù)結構表示棋盤？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合板書，向學生講授具體的課程內容。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。課堂講授關鍵要把握難點，理清重點，這是保證學生掌握課程知識結構的重要措施。結合網(wǎng)絡重點是讓學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。要求學生

10、設計棋盤覆蓋算法的數(shù)據(jù)結構，并用偽代碼對算法進行描述并計算其時間復雜度，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，計算機相關課程的重要特點是強調學生的應用實踐能力，如何將一個可行的算法轉化為程序，用某種高級程序設計語言來實現(xiàn)，并對其實現(xiàn)效率進行改進。這一環(huán)節(jié)強調學生將算法轉化為程序的能力，因此用支架式、分模塊的方式進行授課。在課前對學生指導，引導學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)作學習，每個小組總結算法是現(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。在實驗課教學中，最初幾個教學周，教師以整體指導為主；后續(xù)

11、的教學周以個別指導為主。 IV.協(xié)作引領：將實驗課的內容，及其討論結果等材料上傳至網(wǎng)絡教學平臺的課程資源模塊。學生可以下載該文檔，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，學生可以就所學內容進行提問，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： 針對講授內容進行討論； 分組協(xié)作完成任務，比如編寫分治策略問題攻略手冊等；V.測評鞏固：利用練習與測試模塊，教師可以針對某章節(jié)進行練習，并定期進行測試。這樣可以及時鞏固所學的算法設計思想與設計步驟，并在實踐中進行練習，有利于實現(xiàn)所學知識的遷移，提高學生分析解決實際問

12、題的能力，能夠利用正確的算法設計策略找到問題的最優(yōu)解或近似最優(yōu)解。練習或者測試成績直接導入成績冊，用于學生評價。 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生的學習需求，為了拓展課堂所學知識，激發(fā)學生自主學習的熱情，本課程允許學生使用“投遞箱”，學生可以使用該工具給教師投遞相關學習材料，個人作品等內容，教師針對棋盤覆蓋問題選擇優(yōu)秀學生程序在“資源”模塊上傳，學生可以下載和討論相關的題目，用于提高算法設計與分析以及程序編寫實現(xiàn)的能力。在該階段實現(xiàn)所學內容拓展提升的重要方式有： 設置課外練習，用加分的方式激勵學生完成； 共享優(yōu)秀算法設計、分析與實現(xiàn)；三、結束語本文以算法設計與分析課程

13、為例，介紹了基于sakai平臺的混合式教學研究的一些成果，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，期望在以后的教學中進行推廣。在算法設計與分析課程的混合式教學研究過程中，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)上課程資源進行設計，與課堂面授教學相輔相承、互相促進；如何結合網(wǎng)上學習與課堂學習進行教學評價，使得教學評價能反應學生的真實學習情況等。針對高等學校課程的混合式教學，還需要作進一步的研究。本論文由防災科技學院教研教改項目“基于SOA的課程教學網(wǎng)絡支持系統(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.教育技術學.北京師范大學出版社.2009.043Rossett,A.,Douglis,F.&Fra