大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)論文

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1計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育面臨的問題

目前，國(guó)內(nèi)高等院校的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育更多地沿用了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)教育的方法，只注重講授計(jì)算機(jī)的理論知識(shí)和操作要領(lǐng)，未考慮學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。這導(dǎo)致學(xué)生只是記住一些概念和理論，能做基本的操作，卻很難用所學(xué)的知識(shí)靈活地解決實(shí)際問題。當(dāng)前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育面臨以下4個(gè)問題：

（1）學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力差異大

高等院校的學(xué)生來自全國(guó)各地，而不同地區(qū)的中小學(xué)計(jì)算機(jī)教育水平參差不齊。單一的課堂教學(xué)已無法保證所有的學(xué)生學(xué)得會(huì)、學(xué)得好，這給教學(xué)帶來了問題。

（2）教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)嚴(yán)重不足

目前，各個(gè)高校都在減少課時(shí)，教師只能在課堂上和實(shí)驗(yàn)中加大講授的知識(shí)量，加快教學(xué)進(jìn)度。當(dāng)一個(gè)教師面對(duì)幾十個(gè)學(xué)生時(shí)，基礎(chǔ)較差的學(xué)生往往得不到教師足夠的指導(dǎo)和練習(xí)時(shí)間，這給輔導(dǎo)答疑帶來了問題。

（3）學(xué)習(xí)的結(jié)果與過程未被記錄下來

學(xué)生可以利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源鞏固課堂內(nèi)容，擴(kuò)大知識(shí)面，加深對(duì)知識(shí)的理解。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師往往忽視了學(xué)生的課后學(xué)習(xí)，沒有記錄學(xué)習(xí)結(jié)果與過程，這給教育過程的改進(jìn)帶來了問題。

（4）目前的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)很少區(qū)分學(xué)習(xí)個(gè)體

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)能夠提供大量的多媒體教學(xué)資源，幫助教師進(jìn)行課后輔導(dǎo)答疑，卻很少區(qū)分學(xué)習(xí)個(gè)體，導(dǎo)致缺乏個(gè)體相關(guān)的數(shù)據(jù)，從而難以提供個(gè)性化的指導(dǎo)，這給網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的智能化帶來了問題。這些問題歸根結(jié)底是數(shù)據(jù)的問題，是數(shù)據(jù)沒有被有效地規(guī)劃和整合的問題。我們把與學(xué)習(xí)過程相關(guān)的大量數(shù)據(jù)收集起來，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘出有價(jià)值的信息，最后傳遞給學(xué)習(xí)者，這是一種解決計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育所面臨問題的可行方法。

2面向計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育的大數(shù)據(jù)

在當(dāng)前知識(shí)大爆炸的時(shí)代，人們獲取知識(shí)的途徑不僅僅局限于課堂，更多的是網(wǎng)絡(luò)資源。當(dāng)代的大學(xué)生接受新生事物更快，更愿意在特定的學(xué)習(xí)情境下去主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)。因此，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育需要改革現(xiàn)有的教育模式，將大數(shù)據(jù)技術(shù)融入到大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育中，建立與時(shí)俱進(jìn)的大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的教育模式可以有效解決上述問題。在大數(shù)據(jù)時(shí)代涌現(xiàn)出大量的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，隨著這些網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的推廣和普遍應(yīng)用，使用者數(shù)量急劇增加，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)之間可能存在某種聯(lián)系，對(duì)這些聯(lián)系進(jìn)行分析和挖掘可能會(huì)找到有價(jià)值的信息。將有價(jià)值的信息展現(xiàn)出來，能夠幫助我們做出正確的決策。在人類社會(huì)的發(fā)展已經(jīng)由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的背景下，教育正在發(fā)生著一場(chǎng)新的變革，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育也面臨著類似的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，可以更加方便地獲取和利用大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育相關(guān)的各種數(shù)據(jù)

。大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育涉及的數(shù)據(jù)主要有以下幾種：

（1）課件。課件是文字、聲音、圖像、動(dòng)畫等素材的集合，幫助教師更加生動(dòng)地講解課程內(nèi)容，主要使用PPT和Flash兩種文件。

（2）視頻。視頻是將教師在課堂上的授課內(nèi)容錄制下來，為學(xué)生提供課后學(xué)習(xí)的方式。學(xué)生可以在教學(xué)系統(tǒng)中下載或在線學(xué)習(xí)視頻內(nèi)容。

（3）題目。題目主要用于測(cè)試學(xué)習(xí)效果，包括判斷題、填空題、選擇題、問答題、程序設(shè)計(jì)題等各種題型。

（4）問題。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，通過教學(xué)系統(tǒng)提交給教師。這些問題反映了學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，是教師在課堂上需要詳細(xì)講解的教學(xué)內(nèi)容。

（5）代碼。代碼是學(xué)生做程序設(shè)計(jì)類題目時(shí)所編寫的程序代碼。學(xué)生編寫代碼的質(zhì)量可以由教師評(píng)判，也可以由系統(tǒng)自動(dòng)評(píng)判。

（6）行為。行為用來記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，如課件下載行為、視頻點(diǎn)播行為、作業(yè)瀏覽行為、編程行為等。這些行為能夠反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

（7）缺陷。缺陷是學(xué)生提交的作業(yè)中包含的各種錯(cuò)誤，反映了學(xué)習(xí)過程中存在的問題。對(duì)教學(xué)系統(tǒng)而言，這些數(shù)據(jù)是進(jìn)行個(gè)性化推薦學(xué)習(xí)的參考依據(jù)；對(duì)教師而言，這些數(shù)據(jù)能夠提示教學(xué)過程中需要特別關(guān)注的地方。

（8）過程。過程是指在教學(xué)過程中收集到的一些宏觀數(shù)據(jù)，如課件學(xué)習(xí)過程、視頻學(xué)習(xí)過程、測(cè)試過程等。這些過程能夠反映出學(xué)生學(xué)習(xí)的個(gè)體差異。

3大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的新模式

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，我們可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)在大量與學(xué)習(xí)相關(guān)的數(shù)據(jù)中挖掘出有價(jià)值的信息。這些信息能夠幫助學(xué)生更加科學(xué)有效地學(xué)習(xí)，較好地解決當(dāng)前計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育面臨的問題。因此，我們將大數(shù)據(jù)技術(shù)融入到大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育中，提出一種大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育新模式。它是在有效規(guī)劃和整合計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育大數(shù)據(jù)的前提下，為學(xué)生提供各種自主學(xué)習(xí)資源和服務(wù)的新模式。學(xué)生和教師在使用各種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)時(shí)，輸入的數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)行為都被系統(tǒng)記錄下來。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)記錄下來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘出與學(xué)生學(xué)習(xí)特征相關(guān)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)提供個(gè)性化的推薦，規(guī)劃個(gè)性化的學(xué)習(xí)路線；向教師反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和效果，為后續(xù)教學(xué)提供個(gè)性化的推薦，幫助教師改進(jìn)教學(xué)方法。以在線課程系統(tǒng)、在線編程系統(tǒng)和在線答疑系統(tǒng)為代表的各種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)目前得到了廣泛的應(yīng)用，這些系統(tǒng)本質(zhì)上都是大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。實(shí)踐證明，這些系統(tǒng)的應(yīng)用將為學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)提供實(shí)質(zhì)性的幫助。

1）在線課程系統(tǒng)是課堂教學(xué)的延伸

大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程MOOC是國(guó)際上流行的教學(xué)平臺(tái)。自2013年5月以來，北京大學(xué)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)等國(guó)內(nèi)一流高校紛紛宣布加入MOOC，向全球提供免費(fèi)的在線課程。MOOC采用云計(jì)算架構(gòu)，提供大量的視頻學(xué)習(xí)資源和人機(jī)交互功能。學(xué)生提交作業(yè)后，系統(tǒng)能自動(dòng)評(píng)判作業(yè)的質(zhì)量，以評(píng)估學(xué)習(xí)效果。MOOC的出現(xiàn)給計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育帶來巨大影響。MOOC解決了學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力差異大的問題，學(xué)生不管基礎(chǔ)如何，都能找到與之相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容；MOOC彌補(bǔ)了課堂教學(xué)學(xué)時(shí)不足的問題，學(xué)生能在課后隨時(shí)隨地找到學(xué)習(xí)資源；MOOC能夠記錄學(xué)習(xí)的結(jié)果與過程以及作業(yè)中的錯(cuò)誤等，這些對(duì)于改進(jìn)教學(xué)方式和調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)等都有意義。

2）在線編程系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的補(bǔ)充

隨著SaaS技術(shù)(軟件即服務(wù))的不斷成熟，出現(xiàn)了許多功能強(qiáng)大的在線編程系統(tǒng)。這給大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育中的程序設(shè)計(jì)類課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

帶來了巨大的幫助。使用在線編程系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的好處有以下幾點(diǎn)：

（1）教師不用在實(shí)驗(yàn)室的每臺(tái)計(jì)算機(jī)中安裝軟件，學(xué)生通過瀏覽器就可以編寫程序；

（2）學(xué)生編寫的代碼都存儲(chǔ)在云端，能上網(wǎng)的地方就能練習(xí)編程，并且隨時(shí)可以修改代碼，解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)不足的問題；

（3）在線編程系統(tǒng)主要記錄代碼和代碼編寫的過程，能夠收集實(shí)驗(yàn)過程中與學(xué)習(xí)相關(guān)的數(shù)據(jù)。國(guó)外在線編程系統(tǒng)CodeCademy提供了一種學(xué)習(xí)編程的新方式。它的用戶群是零基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者，所以CodeCademy創(chuàng)設(shè)趣味性的學(xué)習(xí)環(huán)境，手把手幫助學(xué)習(xí)者了解編程的過程。它的在線編輯器能讓學(xué)習(xí)者不用尋找、下載和安裝編程環(huán)境就可以在網(wǎng)絡(luò)上編程。在線編程系統(tǒng)不僅為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了方便的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，還能收集大量的程序代碼和學(xué)生的編程行為，有助于分析學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)與習(xí)慣，區(qū)分學(xué)習(xí)個(gè)體，為制訂個(gè)性化學(xué)習(xí)路線提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

3）在線答疑系統(tǒng)是課后輔導(dǎo)的平臺(tái)

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中常常會(huì)遇到很多問題，這些問題如果能及時(shí)得到解答，就能促進(jìn)學(xué)生更深入地學(xué)習(xí)；反之，就會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和積極性。目前，互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了許多人工解答和自動(dòng)解答的系統(tǒng)。有代表性的是上海交通大學(xué)的遠(yuǎn)程教育設(shè)計(jì)中心設(shè)計(jì)開發(fā)的AnswerWeb自動(dòng)答疑系統(tǒng)，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的問題及答案的數(shù)據(jù)庫。學(xué)生輸入關(guān)鍵詞后可以在系統(tǒng)已有的問題和答案數(shù)據(jù)庫中查找相關(guān)的材料。如果沒有找到答案，則會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)給教師請(qǐng)求幫助解答。隨后，新的提問和答案將被增加到系統(tǒng)庫中。系統(tǒng)會(huì)記錄所有的問題和答案以及學(xué)生提問過程中的行為。在線答疑系統(tǒng)應(yīng)用到大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育中，解決了教師無法在課后對(duì)每位學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)答疑的問題。同時(shí)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，答疑系統(tǒng)將學(xué)生提問和獲得解答的行為記錄下來，自動(dòng)的分析這些數(shù)據(jù)，挖掘?qū)W習(xí)個(gè)體特征，為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)提供個(gè)性化的推薦。

4結(jié)語

計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育必須與時(shí)俱進(jìn)，通過轉(zhuǎn)變教育模式才能滿足社會(huì)的需求。大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育新模式不僅有利于解決當(dāng)前大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育面臨的問題，而且能推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)規(guī)劃，為學(xué)生找到適合自己的學(xué)習(xí)路線。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)在收集了大量的學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)后，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘，進(jìn)而延伸課堂教學(xué)，補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)課后輔導(dǎo)，并向?qū)W生推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)路線。大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的新模式給計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育帶來了新天地。

作者：明喆 陳荊亮 朱愗云 單位：湖北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院