基于edX的MOOC教學(xué)平臺(tái)

冀榮華　高萬林　鄭立華　張曉東

摘 要：雨虹學(xué)網(wǎng)是基于edX開放源代碼，根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)際教學(xué)特點(diǎn)研發(fā)。采用Python+Django+Mysql/MongoDB框架結(jié)構(gòu)，在虛擬開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，使得雨虹學(xué)網(wǎng)具有較強(qiáng)的維護(hù)和升級(jí)能力。通過部署六類服務(wù)器，保證了雨虹學(xué)網(wǎng)可靠性和可用性，良好的用戶在線學(xué)習(xí)體驗(yàn)。程序自動(dòng)評(píng)測(cè)、作業(yè)互評(píng)、師生互動(dòng)和學(xué)習(xí)軌跡管理等特色功能使得雨虹學(xué)網(wǎng)幫助師生更好地開展教學(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式教學(xué)。經(jīng)過近四年課程實(shí)踐，雨虹學(xué)網(wǎng)可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：MOOC教學(xué)平臺(tái)；課程實(shí)踐；程序自動(dòng)評(píng)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

自2012年MOOC（Massive Open Online Courses，MOOC）平臺(tái)的不斷推出，為全世界熱愛學(xué)習(xí)的人隨時(shí)隨地參與世界著名高校相關(guān)課程提供可能[1-3]。目前部署在MOOC平臺(tái)上課程幾乎囊括目前高等教育中各個(gè)學(xué)科[4-6]。2012年4月，麻省理工和哈佛大學(xué)聯(lián)手創(chuàng)建的大規(guī)模開放式在線課程平臺(tái)——edX，以建立世界頂尖高校相聯(lián)合的共享教育平臺(tái)，目前已擁有超過100多萬的注冊(cè)者。

一直以來，如何提高教學(xué)質(zhì)量都是中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)本科教學(xué)研究的核心，信息與電氣工程學(xué)院教師一直在思考和探索用信息技術(shù)手段有效進(jìn)行師生互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性。2013年開發(fā)基于云計(jì)算和開放在線交互學(xué)習(xí)平臺(tái)——雨虹學(xué)網(wǎng)。

2 平臺(tái)需求分析（Requirement analysis of platform）

通過對(duì)我國(guó)各大農(nóng)林院校日常教學(xué)工作和學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)進(jìn)行充分調(diào)研和分析之后[7，8]，明晰了雨虹學(xué)網(wǎng)的功能，分為通用和特色兩大部分。其中通用部分是指MOOC平臺(tái)所具備通用教學(xué)模塊，如用戶、課程、成績(jī)等管理、查詢和統(tǒng)計(jì)及教學(xué)資源管理等；而特色模塊主要有程序自動(dòng)評(píng)測(cè)、作業(yè)互評(píng)、討論區(qū)管理和學(xué)習(xí)軌跡管理等，用以全面促進(jìn)主動(dòng)教學(xué)。

雨虹學(xué)網(wǎng)有三類用戶：管理員、教師和學(xué)生，按照用戶角色不同，將分配不同的權(quán)限，具體功能角色劃分參見表1。

雨虹學(xué)網(wǎng)基于edX開放源代碼研發(fā)分為教師端、學(xué)生端和后臺(tái)管理三部分。教師可上傳課程視頻、添加教學(xué)資料、組卷考試及單元練習(xí)題，并能及時(shí)查看學(xué)生學(xué)習(xí)情況。學(xué)生通過注冊(cè)登錄即可自由選課、聽課和參與討論；根據(jù)聽課進(jìn)度完成練習(xí)題目及自主評(píng)分。雨虹學(xué)網(wǎng)后臺(tái)管理負(fù)責(zé)對(duì)教師、學(xué)生、課程和電子書訂單等信息進(jìn)行管理。

雨虹學(xué)網(wǎng)平臺(tái)基于Linux操作系統(tǒng)，采用Python+Django+Mysql/MongoDB的框架結(jié)構(gòu)，在虛擬的開發(fā)平臺(tái)上（Ubuntu系統(tǒng)）進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，以在不改變?cè)谐绦虻那疤嵯路奖憔S護(hù)和升級(jí)。

為保證雨虹學(xué)網(wǎng)可靠性和可用性，并保證用戶有良好的在線學(xué)習(xí)體驗(yàn)。雨虹學(xué)網(wǎng)一共部署六類服務(wù)器，分別是負(fù)載均衡服務(wù)器（LB）、網(wǎng)站服務(wù)器（Web Server）、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器（MySQL）、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器（MongoDB）、視頻服務(wù)器（Video Server）和視頻存儲(chǔ)服務(wù)器（MFS）。六類服務(wù)器通過一臺(tái)千兆交換機(jī)接入校園網(wǎng)，接入帶寬為1Gbps，具體如圖2所示。

負(fù)載均衡采用 LVS+KeepAlived方案，消除因單點(diǎn)故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的問題。網(wǎng)站服務(wù)器（Web Server）安裝Nginx、WSGI、Python、Django、Mako等組件，可支持高達(dá)50000個(gè)并發(fā)連接數(shù)的響應(yīng)。數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL+MongoDB混合數(shù)據(jù)管理。其中MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)賬戶信息、教師開課信息、學(xué)生選課信息和成績(jī)單等，同時(shí)兼做C/C++程序評(píng)測(cè)服務(wù)器；MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)除視頻數(shù)據(jù)外的全部課程資源，如教學(xué)課件、章節(jié)練習(xí)題、考試題庫(kù)、電子書等。由于雨虹學(xué)網(wǎng)訪問量比重較大的為視頻訪問，其特點(diǎn)為視頻數(shù)據(jù)量不大，但需要能支持高并發(fā)數(shù)訪問，具有高可靠性和高可用性，因此獨(dú)立部署視頻服務(wù)器，采用MFS分布式容錯(cuò)文件系統(tǒng)集群方案存儲(chǔ)視頻數(shù)據(jù)。

4 特色模塊建設(shè)（Construction of characteristic

module）

雨虹學(xué)網(wǎng)通過開發(fā)特色模塊，以幫助師生更好地開展教學(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式教學(xué)，比較典型的特色模塊分述如下。

4.1 程序自動(dòng)評(píng)測(cè)模塊

程序設(shè)計(jì)類課程在學(xué)生掌握基礎(chǔ)的理論知識(shí)的同時(shí)，更需要注重培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)實(shí)的編程實(shí)踐能力。課程需要布置大量作業(yè)，作業(yè)批改量很大。程序自動(dòng)評(píng)測(cè)功能可對(duì)程序源代碼進(jìn)行編譯和執(zhí)行，并通過預(yù)先設(shè)計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)程序源代碼的正確性。程序自動(dòng)評(píng)測(cè)輔助教學(xué)方式，能夠極大地減少教師花費(fèi)在檢查學(xué)生代碼的正確性、算法性能、抄襲情況、作業(yè)完成率和正確率統(tǒng)計(jì)方面的工作，在保證公平、客觀的評(píng)測(cè)的同時(shí)給出合理成績(jī)；程序自動(dòng)評(píng)測(cè)可以促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，把枯燥的編程變成樂趣，從而充分激發(fā)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的興趣。

4.2 作業(yè)互評(píng)模塊

學(xué)生通過互相批改作業(yè)互相學(xué)習(xí)，一方面提交者可以得到他人對(duì)自己作業(yè)評(píng)分和意見，而批改者可以學(xué)習(xí)借鑒他人完成作業(yè)的做法和成果，發(fā)現(xiàn)自身的不足，加深對(duì)知識(shí)理解、豐富觀察問題的角度并拓展知識(shí)。因此作業(yè)互評(píng)可以幫助學(xué)生完成對(duì)知識(shí)的總結(jié)、遷移和外顯，對(duì)參與學(xué)習(xí)的學(xué)生都是有意義的活動(dòng)。

為更好促進(jìn)學(xué)習(xí)，作業(yè)互評(píng)模塊，教師需提前制定恰當(dāng)?shù)脑u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)用以具體闡述教學(xué)要求，同時(shí)提供不同等級(jí)的作業(yè)樣例以訓(xùn)練學(xué)生如何正確評(píng)價(jià)他人作業(yè)。同時(shí)要求評(píng)閱者能夠遵照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)分析作業(yè)，給出具體、有針對(duì)性的評(píng)語；學(xué)習(xí)者能夠根據(jù)評(píng)語對(duì)照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)修改完善自己的作業(yè)。

4.3 師生互動(dòng)模塊

在教學(xué)過程中，順暢的師生互動(dòng)環(huán)節(jié)，有助于學(xué)生問題的解決，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。雨虹學(xué)網(wǎng)通過在線討論和討論區(qū)管理兩種手段增加師生互動(dòng)。其中在線討論模塊主要是教師公布討論題，學(xué)生可進(jìn)行全員或小組討論、也可瀏覽歷史討論內(nèi)容；而討論區(qū)管理分為論壇和維基兩種方式開展。論壇是師生可以隨時(shí)隨意發(fā)起各種與課程學(xué)習(xí)相關(guān)話題，維基則是以全班同學(xué)共同維護(hù)電子筆記的方式，互相促進(jìn)知識(shí)點(diǎn)的掌握和理解，兩者互為補(bǔ)充，有效激發(fā)學(xué)生興趣。endprint

4.4 學(xué)習(xí)軌跡管理模塊

教育不同于其他行業(yè)，每一個(gè)學(xué)生都是獨(dú)一無二的，而目前大部分教育屬于批量行為，很難做到個(gè)性化教育。其原因在于，很難采集每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程的信息，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)軌跡也很難進(jìn)行有效的統(tǒng)計(jì)分析，就無從談起有針對(duì)性的個(gè)性化教學(xué)。采用MOOC教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)行為將被記錄下來，比如學(xué)生回看某些章節(jié)、暫停次數(shù)等，教師通過對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為的統(tǒng)計(jì)分析，改善教學(xué)方法、對(duì)共性問題集中解答、有針對(duì)性輔導(dǎo)，從而使得教學(xué)活動(dòng)更有針對(duì)性，也更容易實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。該模塊可以記錄學(xué)生學(xué)習(xí)軌跡，即當(dāng)學(xué)生登錄系統(tǒng)，選擇課程后所做的操作，都將被記錄下來，包括：（1）視頻和課件學(xué)習(xí)信息；（2）課后作業(yè)練習(xí)信

息；（3）討論組參與信息；（4）其他操作。教師則可對(duì)學(xué)習(xí)軌跡進(jìn)行查詢，包括：查詢指定學(xué)生、指定日期、指定課程的在線學(xué)習(xí)情況；同時(shí)按課程、時(shí)間、地區(qū)等對(duì)課程的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

5 結(jié)論（Conclusion）

由于MOOC教學(xué)的迅速發(fā)展，雨虹學(xué)網(wǎng)在建設(shè)過程中，采取了系統(tǒng)邊研發(fā)邊應(yīng)用的方案。學(xué)院大力宣傳MOOC教育的新動(dòng)向，積極鼓勵(lì)老師參與MOOC教學(xué)。雨虹學(xué)網(wǎng)近四年的實(shí)踐應(yīng)用中，在線用戶總數(shù)22000多人，學(xué)生實(shí)際使用為20853人，在線教授課程203門次，其中85門次課程進(jìn)行了題庫(kù)、作業(yè)提交、互評(píng)、程序自動(dòng)評(píng)判的教學(xué)實(shí)踐；讓學(xué)生、教師在平臺(tái)的幫助下體會(huì)在線教與學(xué)。且選取全校有影響力的課程，大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、C語言程序設(shè)計(jì)和工程制圖三門課為突破口，重新梳理知識(shí)點(diǎn)、設(shè)計(jì)教學(xué)教案和練習(xí)題、測(cè)驗(yàn)題及相關(guān)視頻資源，有近80名教師、20余名研究生和50多名本科生勤工儉學(xué)參與課程建設(shè)，目前在雨虹網(wǎng)上線的課程有203門，共有考試題庫(kù)和在線平時(shí)題庫(kù)30個(gè)。

教師在利用雨虹學(xué)網(wǎng)進(jìn)行教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)：程序自動(dòng)評(píng)測(cè)功能有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，進(jìn)而提高學(xué)生成績(jī)。程序自動(dòng)評(píng)判功能大大提高了評(píng)判程序設(shè)計(jì)作業(yè)的效率，學(xué)生提交作業(yè)后能及時(shí)得到反饋，有很強(qiáng)的成就感，而且減輕了教師批改作業(yè)的工作量。作業(yè)互評(píng)和防抄襲功能提升了學(xué)生誠(chéng)信度。

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作者簡(jiǎn)介：

冀榮華（1973-），女，博士，副教授.研究領(lǐng)域：數(shù)據(jù)分析.

高萬林（1965-），男，博士，教授.研究領(lǐng)域：農(nóng)業(yè)信息化.

鄭立華（1969-），女，博士，教授.研究領(lǐng)域：農(nóng)業(yè)信息化.

張曉東（1968-），女，博士，教授.研究領(lǐng)域：遙感信息.本文通訊作者.endprint