在線課程游戲化平臺設(shè)計(jì)

軒 璐 魯曉輝

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南三門峽 472000)

0 引言

長期以來，我國高校采用課堂教學(xué)為主的教學(xué)組織形式，學(xué)生被動(dòng)地通過聽覺與視覺接受教師講授的知識。在這種模式下，學(xué)生很難獲得針對個(gè)體條件定制的個(gè)性化學(xué)習(xí)方案。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，MOOC、SPOC、翻轉(zhuǎn)課堂等一系列在線教育資源出現(xiàn)，教育活動(dòng)呈現(xiàn)出由課堂向網(wǎng)絡(luò)遷移的趨勢[1]。學(xué)生能夠根據(jù)自身需求有針對性地進(jìn)行學(xué)習(xí)，這在一定程度上激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，讓學(xué)生在教學(xué)過程中占據(jù)了一些主動(dòng)[2]。隨著教育部《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校在線開放課程建設(shè)應(yīng)用與管理的意見》(教高﹝2015﹞3號)的發(fā)布，國內(nèi)掀起了在線開放課程建設(shè)的熱潮，在線課程的規(guī)模越來越大，應(yīng)用范圍越來越廣泛。但在實(shí)踐中如何調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性依然是一個(gè)難題[3]。利用在線課程平臺參照網(wǎng)絡(luò)游戲的設(shè)置，將課程按照能力模塊劃分為若干技能點(diǎn)，讓學(xué)生利用闖關(guān)的形式在游戲中逐漸掌握知識點(diǎn)，這種形式可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，獲得較好的學(xué)習(xí)效果[4-5]。

1 在線課程的教學(xué)組織

1.1 基于在線課程的“雙課堂”教學(xué)組織形式

通過解構(gòu)課程，打破傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，將學(xué)習(xí)過程打造為“自主學(xué)習(xí)”和“探究學(xué)習(xí)”兩個(gè)階段。通過重構(gòu)課堂，打破傳統(tǒng)班級形式，將班級劃分為若干小組，開展分組教學(xué)?！半p課堂”教學(xué)組織實(shí)施過程以Java程序設(shè)計(jì)為例：

1.1.1自主學(xué)習(xí)階段

1)課程開始前三天學(xué)生以短信(微信)的形式接到任務(wù)提示，如利用if語句實(shí)現(xiàn)四則運(yùn)算的答案范圍控制。

2)學(xué)生登錄在線課程平臺查看任務(wù)要求，如運(yùn)算數(shù)范圍限定、數(shù)據(jù)類型選擇、代碼長度要求、運(yùn)算精度要求等。

3)學(xué)生利用表格化教案、課件、微課、源代碼、仿真軟件等數(shù)字化資源進(jìn)行自學(xué)。本案例配備表格化教案1個(gè)、課件1個(gè)、微課6分鐘、源代碼2個(gè)。

4)上課前一天通過平臺提交自學(xué)中遇到的問題，嘗試完成作業(yè)并提交。如數(shù)據(jù)精度控制時(shí)精度丟失問題，數(shù)組下標(biāo)越界問題等。

5)教師在上課前一天，通過在線課程平臺查看學(xué)生提問及提交的作業(yè)，提煉共性問題，把握學(xué)生自學(xué)情況，收集典型代碼錯(cuò)誤。

1.1.2探究學(xué)習(xí)階段

1)教師用10分鐘左右簡單展示任務(wù)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入情境。

2)教師用10分鐘左右演示程序運(yùn)行效果，將學(xué)生提交的問題逐一講解，其間穿插學(xué)生錯(cuò)誤代碼。

3)利用20分鐘左右，由學(xué)生分小組討論任務(wù)，提出不明確的問題或者對教師與其他同學(xué)的代碼解決方法進(jìn)行評論，嘗試優(yōu)化代碼。

4)教師用10分鐘左右解答問題，評價(jià)學(xué)生提出的解決方案。

5)利用30分鐘左右，由學(xué)生分組完成擴(kuò)展任務(wù)，如將數(shù)據(jù)范圍由int型擴(kuò)展為double型，提升程序應(yīng)用范圍。

6)邀請學(xué)生自我總結(jié)任務(wù)完成情況，介紹任務(wù)完成中遇到的難點(diǎn)及解決方案，教師進(jìn)行總結(jié)、點(diǎn)評。教師與學(xué)生共同為項(xiàng)目完成情況打分，引出下一個(gè)要解決的問題。

1.2 基于在線課程的“闖關(guān)”教學(xué)組織形式

通過課程設(shè)計(jì)將崗位需求細(xì)化到任務(wù)中，教學(xué)組織以“關(guān)卡驅(qū)動(dòng)”，提供“通關(guān)秘籍”，課前引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)并嘗試“闖關(guān)”，課內(nèi)完成成果展示，開展反饋、反思、評價(jià)、獎(jiǎng)懲等教學(xué)活動(dòng)，課后總結(jié)提升。

對于編程類課程來說，“闖關(guān)”教學(xué)組織形式是較為實(shí)用的組織形式，此形式可以與“雙課堂”教學(xué)組織形式共同使用。以“利用循環(huán)控制出題數(shù)量”為例，具體運(yùn)行模式如圖1所示。

1)學(xué)生接到任務(wù)：利用while循環(huán)控制出題數(shù)量。

2)學(xué)生通過“通關(guān)秘籍”進(jìn)行自主學(xué)習(xí)?！巴P(guān)秘籍”應(yīng)包括完成任務(wù)所需要的基本知識、技能，如while循環(huán)的基本語法、應(yīng)用范圍、使用要點(diǎn)以及完成任務(wù)的基本步驟，還應(yīng)包括提供給學(xué)生的各類數(shù)字化教學(xué)資源的存儲(chǔ)位置。

3)學(xué)生以分組的形式嘗試解決問題，完成代碼編寫解決方案并提交。

4)由教師和學(xué)生共同對學(xué)生方案進(jìn)行評價(jià)，若合格則進(jìn)入步驟5，否則由評審小組給出改進(jìn)建議并重新開始“闖關(guān)”。

5)在模擬軟件中進(jìn)行“闖關(guān)”，測試學(xué)生的代碼能否得到符合任務(wù)要求數(shù)量的題目，并進(jìn)行壓力測試，判定代碼強(qiáng)壯性。若合格則進(jìn)入步驟6，否則由評審小組給出改進(jìn)建議并重新開始“闖關(guān)”。

6)將問題升級，禁止使用while語句，要求使用for循環(huán)完成相同功能。學(xué)生完成代碼編寫后進(jìn)行評判，若成功則進(jìn)入步驟7，否則由評審小組給出改進(jìn)建議并重新開始“闖關(guān)”。

7)由學(xué)生和教師根據(jù)“闖關(guān)”時(shí)遇到的問題對“通關(guān)秘籍”進(jìn)行修改擴(kuò)充，并進(jìn)入下一關(guān)。

圖1 闖關(guān)式教學(xué)流程圖

2 游戲平臺設(shè)計(jì)

平臺采用B/S、C/S混合模式、三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖2所示。其中顯示層提供各類用戶交互界面，用戶管理、自學(xué)系統(tǒng)、分析報(bào)表等模塊能夠在各類終端上使用瀏覽器和客戶端混合訪問。游戲化測試模塊由于技術(shù)限制目前僅完成C/S模式，尚未向?yàn)g覽器遷移，所以僅支持客戶端訪問。

圖2 在線課程游戲化平臺

業(yè)務(wù)層實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯，不同系統(tǒng)間提供統(tǒng)一接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，整個(gè)平臺采用“私有云模式”，將分布在不同服務(wù)器上的所有系統(tǒng)納入云平臺管理。這樣有利于屏蔽不同系統(tǒng)間的差異，降低平臺管理維護(hù)難度，合理利用平臺內(nèi)運(yùn)算資源與存儲(chǔ)資源。平臺的權(quán)限管理與安全管理由獨(dú)立的云平臺安全系統(tǒng)實(shí)施，這樣可以盡可能地降低平臺風(fēng)險(xiǎn)。

資源層包括運(yùn)算資源池與存儲(chǔ)資源池，云平臺將納入其內(nèi)的所有服務(wù)器運(yùn)算資源與存儲(chǔ)資源分別設(shè)置資源池管理，按需調(diào)配，用完及時(shí)回收。

3 核心模塊設(shè)計(jì)

3.1 游戲化練習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1.1游戲類型

游戲化練習(xí)系統(tǒng)是整個(gè)平臺最核心的系統(tǒng)之一，學(xué)生在完成初步學(xué)習(xí)后將利用該系統(tǒng)檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，練習(xí)相關(guān)技能點(diǎn)，并通過完成不同類型的游戲，在不經(jīng)意間形成能力。本系統(tǒng)采用的游戲主要分為三個(gè)類型。

1)貫穿型游戲。此類游戲每門課程設(shè)置一到兩個(gè)，游戲貫穿課程學(xué)習(xí)全過程，一般較大。根據(jù)對應(yīng)課程核心能力的體系將游戲劃分為若干關(guān)卡，學(xué)生根據(jù)課程大綱安排完成某個(gè)模塊(關(guān)卡)所需要的前期知識后，可以進(jìn)入該關(guān)卡練習(xí)。

2)擴(kuò)展型游戲。此類游戲一般較小，往往與貫穿型游戲某個(gè)關(guān)卡相關(guān)，主要在學(xué)生完成某個(gè)關(guān)卡后提供擴(kuò)展練習(xí)。

3)自創(chuàng)游戲。自創(chuàng)游戲?yàn)閷W(xué)生提供游戲設(shè)計(jì)接口，學(xué)生能夠根據(jù)自己對知識、技能的理解在系統(tǒng)框架內(nèi)通過參數(shù)設(shè)定的形式自己設(shè)置擴(kuò)展游戲，并在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)自測和互測。

游戲設(shè)置的每個(gè)模塊可以設(shè)置若干個(gè)出題點(diǎn)，每個(gè)出題點(diǎn)與課程技能點(diǎn)對應(yīng)，這樣學(xué)生在練習(xí)時(shí)可以根據(jù)技能點(diǎn)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)游戲設(shè)置，即相同關(guān)卡的游戲可以根據(jù)需求不同在同一背景下自動(dòng)選擇考核點(diǎn)。游戲調(diào)用過程如圖3所示。

圖3 游戲關(guān)卡調(diào)用過程

3.1.2考慮的因素

由控制模塊實(shí)現(xiàn)游戲的動(dòng)態(tài)配置，在配置過程中主要考慮以下因素：

1)用戶合法性；

2)是否完成基本知識學(xué)習(xí)；

3)本游戲主要考核點(diǎn)；

4)本用戶之前關(guān)卡出錯(cuò)主要題型；

5)本關(guān)卡主要技能點(diǎn)之前完成情況。

在調(diào)度算法的控制下，能夠?qū)崿F(xiàn)對合法用戶的動(dòng)態(tài)出題，并針對用戶易出錯(cuò)題型和技能點(diǎn)反復(fù)出題，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的動(dòng)態(tài)智能考核，對于掌握不好的問題反復(fù)進(jìn)行測試，并將所有的過程記錄存儲(chǔ)以備對用戶學(xué)習(xí)情況進(jìn)行分析決策。

3.2 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

平臺運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生大量的過程記錄，此類記錄包括學(xué)生登錄系統(tǒng)次數(shù)、在線時(shí)間、調(diào)用系統(tǒng)模塊記錄、在線學(xué)習(xí)情況、習(xí)題完成正確率、完成次數(shù)、完成時(shí)間、游戲通關(guān)進(jìn)度、相關(guān)技能點(diǎn)測試記錄等。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗后將被存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中以備挖掘和決策。

數(shù)據(jù)的初級分析主要是碎片化數(shù)據(jù)的應(yīng)用，如在線時(shí)間長、完成題目準(zhǔn)確率高的學(xué)生將得到較高的平時(shí)成績；如果連續(xù)在某種題型或某個(gè)技能點(diǎn)犯錯(cuò)的用戶，在后續(xù)的測試中將更多地遇到此類題型和技能點(diǎn)；期末復(fù)習(xí)時(shí)系統(tǒng)能夠根據(jù)系統(tǒng)使用記錄分析用戶的薄弱環(huán)節(jié)并有針對性地給出復(fù)習(xí)建議等。

數(shù)據(jù)的高級分析中將采用聚類分析方法從不同的維度將學(xué)生進(jìn)行分類，如職業(yè)傾向性、學(xué)習(xí)態(tài)度、團(tuán)隊(duì)位置等。分析結(jié)果在課堂中將被應(yīng)用于學(xué)生團(tuán)隊(duì)組建決策以及個(gè)性化考核方案的制訂，在課后將被應(yīng)用于學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃建議。

在具體應(yīng)用中采用K-Means改進(jìn)算法進(jìn)行聚類，該算法在不同特征中通過確定中心并劃定范圍的方式進(jìn)行聚類。在類簇點(diǎn)選擇中根據(jù)分析維度的差異選取4～6個(gè)類簇點(diǎn)，即將用戶分為4～6類；在質(zhì)心選擇上根據(jù)需要采用多次運(yùn)行確定最優(yōu)質(zhì)心或分層局聚類尋找質(zhì)心兩種方式；相異度計(jì)算時(shí)選用閔科夫斯基距離進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

4 系統(tǒng)測試

在2017—2018學(xué)年的第一學(xué)期，平臺進(jìn)行了為期四周的初步測試，測試以2017級計(jì)算機(jī)專業(yè)Java程序設(shè)計(jì)課程為例。選取同類型的1班和2班分別進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)以及應(yīng)用平臺的在線課堂教學(xué)。在其他條件不改變的情況下，收集學(xué)生平時(shí)作業(yè)完成數(shù)量及月考成績，以確定游戲化平臺是否對提升學(xué)生主動(dòng)性有積極作用。測試數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

通過表1、表2不難看出，在線游戲平臺的導(dǎo)入對于課程的參與度有明顯的提升，利用平臺完成教學(xué)任務(wù)的學(xué)生數(shù)量較使用傳統(tǒng)方式的學(xué)生數(shù)量提升了109.93%，平均成績提升了13.4%，可以初步得出結(jié)論，在線課程游戲化平臺對于提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、提高學(xué)生成績有明顯作用。

表1 學(xué)生課下學(xué)習(xí)完成情況對比表

表2 學(xué)生月考成績對比表

5 結(jié)束語

本文闡述了基于在線課程的“闖關(guān)”教學(xué)組織形式，針對學(xué)生喜愛網(wǎng)絡(luò)游戲的特點(diǎn)，提出了一種游戲化課程平臺，并對平臺中游戲化練習(xí)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的描述。下一步的工作重點(diǎn)是將平臺應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)中，通過一個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)平臺的不足并進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

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