兼顧課堂與課后的“云計(jì)算”課程教學(xué)探索

丁曉進(jìn) 朱曉榮

(1.南京郵電大學(xué) 物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院， 南京 210003)(2.南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院， 南京 210003)

“云計(jì)算”作為“操作系統(tǒng)原理”“數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理”“Linux編程”等課程的后續(xù)課程，一定程度上，學(xué)生牢固掌握云計(jì)算知識(shí)點(diǎn)對其此后能夠更好開展工作和研究有著重要的意義[1]?！霸朴?jì)算”課程具有基礎(chǔ)知識(shí)要求高(資源管理與調(diào)度、虛擬存儲(chǔ)、編程等)、專業(yè)知識(shí)點(diǎn)多(分布式數(shù)據(jù)處理、分布式鎖服務(wù)、虛擬化等)、算法難理解(PAXOS算法、一致性Hash算法、Gossip協(xié)議等)、實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜(虛擬機(jī)安裝與配置、JDK和Hadoop安裝、MapReduce操作等)等方面的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)在某種程度上也加大了教師的講解難度和學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。

“云計(jì)算”課程作為跨專業(yè)大類課程，受到全校不同專業(yè)學(xué)生的廣泛歡迎。從學(xué)生選課角度而言，學(xué)生間基礎(chǔ)差異大、對理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)操作感興趣程度也有差異、能夠投入的學(xué)習(xí)時(shí)間亦不同，這就對該課程的教學(xué)提出了更高的要求。 “云計(jì)算”課程的教學(xué)方法已得到許多專家和學(xué)者的關(guān)注[2-5]。以往學(xué)生課后學(xué)習(xí)時(shí)主要依賴課本，方式相對較單一，不僅難以很好激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生也不能及時(shí)跟教師進(jìn)行交流。為改善學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和充分調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)興趣，國內(nèi)學(xué)者提出可結(jié)合信息化技術(shù)，讓學(xué)生借助教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行課后自主學(xué)習(xí)的建議[6-8]。

為兼顧學(xué)生課堂和課后學(xué)習(xí)的實(shí)際需求，需針對性分析當(dāng)前教與學(xué)中存在的難點(diǎn)，綜合課堂和課后教與學(xué)的優(yōu)勢，探索課堂和課后結(jié)合的教學(xué)模式。

1 面臨的教學(xué)問題

“云計(jì)算”課程作為全?？鐚I(yè)大類課程，既有網(wǎng)絡(luò)工程和物聯(lián)網(wǎng)工程等專業(yè)相關(guān)的學(xué)生選課，又有電子科學(xué)技術(shù)和市場營銷等非相關(guān)專業(yè)的學(xué)生選課；同一班級(jí)內(nèi)的學(xué)生，既有計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)好的，也有計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)相對不足的。“云計(jì)算”課程的教學(xué)活動(dòng)需要緊緊結(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)來開展，但由于學(xué)生基礎(chǔ)差異大和課堂授課時(shí)間有限，導(dǎo)致在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中，能同時(shí)滿足不同專業(yè)基礎(chǔ)的學(xué)生需求存在較大的難度。

針對專業(yè)基礎(chǔ)較好和專業(yè)基礎(chǔ)相對不足的學(xué)生，如果課堂教學(xué)活動(dòng)偏向?qū)I(yè)基礎(chǔ)好的學(xué)生，則會(huì)導(dǎo)致專業(yè)基礎(chǔ)相對不足的學(xué)生難以掌握授課內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)一步會(huì)使得這些學(xué)生對課程喪失學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。例如：PAXOS算法的5個(gè)約束條件(P1、P2、P2a、P2b、P2c)都有其具體意義和相應(yīng)的不完備性，這5個(gè)約束條件間也存在緊密內(nèi)在聯(lián)系，甚至P2a和P1間還存在的一定的“矛盾”，專業(yè)基礎(chǔ)好的學(xué)生可以在相對有限的時(shí)間內(nèi)學(xué)完這些專業(yè)知識(shí)，但專業(yè)基礎(chǔ)相對不足的學(xué)生就需要花費(fèi)較多的時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，但實(shí)際的課堂教學(xué)活動(dòng)花費(fèi)的課時(shí)并不允許延長。此外，如果課堂教學(xué)活動(dòng)偏向?qū)I(yè)基礎(chǔ)相對不足的學(xué)生，課堂教學(xué)進(jìn)度緩慢或只介紹一些基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，專業(yè)基礎(chǔ)好的學(xué)生就會(huì)覺得授課內(nèi)容沒有吸引力，亦會(huì)減弱他們的學(xué)習(xí)興趣。再例如，講解微軟云計(jì)算AZURE時(shí)只介紹“計(jì)算服務(wù)、存儲(chǔ)服務(wù)、Fabric控制器、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)”等概念，未深入講解具體內(nèi)涵。在這種情況下，專業(yè)基礎(chǔ)好的學(xué)生會(huì)覺得太簡單，導(dǎo)致不太愿意認(rèn)真學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容。

因此，在“云計(jì)算”課程中，為激發(fā)不同專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并使得學(xué)生能夠牢固掌握專業(yè)知識(shí)，如何兼顧不同專業(yè)基礎(chǔ)的學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，就成為一個(gè)值得教學(xué)探索的問題。

2 教學(xué)探索

“課堂統(tǒng)一教學(xué)、課后自主學(xué)習(xí)、綜合考查”的教學(xué)方法可在克服課堂授課時(shí)間有限的同時(shí)，還能有效兼顧不同專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)需求。

2.1 課堂統(tǒng)一教學(xué)，教授基礎(chǔ)理論知識(shí)

“為人師表，教書育人”，課堂是教師開展教書育人工作的重要場所，在教學(xué)活動(dòng)中起著非常重要的作用。授課內(nèi)容面向所有選課的學(xué)生，主要包括：大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的概念、Google文件系統(tǒng)GFS、分布式數(shù)據(jù)處理MapReduce、分布式鎖服務(wù)Chubby、分布式結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表BigTable、Amazon云計(jì)算服務(wù)AWS、Hadoop開源云架構(gòu)、虛擬化技術(shù)等。如何在課堂的有限時(shí)間內(nèi)運(yùn)用教學(xué)技巧讓學(xué)生掌握知識(shí)重點(diǎn)和難點(diǎn)，顯得至關(guān)重要。在實(shí)際教學(xué)過程中，以下措施可取得良好的效果。

1)循序漸進(jìn)

云計(jì)算中的算法往往直接從文字描述中難以理解其實(shí)際含義，導(dǎo)致學(xué)生覺得晦澀難懂。例如，PaxOS算法中包含Proposer、Acceptors、Learners三種“角色”，且同一“角色”還會(huì)同時(shí)有多個(gè)選擇，還需要從這多個(gè)選擇中選擇一個(gè)。為此，在教學(xué)過程中需要從最簡單的案例開始講解(即只有一個(gè)Acceptor的情況)，然后通過引導(dǎo)當(dāng)只有一個(gè)Acceptor時(shí)的問題，引入多個(gè)Acceptor時(shí)的情形，然后再循序漸進(jìn)講解多個(gè)Acceptor對應(yīng)的解決方案。通過這樣分步驟講解能夠活躍課堂學(xué)習(xí)氛圍的同時(shí)，使得枯燥的知識(shí)點(diǎn)變得易懂。

2)配合動(dòng)畫

云計(jì)算的一些機(jī)制往往包含多個(gè)具體步驟，不同步驟間又有緊密的聯(lián)系，使得學(xué)生難以理解多個(gè)步驟的交互與遷移。為讓學(xué)生清晰理解，配合動(dòng)畫來展示每一個(gè)步驟的運(yùn)行過程就顯得尤其重要。例如，在經(jīng)典的MapReduce實(shí)現(xiàn)機(jī)制中，包含分割、指派、讀取、本地寫入、遠(yuǎn)程讀取、寫入等步驟，動(dòng)畫通過直觀生動(dòng)展示，可以讓學(xué)生清晰了解每個(gè)步驟的運(yùn)行結(jié)果，加深學(xué)生對該機(jī)制整體和具體步驟的認(rèn)識(shí)。

3)歸納難點(diǎn)

云計(jì)算中有很多概念，同一概念往往也會(huì)涉及多個(gè)方面，學(xué)生不易理解。例如，大數(shù)據(jù)“數(shù)據(jù)量大、多樣、快速、價(jià)值密度低、復(fù)雜度高”的特征，學(xué)生往往對后面兩個(gè)特征不太理解，將這些特征歸納后的具體情況如圖1所示。這樣教師課堂授課時(shí)就可以更加有針對性，加強(qiáng)后面兩個(gè)特征的講解。此外，學(xué)生在課后自主學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)可以更加明確。

圖1 我校學(xué)生對大數(shù)據(jù)特征的掌握情況

2.2 課后自主學(xué)習(xí)，理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

“迷時(shí)師度，悟時(shí)自度”，學(xué)生需要在教師課堂授課的基礎(chǔ)上，投入時(shí)間和精力在課后進(jìn)行學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮第二課堂的作用。如何激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)動(dòng)力就顯得至關(guān)重要。如果讓學(xué)生在課后只是完成幾道理論題目或者對著課本進(jìn)行學(xué)習(xí)，難以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，根據(jù)實(shí)際情況，讓學(xué)生在課后將理論學(xué)習(xí)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，是有益的舉措。

1)課后理論學(xué)習(xí)

考慮傳統(tǒng)課后難以讓學(xué)生和教師間及時(shí)進(jìn)行溝通，且教材看起來也比較單調(diào)和枯燥。結(jié)合當(dāng)前熱門的信息技術(shù)，本文利用微信小程序設(shè)計(jì)一套能夠方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)的“云計(jì)算教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)”。教師可以將課件內(nèi)容、課后習(xí)題和測試卷上傳到所開發(fā)的教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)，其如圖2所示。學(xué)生可根據(jù)自身課堂學(xué)習(xí)情況，利用課后時(shí)間在所開發(fā)的“云計(jì)算教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)”中進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，可學(xué)習(xí)的素材種類多樣，包括教材、教師授課講義、專業(yè)知識(shí)講解小視頻等，還可以通過配套習(xí)題庫進(jìn)行練習(xí)。學(xué)生提交完成的習(xí)題后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)通知教師，且教師批改后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成錯(cuò)題記錄。教師可以從所有學(xué)生的答題中歸納出共性問題，便于課堂再針對性講解的同時(shí)，也可以讓學(xué)生就錯(cuò)題進(jìn)行再學(xué)習(xí)，提升教師與學(xué)生間的溝通效率。此外，系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)長、答題情況等生成積分和生成排行榜，并且允許將排行榜分享到朋友圈，有助于學(xué)生之間互相交流的同時(shí)，有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

圖2 云計(jì)算教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)框圖

2)課后上機(jī)實(shí)驗(yàn)

學(xué)生在理論學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，可通過上機(jī)實(shí)驗(yàn)加深對云計(jì)算相關(guān)理論知識(shí)的理解，加深對IaaS、PaaS、SaaS三個(gè)層次的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)對云計(jì)算平臺(tái)、并行編程模式、海量數(shù)據(jù)分布處理技術(shù)、虛擬化技術(shù)等核心技術(shù)的學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，還可以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。另外，還鼓勵(lì)學(xué)生參加“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、挑戰(zhàn)杯、大學(xué)生程序設(shè)計(jì)大賽等，將學(xué)與賽結(jié)合起來，提升學(xué)習(xí)興趣。

2.3 綜合考查，發(fā)揮學(xué)生長處

“十個(gè)指頭有長短，荷花出水有高低”，每個(gè)學(xué)生盡管對知識(shí)點(diǎn)的掌握程度有差異，但也會(huì)有他們自己的優(yōu)勢。因此，最終只采用一張?jiān)嚲韥砜疾閷W(xué)生顯然是不合理的。如此考查不僅難以反映學(xué)生平時(shí)實(shí)際學(xué)習(xí)投入程度，也無法全面考查學(xué)生的能力，這會(huì)嚴(yán)重影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。在綜合考查中，考查包括平時(shí)和期末兩部分，具體描述如下：

(1)平時(shí)考查將拓展原先考查項(xiàng)目，拓展后的考查項(xiàng)目分為課堂考勤、平時(shí)作業(yè)、自主學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)數(shù)、自主學(xué)習(xí)時(shí)長、實(shí)驗(yàn)、問題反饋等，且優(yōu)化平時(shí)考查項(xiàng)目權(quán)重，加大后面幾項(xiàng)在平時(shí)考查成績中的占比。這種考查方式一方面可以激發(fā)基礎(chǔ)好的學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，讓他們學(xué)習(xí)更多難掌握的難點(diǎn)，提高實(shí)踐能力；另一方面也能夠提升基礎(chǔ)相對不足學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，不僅使得這部分學(xué)生勇于學(xué)習(xí)，還能夠促進(jìn)他們跟教師加強(qiáng)溝通。

(2)期末考查包括必做題和選做題，其中：必做題考查學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握程度；選做題包括多個(gè)選項(xiàng)，讓學(xué)生從中挑選出某一選項(xiàng)后完成一篇調(diào)研報(bào)告。這類試題不僅促進(jìn)學(xué)生掌握必須掌握的知識(shí)點(diǎn)，還能夠啟發(fā)學(xué)生“不死讀書，不讀死書”的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生做研究的能力。

綜上所述，“課堂統(tǒng)一教學(xué)、課后自主學(xué)習(xí)、綜合考查”讓學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)云計(jì)算專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，輔以在所開發(fā)的“云計(jì)算教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)”上，讓學(xué)生在課后學(xué)習(xí)自己未掌握或比較感興趣的知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的掌握，并在期末考查中發(fā)揮自身特長，從而有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和提升教學(xué)效果。

3 教學(xué)效果

為評(píng)估所提方法的實(shí)際效果，筆者對學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)效果等進(jìn)行了問卷調(diào)查和分析。被調(diào)查的對象一共184人，其中物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)91人，市場營銷專業(yè)93人。兩個(gè)專業(yè)的學(xué)生計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)情況為：物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)情況要比市場營銷專業(yè)的情況好，且同一專業(yè)內(nèi)學(xué)生間的基礎(chǔ)也有明顯的差異。需要指出的是，市場營銷專業(yè)班級(jí)內(nèi)也有部分學(xué)生選修或自學(xué)了計(jì)算機(jī)專業(yè)的相關(guān)專業(yè)課程，具有較好的專業(yè)基礎(chǔ)。

為評(píng)估學(xué)生對所提教學(xué)方法的滿意度，圖3從課堂、課后、考查等方面將本文方法與傳統(tǒng)方法進(jìn)行了對比，其中傳統(tǒng)方法是指課堂統(tǒng)一講授-課后統(tǒng)一作業(yè)-統(tǒng)一考試，不區(qū)分不同基礎(chǔ)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。從圖3可以看出：學(xué)生在課堂教學(xué)的滿意度方面基本接近，所提方法稍好，這是由于所提方法會(huì)把學(xué)生在課后學(xué)習(xí)時(shí)遇到的共性問題在課堂再統(tǒng)一講解；學(xué)生在課后自主學(xué)習(xí)的滿足度方面，所提方法要優(yōu)于傳統(tǒng)方法，這是由于所提方法結(jié)合開發(fā)的“云計(jì)算教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)”方便學(xué)生在課后進(jìn)行學(xué)習(xí)，并鼓勵(lì)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)深入理解知識(shí)點(diǎn)；在考查的滿意度方面，學(xué)生對所提教學(xué)方法的評(píng)價(jià)更高，期望在考查中能夠結(jié)合課后學(xué)習(xí)情況，并能夠體現(xiàn)不同基礎(chǔ)學(xué)生的需求，做到綜合評(píng)價(jià)。

圖3 傳統(tǒng)教學(xué)方法和所提方法學(xué)生滿意度對比

最后，對本文方法的教學(xué)效果進(jìn)行了評(píng)估，并以傳統(tǒng)方法作為對比，具體從學(xué)習(xí)興趣和不及格率等方面展開，如圖4所示。

圖4 傳統(tǒng)教學(xué)方法和所提方法教學(xué)效果對比

從圖4可以看出：相比于傳統(tǒng)教學(xué)方法，學(xué)生對新的教學(xué)方法更感興趣，這是由于新的方法通小程序和實(shí)驗(yàn)滿足了不同基礎(chǔ)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求；從不及格率來看，所提方法明顯降低了學(xué)生的不及格率，其原因在于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提升后，學(xué)習(xí)更加投入，且學(xué)生在期末時(shí)有更多的選擇權(quán)，綜合評(píng)價(jià)更加全面準(zhǔn)確。

4 結(jié)語

實(shí)踐表明，“課堂統(tǒng)一教學(xué)、課后自主學(xué)習(xí)、綜合考查”的教學(xué)方法可有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生做到快樂學(xué)習(xí)的同時(shí)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。該方法對不同專業(yè)基礎(chǔ)的學(xué)生更加有針對性，可根據(jù)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)知識(shí)掌握情況、可投入學(xué)習(xí)時(shí)間等，動(dòng)態(tài)調(diào)整課堂授課內(nèi)容、時(shí)間分配、實(shí)踐內(nèi)容等。當(dāng)然，實(shí)際的“云計(jì)算”教學(xué)過程中，如何靈活運(yùn)用并不斷改進(jìn)該方法仍值得進(jìn)一步討論。