慕课应用于信息学奥赛教学的优势、困境与策略 论文

慕课应用于信息学奥赛教学的优势、困境与策略*课题项目：2017年江苏省教育信息化研究立项课题《基于PBL的高中信息技术学科微课资源开发与应用研究》阶段性成果之一。*课题项目：2017年江苏省教育信息化研究立项课题《基于PBL的高中信息技术学科微课资源开发与应用研究》阶段性成果之一。摘要信息技术的飞速发展引发了教学方式的变革，微课、慕课等一系列新生教育资源正在被应用于各个学科教学中，并取得了令人兴奋的成果。信息学奥林匹克竞赛作为五大类学科竞赛中的一员，由于其教学内容难度大，学生上课学习时间有限等因素限制，学科的发展很难达到令人满意的效果。本文在介绍慕课及信息学奥林匹克竞赛学科的基础上，对慕课有效应用于信息学奥赛的优势进行分析，结合本人在信息学奥赛培训过程中发现的一些困难提出针对性的策略建议，希望能够为广大信息学奥赛教练员进行竞赛辅导提供指导和借鉴。关键词慕课信息学奥林匹克竞赛一、引言在这样一个信息技术日新月异的时代，人们的生活方式、交流方式、践行方式、工作方式都在被技术所改变，网络的发展同时也改变了我们的学习方式。一种以网络技术为平台、依托移动通讯终端的慕课教学资源给我国的高等教育带来了革命性的影响，也给现有的教学方式带来了前所未有的冲击。在新的时代背景下，传统的课堂教学模式正在被新型的教学方式所替代。教师不再是学生知识的唯一来源，课堂也不再是学生获取知识的唯一场所。最具代表的中国大学慕课、在线学堂等平台免费向广大市民开放，人人都可以注册账号后选择自己需要的课程进行学习。二、相关概念界定1.慕课慕课（MassiveOpenOnlineCourse）的英文缩写，即大规模、免费开放的在线课程资源。从它的字面上不难理解，慕课具有以下几个特征：1.规模大，也就是说慕课不是单独的一个视频资源，也不是一个学科的视频资源，它集合了很多学科、不同层次、不同授课教师的课程资源；其次，慕课的授课对象也是大规模的，每们学科资源都可以有几万、几十万甚至没有上限的用户注册学习。2.开放性，慕课资源是对学习者免费开放的，比如中国大学慕课，在线学堂等，用户只需要注册一个账号后选课就可以观看视频进行学习了。3.在线学习，指慕课的学习依赖于网络，通过移动学习终端登录网站后才可以学习，在学习过程中可以与教师和同学进行交流讨论，学习结束后可以完成习题练习评测学习效果。4.Course指慕课所提供的是一门课程，它是相对完整的一门学科知识，不是零散的知识点。[1]2.信息学奥林匹克竞赛1984年邓小平在上海参观展览时看到两名学生在电脑上编写程序，提出：“计算机的普及要从娃娃做起。”同年，教育部和中国科协委托中国计算机学会举办了全国青少年计算机程序设计竞赛，这是全国青少年信息学奥林匹克竞赛(简称NOI)的前身。为了更进一步推动计算机的普及，1995年全国各省举办了首届全国青少年信息学（计算机）奥林匹克分区联赛（NationalOlympiadinInformaticsinProvinces，简称NOIP）。信息学奥林匹克竞赛的目的是推动计算机普及，培养学生的编程能力，让有能力的优秀学子在竞赛活动中得到提升和锻炼。2003年起，信息学与数学、物理、化学、生物合称为五大类学科奥林匹克竞赛，获得全国学科竞赛奖项或者省赛区奖项的学生可以参加高校的自主招生，在高考中享受加分政策。[2]信息学奥赛分为普及组和提高组两个组别，普及组是针对初中生的，提高组是针对高中生的，考试难度不同。2020年国家取消了原有的高校自主招生计划，实施了强基计划，信息学奥赛获奖可以参加综合测评，信息学奥赛的参赛对象也随之改变，取消了原有的普及组，保留提高组，初中生不再参加信息学奥赛，高中生可以参加。信息学奥林匹克竞赛程序还保留原有的初赛和复赛两个环节，初赛以笔试形式进行，主要考计算机的基础知识、计算机基本操作、程序设计的基本知识；复赛以上机编写程序形式进行，主要考数据结构、程序设计、算法处理等能力。信息学奥赛教学内容难度很大，只有少数学生适合学这门学科，中学生的学业压力大，学习时间紧张，留给信息学奥赛的时间也就很有限，因此只靠教师在有限的课堂时间讲授是很难学好的。三、慕课助力信息学奥林匹克竞赛教学的优势分析1.慕课拥有大量优质的视频教学资源2012年斯坦福大学、哈佛大学、麻省理工大学共同创建了edx(大规模开放在线课堂平台),因此2012年被称为“慕课元年”。2013年慕课在我国开始出现并迅速普及开来，受到广大学习者的一致好评。笔者选取了国内两个最具代表性的慕课平台，中国大学慕课和学堂在线，发现中国大学慕课上有451所高校参加慕课资源的建设，共有5157门课程，学科知识涉及计算机、理学、外语、经济学、管理学、医药卫生、文学文化、工学、艺术设计、心理学、法学、哲学、教育教学、历史、农业园艺等领域，同时还有升学择业方面的教程培训，如考研大纲、英语学习、四六级、雅思托福、毕业求职、名师专栏等。[3]学堂在线平台上也广泛涉及各种学科领域，如计算机、经管会计、社科法律、创业、健康中国、外语、微学位、先修课等。每类学科视频都由不同学校的专家教授亲自上课录制，视频的上传与发布都是由平台的工作人员严格审核评估的，所以视频资源的正确性和质量是有保障的。在计算机领域就有包括程序与算法设计、计算机基础、人工智能、软件工程、网络技术应用、计算机网络、数据库等一系列课程，为信息学奥赛提供了丰富的教学资源。2.慕课为随时随地的在线学习提供可能慕课是信息化时代发展的产物，它依托互联网技术，通过移动通信终端（如手机、Ipad、笔记本或者台式电脑等）连接网络，登录慕课平台，选择需要的课程就可以观看视频进行学习。这种学习方式不同于传统的线下学习，教师和学生需要在同一时间、同一地点才能进行。在线学习最大的优势就是摆脱了时间和空间的束缚，现在移动终端高度普及，无线网及移动数据流量全面覆盖，学习者可以根据自身的实际情况随时随地打开手机进行登录学习，有效地利用好碎片化的时间，比如在机场候车、在商场排队买票、在食堂排队打饭、睡觉前等时候，都可以把空闲的时间有效利用好来学习。3.不同层次的教学资源有助于个性化学习的开展学习者的知识准备阶段不同，所要学习的知识也就千差万别。为了适应学习者不同的需要，以中国大学慕课计算机程序设计学科为例，有最基础的程序设计视频教程，如西北工业大学魏瑛老师录制的《C++程序设计》、东北大学董晓梅老师的《面向对象程序设计（C++）》等，中等难度的有浙江大学陈越老师和何钦铭老师录制的《数据结构》，另外还有苏州大学、华中科技大学、西北大学等高校教师也录制了关于数据结构的课程资源。难度最高的要数算法与程序设计，其中最具代表的就是北京大学的郭炜老师录制的《程序设计与算法（一）》、《程序设计与算法（二）》、《程序设计与算法（三）》。程序设计的语言包括VB、Pascal、C语言、Python、C++、JAVA等，各种语言的视频教程都有，所以学生者可以根据自身的需求开展个性化的学习。4.在线交流与课后讨论有助于构建网络学习共同体网络学习共同体是指基于网络环境，学习者及助学者（包括在线助学教师、专家等）在一定的网际空间内基于一定的学习任务，通过会话、参与、协作、反思、问题解决等形式互相沟通、交流、分享学习资源，这种为完成学习任务而建立在线学习共同体被称为网络学习共同体[4][5]。慕课平台不仅提供可视化的视频教学资源，还设置了讨论专栏，每个讨论区还分设综合讨论区，老师答疑区以及课堂交流区，每位注册的学员选择课程后在线学习视频，遇到不懂的地方可以进讨论区与教师和同学交流讨论，有助于及时解决疑难问题，提高学习效果。信息学奥林匹克竞赛知识难度大，课后学习任务重，仅凭课上听老师讲，课后自己独自学习巩固很难达到理想的效果，通过构建网络学习共同体，形成一个为了共同目标而努力的积极的群体，大家互相交流、互相切磋、取长补短，形成头脑风暴，能够取得意想不到的效果。四、制约慕课有效应用于信息学奥林匹克竞赛教学中的因素分析虽然目前慕课平台在高校教学中已经取得了很好效果，但是在信息学奥林匹克竞赛学科中，受多种因素的影响，慕课的应用还远没有达到我们预期的目标，具体情况如下：1.针对中学生信息学奥赛的视频资源严重匮乏打开中国大学慕课和在线学堂平台，以“信息学奥赛”为关键词进行搜索，结果显示只有两个视频。细分信息学奥赛的学科知识，包括C++程序设计、数据结构、算法与程序设计这几大类，然后再分别进行搜索发现相关的视频有很多。打开相关视频进行学习，发现这些教学视频几乎都是针对高校学生，而针对中学生的程序设计视频很少。中学生对于抽象的数据、算法、数学逻辑等理解存在很大的难度，而大学生对于抽象事物的理解就容易多了。所以这些教学视频在讲授难度系数很大的数据结构（比如线性容器、树、图等）的时候速度很快，对于中学生难以理解的代码编写部分，视频里经常用一些伪代码来提供解题的算法思想，而没有明确给出可以在C++程序软件上运行的参考代码。中学生虽然看伪代码能理解解题思路，但是却很少有人能够编写出代码运行成功的。2.现有的教学资源没有形成完整的竞赛知识体系对于学生而言，如果没有掌握好本学科的知识体系，也就不清楚自己该学的内容，也不清楚这些内容学习的顺序，那学习效果就会事倍功半。慕课平台上提供的学习视频大多在6-10分钟左右，这些视频都是以碎片化的形式呈现，在同一课程中，这些课程由浅入深，环环相扣形成一个整体。比如在《C++程序设计中》课程中，视频包括了计算机基础知识、数据类型及运算、选择结构、循环结构、数组、函数、结构体等；在《数据结构》课程中有线性队列、栈、链表、向量、树、图、排序等；在《算法与程序设计》课程中依次讲解了穷举法、贪心法、回溯法、分治法、递推法和递归法等。虽然在同一课程中它们是相对完整有次序的，但是对于学信息学奥赛的中学生来说，这些课程是散列存在的，他们不知道要参加信息学奥赛要学哪些知识，按照什么顺序学。3.在线的教学模式无法有效监督学生的学习在线学习方式有利有弊，一方面，这种学习方式能够将碎片时间利用好，随时随地不受时空限制。另一方面，网络上新鲜的事物实在太多，各种软件还会自动推送弹出消息窗口，中学生对于网络的诱惑很难有强大的抵抗力。所以当家长把手机或者电脑交给孩子希望他们学习，但是效果并没有我们期望的好。现有的慕课平台只是提供视频资源，记录学习时间，但是对于学习过程很难进行监控，比如虽然视频播放了，但是学生到底有没有看，无法进行有效地监督，学习效果也就很难得到保障。4.课后教学任务难度系数大，学生完成率太低慕课自诞生之日起就受到广大学习者的青睐，但同时慕课视频教学内容难度大，过关率低也是其被学习者诟病的最大原因。美国宾夕法尼亚大学教育研究生院通过大数据统计，对100万慕课用户进行调查发现，只有4%的学生者完成了全部课程的学习。[6]如此低的通过率足以见证慕课课程的教学难度只有极少部分的人能够完成。笔者在近几年的信息学奥赛培训过程中会推荐学生在课后选择慕课上的课程进行学习，询问学生的学习情况，大多数学生反映老师讲课的思维太快，跟不上节奏，很多题目只讲了解题思路，没有给准确的答案，自己又写不出来，老师留的考核题目也很难完成。高难度的知识，低通过率等因素会在很大程度上挫伤学习者的积极性，严重影响学习效果。五、慕课有效应用于信息学奥赛教学的策略思考1.正确认知信息学奥林匹克竞赛的学科价值信息学奥林匹克竞赛是顺应时代发展的新生学科，课程主要通过C++程序设计软件编程解决问题。目的向青少年普及计算机科学知识，提高学生编程能力，为国家培养更多计算机领域的优秀人才。目前，编程已经在中小学普及开来，在高中阶段，信息学奥赛也是五大类学科奥赛中的一员，在信息学奥赛中获得奖项可以提高高考综合测评的成绩。由此可见，信息学奥赛具有非常重要的学科价值，编程能力也是在信息化时代背景下应该具备的基本技能。“认识决定行动”，所以家长和学生应该正确认识本学科的价值，认真对学习本学科的知识。2.构建完整的学科知识体系学习讲究“循序渐进”，要想学好一门学科，必须建立起完整的学科知识体系，否则东一榔头西一棒很难学好这门课，更难在竞赛中取得好成绩。笔者在多年信息学奥赛辅导过程中总结了信息学奥赛的知识体系（如图1）所示。知识体系的构建从学科整体设计入手，要求学生在掌握C++程序设计的基础上，学会不同解题的算法，掌握数据结构的相关知识。备考的过程一般分为以下四个阶段：一、日常常规训练阶段（比如在openjudge）平台上完成各个章节的习题。二、知识强化阶段，完成数据结构相关知识点的习题。三、重点专题解析，完成动态规划和图论及其应用的习题。四、精选试题解析阶段，完成算法与程序设计的习题（比如在洛谷）上完成复赛试题。图1信息学奥林匹克竞赛知识体系图3.开发适合中学生的慕课资源在学习认知方面，中学生逐渐形成抽象逻辑思维，在教学活动中已经能够根据实物的本质特征和内在联系进行恰当的判断和归纳演绎。有些学生还能根据掌握的信息进行分析判断，从而发现实物的内在联系。在情感和意志力方面，中学生自我调节和控制的能力不足，自律性不够，学习动机不强烈，专注力不持久。[7]针对以上学生的身心特点，慕课的制作应该适应中学生的身心发展特点，开发适应中学生信息学奥林匹克竞赛的视频资源。在抽象的数据结构和算法方面，讲解得更详细、更具体，对于中学生可能不理解的一些概念和知识不能一带而过，而应该细致讲解。同时，针对某一习题的讲解不能只提供解题的思路和伪代码，一定要提供具体的程序代码。课后的教学任务难度不宜太大，在上下节课之前应该提供答案让学生自己学习理解。4.设置合理的课后练习，建立完善的评价机制德国心理学家艾宾浩斯提出的遗忘曲线表明：遗忘是有规律的，遗忘的进程很快，并且先快后慢。学得的知识在一天后，如不抓紧复习,就只剩下原来的25%。随着时间的推移,遗忘的速度减慢，遗忘的数量也就减少。[8]因此，课堂学习结束后还应该布置课后练习加以巩固。另外，慕课平台还应该完善考核评价机制，主要包括诊断性评价、形成性评价和总结性评价，有效激发学生的学习动力，监督学生的学习过程，总结学习效果。六、研究小结教育要面向现代化、面向世界、面向未来，在信息技术和网络技术日新月异的时代背景下，移动互联网+时代的教学新形态已经成为时代发展必然