航天工程大学航天信息学院 李晋丽 张学波 王 琳

针对程序设计课程教学中，传统线下面授和线上MOOC授课存在学生主动性低的情况，分析虚拟实训平台的功能，总结使用虚拟实训平台的经验，构造基于虚拟实训平台的混合式课堂教学，研究虚拟实训平台在混合式课堂教学中发挥的优势。本文以Python语言为例，先介绍虚拟实训平台的功能、用途，并结合自身教学经验，提出结合虚拟实训平台的混合式课堂教学方式，分析虚拟实训平台在混合式课堂教学中发挥的作用，对未来程序设计课程教学方式提出展望。

1 传统授课方式的缺点

传统的线上课堂主要由教师借助多媒体工具在进行面授，学生往往只是被动地去听，为了提升学生注意力，教师会设置交流互动、随机提问、课堂测试等环节，这样确实提升了一些效果，但学生往往是被动地去参与，要想切实提高学习效果，最主要的是提高学生学习的主动性。此外，由于课堂时间有限，往往设置理论讲解多，实践学时少，造成重理论轻实践，不利于学生编程能力的提高。线上MOOC课程的优点是，学生可以自主选择学习，对没听懂的知识点，可以实时回放，并可以做知识点测试题目，保证在掌握本知识点的基础上再进行后续课程的学习。但MOOC课程很大依赖于学生学习的主动性，绝大部分学生学习主动性差，可能存在刷网课，抄同学作业完成测试的情况，学生的成绩缺乏公平性，难以反应掌握知识的真实情况；此外，由于缺乏与教员面对面交流的环境，学生在学习中遇到的问题时不能及时得到解决。

2 虚拟实训平台功能

2.1 虚拟实训平台介绍

虚拟实训平台是计算机类基础课程教学辅助平台，支持多种语言的程序自动评阅，具有丰富的题库资源，支持阶段性测试、考试模拟，能够方便教师教、促进学生学。平台提供教学资源、在线编程工具，支撑课程教学管理、学生管理、练习、通知公告、教学研究等需求，提供作业情况的数据可视化分析，可为计算机基础课程教学研究提供数据支撑。

2.2 利用虚拟平台建设丰富的在线题库

学习程序设计语言，实践是重要环节，在平台中既可以建设传统的选择题、判断题、选择填空题等，又可以通过Python虚拟环境，建设在线实践题目。以Python语言为例，Python123平台中的共享题库，提供了大量其他教师分享的实践题，尤其是嵩天老师提供的Python计算生态教学案例，贴近实际计算需求，可复制到个人题库中，再用于自建课程的教学中。

根据课程需求建设题库资源：

虚拟实训平台提供了共享题库资源，教师可从共享题库中选择题目；但不同课程需求不同，平台的题目缺乏个性化，难以满足所有课程需要。教师可根据个人课程需求自建题库，可根据涉及到的知识点进行分类，并设置题目的难易度。笔者在教学实践中，利用了平台中Python语言基础、图形绘制、文件与数据格式化等部分的共享程序设计题，为了更好地支撑课程教学，课程组自建题库（已自建84道），补充了面向对象、数据库等进阶及应用部分的习题，制定出适合自身课程教学的题库方案。自建题库知识点分布情况如表1所示。

表1 课程组自建Python语言程序设计题库知识点分布

建设题库经验总结：

使用虚拟在线实训平台，需要老师花费大量的时间设计并在平台中录入题目，尤其是实践性题目，需要教师设计多组测试用例。笔者在使用过程中，总结了以下经验，供广大教师借鉴：

一是题目描述要规范，要明确输入和输出，对于输出，若有标点符号，要在题目中有提示性信息，说明是中文还是英文，说明空格的数目等，以免浪费学生在输出格式上调试错误的时间。二是一定要有针对性地设计测试用例。为了避免学生抄袭，可以设计隐藏的用例；为了检查学生代码中的缺陷，要设计不同类型的测试用例。以面向对象程序设计实践为例，要考查学生对继承、方法、属性、方法重写、运算符重载、构造函数等多个知识点的内容，这就需要针对每个知识点都设计测试用例，来保证学生程序在每个知识点上都已实现。

3 构建基于虚拟实训平台的混合式课堂教学

3.1 基于虚拟实训平台“线上+线下”混合式课堂教学方式

通过结合在线虚拟实训平台，设置“线上+线下”边讲边练的混合式课堂教学方式，可以提升学生学习的积极主动性。虚拟实实训平台通过在线虚拟实验，结合质量评价机制，提升学生学习的积极主动性。边讲边练的学习方式，可以帮助学生及时理解和巩固所学知识，并从被动听变为主动做，提高学习兴趣。

结合虚拟实训平台，进行“线上+线下”、“边讲边练”的混合式课堂教学组织形式如下：教师选择在机房进行课堂讲授，以知识点为中心组织讲授内容，讲授过程中可以与学生互动交流，在某一知识点内容讲授完后，利用在线虚拟平台进行测试练习，教师可以实时查看学生的作答情况，及时发现学生存在的问题，并给予有针对性的辅导，帮助其赶上课堂进度。在练习的过程中，对于学生普遍存在的问题，统一辅导讲解。在保证90%的学生完成练习后，再进行总结，引入下一知识点内容的讲解和练习。

3.2 虚拟实训平台在混合式课堂教学中发挥的作用

第一，通过虚拟实训平台可以实时测试知识点掌握情况。在课堂教学中，教师可以通过提问的方式进行测试，但这种方式重点是查看知识点的理解情况，而缺乏学生动手练习实践，且只能提问个别学生，覆盖面小，不能掌握大部分学生的情况。通过虚拟实训平台，教师可以看到所有学生对知识点测试题目的作答情况，覆盖面广，尤其是可以跟踪进度落后的学生，适当给予帮助和辅导。

第二，通过虚拟实训平台可以全面了解学生对知识点的掌握情况。传统的“边讲边练”式教学，主要由学生在个人电脑中的开发环境中完成编程练习，教师通过机房中每个学生的显示器看其作答情况，这种方式不直观，教师不易阅读屏幕，且容易干扰学生的思路，且不能看到所有学生的作答情况。虚拟实训平台中，教师可以看到每个学生的程序，且数据分析可视化，可以直观地看到不同难易度题目的完成情况，教师实时地针对学生作答情况，进行知识点内容的补充讲解。

第三，通过虚拟实训平台可以形成量化的学生考核成绩，为学生的过程性考核成绩提供了依据，不仅大大减轻教师的批作业工作量，而且提高了学生的主动性。虚拟实训平台支持自动评阅代码，通过设置多组测试用例，指导学生纠正代码中的错误，增强学生自主分析解决问题的能力，有利于学生将被动学习变为主动学习。而教师也从繁重的阅读代码任务中解脱出来，可以有更多的时间用来备课和辅导学生。

第四，教师可以依托平台自行组织竞赛。平台提供了竞赛组织功能，教师可以从题库资源中，选取合适题目，组织小组竞赛、班级竞赛、全校竞赛等，提高学生学习的积极性。对于比较优秀的学员，可以推荐参加全国性或国际信息学竞赛。为了有效管理和激励竞赛团队，健全学科竞赛团队的管理机制，对参赛获奖学生视获奖级别给予精神和物质奖励。

第五，虚拟实训平台提供了相应的APP或公众号，可在手机上安装运行后登录访问，在手机上进行在线实践，提高了学生利用碎片化时间进行学习的便利性。

4 主要虚拟实训平台比较

虚拟在线实训平台通过在线测试方式激发了学生的学习主动性，有效地帮助教师掌握学生的学习情况，并减轻教师繁重的作业批改负担。目前，国内高校使用较多的Python虚拟在线实训平台有Python123、educoder、章鱼大数据实验训练平台等，但是各虚拟在线实训平台也存在不足，还需要进一步改进。

Python123平台的优点是支持二级等级考试模拟，有丰富的turtle图形绘制案例。缺点是：尽管平台内有丰富的共享题库资源，但题目分类较乱，教师不能快速地找到自己需要的资源；平台题库中缺乏网络编程、面向对象等应用方面的题目。

Educoder实训平台通过“闯关”的形式提高了学生的兴趣，且提供了代码查重功能，但是没有提供多维度的实训任务查看功能。教师可以查看每个实训任务的完成情况，但是没有所有学生完成任务的可视化数据，教师不能查看学生在本学期所有的实训完成情况。

章鱼大数据实验平台内置了丰富的课程和案例资源等，学生可根据实验内容，自主完成实验，提交实验报告。但平台的主要缺点是不支持自动评阅，教师主要通过抓取学生的屏幕、提交的实验报告，来查看学生的完成情况。

另外，各实训平台的考核评价机制亟待研究改进。目前，各平台对学生的评价，主要由学生完成作业的得分情况组成。由于学生有可能抄袭作业，显然这种评价机制缺乏公平性。Python123平台统计了学生的在线时长、完成当前题目的时间、评阅次数等信息，但是并没有将这些信息融入到学生的成绩评价中。