自适应学习在计算机专业课程教学实践浅析

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了自适应学习在计算机专业课程教学实践浅析范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

【摘要】自适应学习是一种教育科技手段，它通过自适应学习工具为每位学生单独提供相应的帮助，在现实中与学生产生实时互动。但是在实际教学过程中，要借助现有的自适应学习系统实施个性化教学往往面临经费不足、教学设计困难、教学过程复杂等一系列问题。鉴于此，本文借助现有的在线学习工具，将自适应学习的教学理念应用于微机原理与接口技术课程，搜集学生学习数据，统计分析数据，调整课程设计，提升课程教学的针对性和教学效果，改善学生学习过程与体验，为计算机专业课程教学提供新的教学思路与方法。

【关键词】自适应学习；专业课程教学；个性化教学；在线学习工具

一、概述

自适应学习，是一种运用计算机作为互动教学设备，通过学生对题目、任务和经验的反馈数据分析并获知其学习需求，据此推送相应的学习资源，以改善教材和教学方式，推进教师个性化教学，提升学生学习体验。它涉及计算机科学、教育、心理学及脑科学等多个研究领域。国外自适应学习行业，规模最大的企业是总部位于纽约的Knewton，该公司研制的自适应教学平台早在2011年就投入使用。倍生Person、麦格尔-希尔利McGrawHill等教育出版集团也不断研发自适应学习软件。国内新东方也在2014年引入了K-12自适应学习。自适应学习在国外发展迅速，而在国内由于受教育观念的限制，目前仍处于发展阶段。随着网络技术和人工智能进一步发展，现有的基于自适应学习的教学主要具备如下特征。

1.以个体化、人性化为核心特征。对个别学生来说，他的学习过程完全是个性化，包含学习的进程，探索知识空间的路径，学习过程中所得到的反馈信息等。自适应学程中，学生对学习环境中的提示和反馈进行自我评估和自主选择，而不是由学习环境来控制学习过程。

2.基于知识资源（包含文本、图像、声音、视频等）的学习。自适应学习根据个体学习者的需求和情况进行学习资源的不同组合，学习材料不是固定不变的。

3.教师辅助学习为主要过程。教师可以借助自适应学习组织、制订学习计划，并且督促学生整个学习过程。教师只是学习的指导者、建议者，而不是学习过程的主宰者，其主要工作是规划教学目标、指导教学以及创设维护学习环境。

4.学生自主学习为重要环节。学生主要通过在自适应学习环境中的主动探索和交互来形成自己的学习方案，而不是仅仅通过教师的讲授进行被动学习。学生自主学习，不仅要学会所学的知识，而且要掌握学习的方法，强调知识的使用能力及与他人协作的能力。

5.学习过程需要多方面快速的反馈。虽然自适应学习是一种自主的、个性化的学习，但它不是一种完全隔离孤立的学习，它需要学习环境中有组织良好的反馈系统，以帮助学生自主决策。除了自身的测试练习的反馈，还包含指导教师和学习同伴之间的反馈。此外，学生之间的交流与讨论是必不可少的，这能够让学生从不同角度认识所学的知识，丰富自己的认知结构，并且相互之间的协作，对学习的情感、态度等方面也有良好的促进作用。

6.数字化科技以及智能科技的支持。自适应学习对学习环境的要求可归纳为：丰富的媒体表现形式、良好的适应性、高效的反馈系统、便捷快速的通信，这必然要求在学习环境中广泛应用多媒体、人工智能、网络通信等技术手段。自适应学习支持教师设计自适应课程，每门课程都由若干个任务组件构成，每个任务组件类包含一定数量的题目，并且以不同方式为学生提供不同的学习路径。自适应学习的教学通常包括四种不同的方法。（1）宏观水平上改变教学。允许不同的教学目标、课程内容难度和传递系统等等。（2）动态调整具体的教学过程和策略。这种方法要求确定与学生最相关的学生特征（或者能力倾向），并且为具备此特征的学生选择最能促进其学习过程的教学策略。（3）微观水平上改进教学。在教学过程中动态诊断学生特定的学习需要，为不同需要的学生提供不同的学习过程。（4）基于特定教学法开发的可适应系统。应用这些系统中自带的教学方法包括建构主义、动机理论、社会学习理论和元认知等。

二、自适应学习的教学应用于计算机专业课程的优势与不足

目前，自适应学习的教学已经逐步在大学课程中应用，其优势主要体现在如下三方面。

1.提升教学的针对性和效率。计算机专业课程的传统教学模式，是对学习同一课堂的学生按照统一的内容和进度授课。而每个学生的基础水平、理解能力、接受能力等各不相同，学生对授课内容的感受也不尽相同，传统的教学过程往往缺乏针对性。自适应学习的引入可以很好地解决这一问题，它通过数据分析技术清楚地掌握每个学生的学习进度，并随着学生的学习掌握情况向学生提供相应水平的学习材料，同时给出较为科学的学习指导策略。特别地，当数据分析结果发现学生对提供的学习资源难以掌握时，会及时调整教学策略调整并提供针对性的指导，帮助学生更好地掌握知识，从而保证学习质量和效率。

2.改善学生学习的感受和体验。计算机专业学生长期处在先进思想和技术应用的前沿，思想活跃并喜爱新鲜事物，但是传统的教学模式过于刻板枯燥，无法满足学生的个性化需求，学生的学习感受和体验不佳，甚至对学习丧失兴趣。自适应学习的教学以提升学生学习兴趣、改善学习体验为目标，依托先进的信息技术，通过数据分析挖掘学生的兴趣点和薄弱点，有针对性地提供教学内容和方法，形成每个大学生独一无二的教育体系。大学生完成既定学习内容后，还可通过自适应学习的教学的随学随检功能，清晰地看到自己的成绩和进步，对自己已经完成的学习任务一目了然，并确定接下来学习的新内容。整个学习过程，学生能够获得极大的满足感和自信心，从而提升学生学习的兴趣和积极性。

3.为可持续改进的专业课程教育提供支持。随着大数据技术的发展以及对学生学习过程数据的充分挖掘，由此根据学生的学习情况更新教学目标，形成更加完善专业课程教学体系。进一步地，通过对多门专业课程的相关性和连续性信息的挖掘，还可以进一步构建更为完整的专业课程自适应教学平台，提供相应的学习资源和指导服务，满足学生的多元化学习目标，突破传统的固定步调的集体教学，开发的适应性教学为今后专业课程教育可持续改进提供支持。尽管自适应学习的教学优势明显，但是课程教学要购买已开发的自适应学习系统实施个性化教学仍然面临经费不足、教学操作困难、教学过程复杂等一系列问题。而自行开发自适应学习系统，耗费时间和精力，一旦课程教学目标变化，必须进行再开发。故本研究提出针对课程特点融入自适应教学的精髓，借助现有的在线教学软件，例如学习通、雨课堂等，合理利用其提供的多媒体、人工智能、网络通信等功能支持，设计自适应学习的教学方案。这既节省了自行购买和研发自适应学习系统的高额成本，又能结合专业课程特点和更新变化趋势，在保证传统课程教学课程目标和课程有限时间的约束下，为专业课程教师提供更有针对性，更为实际可行，易于操作且可持续改进的自适应学习的教学设计方案。

三、自适应学习的教学在微机与接口技术课程中的应用

微机原理与接口技术是计算机专业的一门专业基础课，本研究以此课程作为实践对象，从课程目标和课程内容出发进行自适应学习的教学设计。通过本课程的学习，学生应当达到的教学目标包括：（1）完成本课程所有实验，掌握一种软硬件紧密结合的实验性微机应用开发平台及开发方法。在验证和完善实验项目的过程中，通过汇编程序的编辑、调试、运行以及电路的设计和连接，理解实验平台、开发环境和编程工具的适用性。（2）通过验证类和提高类实验获得微机与接口技术理论课中原理性内容的感性体验，进一步掌握微机系统内主要接口电路的类型、作用、内部编程结构及外部引脚功能，能够理解和掌握基本功能要求下微机硬件核与典型接口单元的简单电路连接方法和编程要点。通过设计类实验，能够针对特定功能要求，选择适当的接口器件并设计微机硬件核与多个接口单元的应用电路和应用程序，完成相关的软/硬件调试。（3）能够理解微机系统最底层软件对硬件的操控原理，计算机硬件与软件交汇点的具体构成形态及交互方式方法。了解微机系统中存在的冲突和制约因素，在分析和比较不同的实验方案后，能够采用适当的软硬件设计解决一般的冲突。面向微机与接口技术课程的自适应学习的教学设计思路是依据课程目标，通过丰富的媒体表现形式、良好的个人适应性、敏感的反馈系统、便捷快速的通信等技术手段，帮助学生能够在学习过程中动态及时地完成自我评价，同时教师根据评价结果制订有针对性的学习计划，并且帮助学习者完成整个学习过程。具体的设计过程包括面向知识的自适应内容和面向学生的自适应序列两个方面。

1.面向知识的自适应教学内容。自适应教学内容通过对应现行的课程大纲和标准将学习材料颗粒化，将传统学习内容重新设计制成颗粒度较小的具体知识能力要求，设计教学环节和互动学习材料，将测评题目嵌入学习材料中，以提供阶段性支持与评测，并且依据对学生评测的具体反馈信息，为每个学生持续提供独有的学习内容。表1是依据课程目标进一步划分的具体知识能力要求，进而设计采用的自适应学习的教学环节，每位教师依据收集的数据评测结果规划学习过程。以定时器和计数器实验为例，教学内容包括学习实践8254的工作方式及典型应用电路的连接方法和编程方法，掌握8254实现计数器、定时器、电子发声、键盘发声功能的软/硬件设计方法。为了支持阶段性评测，设计了4个基本实验（包括计数器实验、定时器实验、电子发声实验、键盘发声实验）、2个综合实验和2个创新实验。学生在4个基本实验完成之后，再进入综合实验与创新实验环节，每个实验均设置预习和测试题。

2.面向学生的自适应序列。自适应序列通常有三个步骤，首先使用在线教学软件收集学生学习数据，然后分析学习数据，最后调整学生学习的内容。收集数据需要考虑：收集和使用什么类型的数据，捕获什么级别难度和粒度的知识，是否考虑了学生以前的表现。本课程按照教学内容，收集学生课前、课中以及课后学习情况数据。表2是为每位学生上机实验阶段“定时器和计算器应用实验”设计的表格，涉及课前表现“预习”，课中表现“实验态度”“实验操作”“设备使用”，以及课后表现“实验总结”。其中，预习环节的数据收集示例如表3所示。分析数据需要考虑：如何分析学生的绩效数据？衡量下一步学习可以选择哪些指标？如何选择学生接下来将使用的特定内容？本课程参照计算机专业认证要求，引入知识点达成度进行计算与分析，如式（1-1）所示，由课前、课中以及课后三个环节成绩加权求和得到。表4是某位学生某项知识点达成度分析样例。(1-1)其中，Wi.j,k为支撑权重，Fi.j,k,m各考核项占知识点达成度的比例，Sk,m样本学生的得分率。利用在线学习软件收集并分析信息后，教师会调整学生学习内容，主要考虑如下问题：内容提供形式，内容提供数量，内容之间的设计关系。一般来说，有两种方式：必做内容与可选内容，如表4中“继续学习途径”是必做内容，“其他可用的协助持续改进的资源”是可选内容。微机原理与接口技术课程引入“自适应学习”后，教师根据在线学习工具提供的学习数据继续分析每个学生的知识薄弱环节，并即时调整学习进度与学习内容，为每位学生提供个性化教学。同时，引导学生进入最适合的下一步学习内容和活动，自动调整学生学习内容的难易程度。总的来说，自适应学习在微机原理与接口技术课程的应用主要解决了如下三方面问题：（1）全面评估知识点掌握情况，实时进行查漏补缺。全方位收录课程相关学习资料，根据考纲要求进行知识点切片，根据学生的学习情况，精细化自动推送知识点相关学习任务。（2）基于学生学习数据，综合分析错误原因。利用在线学习工具实时采集学生学习数据，除了测试分数，还包括错误的分析、诊断与学习建议。当学生出现错误时，直接追根到对应知识点，让学生清楚地知道自己的错误原因和知识盲区，建议相关学习内容，直至学生掌握。（3）个性化推送相关学习内容，实时调整教学策略。根据学生知识测试的结果会自动推送匹配的学习内容，在线学习工具实时记录的学生学习数据，有助于实时调整教学策略，加快教学进度或者降低教学难度，推荐不同类型的教学内容。

四、总结

在传统的计算机专业课程教学中，学生通常是以一种被动执行的方式完成学习过程，学生在完成教师布置的全部任务后就潜意识地认为学习进程已结束。可是这个过程并没有体现出学生的自我能动性和对自我的评价与守善。本研究提出自适应学习的教学应用于微机原理与接口技术课程教学，教师借助在线学习软件帮助学生能够在学习过程中动态及时地完成自我评价，同时根据评价结果制订有针对性的学习计划，并且帮助学生完成整个学习过程。实践发现，既推进了学生个性化学习，改善了教学质量，又提高了学生的学习感受和体验。这是自适应学习的教学在计算机专业课程的初步实践，还需要基于人工智能模型与算法进一步完善，结合课程特点，开发更完善的教学方案进行数据分析与预测，编排教学内容与设计教学任务，真正实现大学教育的目的，帮助学生在大学专业课程学习过程中体验和发展“生而为人”最重要的品质和才能：创造能力、解决问题的能力、沟通协作能力。

作者:李可 梁慧颖 李颖 叶佳 何蓉 杨燕 单位:西南交通大学