楊惠　陳明磊

關(guān)鍵詞：Scratch;圖形化編程;學習平臺;社區(qū)教育

中圖分類號：TP393 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1673-8454（2019）18-0087-05

一、引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，技術(shù)改變生活，可以預見到未來智能化的技術(shù)制品一定與人類的日常生活息息相關(guān)，學習計算機編程不僅有助于普通社區(qū)居民更好地了解技術(shù)、適應未來，也有利于開拓學習者的思維能力，因此在社區(qū)居民中推廣有關(guān)計算機編程的通識教育就顯得非常有意義。Scratch是美國麻省理工學院（MIT）于2007年5月開發(fā)出來的一款面向青少年的簡易編程工具，其圖像化編程、簡單易上手的特點使得Scratch非常適合用于編程的推廣教育。本研究希望設(shè)計出一個符合Scratch教學的遠程教育學習平臺，以Scratch為切入點，利用遠程教育的優(yōu)勢使更多的人了解接觸圖像化編程，讓對編程有興趣的普通社區(qū)居民不用因為枯燥的語法而放棄學習編程，使學習者在圖形化編程過程中逐步了解編程的邏輯和算法，從而讓更多人了解并喜歡上編程，以達到推廣計算機編程通識教育的目的。

二、平臺設(shè)計目標

平臺主要服務于社區(qū)居民，平臺建設(shè)目的主要是為社區(qū)居民提供一個智能化、個性化的學習環(huán)境，普及推廣計算機編程知識，因此平臺設(shè)計希望可以達到以下幾個目標：

1.用戶畫像精確化

社區(qū)居民學歷背景參差不齊、人員組成復雜，年齡從幼兒到老年，跨度非常大，平臺應該盡可能準確地對這些人群進行畫像，通過平臺了解用戶的個人特征、學習行為、興趣偏好，進而對這些用戶進行聚類分群，以便平臺為用戶提供更多個性化的服務，從而滿足不同層次人員的學習需求。

2.社會交互高效化

社區(qū)教育是一種基于興趣的松散教育活動，是社區(qū)居民基于興趣自主參與、不以獲取學歷或職業(yè)資格為目標的學習，其非強制性的特點導致學員缺乏重要的外在學習驅(qū)動力，自律性差的學員很難堅持持續(xù)的學習。社會建構(gòu)主義認為有效的學習環(huán)境應該促進學習者之間的社會性參與和互動[1]，為了增加平臺對學員的粘性，吸引學員持續(xù)不斷地通過平臺學習，平臺設(shè)計需要積極結(jié)合社交化工具，增強生生之間、師生之間的互動，同時發(fā)揮平臺的大數(shù)據(jù)能力，為學員推薦同類學伴，使同類別的學員之間發(fā)生高效的社會交互，幫助學員彼此找到認同感和歸屬感。

3.活動形式多樣化

活動理論認為，人類是作為與環(huán)境互動的一個特殊的要素而產(chǎn)生和存在的，所以活動（感覺的、心理的、身體的）和有意識的加工（學習）不可分割[2]。由此可見，活動對于學習至關(guān)重要，平臺設(shè)計應該支持開展各種形式的活動，活動類型上不僅僅支持線上的活動，還需要支持線下活動的開展，利用遠程教育的優(yōu)勢為線上和線下活動搭建橋梁，提升活動參與的便捷性和趣味性，活動形式上應該盡可能豐富多樣，比如知識競賽、作品評比、兩兩PK、課程闖關(guān)、線下活動線上召集令等，方便教師根據(jù)不同的學習內(nèi)容設(shè)計有針對性的學習活動。

4.激勵機制實時化

哈佛大學管理學教授詹姆斯認為：“如果沒有激勵，一個人的能力發(fā)揮不過20%-30%;如果施以激勵，一個人的能力則可以發(fā)揮到80%-90%?！盵3]激勵機制的實施有利于激發(fā)學員的學習動機，提升學員的學習成就感和滿足感。平臺為了加強激勵對學員的正強化作用，以積分系統(tǒng)和等級系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合積分商城，讓學員隨時隨地可以兌換學習積分為獎品，實時對學員的學習行為給予激勵，提高學員的學習積極性。研究表明比較是激發(fā)動機的一個重要因素[4]，等級系統(tǒng)的引入就是讓學員知道自己和其他學員的等級，起到比較的作用，從而進一步激發(fā)學員的學習動機。

5.學習終端靈活化

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，移動端的訪問需求不斷增加，平臺不僅要考慮PC端的設(shè)計，同時也要考慮Pad端、手機端的設(shè)計，尤其目前微信應用如此普及，平臺怎么結(jié)合微信做更多的定制開發(fā)都是要考慮的。本研究結(jié)合樂幸編程平臺，通過引入前后端分離技術(shù)，前端通過AJAX技術(shù)異步請求后端資源，后端通過JSON返回響應數(shù)據(jù)交由前端處理數(shù)據(jù)邏輯，使得業(yè)務、數(shù)據(jù)解耦，既能夠支持多終端統(tǒng)一展現(xiàn)，也能夠根據(jù)用戶特征及終端屏幕大小進行數(shù)據(jù)的個性化展示，從而滿足學員多樣化個性化的學習訴求。

6.實際操作同步化

Scratch編程是一門實踐性很強的課程，平臺除了提供Scratch的理論教學外，還需要為學員提供同步的實際操練場所，方便學員隨時隨地通過練習鞏固課程內(nèi)容。為了使學員可以更好地進行操作練習，平臺設(shè)計需要支持教師為學員搭建學習“腳手架”，比如教師可以根據(jù)不同學習程度的學員推送不同的教程，設(shè)置教程是否強制觀看，使部分學員在操作前先觀看教程，以獲得更高的練習效率，從而達到事半功倍的效果。

三、平臺總體架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

1.總體架構(gòu)

基于平臺的設(shè)計目標和業(yè)務特點，結(jié)合當前IT互聯(lián)網(wǎng)業(yè)界的先進做法，本研究決定采用面向服務的體系架構(gòu)（Service Oriented Architecture，簡稱SOA）進行平臺的設(shè)計與開發(fā)。面向服務的體系架構(gòu)是一個組件模型，它將不同的功能單元（每個單元可以理解為一個服務）通過定義良好的契約和接口聯(lián)系起來，比如在此系統(tǒng)中，可以拆分為用戶中心、推薦中心、活動中心、課程中心等，這些服務通過一種統(tǒng)一的方式進行通信和數(shù)據(jù)交換。SOA架構(gòu)可以包容、整合各種應用和服務所采用的不同的技術(shù)平臺、技術(shù)路線，具有良好的擴展性。

如圖1所示，SOA體系架構(gòu)自頂向下設(shè)計為5層，服務的調(diào)用原則是請求自頂向下處理，下層服務不可調(diào)用上層服務，具體介紹如下：

第一層：用戶層，針對C端用戶和運營人員，包括PC Web、手機H5移動站、移動App、微信小程序等不同的展現(xiàn)方式。

第二層：接入層，外部流量入口，可以包括C端用戶流量、B端用戶流量、運營端流量等。本層的主要職責包括安全防護（非法流量的攔截，例如DDOS攻擊）、流量轉(zhuǎn)發(fā)（例如Web端與移動端流量的互轉(zhuǎn)等）、負載均衡、域名解析與加速等。

第三層：服務組合層，接入外部請求，進行各種校驗，比如權(quán)限認證、鑒權(quán)、限流、黑白名單、版本控制、安全審計等，然后向下調(diào)用各種下游服務，推動處理流程的流轉(zhuǎn)，同時還能夠封裝內(nèi)外部其他多個服務，按照業(yè)務單元進行數(shù)據(jù)組裝，提供粗粒度的對外接口。

第四層：業(yè)務服務層，完成業(yè)務人員可理解的業(yè)務動作，比如積分商城的兌換規(guī)則制定、商品上架、訂單審核等粗粒度的業(yè)務操作。

第五層：基礎(chǔ)服務層，和具體業(yè)務無關(guān)，如數(shù)據(jù)庫服務、緩存服務、消息中間件、日志處理、大數(shù)據(jù)的清洗與篩選、圖片服務存取等。

本研究最終落地的系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。整個系統(tǒng)搭建以服務為單位，通過開放標準、明確定義的接口調(diào)用其他服務或者對外提供服務，方便系統(tǒng)已有的服務可被復用，比如用戶中心不僅僅可以服務Scratch的學習平臺，也可以服務其他遠程教育的學習平臺，從而降低開發(fā)成本;無狀態(tài)的服務設(shè)計使得系統(tǒng)具有高內(nèi)聚低耦合的特點，一方面可以讓每個服務只專注自己的業(yè)務邏輯，進而提高開發(fā)效率，另一方面方便系統(tǒng)水平擴展服務，以滿足社區(qū)教育教育對象、教育內(nèi)容靈活多變的需求。

2.關(guān)鍵技術(shù)

為了滿足上述的平臺架構(gòu)，本文選擇Spring Cloud作為開發(fā)框架，它集成和組合了許多輕量級的組件，可以為面向服務的體系架構(gòu)提供一整套完整的解決方案，包括服務的注冊和發(fā)現(xiàn)、服務的消費和保護、分布式配置管理等[6]。平臺的服務組合層封裝了業(yè)務服務層的多個服務，這使得外部的調(diào)用變得更加簡單，但對于服務組合層本身來說，如果使用傳統(tǒng)的服務封裝辦法，業(yè)務服務層新增服務或者已有服務增加新方法都需要針對服務組合層做相應的開發(fā)，從而增加系統(tǒng)后期的維護成本，Spring Cloud中的Zuul可以很好地解決這個問題（如圖3所示）。Zuul作為平臺的服務網(wǎng)關(guān)，自身也是一個微服務，跟其他服務如用戶中心服務、課程服務、積分商城服務等一樣，都需要注冊在Spring Cloud的Eureka服務端上，服務之間通過監(jiān)聽機制可以相互發(fā)現(xiàn)，Zuul通過配置路由規(guī)則將外部請求自動轉(zhuǎn)發(fā)到指定的業(yè)務服務層的服務上，Zuul的過濾器（ZuulFilter）用來處理公用的服務如權(quán)限校驗、爬蟲檢測、安全審計等，這樣業(yè)務服務層即便新增了服務，Zuul層也基本不需要修改。平臺以服務為單位進行設(shè)計與開發(fā)，服務之間的封裝、調(diào)用、整合便利性是選擇開發(fā)技術(shù)時重點要考慮的，Spring Cloud開發(fā)框架不僅可以讓平臺服務之間的調(diào)用變得更容易，其龐大的組件功能、便利的配置方案，也讓平臺開發(fā)效率得到極大地提高。

四、平臺核心功能模塊

社區(qū)教育對比傳統(tǒng)的學校教育，學習方式?jīng)]有硬性的規(guī)定，社區(qū)居民想怎么學就怎么學，學習方式可謂五花八門，平臺需要能支持多種學習方式，例如項目式學習、團隊合作式學習、探究式學習等，為了滿足這些需求，平臺針對互動和活動模塊做了比較多的設(shè)計;另外考慮到Scratch實操性強的特點，平臺針對實操模塊本土化改造的同時還設(shè)計了很多輔助功能，以幫助學員更好地完成實操練習。本文只介紹平臺的核心功能模塊以及平臺3類角色（管理員、教師和學員）對這些功能模塊的操作權(quán)限。

1.智能中心

智能中心包括學伴推薦和資源推薦，可以為學習者推薦同伴和感興趣的資源（見圖4）。學伴推薦指的是平臺通過聚類分析方法，對平臺的學員信息進行分析，挖掘出具有共同特點的人群，并對學員推薦與其有共同特點的人員，由學員決定是否關(guān)注系統(tǒng)推薦的人選。本研究采用的是K均值聚類法，選定分析的學員信息包括性別、年齡、文化程度、職業(yè)、地區(qū)、單位名稱、興趣愛好、政治面貌、民族。

資源推薦指的是平臺通過基于內(nèi)容的推薦和協(xié)同過濾推薦的組合算法為學員推薦適合的學習和活動資源。算法的組合思路是先用基于內(nèi)容的推薦算法產(chǎn)生一種粗糙的推薦結(jié)果，再用基于協(xié)同過濾的推薦算法在上述推薦結(jié)果的基礎(chǔ)上進一步做出更精確的推薦。

2.互動中心

互動中心包括論壇中心、問答中心、直播中心和評價中心，方便學員進行探究式、團隊合作式的學習。

論壇中心包括學習圈和課程論壇，是學習者用于交流話題和課程的空間，學習圈指的是基于同樣的興趣組成的學習小組，課程論壇指的是針對課程的論壇。管理員通過該模塊管理學習圈的話題、論壇的帖子，刪除不合法的話題或帖子。教師通過該模塊管理所教授課程的論壇，發(fā)起主帖、回復學員帖子，分享課程資料等;新增學習圈或加入已有的學習圈，管理學習圈的話題和成員等。學員通過該模塊發(fā)起主帖、回復其他學員或教師的帖子;新建學習圈或加入已有學習圈，分享學習資料，與教師或其他學員互動等。

問答中心用于發(fā)布平臺的一些常見問題，方便學員搜索查看。管理員通過該模塊增刪改問答分類，方便管理問題;增刪改學員發(fā)布的問題，為問題添加標簽;添加學員問題或發(fā)布新問題及解答至問題庫;配置問答中心生成用戶手冊、常見問題、軟件下載等技術(shù)支持文檔。教師通過該模塊回答學員問題，為問題添加標簽;添加學員問題或發(fā)布新問題及解答至問題庫。學員通過該模塊發(fā)布問題，回答其他學員的問題，為問題添加標簽。

直播中心用于開展直播課堂，教師和學員通過該模塊可以實現(xiàn)實時的視頻、語音、文字的交流互動。管理員通過該模塊對教師的在線直播課堂申請情況進行審核，確定該時段內(nèi)平臺有足夠的服務器、網(wǎng)絡(luò)帶寬資源支持，保證直播課堂的通訊質(zhì)量。教師通過該模塊申請開設(shè)、正式開展或關(guān)閉直播課堂，審核參加直播課堂的學員列表。學員通過該模塊申請參加直播課堂，審核通過的學員可以正式參加直播課堂。

評價中心通過發(fā)起投票表決、問卷調(diào)查、課程評價等互動形式及時獲得用戶的反饋。管理員通過該模塊可以針對課程、教師或平臺功能發(fā)起投票表決、問卷調(diào)查，投票表決、問卷調(diào)查可以只面向某一特定群體開放，也可以面向所有用戶開放;針對課程增刪改評價維度和評價等級。教師通過該模塊針對課程、某一問題或事件發(fā)起投票表決、問卷調(diào)查，投票表決、問卷調(diào)查可以只面向某一特定群體開放，也可以面向所有用戶開放;針對課程增刪改評價維度和評價等級。學員通過該模塊參與投票表決、問卷調(diào)查和課程評價。

3.活動中心

活動中心用于開展各種形式的活動，增強學員對平臺的粘性，幫助學員更好地完成學習目標，活動形式包括作品評比、知識競賽、兩兩PK、闖關(guān)、線下活動報名等。管理員通過該模塊管理活動模板，為不同形式的活動綁定不同的模板。教師通過該模塊設(shè)置活動信息，綁定活動模板;管理知識競賽、PK賽、闖關(guān)試題庫;設(shè)置闖關(guān)的關(guān)卡數(shù);設(shè)置活動報名表單，審核學員報名信息等。學員通過該模塊上傳作品、投票作品、參加競賽、發(fā)起PK、闖關(guān)、報名線下活動等。

4.用戶中心

用戶中心主要包括風采區(qū)、活動區(qū)、成果區(qū)3大模塊，風采區(qū)包括用戶身份、用戶等級、用戶積分、筆記數(shù)、關(guān)注數(shù)、粉絲數(shù)，活動區(qū)包括我的課程、我的小組、我的活動、我的作品、我的問題、我的建議，成果區(qū)包括個人積分、我的證書、我的統(tǒng)計。

風采區(qū)主要用于展示用戶在平臺的等級及威望，方便學員查找到平臺的意見領(lǐng)袖，幫助學員篩選所要關(guān)注的人。用戶身份分為教師和學員，教師等級分為初級、中級、高級、特級，學員等級分為小學生、中學生、大學生、研究生、博士生。

活動區(qū)主要是記錄用戶參與的平臺學習、互動、活動等。教師活動區(qū)主要顯示教師所負責的課程、小組、活動列表，查看學員的課程反饋、小組話題、活動作品，回答學員問題、評論學員作品等。學員活動區(qū)主要顯示學員所參與的課程、小組、活動列表，發(fā)布的問題、建議列表，查看教師和其他學員的問題解答、作品評論等。

成果區(qū)主要是對用戶在平臺學習或教學的成果進行總結(jié)歸納，用積分兌換獎品的方式激勵用戶使用平臺。管理員通過積分模塊設(shè)置各個積分項的分值、積分分值對應的獎品、積分項的啟用狀態(tài)，積分項包括注冊、每日簽到、添加課程、收藏課程、撰寫評論、觀看課程、參加活動、上傳作品、填寫問卷、發(fā)布建議等;學員和教師通過該模塊可以查看積分的獲取明細，用積分兌換獎品等。管理員和教師通過證書模塊設(shè)置證書的模板、獲取規(guī)則;學員通過該模塊查看并打印證書。管理員通過統(tǒng)計模塊設(shè)置允許教師和學員查看的統(tǒng)計項目;教師通過該模塊查看所授課程的學員學習情況，個人發(fā)布資源、學習圈、活動、評論情況;學員通過該模塊查看個人的學習情況，包括登錄時間、登錄時長、登錄次數(shù)、瀏覽資源次數(shù)、瀏覽資源時間、搜索資源次數(shù)、搜索時間、參與小組數(shù)、參與活動數(shù)、參與課程數(shù)、獲得證書數(shù)、帖子數(shù)、話題數(shù)、積分排名等。

5.課程中心

課程中心用于展示平臺的課程內(nèi)容，既可以按課程分類展示，也可以按班級展示，學員可以通過課程分類或者班級的知識地圖瀏覽具體的課程，教師可以通過設(shè)置知識地圖開展基于項目的教學。管理員通過該模塊設(shè)置課程分類;批量導入課程信息，課程信息包括課程分類、課程名稱、課程介紹、課程學時、課程價格、課程是否上線等;設(shè)置課程老師，綁定課程的課件信息等。教師通過該模塊設(shè)置班級名稱、知識地圖，知識地圖是由各個知識點以及知識點之間的順序關(guān)系組成;綁定知識點對應的課程信息。學生通過該模塊查找并觀看課程，記錄課程筆記，查找他人課程筆記等。

6.實操中心

實操中心整合了Scratch 3.0開源軟件，并對其進行本土化改造，用于學員創(chuàng)作并可通過微信分享Scratch作品。管理員通過該模塊配置選擇需要顯示在實操中心的菜單項，菜單內(nèi)容包括Scratch教程、問答中心、作品中心、活動中心、意見反饋等。教師通過該模塊發(fā)布教程和范例，查看并點評學員作品等。學員通過該模塊實際編程，并最終發(fā)布H5作品;通過作品名稱或發(fā)布者搜索查看、評論其他人的作品。

五、結(jié)束語

本文以簡單易上手的圖形化編程工具Scratch為切入點，在詳細分析社區(qū)教育學習者編程學習平臺需求的基礎(chǔ)上，圍繞Scratch實操性強的特點，設(shè)計適合社區(qū)居民學習Scratch的遠程教育學習平臺“樂幸編程平臺”。系統(tǒng)的實現(xiàn)為在社區(qū)居民中推廣有關(guān)編程的通識教育起到推動作用，也為實踐性課程教學的遠程教育學習平臺的設(shè)計提供一定的指導作用和借鑒意義，平臺智能化推薦的設(shè)計為大數(shù)據(jù)技術(shù)在其他學習平臺的應用提供一定的參考價值。目前平臺已經(jīng)實現(xiàn)了文章所述的所有功能，并已投入使用，后期隨著用戶數(shù)量的不斷增加，希望能從學習者學習風格、學習行為、學習效果等角度做更多的應用研究，多維度對社區(qū)學習者進行畫像，不斷優(yōu)化平臺的智能推薦算法，從而為社區(qū)教育的教育內(nèi)容、教育活動設(shè)計提供更多的數(shù)據(jù)參考。

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（編輯：魯利瑞）