基于翻转课堂的C语言教学资源信息整合方法.pdf

第 44 卷第 3 期2023 年 6 月喀什大学学报Journal of Kashi UniversityVol.44 No.3Jun.2023基于翻转课堂的C语言教学资源信息整合方法武彬(巢湖学院 计算机与人工智能学院，安徽 巢湖 238000)摘要：基于翻转课堂的 C 语言教学资源信息整合方法，使教学资源配置均衡，便于教师在 C 语言教学前、中、后教学资源的管理与应用.利用翻转课堂构建 C 语言教学资源信息整合体系，资源信息层用于接收由翻转课堂产生并上传的C语言原始和新增教学资源信息，信息资源整合层采用自适应滑动窗口互信息方法提取信息资源层教学资源信息的特征向量，以此为依据，在满足 C 语言教学资源整合约束关系前提下，以整合后的 C 语言教学资源信息利用率最大化为目标，用概率整合方法对 C 语言教学资源信息进行均衡整合，并将整合结果通过资源应用层呈现给教师、学生及管理者使用.结果表明，该方法在窗口宽度为 200 字节时的信息特征提取效率最佳，整合后的 C 语言教学资源信息没有重复建设，且具有较好的均衡性和召回性.关键词：翻转课堂；C语言；教学资源；信息整合；概率整合方法；滑动窗口中图分类号：TP311.13文献标志码：A文章编号：2096-2134（2023）03-0072-050引言C 语言教学是计算机教学的基础课程，C 语言的教学可让学习者掌握程序编程的技术1.随着 C 语言教育改革的推进，在教学资源配置方面得到进一步的调整和优化2-3，但是，在教学资源整合时也存在一些问题，如教学信息整合后出现教学资源配置不均、重复建设及资源信息管理不当等问题4-6.因此，研究 C 语言教学资源信息整合具有重要意义.许多学者对教学资源信息整合展开了研究.吴青霞等人7，构建了信息整合的射频标签识别模型，利用语义相似度提取教学资源信息特征，通过文献计量共引分析方法对教学资源信息进行整合.但该方法应用后教学资源信息整合不均衡，在配置时出现重复建设，无法快速管理和使用教学资源信息.李世豪8通过聚类碎片信息整合算法，对信息资源展开初级整合，在终端区加入自适应整合算法，对初级整合的信息展开教学资源信息自适应关联整合.该方法的资源整合主要用于跨区间的资源信息整合，不适用于单一区间的资源信息整合，在单一区间的资源信息整合时间长，具有局限性.翻转课堂是让学生在课前观看教师视频，自主地展开学习，教师不在课堂讲授知识，而是与学生展开教学互动，达到更优的教学效果.因此,本文提出翻转课堂 C语言教学资源信息整合方法，整合后 C 语言教学信息分配均衡，提高了 C 语言教学资源的利用率，有利于 C 语言教学资源的建设.1C 语言教学资源信息整合体系C 语言教学资源信息整合是根据新增的 C 语言教学资源信息与历史信息进行整合，更新 C 语言教学信息资收稿日期：2023-02-07基金项目：巢湖学院教研重点项目“基于SPOC的 C语言程序设计 课程混合教学改革研究与实践”（ch19jxyj18）；安徽省教育厅教研项目“基于 MOOC 的翻转课堂核心要素研究与探索以 C 语言程序设计 为例”（2019jyxm0399）；安徽省教育厅教学示范课项目“数据结构与算法”（2020SJJXSFK1716）.作者简介：武彬（1979-），男，安徽巢湖人，硕士，讲师，主要研究方向为计算机软件与理论.DOI：10.13933/ki.2096-2134.2023.03.014图 1C 语言教学信息资源整合框架第 3 期武彬：基于翻转课堂的C语言教学资源信息整合方法源.本文基于翻转课堂的 C 语言教学资源信息,构建性能最优、效率最快的资源信息整合体系，体系框架如图1所示.由图 1 可知，将利用翻转课堂进行 C 语言教学产生的学生活动信息和教师的教学信息上传至资源信息层，资源信息整合层调用资源信息层中新增和历史的 C 语言教学资源信息，通过 C 语言教学资源信息特征提取、概率整合实现 C 语言教学资源信息整合，最终将整合处理的信息更新到资源应用层，供教师、学生及管理者使用.1.1翻转课堂的 C 语言教学资源信息层信息资源层由教师和学生活动资源信息构成，翻转课堂的应用需要信息资源层来支撑，在教学过程中，可以在信息资源层查阅资料、观看教学视频、在线做题及知识交流9.在翻转教学模式下，教师活动分为课前、课中及课后 3 个方面10.在课前，老师按照翻转课堂的 C 语言教学的要求，制定 C 语言教学目标，对 C 语言教学的内容进行仔细的分析，对所学的知识进行再整理；教师需明确哪些是重点和难点，列出合适的知识点，并为学生在课堂上可能提出的问题做好充分的准备；把适宜的展示内容制作为录像，然后探讨用信息技术进行课堂教学的设计.同时，教师也要把有关的知识内容做成课件、录制成视频，视频的录制是翻转课堂的核心，要按照课件或视频内容来编相应的习题集供同学们在课后看视频后进行复习；老师要尽量收集有关这门课程的信息，并将以上课件、视频、习题和材料上传信息资源层，以备学生课后复习.课中，教师把 C 语言教学时常见的问题和学生课前预习中的问题引入到教学中，并进行分组讨论，或者让同学们进行研究11.在组织 C 语言教学活动时，根据学生需求一对一指导，其最终目标是要把以前遇到的各类问题都解决掉.问题解决完，再把 C 语言教学的知识点融入到教学中去，然后再把自己的问题交给同学们，让他们在课堂上完成.在学生做完作业后，老师会安排同学们进行学习成绩的交换与评估，然后老师做一个小的总结和布置作业.课后，老师会把同学在教学中的研讨结果或者作业进行汇总，并将其上传至 C 语言教学资源层，让同学们在课后进行复习.翻转课堂的 C 语言教学的学生活动主要分为课前和课中两个环节12，学生活动的翻转课堂 C 语言教学模式如图 2 所示.课前学生利用 C 语言教学资源信息层，自主学习教学视频，并做好相应的练习题，在学习过程中，将疑难问题标注出来，与同学和教师展开沟通.在课堂教学时，学生将疑难的问题带到课堂上，在教师的引领下，利用资料展开独立的探索，还可以与同学展开探讨与交流.在教师总结问题时，应认真记录，完成教师发布的课堂任务，提交学习成果，对学习的成果展开学习评价及建议.观看教学视频导向性学习快速少量测评解决问题内化知识总结反馈课前课后图 2学生活动的翻转课堂 C 语言教学模式1.2C 语言教学资源信息特征提取C 语言教学资源整合层提取教学资源信息层的信息特征，需要考虑 C 语言教学资源信息的新增信息及历史信息，从整体考虑提取 C 语言教学资源信息特征13,14，避免在 C 语言教学资源信息整合时，出现遗漏隐藏或重复建设的信息.利用自适应滑动窗口互信息方法对教学资源的新增信息和历史信息进行处理15，完成对教学资源信息特征的提取.原始窗口的信息用Y1表示，增量窗口信息用Y2表示，Y1和Y2表达式分别为Y1=y1,y2,y，（1）Y2=y+1,y+2,y+，（2）其中：和分别表示原始和新增窗口的信息.C 语言教学资源信息Y包含Y1和Y2，Y，Y1和Y2的互信息矩阵分别用G，G1和G2表示，G表达式表示为G=()+-1()G1+G2，（3）其中：G1的特征分解可通过对角化处理实现，其分解可用单位阵R表示为R=HT1G1H1，（4）其中，H1和HT1表示原始窗口信息源整体特征及分解后的特征.通过H1构成空间接收G2的投影，其推算公式为G2=HT1G2H1.（5）公式（4）、（5）之和的表达式为HT1()G1+G2H1=R+G2；（6）对G2特征分解，其表达式为G2=Q22QT2，（7）其中：2表示新增窗口资源信息的特征值，Q2和QT2分别表示新增窗口特征值对应的特征向量及分解后的特征向量.式（7）带入式（6）可得：QT2HT1()G1+G2H1Q2=1+2.（8）利用以上推算过程获取 C 语言教学资源特征分解结果.根据式（4）可知，H1为H1=D11-2-1，（9）其中:1 k，D1 ik，1和D1分别表示原始特征值构成的矩阵及教学资源主要成分决策矩阵；k表示k个特征值，i表示 C 语言教学资源信息的个数.利用式（8），推算新增窗口 C 语言教学资源信息矩的阵特征值2与特征向量Q2.通过 C 语言教学资源信息特征向量，获取所有 C 语73喀什大学学报第 44 卷言教学资源信息特征值，教学资源信息特征值表达式为=()+-1()1+k，（10）其中:C 语言教学资源特征向量Q为Q=H1k，（11）式中，k表示第k个特征向量.可根据 C 语言教学资源信息特征Q，进行 C 语言教学资源整合.1.3C 语言教学资源信息整合根据 C 语言教学资源信息的特征向量Q进行 C 语言教学资源信息整合，获取 C 语言教学信息资源分布的离散采样集合B()xmQ，节点链路矩阵和节点时隙的 C语言教学资源信息具有关联性，前导时隙的 C 语言教学资源信息调度空间矢量矩阵用F表示，F为X X的二维矩阵.对 C 语言教学资源信息采用概率整合方法进行均衡整合，在教学资源整合存储情况中，将 C 语言教学资源信息整合转变为 2 跳邻节点的最大跳数，转换表达式为X2m=X1m()j=X1mX1j，（12）其中：X表示 C 语言教学资源信息传输路径总数，m和j表示第m时刻及调度的时隙分配的时多分址协议.获取符合条件的 C 语言教学资源分布的链路集可通过相关性检测方法，C 语言教学资源信息整合的特征向量集合S定义为S=QA,QF,QW,QP，（13）其中，A，F，W和P分别表示时间、权重、加权平均及过载比.为确保 C 语言教学资源均衡整合，利用自适应均衡调度方法对资源整合信道进行设计得到输出信道i为m=n=1Nznm/N，（14）其中，N表示自变量.C 差分进化矩阵用z()m表示，运用奇异值分解把 C语言教学资源整合特征向量划分为b()m个子向量Qmj.在 切 线 空 间，C 语 言 教 学 资 源 特 征 解 满 足 条 件 为Qmj N，对 C 语言教学资源的输送模块，获取 C 语言教学资源整合后利用率m，其求解公式为m=-1m=1Qmjm=()Qmj-1n=1Qmjm=1znm，（15）其中，表示自适应系数，为获取资源整合后有较高的分配率.通过自适应均衡调度的方法展开资源配置，在T时段内，获取的 C 语言教学资源整合的约束关系为 z1A+z1F+z1W+z1P=QmjT,z2A+z2F+z2W+z2P=QmjT,zmA+zmF+zmW+zmP=QmjT,znA+znF+znW+znP=QmjT（16）其中：zA，zF，zw和zp分别表示 C 语言教学资源的时间系数、权重、资源信息输送分簇加权平均及其过载比；Qmj表示 C 语言教学资源信息传输的前导时隙因子；T表示前导时隙因子的时间.为确保 C 语言资源信息整合后分配时，具有较高的利用率，C 语言资源信息整合需要符合 C 语言教学资源整合的约束关系.2实验分析2.1实验设置在实验之前，本研究对巢湖市某学校 21 级的 C 语言任课教师进行访问，选择了该老师所带的两个班级（一）班和（四）班，两个班级分数均为 50 人.两个班级在此前期末考试成绩的平均分分别为 80.23 和 81.04，能力水平相差不大.该班任课教师认为两个班级学生能力水平相当，学生素质差异不大，学习 C 语言的兴趣相似，平时任教时的方式方法没有太大差别，可以作为实验班和对照班进行实验.2.2实验平台搭建本次实验基于 Matlab 软件实现，将采集的 C 语言教学资源信息导入仿真模拟软件内，形成实验文件夹，作为信息整合测试的基础.本次实验搭建的测试平台如图3 所示，主要包括实验数据显示器和实验控制终端两个核心设备，且这两个设备分别与一个服务器相连接.服务器显示器控制终端服务器C语言资源信息奇异值分解图 3实验测试平台如图 3 所示，先将实验数据输入至实验数据显示器，再由此发送至实验控制终端，支持数据整合实验的过程实现.2.3实验指标设计实验测试中选择的具体实验指标和计算方式如下：指标 1：特征提取时间开销.该指标主要是指在保证信息整合质量的基础上，量化成果整合所需要的时间.本次实验中根据实验迭代次数变化，在可控范围内测试需要的时间开销.指标 2：召回率.该指标是指在选定的整合指标中，有效实现整合出现的错误的程度.该指标可以有效衡量整合方法的有效性，其计算公式为recall=TPTP+FN，（17）其中：TP表示已整合的 C 语言教学信息，FN表示未整合的 C 语言教学信息.当TP计数增加，而FN缺失率相同时，召回率就会提高；缺失的值越少，召回率也就越接近.2.4结果分析翻转课堂的 C 语言教学资源信息由课前、课中及课后的教学活动信息构成，原始信息和新增的课前、课中及课后的 C 语言教学信息如表 1所示.74第 3 期武彬：基于翻转课堂的C语言教学资源信息整合方法表 1C 语言教学资源信息集C 语言教学资源信息集课前信息课中信息课后信息原始信息量/GB30.625.440.5新增信息量/GB5.28.83.6以表 1 翻转课堂的 C 语言的课前、课中及课后教学资源的原始信息为实验对象，测试不同窗口的大小对课前、课中及课后的教学资源信息提取特征的影响，实验设置自适应滑动窗口宽度为 50300 字节，观察提取 C语言教学特征时间，统计其平均值作为实验结果，实验结果如图 4所示.窗口宽度(字节)提取特征时间（ms）50100150200250300300450350400500550600课前教学资源信息课中教学资源信息课后教学资源信息图 4课前、课中及课后教学资源的信息提取结果如图 4 可知，课前、课中及课后教学资源的信息提取的时间随着窗口宽度的增加而减少，在窗口宽度大于200 字节时，教学资源信息提取时间逐渐增多，是由于窗口宽度较小的情况下，会经常从缓冲区提取信息，占用较多的时间；当窗口宽度过大时，教学资源的信息特征分解的时间增多，在不同信息量的情况下，教学资源信息特征提取的时间变化趋势一致.实验结果表明，当窗口宽度为 200 字节时，课前、课中及课后的教学资源信息特征提取的时间最短，提取特征的速度最快.为测试本文方法在翻转课堂的 C 语言教学资源信息整合的性能，实验以 C 语言教学资源信息集表 1 的三种教学资源的信息为测试样本，用本文方法将翻转课堂的 C 语言课前、课中及课后教学界的历史信息和新增信息进行资源整合，浅色表示 C 语言教学课前、课中及课后的历史信息，深色表示新增的 C 语言教学的历史课前、课中及课后信息.将本文方法整合后课前、课中及课后教学资源信息，在教学资源信息空间中输出，输出结果如图 5所示.窗口/字节43210123455678678历史信息新增信息课前课中课后课前课中课后窗口/字节图 5课前、课中及课后教学资源整合输出由图 5 可知，从课前、课中及课后的教学资源历史信息与新增信息整合可看出，本文方法整合后，C 语言教学课前、课中及课后教学的历史和新增教学资源信息在教学资源信息空间中分布均匀，无不规则教学资源信息分布.本文方法对 C 语言教学资源信息整合的均衡性好，且整合效果稳定，在不同的教学资源信息中，整合的均衡程度均一致.实验结果表明，本文方法整合 C 语言资源信息具有较高均衡性，C 语言教学资源信息整合效果较优.通过 C 语言教学资源信息管理的召回性，进一步验证本文方法整合效果.根据图 4 的 C 语言教学资源信息整合输出的结果，统计 C 语言课前、课中及课后教学资源信息的召回率，统计结果如图 6所示.迭代次数/次召回率/%2520151056070809010030课前教学信息管理课中教学信息管理课后教学信息管理图 6C 语言教学资源信息整合召回率由图 6 可知，用本文方法整合的 C 语言课前、课中及课后教学资源信息在迭代次数为 20 次/时，召回率为100%.本文方法整合后不同类型 C 语言教学资源信息的召回性较高，资源信息整合效果好.实验结果表明，本方法整合后 C 语言教学信息的召回率为 100%，整合不同类型 C 语言教育资源信息时，具有稳定性.以某学校 19-22 级翻转课堂的 C 语言教学资源信息为实验对象，该年级的 C 语言教学资源信息主要由课前、课中及课后资源信息构成.用本文方法整合该年级的 C 语言教学资源信息，根据 C 语言教学资源信息整合结果，进行分配，分配结果如图 7所示.翻转课堂翻转课堂退出登录 建议翻转课堂退出登录 建议C语言教学资源C语言资源管理语言资源管理年级6年级微课与导学李老师教师C语言课前课件课前测试C语言课中视频随堂练习课后作业课后总结成果展示7年级8年级9年级筛选查询增加删除图 7C 语言教学资源信息分配由图 7 可知，用本文方法整合后，21 级的 C 语言教学资源分配给李老师，分配给李老师的资源有 C 语言课前的课件和测试、课中的视频和测试、课后的作业和总结、成果展示，未有重复建设的 C 语言教学资源信息.李老师班级所在学生可通过课前课件对 C 语言进行学习，做好相应的测试，在课堂中李老师对课前学生的疑难问题进行解答，学生可通过 C 语言教学视频展开深入学75喀什大学学报第 44 卷习，然后完成随堂练习，学生根据课后作业和总结复习C 语言教学知识，成果展示是学生根据学习 C 语言知识进行实践的成果.实验结果表明，本文方法整合后，没有重复建设 C 语言教学资源信息，为 C 语言教学的老师活动和学生活动提供信息支撑.3结论本文研究翻转课堂的 C 语言教学资源信息整合方法，通过构建翻转课堂的 C 语言教学信息资源整合框架，以整合后的 C 语言教学信息资源利用率最大化，整合新增和历史的教师和学生活动的 C 语言教学资源信息，提升 C 语言教学效果.实验结果表明，在提取教学资源信息特征时，窗口宽度为 200 字节时，教学资源信息特征提取的效果最优，整合后 C 语言教学资源信息在教学资源信息空间分布均衡，在翻转课堂的 C 语言教学中，具有较高的可行性.参考文献：1 李悦.高校计算机教育教学实践与创新J.食品研究与开发,2020,41（23）:237.2 李勇军,江莹.基于平行 DEA 模型的我国小学教育资源配置效率分析J.运筹与管理,2021,30（11）:60-6.3 李景丽,王怀宇.片段式移动学习资源自动整合方法仿真J.计算机仿真,2019,36（11）:374-377.4 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based on flippedclassroom,so as to balance the allocation of C language teaching resources and facilitate the management andapplication of teachers before,during and after C language teaching.The flipped classroom is used to build theinformation integration system of C language teaching resources.The resource information layer is used to re-ceive the original and new teaching resources information of C language generated and uploaded by the flippedclassroom.The information resource integration layer uses the adaptive sliding window mutual informationmethod to extract the feature vector of the teaching resources information of the information resource layer.Based on this,under the premise of meeting the constraints of C language teaching resources integration,Withthe goal of maximizing the utilization rate of C language teaching resource information after integration,theprobability integration method is used to integrate C language teaching resource information evenly,and the in-tegration results are presented to teachers,students and managers through the resource application layer.Theexperimental results show that the method has the best information feature extraction efficiency when the win-dow width is 200 bytes,and the integrated C language teaching resource information has no repeated construc-tion,and has good balance and recall.Key words:flipped classroom;C language;teaching resources;information integration;probability integrationmethod;sliding window76