摘要：为提高网络工程专业实践类课程的教学质量，提出基于工作流的分层教学模式，阐述该教学模式的设计及应用原理，以北方民族大学网络工程专业的“专业实训I”课程为例，介绍该教学模式在具体课程教学中的应用，最后说明该教学模式的优势。
关键词：分层教学模式；工作流；模糊聚类方法；基于案例的推理系统；jBPM开源软件
0引言
分层教学模式早在20世纪60年代就在国外得到了广泛的实施，其基本思想是根据学生的个体差异进行有差别的教学，使得学生能扬长避短，获得最佳的发展[1]。在国内的普通高校中，对于分层教学模式的应用大多是针对相同的课程，根据不同专业、班级实施的，其颗粒度较大[2]。然而，想要分层教学模式落实到每一个学生个体确实是有难度的，需要教学资源的合理分配和课程安排的合理规划。基于工作流的分层教学模式，可以辅助教师完成分层教学工作。在该教学模式下，将教学单位细化到每一个学生个体，使得分层教学模式的精度更高，同时增加课程的可选择性。目前，我国对于网络工程这样的工科类专业，非常重视学生的实践能力，因此，众多高校在理论教学的同时还加强了实践教学，力争满足当前社会对应用型人才的需求[3]。“专业实训I”课程为网络工程专业的实践必修课，旨在提高学生的实践能力。由于学生实践能力参差不齐，通过分层教学模式的应用，能够发掘出学生在学习过程中出现的问题，并有针对性地解决，使每个学生都能最大限度地获取知识、提高水平，从而提高整体的教学质量。
1分层教学模式的基本框架
1.1分层教学模式
根据网络工程专业本科人才培养方案的要求，可以划分为3个教育平台，即通识教育平台、专业教育平台、综合应用平台。其中，通识教育平台是对学生文化思想上的开拓与指导，主要提升学生的整体素质；专业教育平台是对学生进行本专业理论知识的传授，培养学生的专业水平；综合应用平台是对学生综合实践能力的训练，要求学生能将所学理论知识运用到实践当中。以上3个平台都有对应的必修与选修课程，学生可以根据自身的兴趣和需求进行选修课程的选择，例如网络工程专业设置“网络系统”和“网络安全”两个专业方向，以增加学生对专业方向及课程的可选择性。上述模式是从专业方向到不同课程的分层教学，属于颗粒度较大的分层教学模式。在以上这种大颗粒度分层教学模式被普遍应用且取得一定效果的前提下，针对一门课程中的每位学生的细粒度分层教学模式的开展便显得更有意义，因为网络工程专业的学生需要进行实践能力训练，而实践能力的强弱又受到理论知识的掌握程度、对实践环境的熟悉程度、动手操作的熟练程度等诸多因素的综合影响，所以学生在实践过程中反映出来的情况往往是水平参差不齐、差距较大。因此，在这种情况下采用分层教学模式对每个学生的实践能力进行针对性培养是很有必要的。能力弱的学生可以完成一些较为基础的操作，能力强的学生可以思考并解决一些较有深度的问题，使每位学生对这门课程都有较大的可选择性。
1.2基于工作流的分层教学模式
为确保有效实行细化到每位学生的分层教学模式，前提是能够准确完成对每位学生能力层次的识别与认定，可使用FCM模糊聚类方法对学生进行聚类分析，实现分层操作，其算法执行流程如图1所示。保证该教学模式的顺利实施，提高教学效率的同时减轻教师的工作压力，让教师可以在具体教学上投入更多精力。
2分层教学模式的设计
基于工作流的分层教学模式融合FCM方法和CBR系统。在CBR系统中，案例检索是最主要的部分，用CBR系统来解决问题分为4个步骤[4]：①检索过程：检索最相似的有效源案例；②重用过程：检索解决方案以便解决目标案例（新案例）；③修正过程：按照新要求给出解决方案；④存储过程：将某些已解决的目标案例纳入案例库[5]。将FCM方法融入CBR系统中，其过程模型如图2所示。在具体实施分层教学模式过程时，可使用基于工作流技术的CBR系统，即基于案例推理（Case-basedReasoning）系统，该系统通过寻找相似的历史案例，利用已有的经验或结果来解决新问题。该系统应用到教学中，是将学生成绩数据作为案例存放到教学案例库中，对新加入该门课程的学生成绩与案例库中的学生成绩进行比较分析，找出最相似的案例，用已有的教学方法进行培养。同时，新加入的学生成绩也将作为案例存入，使得案例库不断丰富、改善。以上方法执行过程中必须严格遵循规划设计好的分层教学业务流程的规定，如学生成绩分层和案例分析业务流程。为了将这些方法有效地应用到分层教学模式中，需要对其中的业务流程进行严格管理。工作流技术的使用将在最大程度上通过该模型，对教学过程中产生的数据进行分析，将学生成绩划分层级，对学生的能力水平进行准确定位。以CBR理论为基础，构造出的CBR系统可以将复杂的教学数据抽象成为具有高维度属性的数据集合，从而对数据属性进行分析、匹配和计算，最终获得与目标案例最为相似的源案例。使用FCM方法找到相似度最大的学生案例。最后，新案例将返回案例数据库并作为源案例存储以供重用。
3“专业实训I”分层教学模式设计与分析
3.1学生分层
基于工作流的分层教学模式是基于jBPM（JavaBusinessProcessManagement）开源软件平台系统的流程引擎实现的。为了保证该教学模式的正确实施，使用jBPM流程设计器绘制分层教学模式流程图，如图3所示。将学生的日常教学数据提交、汇总，然后进入CBR系统。在CBR系统中最重要的是维度筛选和参数设置两个操作，它们都是为计算聚类服务的。若聚类结果出现空类，则按照流程图的规定返回CBR系统，重新进行聚类计算。若聚类结果没问题则进行目标案例的匹配操作，该操作的目的是，如果此时有新加入的学生，则可以将其成绩与已存入案例库的学生成绩进行比较，通过欧式距离的计算找出与之最相近的学生，然后将这位新加入的学生进行归类。因为分类后可以更有针对性地对学生的学习进行指导，有助于提高教学质量和效率。通过jBPM对分层教学模式执行流程的管理，保证了其执行的正确性，同时也保证了整体的教学质量。
3.2试题匹配
在“专业实训I”课程期末考核阶段，根据3次单元测试成绩对学生能力水平进行评估，以此来决定学生最终的考试试题。通过jBPM对执行流程进行管理，其流程如图4所示。首先研究生助教对每个学生的3次单元测试成绩进行考核评分，并完成提交，然后教师进行审核，如果审核不通过则进行驳回，研究生助教重新提交评分。评分通过后进入CBR系统，进行维度筛选、导入数据、设置参数的操作，然后进行聚类计算。如果聚类结果出现空类，则重新进入CBR系统，否则进行试题匹配操作，使得不同层级的学生可以获取与其水平对应的试题，使考试结果能够更准确、更有效地反映出学生的实际学习情况。
3.3分层教学模式分析
根据以上对分层教学模式的设计，在网络工程专业的“专业实训I”课程中进行应用。首先，在日常教学过程中对学生的学习任务完成情况进行统计分析。在本次课程中，共有45名学生同时在分层教学服务器上学习，提供了统一的学习环境。每位学生都需要在规定时间内对5项学习任务进行实践操作。通过对这5项任务完成情况的分析可知，大部分学生顺利完成全部任务，有一部分学生未能完成所有任务，还有少部分学生一项任务都未能完成。上述情况说明学生的学习水平有高有低，为了更准确反映学生的学习效果就需要使用分层教学模式对学生进行分层考核，以便将来有针对性地对不同类型学生的学习进行指导。其次，根据分层结果，45名学生被划分为5类，每类代表一个特定层次的学习能力水平的群体。完成该工作后，教师为不同层级的学生规划安排符合他们能力的学习任务。（1）针对第1层学生，即能够按时完成所有任务的学生，教师安排更有难度任务，要求学生具备较强的理论基础和动手能力，以及一定的创新能力。这种方式能够有效激发该类学生的学习潜力，特别是在他们已经具备了基本学习素质的前提下，促进其创新能力的提升，同时，也使其各方面能力都得到更进一步提高。（2）针对第2层学生，即完成了大部分任务的学生，教师安排较有难度的任务，要求学生能较快地吸收新知识，然后动手实践，这同样需要较强的理论基础和动手能力。因为该类学生的基础较好，但对新知识的接受和运用能力还比较弱，这种方式能有效地锻炼该类学生的学习能力，加快对新知识的学习速度，并且提高他们学以致用的能力。（3）针对第3层学生，即能够完成部分任务的学生，教师安排中等难度的任务，要求学生能够将所学的知识牢固地掌握，并完成之前遗留的学习任务。鉴于该类学生整体能力较弱，所以在巩固其专业基础的同时，让他们去尝试解决中等难度的任务，使他们的水平能有所提高。（4）针对第4层学生，即只完成少部分任务的学生，教师安排难度较低的任务，要求学生将所有知识学会后，再将之前遗留的任务完成。因为该类学生的基础不够牢固，接受知识所需时间较长，所以让他们在现有的基础上反复练习，将知识掌握得更加牢固。（5）针对第5层学生，即一个任务都没有完成的学生，教师安排较为基础的任务，要求学生努力掌握课程的基础知识，与此同时，补充他们在基础知识上的缺漏，使他们能够满足课程考核所需的基本要求。最后，在本课程期末考核阶段，进行试题匹配操作，该操作需要先根据3次单元测试成绩对学生的学习能力水平进行评估，得到测试成绩的聚类结果。按照聚类结果，学生被分成了5个类。教师将5份难易程度不同的试卷分发给5类不同特征的学生，实现试题的匹配，从而更好地反映学生的学习效果，达到了分层教学的目的。同时，也验证了本文所提出的分层教学模式的有效性。
4结语
实施上述分层教学模式的网络工程专业是“十三五”宁夏回族自治区重点建设专业之一，根据该专业的2019年版本科人才培养方案，要求学生在系统掌握计算机基础理论知识和网络工程专业核心知识的同时，具备分析并解决复杂工程问题的能力[6]。通过基于jBPM的分层教学模式，利用融入了FCM方法的CBR系统，对教学过程中产生的数据进行了分析，实现了学生层级分类和试题匹配，增加了课程的可选择性。通过以上研究，可以得出如下结论。（1）使用jBPM流程引擎对分层教学模式的执行流程进行管理可以使学生在学习时有更加科学的教学流程和明确的学习目标。同时，分层教学服务器为学生提供统一的教学环境，使得环境带来的问题可以统一解决，教师可以更加集中于知识的传授，而且也方便对学生学习的情况进行检查。（2）通过分层教学模式对学生学习过程中所产生的数据进行分析和处理，能够较详细地了解到学生对课程内容的学习情况。可以为下一步的教学计划提供参考，比如调整教学环节的先后次序或者知识点的重点内容，以便学生可以更好地实现学习目标。基于以上结论，笔者将在后续研究中对更多的教学数据进行分析，提高学生分层效果的准确性，并在分层后提出更适宜的针对性教学方案，增加学生在学习过程中的可选择性，最终提高教学质量。
作者:韩强 王义晨 刘海德 赫峰 陈杰 单位:北方民族大学计算机科学与工程学院