基于PDCA的大學計算機基礎實踐課程探索

范開濤，普運偉

（1.昆明理工大學 教務處，云南 昆明 650500；2.昆明理工大學 計算中心，云南 昆明 650500）

0 引 言

早在2010年，九校聯盟計算機基礎課程研討會（C9）就把培養學生的計算思維能力作為計算機基礎教學的核心任務。大學計算機基礎教學不僅是大學通識教學的一個重要組成部分，更是培養學生養成用計算思維方式解決專業問題進而成為復合型創新人才的基礎性教育。大學計算機基礎課程作為計算機基礎課程體系中的一個部分，需要建立更加完備的教學內容[1]。計算機基礎教學普遍存在3個問題：①教學內容更新滯后，由于計算機技術迅猛飛速的發展，計算機基礎課程教學內容的更新相對滯后[2]；計算機基礎課程既要有相對穩定、體現計算機學科核心思想和方法的內容，也要有反映新技術、新方法的內容，從而建立科學合理的知識體系；如何及時地、合理地、持續地更新教學內容，使課程知識體系更加科學是一個必須關注的問題；②教學質量不高，由于計算機基礎課程知識點龐雜、硬件實驗條件差、虛擬仿真程度低，學習枯燥無味，導致學生學習積極性下降，產生了學生學習成績不理想、高年級運用計算機解決專業問題能力差等教學質量問題；③學生差異問題，像昆明理工大學這樣的中西部高校，還存在學生計算機基礎差異巨大的問題，既有來自城市基礎好的學生，也有來自“直過民族”的零計算機基礎學生[3]。

1 PDCA循環基本原理

PDCA循環源于沃特?阿曼德?休哈特（W.A.Shewhart）博士提出的PDS模型（Plan-Do-See）[4]，由愛德華茲?戴明（W.Edwards.Deming）博士提出后得到廣泛應用，也稱為戴明環（Deming Cycle/Deming Wheel/Deming Circle）[5]，屬于持續改進模型。PDCA循環包括計劃（Plan）、執行（Do）、檢查（Check）、處理（Act）4個步驟：①計劃（Plan）步驟，確定目標以及活動規劃；②執行（Do）步驟，根據計劃（Plan）步驟確定的規劃設計出具體的方案并執行；③檢查（Check）步驟，總結執行結果，分析效果，明確哪些行動有效、哪些行動錯誤；④處理（Act）步驟，對總結檢查的結果進行處理，對成功的經驗加以肯定，對于失敗的教訓要總結、凝煉，并把問題提交給下一個PDCA循環中去解決，推進質量呈階梯狀上升，原理如圖1所示。

圖1 PDCA循環原理

2 基于PDCA的教學管理

2.1 大學計算機基礎教學目標

信息技術發展日新月異，當今物聯網、云計算、大數據等新技術的出現，引發了一系列革命性的突破。計算思維成為人們認識和解決問題的基本能力之一，是所有大學生應該具備的素質和能力。學生通過掌握計算思維的基本方式，對從事科學研究或應用實踐都是有益，而且是必要的。教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會（2013—2017）（以下簡稱“教育部大學計算機教指委”）確立了推進課程教學改革的總體目標：明確以計算思維為導向、探索多元化的教學方案、推動以在線開放課程為代表的教學模式改革、完善課程教學成效評測方式，建立適應時代要求的大學計算機基礎教學體系[6]。

2.2 計算機基礎教學現狀

2006年教育部大學計算機教指委提出了計算機系統與平臺、計算機程序設計基礎、數據分析與信息處理、應用系統開發4個領域和概念性基礎、技術與方法、應用技能3個層次的總體框架，構建了蘊含“領域-單元-點”的知識體系，并且將實驗教學提高到必要的高度。實踐不再是簡單的復習，而是學習的延伸。當前“大學計算機”課程主要要存在的典型問題為：相當一部分高校對課程地位認識不足，過分倚重以軟件工具操作為主要教學內容；課程內容穩定性不夠，學科經典概念、原理和方法不多；課程對專業支撐應用和社會應用不足；缺少教學水平的質量評價體系。

2.3 運用PDCA進行教學管理

昆明理工大學針對上述的教學現狀和存在的問題，進行了系列教學改革：變傳統教學為MOOC教學；改革“大學計算機”課程教學內容，出版面向實踐與創新能力培養的教材《大學計算機》；開設新概念IT實踐創新實踐課等。其中，新概念IT實踐課程的第一目標是不斷快速改進教學內容、教學方法，優化教學組織過程，以提高教學質量及學生的實踐創新能力。

新概念IT實踐課程以學期為單位執行PDCA循環教學管理：①計劃階段，學期開學前，課程教研組編制教學大綱、教學講義、教學課件、實驗案例、教學方法以及教學計劃等內容；②執行階段，選課前，根據計劃準備實驗室、開發實驗裝置、試講，試講作為學生選課參考。試講內容約10分鐘，重點介紹課程目標、學習形式和學習的主要內容。試講每天上午、下午各1次，持續1周，全校學生均可免費試聽；選課后，進入新學期，課程教研組根據教學計劃，按照教學研討會議議定的教學方法開展教學活動，教學實踐持續16周，每周2課時。每個班學生人數介于30～80人之間，配備3名教師，其中每節課1名教師主講，2名教師輔助教學。每節課的主講根據周教學計劃、教師的研究方向、特長確定，不固定為某位教師；③檢查階段，開展教學活動期間，教師注意收集學生專業、年級、個性特點、課堂反應、學習效果等信息。安排1～2次課考核評價，確定學生學習效果和實踐創新能力初評等級。周考成績或等次以加權求和形式，形成最終考核成績或等次。教研組每4周開展1次教學研討會，及時交流每個班級的教學情況，總結存在的問題和有效經驗。期中、期末教學研討會為關鍵研討會，結合互聯網上收集到的學生反饋意見，著重總結課程存在的重大問題。學生反饋意見是課程的重要組成部分，認真反饋意見的學生將獲得不同程度的加分；④處理階段，課程結束后的假期，教研組討論分析課程主要問題，提出教學內容、教學方法、教學組織過程等方面的改進意見，形成具體實施方案，分工協作改進課程，并遞進形成新學期的計劃，包括教學大綱、教學講義、教學課件、實驗案例、教學方法以及教學組織計劃等內容。

3 基于PDCA的教學組織

新概念IT實踐課程采用的PDCA周期為1個學期，在PDCA周期內，對教學內容、教學方法和教學組織過程等方面均按照PDCA的4個階段來進行持續改進。通過筆者實踐，PDCA周期縮短為1周到1月之間，教學效果提升更加明顯。

3.1 持續改進教學內容

通過運用PDCA循環進行教學內容改革，提高課程教學內容穩定性，做到穩中有新、主線清晰、前后貫通。具體的做法是：第一階段，在每個學期期末，對照本學期教學內容目標，向師生收集的教學內容反饋和技術發展狀況，召開教研會議檢查教學內容存在的問題；第二階段，教學團隊根據任務分工，處理提出的問題，為下一學期修訂教學內容（包括增加新的教學內容、刪除不必要的內容、修改完善現有內容）；第三階段，根據新修訂的教學內容，分析并確定新的教學內容目標；第四階段，新學期實施并執行新的教學內容。

3.1.1 教學內容結構逐漸趨于合理

新概念IT實踐課程作為大學計算機的補充課程，從實踐的角度把信息技術的重要概念、原理（定律）作為穩定的教學內容，也是本課程介紹的重點，把云計算、物聯網、移動互聯網等內容作為動態更新的內容，供學有余力的學生學習。同時，經典原理部分也有擴展部分（例如表1中的*部分），供優秀學生學習。自2014—2015學年第一學期至2016—2017學年第二學期，新概念IT實踐課程逐步形成了相對穩定的概念原理部分，同時每個學期都有新技術等動態教學內容部分。以4個學期的部分教學內容變化情況為例，說明PDCA循環如何改變教學內容結構，具體見表1。

3.1.2 教學材料不斷豐富完善

在PDCA循環中，教學材料逐年得以豐富完善。新概念IT實踐課程采用的教材由課程組編寫，并以電子版形式免費提供給學生使用。學生使用的教材不是以紙質版的形式出版，而是以PDF形式發布在學校“優慕課在線教育平臺”上，通過共享方式供全校學生下載使用。教材每學期1版，按學期目錄發布在教學平臺，實現了教材的快速更新完善。

表1 新概念IT實踐課程教學內容結構變化情況

新概念IT實踐課程提供了豐富的線上和線下教學材料，學生要通過豐富的教學材料，不斷拓展知識寬度，如吳軍著《浪潮之巔》（2014年指定）、CCTV出品《互聯網時代》紀錄片（2015年指定）、BBC出品《大數據時代》紀錄片（2016年指定）、Charles Petzold著《編碼：影匿在計算機軟硬件背后的語言》（2017年指定）、吳軍著《智能時代》（2017年指定）等。對于有興趣進行深入學習的學生，課程組指定難度稍大的參考教學材料，供學生“專進去”學習，不斷挖掘知識深度，如矢澤久雄著《計算機是怎樣跑起來的》（2016年指定）、矢澤久雄著《程序是怎樣跑起來的》（2016年指定）、戶根勤著《網絡是怎樣連接的》（2016年指定）、上野宣著《圖解HTTP》（2017年指定）、John V. Guttag著《編程導論》（2017年指定）等。

通過“寬”“專”相融的教學材料，新概念IT實踐課程既拓寬學生的視野、激發學生的學習興趣，又滿足不同基礎的學生個性化發展。

3.2 不斷采用新的教學方法

在遞進PDCA循環中，新概念IT實踐課程經歷了從“按部就班的傳統實驗課”“一節講授一節實驗的交叉實驗課”到逐漸采用了高效率的翻轉課堂[7-9]，充分激發了學生學習興趣、調動學生的積極性，利用現代信息技術手段（如雨課堂等產品），實現“互聯網+”教學和即時考核。在PDCA驅動下，教學方法的轉變過程如圖2所示。

新概念IT實踐課程在實驗室中完成教學，課前需要學生閱讀教師指定的參考書、觀看視頻，并通過互聯網搜索網站查找自學內容（如技術白皮書、專利或者百科詞條等）。根據學生課前的自學準備情況，教師進行不同程度的講解、輔導和引導，在保證基本教學目標的情況下，對不同的學生實現個性化的教學。通過實踐證明，取得優良成績的學生數逐年提高。

隨著移動互聯網的普及，智能手機成為了學生課堂的必備物品之一，很多教師為此采用了堵、禁等方式，把互聯網擋在了課堂外。這樣學生只能偷偷摸摸在課堂刷微博、看微信、逛微店，起到了相反的效果。新概念IT實踐讓學生在課堂上把手機拿出來，通過互聯網來搜索課堂上的重要概念、理論和技術知識點，引導學生從“在課堂上玩手機”變成“在課堂上用手機”。

3.3 優化教學組織過程

教學組織過程是一系列相對復雜而且動態的行為，新概念IT實踐課程在以學生為中心、以成果為導向的基礎上，通過固定周期（通常為1學期）PDCA循環來優化教學組織過程。筆者以PC部件原理模塊為例，講述運用PDCA來優化完善教學組織過程，具體過程見表2。

通過第1次循環，根據具體執行情況，對照當前教學目標計劃1，檢查發現3個問題，并于周期末（本例為學期末）形成處理方案（即對應的3條解決辦法），修訂形成新的教學目標計劃2，并進入下一次PDCA循環。

4 結 語

大學計算機基礎教學是大學基礎教學的重要組成部分，一方面，需要學生牢固掌握計算機科學中的重要概念和經典理論等相對穩定的內容；另一方面，課程需要根據技術發展方向和師生的反饋，及時調整、優化教學內容，加快更新速度，引入新的內容。計算機基礎課程作為工程學科的一門典型課程，需要做到“以學生為中心、以成果為導向、持續改進教學質量”。新概念IT實踐課程以這三個理念開展教學，實現任課教師引導、學生主導學習；關注每堂課、期中、期末的成果，特別是每個學期根據教學反饋信息，優化更新教學內容，運用PDCA循環不斷螺旋遞進改進教學質量，并得到較好的評價[10]。通過實踐證明，運用PDCA循環進行教學管理和教學組織，對提高教學質量有著積極的促進作用。

圖2 利用PDCA循環改進教學方法

表2 新概念IT實踐課程采用PDCA優化組織過程