基于PDCA的大學(xué)計算機基礎(chǔ)實踐課程探索

范開濤，普運偉

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

0 引 言

早在2010年，九校聯(lián)盟計算機基礎(chǔ)課程研討會（C9）就把培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力作為計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)。大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)不僅是大學(xué)通識教學(xué)的一個重要組成部分，更是培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成用計算思維方式解決專業(yè)問題進而成為復(fù)合型創(chuàng)新人才的基礎(chǔ)性教育。大學(xué)計算機基礎(chǔ)課程作為計算機基礎(chǔ)課程體系中的一個部分，需要建立更加完備的教學(xué)內(nèi)容[1]。計算機基礎(chǔ)教學(xué)普遍存在3個問題：①教學(xué)內(nèi)容更新滯后，由于計算機技術(shù)迅猛飛速的發(fā)展，計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容的更新相對滯后[2]；計算機基礎(chǔ)課程既要有相對穩(wěn)定、體現(xiàn)計算機學(xué)科核心思想和方法的內(nèi)容，也要有反映新技術(shù)、新方法的內(nèi)容，從而建立科學(xué)合理的知識體系；如何及時地、合理地、持續(xù)地更新教學(xué)內(nèi)容，使課程知識體系更加科學(xué)是一個必須關(guān)注的問題；②教學(xué)質(zhì)量不高，由于計算機基礎(chǔ)課程知識點龐雜、硬件實驗條件差、虛擬仿真程度低，學(xué)習(xí)枯燥無味，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性下降，產(chǎn)生了學(xué)生學(xué)習(xí)成績不理想、高年級運用計算機解決專業(yè)問題能力差等教學(xué)質(zhì)量問題；③學(xué)生差異問題，像昆明理工大學(xué)這樣的中西部高校，還存在學(xué)生計算機基礎(chǔ)差異巨大的問題，既有來自城市基礎(chǔ)好的學(xué)生，也有來自“直過民族”的零計算機基礎(chǔ)學(xué)生[3]。

1 PDCA循環(huán)基本原理

PDCA循環(huán)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(yīng)用，也稱為戴明環(huán)（Deming Cycle/Deming Wheel/Deming Circle）[5]，屬于持續(xù)改進模型。PDCA循環(huán)包括計劃（Plan）、執(zhí)行（Do）、檢查（Check）、處理（Act）4個步驟：①計劃（Plan）步驟，確定目標(biāo)以及活動規(guī)劃；②執(zhí)行（Do）步驟，根據(jù)計劃（Plan）步驟確定的規(guī)劃設(shè)計出具體的方案并執(zhí)行；③檢查（Check）步驟，總結(jié)執(zhí)行結(jié)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(jié)檢查的結(jié)果進行處理，對成功的經(jīng)驗加以肯定，對于失敗的教訓(xùn)要總結(jié)、凝煉，并把問題提交給下一個PDCA循環(huán)中去解決，推進質(zhì)量呈階梯狀上升，原理如圖1所示。

圖1 PDCA循環(huán)原理

2 基于PDCA的教學(xué)管理

2.1 大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)

信息技術(shù)發(fā)展日新月異，當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的出現(xiàn)，引發(fā)了一系列革命性的突破。計算思維成為人們認(rèn)識和解決問題的基本能力之一，是所有大學(xué)生應(yīng)該具備的素質(zhì)和能力。學(xué)生通過掌握計算思維的基本方式，對從事科學(xué)研究或應(yīng)用實踐都是有益，而且是必要的。教育部高等學(xué)校大學(xué)計算機課程教學(xué)指導(dǎo)委員會（2013—2017）（以下簡稱“教育部大學(xué)計算機教指委”）確立了推進課程教學(xué)改革的總體目標(biāo)：明確以計算思維為導(dǎo)向、探索多元化的教學(xué)方案、推動以在線開放課程為代表的教學(xué)模式改革、完善課程教學(xué)成效評測方式，建立適應(yīng)時代要求的大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)體系[6]。

2.2 計算機基礎(chǔ)教學(xué)現(xiàn)狀

2006年教育部大學(xué)計算機教指委提出了計算機系統(tǒng)與平臺、計算機程序設(shè)計基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)分析與信息處理、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)4個領(lǐng)域和概念性基礎(chǔ)、技術(shù)與方法、應(yīng)用技能3個層次的總體框架，構(gòu)建了蘊含“領(lǐng)域-單元-點”的知識體系，并且將實驗教學(xué)提高到必要的高度。實踐不再是簡單的復(fù)習(xí)，而是學(xué)習(xí)的延伸。當(dāng)前“大學(xué)計算機”課程主要要存在的典型問題為：相當(dāng)一部分高校對課程地位認(rèn)識不足，過分倚重以軟件工具操作為主要教學(xué)內(nèi)容；課程內(nèi)容穩(wěn)定性不夠，學(xué)科經(jīng)典概念、原理和方法不多；課程對專業(yè)支撐應(yīng)用和社會應(yīng)用不足；缺少教學(xué)水平的質(zhì)量評價體系。

2.3 運用PDCA進行教學(xué)管理

昆明理工大學(xué)針對上述的教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，進行了系列教學(xué)改革：變傳統(tǒng)教學(xué)為MOOC教學(xué)；改革“大學(xué)計算機”課程教學(xué)內(nèi)容，出版面向?qū)嵺`與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教材《大學(xué)計算機》；開設(shè)新概念I(lǐng)T實踐創(chuàng)新實踐課等。其中，新概念I(lǐng)T實踐課程的第一目標(biāo)是不斷快速改進教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)組織過程，以提高教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。

新概念I(lǐng)T實踐課程以學(xué)期為單位執(zhí)行PDCA循環(huán)教學(xué)管理：①計劃階段，學(xué)期開學(xué)前，課程教研組編制教學(xué)大綱、教學(xué)講義、教學(xué)課件、實驗案例、教學(xué)方法以及教學(xué)計劃等內(nèi)容；②執(zhí)行階段，選課前，根據(jù)計劃準(zhǔn)備實驗室、開發(fā)實驗裝置、試講，試講作為學(xué)生選課參考。試講內(nèi)容約10分鐘，重點介紹課程目標(biāo)、學(xué)習(xí)形式和學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。試講每天上午、下午各1次，持續(xù)1周，全校學(xué)生均可免費試聽；選課后，進入新學(xué)期，課程教研組根據(jù)教學(xué)計劃，按照教學(xué)研討會議議定的教學(xué)方法開展教學(xué)活動，教學(xué)實踐持續(xù)16周，每周2課時。每個班學(xué)生人數(shù)介于30～80人之間，配備3名教師，其中每節(jié)課1名教師主講，2名教師輔助教學(xué)。每節(jié)課的主講根據(jù)周教學(xué)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(xué)活動期間，教師注意收集學(xué)生專業(yè)、年級、個性特點、課堂反應(yīng)、學(xué)習(xí)效果等信息。安排1～2次課考核評價，確定學(xué)生學(xué)習(xí)效果和實踐創(chuàng)新能力初評等級。周考成績或等次以加權(quán)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(xué)研討會，及時交流每個班級的教學(xué)情況，總結(jié)存在的問題和有效經(jīng)驗。期中、期末教學(xué)研討會為關(guān)鍵研討會，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)上收集到的學(xué)生反饋意見，著重總結(jié)課程存在的重大問題。學(xué)生反饋意見是課程的重要組成部分，認(rèn)真反饋意見的學(xué)生將獲得不同程度的加分；④處理階段，課程結(jié)束后的假期，教研組討論分析課程主要問題，提出教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)組織過程等方面的改進意見，形成具體實施方案，分工協(xié)作改進課程，并遞進形成新學(xué)期的計劃，包括教學(xué)大綱、教學(xué)講義、教學(xué)課件、實驗案例、教學(xué)方法以及教學(xué)組織計劃等內(nèi)容。

3 基于PDCA的教學(xué)組織

新概念I(lǐng)T實踐課程采用的PDCA周期為1個學(xué)期，在PDCA周期內(nèi)，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)組織過程等方面均按照PDCA的4個階段來進行持續(xù)改進。通過筆者實踐，PDCA周期縮短為1周到1月之間，教學(xué)效果提升更加明顯。

3.1 持續(xù)改進教學(xué)內(nèi)容

通過運用PDCA循環(huán)進行教學(xué)內(nèi)容改革，提高課程教學(xué)內(nèi)容穩(wěn)定性，做到穩(wěn)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(xué)期期末，對照本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容目標(biāo)，向師生收集的教學(xué)內(nèi)容反饋和技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，召開教研會議檢查教學(xué)內(nèi)容存在的問題；第二階段，教學(xué)團隊根據(jù)任務(wù)分工，處理提出的問題，為下一學(xué)期修訂教學(xué)內(nèi)容（包括增加新的教學(xué)內(nèi)容、刪除不必要的內(nèi)容、修改完善現(xiàn)有內(nèi)容）；第三階段，根據(jù)新修訂的教學(xué)內(nèi)容，分析并確定新的教學(xué)內(nèi)容目標(biāo)；第四階段，新學(xué)期實施并執(zhí)行新的教學(xué)內(nèi)容。

3.1.1 教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)逐漸趨于合理

新概念I(lǐng)T實踐課程作為大學(xué)計算機的補充課程，從實踐的角度把信息技術(shù)的重要概念、原理（定律）作為穩(wěn)定的教學(xué)內(nèi)容，也是本課程介紹的重點，把云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等內(nèi)容作為動態(tài)更新的內(nèi)容，供學(xué)有余力的學(xué)生學(xué)習(xí)。同時，經(jīng)典原理部分也有擴展部分（例如表1中的*部分），供優(yōu)秀學(xué)生學(xué)習(xí)。自2014—2015學(xué)年第一學(xué)期至2016—2017學(xué)年第二學(xué)期，新概念I(lǐng)T實踐課程逐步形成了相對穩(wěn)定的概念原理部分，同時每個學(xué)期都有新技術(shù)等動態(tài)教學(xué)內(nèi)容部分。以4個學(xué)期的部分教學(xué)內(nèi)容變化情況為例，說明PDCA循環(huán)如何改變教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)，具體見表1。

3.1.2 教學(xué)材料不斷豐富完善

在PDCA循環(huán)中，教學(xué)材料逐年得以豐富完善。新概念I(lǐng)T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(xué)生使用。學(xué)生使用的教材不是以紙質(zhì)版的形式出版，而是以PDF形式發(fā)布在學(xué)校“優(yōu)慕課在線教育平臺”上，通過共享方式供全校學(xué)生下載使用。教材每學(xué)期1版，按學(xué)期目錄發(fā)布在教學(xué)平臺，實現(xiàn)了教材的快速更新完善。

表1 新概念I(lǐng)T實踐課程教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)變化情況

新概念I(lǐng)T實踐課程提供了豐富的線上和線下教學(xué)材料，學(xué)生要通過豐富的教學(xué)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(lián)網(wǎng)時代》紀(jì)錄片（2015年指定）、BBC出品《大數(shù)據(jù)時代》紀(jì)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(xué)習(xí)的學(xué)生，課程組指定難度稍大的參考教學(xué)材料，供學(xué)生“專進去”學(xué)習(xí)，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(wǎng)絡(luò)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(dǎo)論》（2017年指定）等。

通過“寬”“專”相融的教學(xué)材料，新概念I(lǐng)T實踐課程既拓寬學(xué)生的視野、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又滿足不同基礎(chǔ)的學(xué)生個性化發(fā)展。

3.2 不斷采用新的教學(xué)方法

在遞進PDCA循環(huán)中，新概念I(lǐng)T實踐課程經(jīng)歷了從“按部就班的傳統(tǒng)實驗課”“一節(jié)講授一節(jié)實驗的交叉實驗課”到逐漸采用了高效率的翻轉(zhuǎn)課堂[7-9]，充分激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動學(xué)生的積極性，利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段（如雨課堂等產(chǎn)品），實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)和即時考核。在PDCA驅(qū)動下，教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變過程如圖2所示。

新概念I(lǐng)T實踐課程在實驗室中完成教學(xué)，課前需要學(xué)生閱讀教師指定的參考書、觀看視頻，并通過互聯(lián)網(wǎng)搜索網(wǎng)站查找自學(xué)內(nèi)容（如技術(shù)白皮書、專利或者百科詞條等）。根據(jù)學(xué)生課前的自學(xué)準(zhǔn)備情況，教師進行不同程度的講解、輔導(dǎo)和引導(dǎo)，在保證基本教學(xué)目標(biāo)的情況下，對不同的學(xué)生實現(xiàn)個性化的教學(xué)。通過實踐證明，取得優(yōu)良成績的學(xué)生數(shù)逐年提高。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的普及，智能手機成為了學(xué)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(lián)網(wǎng)擋在了課堂外。這樣學(xué)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I(lǐng)T實踐讓學(xué)生在課堂上把手機拿出來，通過互聯(lián)網(wǎng)來搜索課堂上的重要概念、理論和技術(shù)知識點，引導(dǎo)學(xué)生從“在課堂上玩手機”變成“在課堂上用手機”。

3.3 優(yōu)化教學(xué)組織過程

教學(xué)組織過程是一系列相對復(fù)雜而且動態(tài)的行為，新概念I(lǐng)T實踐課程在以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向的基礎(chǔ)上，通過固定周期（通常為1學(xué)期）PDCA循環(huán)來優(yōu)化教學(xué)組織過程。筆者以PC部件原理模塊為例，講述運用PDCA來優(yōu)化完善教學(xué)組織過程，具體過程見表2。

通過第1次循環(huán)，根據(jù)具體執(zhí)行情況，對照當(dāng)前教學(xué)目標(biāo)計劃1，檢查發(fā)現(xiàn)3個問題，并于周期末（本例為學(xué)期末）形成處理方案（即對應(yīng)的3條解決辦法），修訂形成新的教學(xué)目標(biāo)計劃2，并進入下一次PDCA循環(huán)。

4 結(jié) 語

大學(xué)計算機基礎(chǔ)教學(xué)是大學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)的重要組成部分，一方面，需要學(xué)生牢固掌握計算機科學(xué)中的重要概念和經(jīng)典理論等相對穩(wěn)定的內(nèi)容；另一方面，課程需要根據(jù)技術(shù)發(fā)展方向和師生的反饋，及時調(diào)整、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，加快更新速度，引入新的內(nèi)容。計算機基礎(chǔ)課程作為工程學(xué)科的一門典型課程，需要做到“以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向、持續(xù)改進教學(xué)質(zhì)量”。新概念I(lǐng)T實踐課程以這三個理念開展教學(xué)，實現(xiàn)任課教師引導(dǎo)、學(xué)生主導(dǎo)學(xué)習(xí)；關(guān)注每堂課、期中、期末的成果，特別是每個學(xué)期根據(jù)教學(xué)反饋信息，優(yōu)化更新教學(xué)內(nèi)容，運用PDCA循環(huán)不斷螺旋遞進改進教學(xué)質(zhì)量，并得到較好的評價[10]。通過實踐證明，運用PDCA循環(huán)進行教學(xué)管理和教學(xué)組織，對提高教學(xué)質(zhì)量有著積極的促進作用。

圖2 利用PDCA循環(huán)改進教學(xué)方法

表2 新概念I(lǐng)T實踐課程采用PDCA優(yōu)化組織過程