計算機基礎課程實驗教學過程化管理策略研究

徐英慧，劉梅彥，周淑一

（北京信息科技大學 計算機學院，北京 100192）

0 引言

實驗教學是高校整個教學體系的重要組成部分，是應用型人才培養的重要環節。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020 年）》中明確強調要強化實踐教學環節，著力提高學生的學習能力、實踐能力和創新能力。2017 年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，開拓了工程教育改革新路徑[1]。相對于傳統工科人才，未來新興產業和現代化經濟建設需要的是具備更強的實踐能力、創新能力和國際競爭力的高素質復合型新工科人才，而實踐能力、創新能力和競爭力的培養則是實驗教學的重要目標。

1 實驗教學過程化管理的必要性

鑒于當今社會對信息化人才的需求，高校對學生信息化素質培養提出了更高要求。教育部高等學校大學計算機課程教育指導委員會針對計算機類公共基礎課程，于2015 年底制定了“寬專融”的課程體系，進一步強調要重點培養學生計算思維能力，提升學生信息素養，具備利用計算機知識解決本專業問題的能力，促進計算機與專業課程的融合。計算機類公共基礎課程包括大學計算機、程序設計基礎、數據庫技術及應用、多媒體技術及應用、計算機網絡技術及應用、電子商務等，該類課程具有實踐性強、覆蓋面廣、實用性高等特點[2]。該類課程通常包括理論講授和實驗上機兩個教學環節。實驗教學是培養學生實踐能力和創新精神以及檢驗學生是否具有綜合運用理論知識能力的重要教學環節。但目前實驗教學中還存在著一些普遍問題，如重理論輕實踐、內容統一缺乏個性化、模式單一互動少、考核看重結果流于形式等問題，大大削弱了實驗教學所應擔負的能力培養和素質提升任務。

實驗教學重在過程，通過實驗操作提高實踐技能，通過不斷修正錯誤提高學習能力，通過正面遇到的各種問題提高抗挫能力，通過團隊合作培養協作精神。因此對于實驗過程的評價比實驗結果的評價更加重要，更能真實反映實驗教學效果，有利于正向激發學生的實驗參與熱情。然而在實驗教學實施過程中，預習報告、實驗結果、實驗報告等硬指標便于檢查，而過程化管理中的質量要素卻很難管控，因此造成了在實驗效果評價中“重結果、輕過程”的現狀。2018 年8 月，教育部印發《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》，通知中對高校提出了“淘汰‘水課’、打造‘金課’”的口號，要求全面整頓本科教育教學秩序，切實加強學習過程考核，加大過程考核成績在課程總成績中的比重。對“金”課如何“金”考，提出了“多方位評價、多主體評價、多模塊評價”的指導意見。對于實驗教學的評價環節，如何以實驗教學目標為導向，設置有效的評價策略，獲取有效的評價要素，打造高質量的實驗教學過程，已經成為當前非常有必要也非常有意義的研究課題。

2 實驗教學的現狀及問題分析

實驗教學在高校人才培養方面的重要作用不言而喻，但現實中的實驗教學環節仍然存在許多不足之處亟待改進。主要問題體現在以下幾個方面：①學生對實驗課的重視程度不夠高，紀律松散，而教師輔導任務重，難以兼顧所有學生的實驗狀態；②實驗內容統一、缺乏個性化，導致學生“吃不飽”和“吃不了”現象并存，個性化教學需求突出；③師生互動不足，實驗結果反饋不夠及時和高效；④實驗成績的評定重結果輕過程，傳統實驗教學的成績評定一般通過學生的考勤、預習報告、實驗結果、實驗報告等方面給出，這些指標只能反映學生是否完成，難以衡量完成的質量。

實驗教學是高等教育提高人才培養質量的基本保證和重要途徑，重在培養學生的專業實踐技能、科學實驗素養、主動探索和實踐創新能力。雖然，大家都知道實驗過程比實驗結果更能反映學生的真實實踐能力，但實驗過程的評價往往比實驗結果的評價難以量化和掌控，因此重結果輕過程的現象非常常見，這就使得實驗教學常常出現走過場、效率低的現象，嚴重影響了實驗教學質量的提高[3]。以學生為中心的過程化實驗教學評價體系亟待完善和加強。

3 改進實驗教學過程化管理的具體措施

實驗教學是提高學生分析和解決問題能力、加強自主學習意識和創新精神、培養學生具備嚴謹求實的科學素養的重要育人環節。要達到實驗教學的育人目標，必須對實驗教學開展有效的過程化管理，實施積極的過程化評價，調動學生的主動性和參與熱情，真正體現實驗課中過程重于結果的特點。

3.1 構建利于自主學習的“線上+線下”開放實驗環境

構建自主開放的實驗環境，即充分利用實驗室、互聯網、移動通訊設備等，構建“線上+線下”相結合的實驗環境，學生可以不受時空限制，營造開放自主的學習氛圍[4]。

“線下”環境包括課上和課下兩個方面。課上，明確“座位固定、手機入包”的實驗課堂紀律。這項紀律基本杜絕了遲到早退現象，提高了學生學習的自覺性和專注度，同時有利于教師掌握每位學生的實驗狀態，記錄真實的實驗表現。課下，為學生提供免費開放的實驗室機房，不僅拓展了課內學時，也為學生提供了更多的實踐機會。

“線上”指搭建網絡一體化實驗平臺，構建移動學習環境。在網絡實驗平臺上，集成了布置實驗任務、提供要點視頻講解和各類實驗資源、提交實驗結果和實驗報告、實驗結果在線反饋、在線討論等功能。在網絡平臺上，除了布置和提交課內實驗任務以外，還為學生提供大量的擴展學習資源，如教學PPT、電子書、知識點視頻、在線測試、在線刷題榜等。學生可以突破時空限制，有效激發了學生自主學習的積極性，讓學生想學、愛學、有的學。

3.2 設置內容分層、模式多樣的實驗任務。

從實驗內容的角度，提供基本實驗和拓展實驗。基本實驗是必做內容；拓展實驗為選做內容，供學有余力的同學完成。從而解決了學生“吃不飽”和“吃不了”共存的問題。

從實驗模式的角度，實施以獨立實驗為主，輔以分組實驗、互評實驗、實驗競賽等多種形式并存，以培養學生的計算思維能力作為核心任務[5-6]。獨立實驗，即每個人的實驗任務都需要自己獨立完成。獨立實驗最能有效體現每個學生自身的實驗水平，因此大部分實驗任務以獨立實驗為主。分組實驗，有利于培養學生團隊合作、互助互學的能力。互評實驗，有利于提高學生參與活動的積極性，通過制定合理的評分細則以及為不同評價主體設置不同的權重，以保證評價更合理、更客觀、更科學。實驗競賽，是培養學生實驗興趣、激發學生實驗熱情非常有效的方式。本課程組組織的程序設計競賽已經到第十屆了，學生參與熱情非常高，有些學生每年都來參加，已經在學生群體中產生了積極影響。

3.3 依托網絡實驗平臺，開展混合式實驗教學

借助網絡實驗平臺，開展“線上+現下”相結合的混合式實驗教學能夠有效提高實驗效率[7]，尤其在以下方面收效明顯：①學生操作水平差異較大的實驗內容，如大學計算機課程中常用軟件的使用。這類實驗內容就比較適合錄制視頻，讓學生自主選擇觀看，這樣不僅提高了實驗效率，也有助于開展個性化學習和因材施教；②學生問題比較集中的實驗內容，如“程序設計基礎”課程中編程環境的使用、程序的調試、循環嵌套等。這類實驗內容也適合錄制成視頻，這樣避免了教師在實驗課上的反復講解，讓教師有更多精力關注學生的個性化問題；③在線評價客觀而高效。對于客觀題及程序設計題目，平臺集成了在線判題功能，學生提交實驗作業后能夠立即得到反饋，有利于學生及時發現問題和解決問題。另外通過網絡平臺進行在線檢測，可以快速準確地獲取學生的預習情況。

3.4 實施過程化評價，激發學生自主性

過去實驗成績一般以考勤、預習報告、實驗結果、實驗報告等作為主要評價依據，這些評價依據只看重結果，很難反應學生實際參與實驗的態度、水平和能力。學生實驗成績基本集中在80～100 分，只有個別缺勤多的考生成績明顯偏低。這種重結果輕過程的評價方式使部分學生出現態度不端正、渾水摸魚的現象，從而在很大程度上影響了實驗課程在育人方面的重要作用。

公平、公正、積極的評價方法是最有效的激勵措施。以過程化考核代替結果式考核，探索切實能夠促進學生參與度、提高自主學習動力的過程化質量要素，是過程化評價的總目標。通過對網絡平臺中學生大量數據日志的分析發現，學生在平臺上的活躍度與學生期末成績的相關性較吻合，如圖1 所示。活躍度的計算方法是，首先通過日志文件獲取每位學生的訪問記錄，并統計每位學生的訪問次數；然后對個別訪問量過高或過低的數據進行平滑處理，再折合為百分制分數，即得到活躍度值。

圖1 平臺訪問活躍度與期末成績的吻合情況

在改進的實驗成績評價策略中，除了將活躍度作為評價的重要指標外，同時注重學生的實驗表現，降低實驗報告和實驗結果所占的考核比例。改進之前和改進之后，實驗成績的構成比例分別見表1 和表2 。改進后的實驗結果主要指實驗數據的完整性及實驗報告的完成情況；實驗表現除課上表現外，還包括與老師、同學的互動情況。

表1 改進前實驗成績構成比例

表2 改進后實驗成績構成比例

按照表1 和表2 中的實驗成績構成比例進行統計分析，傳統實驗成績、改進后的實驗成績與期末成績的吻合度如圖2 所示。顯然，改進后的評價策略能夠更加準確地反映學生的實驗效果，有效激發了學生平臺活動的參與度，促進了學生自主學習的積極性。

4 過程化管理的滿意度調查

為了了解過程化管理改革在學生心目中的滿意度，課程結束后向學生做了匿名問卷調查。問卷題目是：“通過實驗教學，你認為哪些實驗管理策略比較有效，你最大的收獲是什么？”隨后，收集整理了學生的問卷答案，并對關鍵詞的出現頻率進行了排序，排除不能反映信息量的一些高頻詞，如“通過”“可以”等，然后針對出現頻率最高的前20 個關鍵詞制作了詞云圖，如圖3所示。

圖2 改進后實驗成績、傳統實驗成績與期末成績的吻合度

圖3 學生實驗效果反饋詞云圖

通過進一步查看和分析學生對高頻詞內容的描述，發現學生對改進后過程化管理方案的反饋總體是積極的，滿意度較高。比較集中的反饋內容有：①通過實驗課，幫助學生養成了利用網絡學習、按時提交作業的主動學習習慣；②網上作業系統的反饋功能讓學生能夠及時發現問題、學習更加嚴謹；③有些基礎比較弱的學生認為，網上視頻對他們幫助很大，提高了學習效率；④有學生反映最喜歡互評環節，在發現別人問題的同時也發現了自己的問題；⑤實驗課固定座位很有效，感覺有老師無形的監督；⑥有學生反映喜歡網上刷題，認為排行榜功能很好。

5 結語

實驗教學質量是高校辦學水平和教育質量的重要體現。實踐表明，基于過程化的實驗教學管理改革能夠改進實驗效率，幫助學生培養積極、自主的學習習慣，促進學生積極思考、主動探索，提升學生的創新能力。教學改革是一項長期、不可中斷的工作，今后將進一步探索各種實驗教學模式，豐富實驗教學資源，完善實驗教學體系建設，切實使實驗教學改革成果服務于學生，不斷提升實驗教學效果。