討論式教學在實驗教學中的應用

熊 瑩，王 薇，劉茂福，毛雪松

（1.武漢科技大學計算機科學與技術學院；2.智能信息處理與實時工業系統湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430065；3.武漢科技大學 信息與科學技術學院，湖北 武漢 430081）

0 引言

隨著中國加入《華盛頓協議》成為國際本科工程學位互認協議的正式會員［1-2］，中國高等教育機構與國際高等教育組織（INQAAHE、APQN、ENQA、WA 等）的交流愈加頻繁［3-5］，工程教育認證質量保障的“三大理念”已經深入人心［6-7］。武漢科技大學計算機學院在工程教育認證理念中堅持“以學生為中心，把全體學生學習效果作為關注焦點”［8］，積極進行課堂教學設計改革，將討論式教學及一些先進教學方式應用在實驗課堂，利用靈活高效的實驗教學方式充分調動學生的學習主動性，增強學習興趣，培養思辨能力和團隊協作精神，實驗證明討論式實驗教學取得了很好的教學效果。

1 討論式教學在物聯網技術、計算機網絡實驗課中的應用

討論式教學近年在大學得到提倡，其方法是在教師的提示和引導下學生積極主動思考問題，利用生生、師生之間的交流加強學生互動式思考和學習，掌握教學知識點。通過討論式教學，不僅能傳授知識，還能提高學生的綜合素質，使其學會分享知識和經驗，學會團隊思考和決策等［9］。單調的傳統式教學方式是老師講知識，學生聽知識。雖然傳統的教與學方式傳授效率高，但由于缺乏互動，學生學習主動性不高，不利于培養探索精神和創新精神［10-11］。鑒于此，武漢科技大學計算機學院選取物聯網技術實驗課進行討論式教學模式探索。

物聯網技術是計算機學院網絡工程專業高年級選修課，此課程實驗需要同時具備軟件開發能力和硬件設計能力，綜合素質要求較高。由于硬件數量有限，在2018 秋季、2019 春季分別針對網絡工程專業大學四年級（2015 級）和大學三年級本科生（2016 級）共計116 人進行了討論式教學應用探索。教師在物聯網技術第一次實驗課上根據學號順序劃分小組，一般2～3 人一組，學生可根據意愿自由成組。經過兩個學期的實踐探索，網絡工程專業高年級大學本科生此課程的實驗驗收通過率統計結果如表1 所示。

Table 1 Acceptance rate of discussion teaching（%）表1 討論式教學驗收通過率 （%）

實驗驗收通過率是教師檢驗學生實驗成績的重要指標，驗收通過率越高，表明這部分知識點學生掌握得越好，一般根據學生程序運行情況和問題回答情況確定分數。由表1 可以看出，實行了討論式教學模式后，實驗驗收通過率最低為86.1%，最高為100%，波動范圍在20%以內，實驗通過率與實驗難度成反比。2018 年實驗驗收平均通過率為95.9%，2019 年實驗驗收平均通過率為95.8%，均在95%以上。

為了對照討論式教學和傳統教學模式的實驗教學效果，將網絡工程專業同一批學生在傳統實驗模式下另一門難度相當的專業課——計算機網絡的實驗驗收通過率情況進行統計，結果如表2 所示。表2 數據顯示，采用傳統式教學方式，學生實驗驗收通過率最低為2.5%，最高為92.3%，波動范圍為89.8 個百分點。2018 年學生驗收平均通過率為63.8%，2019 年學生驗收平均通過率為33.2%，其值均遠低于討論式教學方式。在傳統式的實驗教學方式下，雖然驗收通過率最高值與采用討論式教學方式的驗收通過率最高值基本相當，差距僅為7.7%，但對于難度系數較高的實驗，傳統式教學明顯落后于討論式教學方式。傳統式驗收通過率最低值為2.5%，而討論式驗收通過率最低值為86.1%，兩者差距達到83.6 個百分點。

Table 2 Acceptance rate of traditional teaching（%）表2 傳統式教學驗收通過率 （%）

對教學數據進行分析，得知兩種教學方式數值差距明顯的主要原因如下：傳統教學模式下，大學生做較難實驗時，由于猛然從“舒適區”跳到“恐慌區”［12］，容易滋生逃避、敷衍的學習態度［13］，導致驗收通過率變低。而反觀討論式教學，在相互討論環節中很好地回避了這個問題。由于鼓勵討論，學生通過良性的生生互動和師生互動，激發了主動學習的動力［14］，找到了理解知識點的突破口，從而走出“舒適區”，進入“學習區”；然后擴大“舒適區”，減少“恐慌區”，提高實驗成績。大部分學生達到并超預期完成了預設的學習目標。

分析2018 年（2015 級）和2019 年（2016 級）高年級本科生在物聯網技術使用討論式教學的分數情況，成績分布如圖1 所示。圖1 顯示實驗成績主要分布在92～98 分之間，高于98 分和低于92 分的人數都較少，整個分數分布呈現一個良好的正態分布狀態。本科實驗教學方式改為討論式后，學生達成一段學習目標（及格），而后達到二段學習目標（高績點），整體學習效果因此得到提高，達成實驗教學改革目標。

Fig.1 Distribution of experimental results of Internet of Things圖1 物聯網實驗成績分布

2 在編譯原理實驗課中的應用

在編譯原理實驗課應用討論式教學，追蹤學生課上課下表現，分析得出討論式教學在實驗教學中能有效提高學生的內驅力，從而提高實驗成績。對于實驗難度較低的實驗，傳統式教學模式與討論式教學模式實驗驗收通過率差距不大，波動范圍在10%左右，為此考慮能否將傳統式和討論式兩種教學方式結合起來進行實驗教學。對于難度一般的實驗維持傳統式教學方式，這樣可以保留傳統式傳授效率高的優點［15］；對于難度較高的實驗改為討論式教學，雖然犧牲了部分時效，但能充分激發學生內驅力，促進整體進步。

針對編譯原理課程實驗，選取計算機科學與技術卓越計劃（簡稱計卓越）、計算機科學與技術（簡稱計科）、軟件工程產業計劃（簡稱軟產）和軟件工程（簡稱軟工）專業的部分大二本科生進行討論式教學與傳統式教學相結合的混合式實驗教學模式，將信息安全（簡稱信安）、計科和軟工3 個專業沒有參加實驗探索的學生作為教改實驗對照組。根據往屆學生實驗情況，選取難度一般的實驗1“詞法分析器設計”保留傳統教學模式，對難度較大的實驗2“LL（1）語法分析程序設計”采用討論式教學模式。編譯原理課程混合式實驗教學驗收通過率如表3 所示。

Table 3 Acceptance rate of the combination of traditional teaching and discussion teaching（%）表3 傳統式與討論式教學結合實驗驗收通過率 （%）

傳統式教學實驗驗收通過率結果如表4 所示。

Table 4 Acceptance rate of traditional teaching（%）表4 傳統式教學實驗驗收通過率 （%）

由表3 可以看出，雖然各專業學生驗收通過率不同，但采用討論式實驗教學模式后，難度較大的實驗2 驗收通過率超過了難度一般的實驗1 驗收通過率，實驗組實驗1 平均驗收通過率為38.8%，實驗2 平均驗收通過率為67%。表4 中采用傳統式教學方式的3 個專業，雖然難度一般的實驗1 平均驗收通過率為51.6%，比表3 實驗組的38.8%高12.8個百分點，但對于難度較高實驗2，驗收率僅有22.4%，比實驗組的67%低了44.6 個百分點。實驗數據再一次驗證了討論式教學提升實驗教學效果明顯，特別是對于解決較難問題時，討論能激發學生的內驅力，使學生突破學習的“舒適區”，促進了全體學生的共同進步。

3 討論式教學效果分析

對實驗組的大學二年級本科學生進行混合式實驗教學問卷調查，共發放問卷206 份，回收問卷188 份，其中有效問卷180 份。問卷有11 題，主要涉及學生的參與程度和學習能力提升效果等方面內容。

問卷反饋和評價結果如圖2 所示。87.2%的學生認為學習主動性有所提高；45%的學生認為學習壓力增大；79.4%的學生認為學習效率有所提高；87.8%的學生認為其有利于加深知識理解；75%的學生認為集體學習效果好；66.1%的學生認為個人學習效果好；97.8%的學生認為以討論式實驗教學方式學習及以小組為單位進行驗收合理；對于實驗成績組長打分這個環節，90.6%的學生認為組長打分合理；關于下次實驗是否愿意繼續選擇小組討論這種方式，有97.2%的學生選擇同意。97.2%的學生愿意繼續選擇討論式教學這種方式學習，這無疑是教師繼續“以學生為中心”進行教學改革的動力。討論式實驗教學方式雖然給部分學生（45%）帶來了一定壓力，但是“壓力升高”的減分項換取了高績點達成的加分項，所以學生愿意持續選擇這種新的實驗教學方式。

Fig.2 Students'evaluation of the effect of discussion experiment teaching圖2 學生對討論式實驗教學效果評價

“下次實驗你可以自由選擇，你愿意選擇小組集體討論這種方式嗎？”有3.8%的學生選擇了“不愿意”，教師發現這些學生在小組中擔任的工作一般為“編程”或“講解驗收者”。在小組討論過程中有學生不服從管理，有“搭便車”情況發生［16-18］，讓干活多的學生有吃虧、心累的感覺，從而影響了團隊成員的凝聚力。筆者認為，學習小組長既要有良好的編程能力，又要有領導協調能力，這對低年級大學生的人際交往能力是個挑戰。

在工程教育改革中，學生是學習的主體，教師應將提高全體學生的學習效果作為終極目標，積極收集、整理全體學生對混合式教學方式的反饋，有助于更高效地進行實驗教學改革探索。

4 結語

為了適應工程教育理念，各高校紛紛開始進行“以學生為中心”的教學改革。武漢科技大學計算機科學與技術學院探索了討論式教學在實驗教學中的應用。教學改革歷時2 年，涉及討論式及傳統、討論式混合教學兩種方式。對物聯網技術實施經典型討論式教學應用［19-20］，對編譯原理根據實驗難度選擇傳統式或討論式教學方式。對比實驗組與對照組數據，并根據學生的問卷反饋，發現學生對討論式教學方式接納度高，且討論式教學方式在實驗教學中能顯著提升學習效果，特別是針對較難問題時效果很好。討論式教學能極大激發互動式思考和學習，教學效果優于傳統式，但時效性卻不如傳統式，主要原因是少數學生不配合導致整體效率低。筆者建議討論式教學實施不必一刀切，可根據實驗難度選擇教學方式，實驗難度一般的選擇傳統式，實驗難度高的選擇討論式，兩種方式結合能實現教學效率和教學效果最佳。當然，這對教師在教學改革實施過程中如何預測知識點難度、靈活把控教學進度提出了更高要求。

計算機行業是一個日新月異，工作壓力巨大的行業，若個人單打獨斗，即使是優秀的程序員也很難同多人配合的公司團隊去競爭，所以IT 公司一般采用項目組方式進行項目管理和研發。開展討論式教學探索初衷是提高全體學生的學習效果，調動學習積極性，讓學生主動參與到學習過程中，通過生生互動和師生互動內化提高學習成績。同時逐漸積累工程實踐經驗，以便于畢業后能適應團隊工作方式，迅速融入團隊。大學教學模式從單調的教與學的二元，轉變到了教、學、用的三元和教、學、用、創的多元課堂模式，學生的積極評價和反饋成為推動教學改革的動力，形成良性閉環。探索討論式教學經驗，能為實施更高層次的教學改革提供更多的思路及方向。