基于PDCA循環(huán)的計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)改革與實(shí)踐

李朝玲，王富強(qiáng)，劉明華

（青島科技大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266061）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，能夠熟練使用計(jì)算機(jī)并且通過計(jì)算機(jī)解決本領(lǐng)域的問題已成為大學(xué)生的基本要求。計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)是高校為一年級(jí)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，一般在大一的上學(xué)期或者下學(xué)期進(jìn)行。以一種計(jì)算機(jī)語言，比如C語言、VB等，使學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)的知識(shí)、思想和方法，建立起利用計(jì)算機(jī)編程解決問題的思維方式，并能夠?qū)λ鶎賹I(yè)領(lǐng)域涉及的簡單應(yīng)用問題進(jìn)行抽象建模，最終通過編程解決本專業(yè)的實(shí)際問題。

目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)課程存在下列問題：①學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)參差不齊，大多數(shù)學(xué)生計(jì)算機(jī)操作能力尚可，但對(duì)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，如計(jì)算機(jī)的軟硬件知識(shí)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)等并不了解。近些年來，隨著手機(jī)功能的逐漸強(qiáng)大，計(jì)算機(jī)操作能力反而有所下降；②學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)能力，大學(xué)課程內(nèi)容多、講課速度快，計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)這門課程對(duì)第一次接觸編程的學(xué)生來說確實(shí)比較困難。學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的缺乏，使得一些學(xué)生前邊幾次課跟不上，挫敗感大大加強(qiáng)，直接失去了學(xué)習(xí)的興趣；③計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)方式落伍，計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)包括課堂教學(xué)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分，很多學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)遺忘大半。

PDCA循環(huán)是企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中質(zhì)量管理和質(zhì)量改進(jìn)的重要方法。為解決上述問題，將PDCA循環(huán)引入計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)，將質(zhì)量管理的方法和課程教學(xué)結(jié)合起來，探索 PDCA循環(huán)4個(gè)階段應(yīng)注意的問題和可采用的教學(xué)方法及手段，以提高計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量。

1 PDCA循環(huán)

PDCA循環(huán)又稱戴明環(huán)，是英語Plan-Do-Check-Action（計(jì)劃—實(shí)施—檢查—處理）4個(gè)詞首字母的組合[1-2]。PDCA就是按照這4個(gè)階段順序進(jìn)行的，這不僅是一種質(zhì)量管理方法，還是一套科學(xué)的、合乎認(rèn)識(shí)論的通用辦事程序。PDCA循環(huán)分為4個(gè)階段（如圖1所示）：計(jì)劃階段，主要是以自身實(shí)際情況為基礎(chǔ)，對(duì)質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行分析，找出質(zhì)量突破點(diǎn)，結(jié)合自身情況作出切實(shí)可行的質(zhì)量計(jì)劃；實(shí)施階段，是質(zhì)量形成的階段，按照所制定的計(jì)劃、目標(biāo)和措施去具體實(shí)施；檢查階段，是檢查計(jì)劃的執(zhí)行情況和實(shí)施效果；處理階段，是將解決問題的方法標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)行總結(jié)并提出新目標(biāo)。質(zhì)量改進(jìn)的整個(gè)過程，就是按照PDCA循環(huán)在指定的計(jì)劃指導(dǎo)下進(jìn)行不停頓地、周而復(fù)始地運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 PDCA循環(huán)

每一屆學(xué)生的計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)，都要根據(jù)學(xué)生專業(yè)要求和畢業(yè)要求來確定課程的教學(xué)目標(biāo)；在教學(xué)過程中，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)，改進(jìn)教學(xué)方法；在課程結(jié)束后，修改、增加試題庫，使考試成績能更好地放映學(xué)生的真實(shí)水平；試卷批閱后，計(jì)算課程目標(biāo)的達(dá)成度，分析教學(xué)過程中影響學(xué)生能力達(dá)成的問題，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。這構(gòu)成了一個(gè)大的PDCA循環(huán)。計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)每次課程的進(jìn)行都應(yīng)該是一個(gè)PDCA循環(huán)的小環(huán)。各個(gè)小環(huán)相互聯(lián)系，相互促進(jìn)。這樣對(duì)于每一屆學(xué)生的計(jì)算機(jī)技術(shù)教學(xué)，都是小環(huán)連小環(huán)，大環(huán)套小環(huán)，保證了教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。筆者主要探討PDCA循環(huán)的小環(huán)的4個(gè)階段應(yīng)注意的問題和可采用的方法。

2 基于PDCA循環(huán)的計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)改革

2.1 計(jì)劃階段（Plan）

計(jì)劃階段對(duì)應(yīng)教學(xué)準(zhǔn)備階段，除了認(rèn)真準(zhǔn)備教學(xué)課件，教師還要針對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)課程存在的問題，給出相應(yīng)的解決方法。針對(duì)學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的薄弱，教師備課時(shí)，要認(rèn)真分析每次課學(xué)生需具備的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，并在課堂教學(xué)時(shí)首先予以講解。以C語言為例，在介紹數(shù)據(jù)類型、表達(dá)式時(shí)，首先要介紹計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理時(shí)涉及的二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制，還有字符的ASCII碼以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和存儲(chǔ)單位；介紹數(shù)組、指針等章節(jié)，要對(duì)存儲(chǔ)單元的地址這一概念進(jìn)行講解。程序設(shè)計(jì)語言都有數(shù)據(jù)類型、表達(dá)式這樣介紹語言基本語法規(guī)則的章節(jié)，對(duì)這一章一定要重視，適當(dāng)放慢講課進(jìn)度。多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這一章掌握不好，其中的知識(shí)貫穿于后續(xù)的每一個(gè)程序中，調(diào)試時(shí)大量錯(cuò)誤的出現(xiàn)會(huì)增強(qiáng)學(xué)生的挫敗感，進(jìn)而影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。針對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力不足，缺乏學(xué)習(xí)興趣和學(xué)生實(shí)驗(yàn)滯后等問題，擬在實(shí)施階段采用“以學(xué)生為中心”、案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)、加強(qiáng)師生互動(dòng)交流等方法解決。

2.2 實(shí)施階段（Do）

實(shí)施階段在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中，包含課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生的課后自主學(xué)習(xí)。

1）以學(xué)生為中心。

“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念由美國心理學(xué)家卡爾?羅杰斯提出[3-4]，其核心思想是在整個(gè)教學(xué)過程中以學(xué)生為主體，教師是學(xué)習(xí)的組織者和指導(dǎo)者。

程序設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了理工科專業(yè)要求具備嚴(yán)謹(jǐn)扎實(shí)品質(zhì)的特點(diǎn)。在程序編譯時(shí)，往往很多個(gè)錯(cuò)誤就是一個(gè)小小的標(biāo)點(diǎn)引起。這也體現(xiàn)出學(xué)生上機(jī)實(shí)踐的重要性。如果只是上課聽講、學(xué)習(xí)課本，但離開大量的編程練習(xí)，根本無法學(xué)好這一課程，因此，“以學(xué)生為中心”尤為重要。

在教學(xué)中，精心設(shè)計(jì)多媒體課件，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；在實(shí)驗(yàn)過程中，結(jié)合學(xué)生實(shí)際，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手編程，而不是照著課本敲寫代碼；展示往屆學(xué)生較好的設(shè)計(jì)，以提高學(xué)生的興趣。鼓勵(lì)學(xué)生組成興趣小組，提高學(xué)生的合作能力與自主學(xué)習(xí)能力。對(duì)于這門強(qiáng)調(diào)動(dòng)手實(shí)踐的課程，實(shí)行所謂理實(shí)一體化[5]，即在機(jī)房邊上課邊實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果當(dāng)然更好一些。但計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)是全校一年級(jí)學(xué)生的必修課，囿于機(jī)房、教師數(shù)量等因素，不太容易實(shí)現(xiàn)。為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，可鼓勵(lì)學(xué)生按照下列流程學(xué)習(xí)：課前預(yù)習(xí)→上課積極參與→課后交流互動(dòng)→上機(jī)前書寫預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告→上機(jī)實(shí)踐→實(shí)踐總結(jié)，在此過程中，教師要進(jìn)行鼓勵(lì)、監(jiān)督和指導(dǎo)。如果學(xué)生能夠切實(shí)參與到上述流程，可以解決上機(jī)和上課之間學(xué)習(xí)內(nèi)容容易遺忘的問題。

2）案例驅(qū)動(dòng)。

教學(xué)中采用案例驅(qū)動(dòng)可以很好地提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。以C語言為例，計(jì)算機(jī)語言第一章的學(xué)習(xí)經(jīng)常以在屏幕上顯示“hello world”為第一個(gè)例題。該程序只是調(diào)用格式輸出函數(shù)printf函數(shù)在屏幕上顯示信息。講解完這個(gè)程序以后，接著讓學(xué)生思考輸出如圖2所示的圖形。

圖2 簡單程序舉例

大部分學(xué)生在第一個(gè)例題的基礎(chǔ)上，可以完成這個(gè)程序。第一次課就可以編寫小程序，這大大增強(qiáng)了他們學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)這門課程的信心，提高了學(xué)習(xí)興趣。第一次課要完成這個(gè)程序，需要多次調(diào)用printf函數(shù)，然后告訴學(xué)生，后面可以用循環(huán)語句來輸出各種二維圖形，吸引學(xué)生主動(dòng)對(duì)后續(xù)課程進(jìn)行預(yù)習(xí)和學(xué)習(xí)。在各個(gè)章節(jié)的課堂教學(xué)中，關(guān)于順序結(jié)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)“求兩數(shù)的和及乘積”；關(guān)于選擇結(jié)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)“求兩數(shù)的最大值”；關(guān)于循環(huán)結(jié)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)“累加求和”；關(guān)于數(shù)組，可以設(shè)計(jì)“求班級(jí)學(xué)生平均成績及高于平均分的人數(shù)”……在介紹新的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，首先用案例來引入，不僅增加學(xué)生的興趣，也使學(xué)生理解本次課程教學(xué)具體應(yīng)用于解決哪些問題，使學(xué)生能夠更好地掌握教學(xué)內(nèi)容。

在教學(xué)過程中，很多教師都是事先編寫好程序，將程序鏈接在課件中，在講解時(shí)點(diǎn)擊鏈接直接打開，然后講解程序代碼。比較好的方式是一邊編寫程序一邊進(jìn)行講解，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)調(diào)試，這樣讓學(xué)生可以真正參與編程的過程，對(duì)編程有直觀的感受。

3）應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，加強(qiáng)師生交流互動(dòng)。

現(xiàn)代人的生活已離不開手機(jī)，現(xiàn)在很多人提出對(duì)中小學(xué)生“禁止手機(jī)入校園”，對(duì)大學(xué)生“禁止手機(jī)入課堂”。但實(shí)際上，對(duì)大學(xué)生，更應(yīng)該培養(yǎng)自控能力以及自主學(xué)習(xí)能力。手機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，可以充分發(fā)揮手機(jī)的正面作用。計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)這門課程，更重要的是編程實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)的是動(dòng)手編程能力。忙于適應(yīng)大學(xué)生活的大一新生，并沒有太大必要購買電腦?？梢栽谑謾C(jī)上安裝APP（如C4droid），就可以進(jìn)行C程序的編輯、編譯和運(yùn)行。另一方面，多媒體教學(xué)以及大學(xué)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，使學(xué)生無法像高中時(shí)那樣專門用筆記本來記筆記。除了在課本上標(biāo)注外，課本上沒有的程序?qū)W生可以用手機(jī)拍照，方便學(xué)生在自己動(dòng)手編程時(shí)參考。

隨著互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)的迅速發(fā)展，“學(xué)習(xí)通”“雨課堂”等智慧教學(xué)工具的使用，實(shí)現(xiàn)了線上線下結(jié)合式教學(xué)。教師可以運(yùn)用“學(xué)習(xí)通”或“雨課堂”開展簽到、回答問題、測驗(yàn)、討論、布置任務(wù)等教學(xué)活動(dòng)。

計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)對(duì)很多學(xué)生來說都是第一次學(xué)習(xí)編程，課后教師和學(xué)生的交流互動(dòng)尤為重要。如果不使用“學(xué)習(xí)通”等智慧工具，QQ群也是一個(gè)非常好的工具。與加入教學(xué)班每個(gè)自然班的QQ群相比，教師創(chuàng)建一個(gè)QQ群讓教學(xué)班所有學(xué)生加入更好一些。在QQ群里可以發(fā)布學(xué)習(xí)資料、布置預(yù)習(xí)作業(yè)等任務(wù)，學(xué)生有疑問也可以單獨(dú)向教師詢問。教師可以選擇固定時(shí)間，比如每天晚上九點(diǎn)集中給學(xué)生在QQ群答疑。

2.3 檢查階段（Check）和處理（Action）階段

計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)，要充分考慮該課程特點(diǎn)，進(jìn)行有效的檢查。根據(jù)檢查結(jié)果，教師要分析原因，改進(jìn)教學(xué)方法，以期在后續(xù)的教學(xué)中進(jìn)行改進(jìn)。

1）學(xué)習(xí)小組。

計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)一般是采用教學(xué)班進(jìn)行教學(xué)，每個(gè)教學(xué)班包含2～4個(gè)自然班。如果學(xué)生人數(shù)較多，應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)習(xí)小組的作用，由學(xué)習(xí)小組組長進(jìn)行課前預(yù)習(xí)作業(yè)和上機(jī)預(yù)習(xí)作業(yè)完成情況的檢查，再由教師進(jìn)行抽查。根據(jù)抽查情況，教師對(duì)學(xué)生普遍存在的問題集中統(tǒng)一講解。

2）上機(jī)實(shí)驗(yàn)。

上機(jī)實(shí)驗(yàn)是檢查學(xué)生學(xué)習(xí)效果非常好的時(shí)間。在學(xué)生完成課堂所講的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的過程中，教師應(yīng)該認(rèn)真負(fù)責(zé)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍存在的問題，及時(shí)給學(xué)生以講解。對(duì)于創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，由各學(xué)習(xí)小組選派代表進(jìn)行講解，由其他小組成員和教師對(duì)創(chuàng)新性項(xiàng)目成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并按實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指標(biāo)進(jìn)行打分并確定實(shí)驗(yàn)成果成績。

3）現(xiàn)代信息技術(shù)為檢查階段提供新方法。

通過“學(xué)習(xí)通”等智慧工具可以看到學(xué)生上課的參與情況，在QQ群中也可以通過學(xué)生的提問情況了解學(xué)生對(duì)課程的興趣。最終的課程考核，筆者開發(fā)了計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)考試系統(tǒng)和閱卷系統(tǒng)，題目由計(jì)算機(jī)隨機(jī)從建立的試題庫抽取。在考試過程中，學(xué)生可以使用計(jì)算機(jī)上的包括編程軟件等所有軟件資源。考試完畢后，閱卷系統(tǒng)會(huì)判出客觀題（選擇、填空等）的分?jǐn)?shù)，教師通過閱卷系統(tǒng)進(jìn)行編程題的批改，最后教師可以從系統(tǒng)導(dǎo)出自己任課班級(jí)學(xué)生的各題得分、學(xué)生答卷情況。

3 計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)PDCA循環(huán)教學(xué)法應(yīng)用舉例

以C語言為例，兩重循環(huán)和多重循環(huán)是C語言學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)。計(jì)劃階段，首先教師在智慧通或者QQ群中布置雙重循環(huán)的讀程序、寫結(jié)果的題目，學(xué)生通過預(yù)習(xí)作業(yè)，熟練掌握雙重循環(huán)的執(zhí)行過程，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。實(shí)施階段課堂學(xué)習(xí)中，應(yīng)用案例驅(qū)動(dòng)，“百錢買百雞”[6]是個(gè)經(jīng)典且有趣的題目，同時(shí)講解算法中的窮舉法。課后在QQ群中發(fā)布課堂講解的程序，分別用兩重循環(huán)和三種循環(huán)，隨時(shí)回答學(xué)生的疑問，并發(fā)布上機(jī)小組合作完成的題目，比如窮舉法的“抓交通肇事犯”[6]題目。上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)一人一組先完成上課講解用實(shí)驗(yàn)，小組合作討論完成“抓交通肇事犯”等題目，并在自主開發(fā)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。百錢買百雞應(yīng)用雙重循環(huán)的代碼如下：

檢查和處理階段，在上機(jī)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)學(xué)生上機(jī)情況進(jìn)行檢查，在上述的程序代碼中，歷屆學(xué)生經(jīng)常存在兩個(gè)問題：①對(duì)兩重循環(huán)的賦值語句以及條件中的比較運(yùn)算符，學(xué)生概念不清，兩重循環(huán)使用的是賦值語句；②確定循環(huán)體復(fù)合語句“{}”的位置不對(duì)。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束前十分鐘及時(shí)講解。布置習(xí)題以及下次課的預(yù)習(xí)任務(wù)，從而下一個(gè)循環(huán)開始。在整個(gè)過程中，以學(xué)生為中心，加強(qiáng)師生交流互動(dòng)。

在兩重循環(huán)和多重循環(huán)的教學(xué)中應(yīng)用PDCA循環(huán)，明顯改善了教學(xué)效果。計(jì)劃階段，使學(xué)生明確了學(xué)習(xí)目的，熟悉循環(huán)語句的結(jié)構(gòu)和執(zhí)行過程，為后續(xù)利用循環(huán)解決實(shí)際問題打下基礎(chǔ)；實(shí)施階段，有趣案例的引入大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步掌握循環(huán)的執(zhí)行過程；以學(xué)生為中心和實(shí)驗(yàn)階段的小組協(xié)作，不僅師生互動(dòng)增加，同時(shí)提高了學(xué)生解決問題的能力和合作能力；處理階段針對(duì)出現(xiàn)問題的講解，鞏固和加深了對(duì)知識(shí)的掌握。循環(huán)結(jié)構(gòu)的掌握，保障了后續(xù)數(shù)組等內(nèi)容學(xué)習(xí)的順利進(jìn)行。

4 結(jié)語

在管理領(lǐng)域，PDCA循環(huán)已經(jīng)應(yīng)用多年，并對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量改進(jìn)發(fā)揮有效作用。教學(xué)實(shí)踐證明，將PDCA應(yīng)用到計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中，從教學(xué)準(zhǔn)備、課堂教學(xué)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)、課程考核到改進(jìn)整個(gè)教學(xué)流程，每一次循環(huán)都可以使教師不斷積累經(jīng)驗(yàn)，改善教學(xué)方法。此外，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)能力得到了提高，學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力、解決問題能力、動(dòng)手操作能力也得到了鍛煉。筆者在后續(xù)研究中，計(jì)劃將更多質(zhì)量管理的方法引入計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中。