討論式教學(xué)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

熊 瑩，王 薇，劉茂福，毛雪松

（1.武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；2.智能信息處理與實(shí)時(shí)工業(yè)系統(tǒng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430065；3.武漢科技大學(xué) 信息與科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430081）

0 引言

隨著中國加入《華盛頓協(xié)議》成為國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議的正式會(huì)員［1-2］，中國高等教育機(jī)構(gòu)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(rèn)證質(zhì)量保障的“三大理念”已經(jīng)深入人心［6-7］。武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院在工程教育認(rèn)證理念中堅(jiān)持“以學(xué)生為中心，把全體學(xué)生學(xué)習(xí)效果作為關(guān)注焦點(diǎn)”［8］，積極進(jìn)行課堂教學(xué)設(shè)計(jì)改革，將討論式教學(xué)及一些先進(jìn)教學(xué)方式應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)課堂，利用靈活高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)思辨能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，實(shí)驗(yàn)證明討論式實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了很好的教學(xué)效果。

1 討論式教學(xué)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課中的應(yīng)用

討論式教學(xué)近年在大學(xué)得到提倡，其方法是在教師的提示和引導(dǎo)下學(xué)生積極主動(dòng)思考問題，利用生生、師生之間的交流加強(qiáng)學(xué)生互動(dòng)式思考和學(xué)習(xí)，掌握教學(xué)知識(shí)點(diǎn)。通過討論式教學(xué)，不僅能傳授知識(shí)，還能提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，使其學(xué)會(huì)分享知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)思考和決策等［9］。單調(diào)的傳統(tǒng)式教學(xué)方式是老師講知識(shí)，學(xué)生聽知識(shí)。雖然傳統(tǒng)的教與學(xué)方式傳授效率高，但由于缺乏互動(dòng)，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高，不利于培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新精神［10-11］。鑒于此，武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院選取物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行討論式教學(xué)模式探索。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是計(jì)算機(jī)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)高年級(jí)選修課，此課程實(shí)驗(yàn)需要同時(shí)具備軟件開發(fā)能力和硬件設(shè)計(jì)能力，綜合素質(zhì)要求較高。由于硬件數(shù)量有限，在2018 秋季、2019 春季分別針對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)大學(xué)四年級(jí)（2015 級(jí)）和大學(xué)三年級(jí)本科生（2016 級(jí)）共計(jì)116 人進(jìn)行了討論式教學(xué)應(yīng)用探索。教師在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)第一次實(shí)驗(yàn)課上根據(jù)學(xué)號(hào)順序劃分小組，一般2～3 人一組，學(xué)生可根據(jù)意愿自由成組。經(jīng)過兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐探索，網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)高年級(jí)大學(xué)本科生此課程的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收通過率統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1 所示。

Table 1 Acceptance rate of discussion teaching（%）表1 討論式教學(xué)驗(yàn)收通過率 （%）

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收通過率是教師檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績的重要指標(biāo)，驗(yàn)收通過率越高，表明這部分知識(shí)點(diǎn)學(xué)生掌握得越好，一般根據(jù)學(xué)生程序運(yùn)行情況和問題回答情況確定分?jǐn)?shù)。由表1 可以看出，實(shí)行了討論式教學(xué)模式后，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收通過率最低為86.1%，最高為100%，波動(dòng)范圍在20%以內(nèi)，實(shí)驗(yàn)通過率與實(shí)驗(yàn)難度成反比。2018 年實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收平均通過率為95.9%，2019 年實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收平均通過率為95.8%，均在95%以上。

為了對(duì)照討論式教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，將網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)同一批學(xué)生在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较铝硪婚T難度相當(dāng)?shù)膶I(yè)課——計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收通過率情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2 所示。表2 數(shù)據(jù)顯示，采用傳統(tǒng)式教學(xué)方式，學(xué)生實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收通過率最低為2.5%，最高為92.3%，波動(dòng)范圍為89.8 個(gè)百分點(diǎn)。2018 年學(xué)生驗(yàn)收平均通過率為63.8%，2019 年學(xué)生驗(yàn)收平均通過率為33.2%，其值均遠(yuǎn)低于討論式教學(xué)方式。在傳統(tǒng)式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式下，雖然驗(yàn)收通過率最高值與采用討論式教學(xué)方式的驗(yàn)收通過率最高值基本相當(dāng)，差距僅為7.7%，但對(duì)于難度系數(shù)較高的實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)式教學(xué)明顯落后于討論式教學(xué)方式。傳統(tǒng)式驗(yàn)收通過率最低值為2.5%，而討論式驗(yàn)收通過率最低值為86.1%，兩者差距達(dá)到83.6 個(gè)百分點(diǎn)。

Table 2 Acceptance rate of traditional teaching（%）表2 傳統(tǒng)式教學(xué)驗(yàn)收通過率 （%）

對(duì)教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得知兩種教學(xué)方式數(shù)值差距明顯的主要原因如下：傳統(tǒng)教學(xué)模式下，大學(xué)生做較難實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于猛然從“舒適區(qū)”跳到“恐慌區(qū)”［12］，容易滋生逃避、敷衍的學(xué)習(xí)態(tài)度［13］，導(dǎo)致驗(yàn)收通過率變低。而反觀討論式教學(xué)，在相互討論環(huán)節(jié)中很好地回避了這個(gè)問題。由于鼓勵(lì)討論，學(xué)生通過良性的生生互動(dòng)和師生互動(dòng)，激發(fā)了主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力［14］，找到了理解知識(shí)點(diǎn)的突破口，從而走出“舒適區(qū)”，進(jìn)入“學(xué)習(xí)區(qū)”；然后擴(kuò)大“舒適區(qū)”，減少“恐慌區(qū)”，提高實(shí)驗(yàn)成績。大部分學(xué)生達(dá)到并超預(yù)期完成了預(yù)設(shè)的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

分析2018 年（2015 級(jí)）和2019 年（2016 級(jí)）高年級(jí)本科生在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用討論式教學(xué)的分?jǐn)?shù)情況，成績分布如圖1 所示。圖1 顯示實(shí)驗(yàn)成績主要分布在92～98 分之間，高于98 分和低于92 分的人數(shù)都較少，整個(gè)分?jǐn)?shù)分布呈現(xiàn)一個(gè)良好的正態(tài)分布狀態(tài)。本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式改為討論式后，學(xué)生達(dá)成一段學(xué)習(xí)目標(biāo)（及格），而后達(dá)到二段學(xué)習(xí)目標(biāo)（高績點(diǎn)），整體學(xué)習(xí)效果因此得到提高，達(dá)成實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革目標(biāo)。

Fig.1 Distribution of experimental results of Internet of Things圖1 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)成績分布

2 在編譯原理實(shí)驗(yàn)課中的應(yīng)用

在編譯原理實(shí)驗(yàn)課應(yīng)用討論式教學(xué)，追蹤學(xué)生課上課下表現(xiàn)，分析得出討論式教學(xué)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中能有效提高學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力，從而提高實(shí)驗(yàn)成績。對(duì)于實(shí)驗(yàn)難度較低的實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)式教學(xué)模式與討論式教學(xué)模式實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收通過率差距不大，波動(dòng)范圍在10%左右，為此考慮能否將傳統(tǒng)式和討論式兩種教學(xué)方式結(jié)合起來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。對(duì)于難度一般的實(shí)驗(yàn)維持傳統(tǒng)式教學(xué)方式，這樣可以保留傳統(tǒng)式傳授效率高的優(yōu)點(diǎn)［15］；對(duì)于難度較高的實(shí)驗(yàn)改為討論式教學(xué)，雖然犧牲了部分時(shí)效，但能充分激發(fā)學(xué)生內(nèi)驅(qū)力，促進(jìn)整體進(jìn)步。

針對(duì)編譯原理課程實(shí)驗(yàn)，選取計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)卓越計(jì)劃（簡稱計(jì)卓越）、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（簡稱計(jì)科）、軟件工程產(chǎn)業(yè)計(jì)劃（簡稱軟產(chǎn)）和軟件工程（簡稱軟工）專業(yè)的部分大二本科生進(jìn)行討論式教學(xué)與傳統(tǒng)式教學(xué)相結(jié)合的混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，將信息安全（簡稱信安）、計(jì)科和軟工3 個(gè)專業(yè)沒有參加實(shí)驗(yàn)探索的學(xué)生作為教改實(shí)驗(yàn)對(duì)照組。根據(jù)往屆學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況，選取難度一般的實(shí)驗(yàn)1“詞法分析器設(shè)計(jì)”保留傳統(tǒng)教學(xué)模式，對(duì)難度較大的實(shí)驗(yàn)2“LL（1）語法分析程序設(shè)計(jì)”采用討論式教學(xué)模式。編譯原理課程混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)驗(yàn)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(tǒng)式與討論式教學(xué)結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收通過率 （%）

傳統(tǒng)式教學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收通過率結(jié)果如表4 所示。

Table 4 Acceptance rate of traditional teaching（%）表4 傳統(tǒng)式教學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收通過率 （%）

由表3 可以看出，雖然各專業(yè)學(xué)生驗(yàn)收通過率不同，但采用討論式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式后，難度較大的實(shí)驗(yàn)2 驗(yàn)收通過率超過了難度一般的實(shí)驗(yàn)1 驗(yàn)收通過率，實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)1 平均驗(yàn)收通過率為38.8%，實(shí)驗(yàn)2 平均驗(yàn)收通過率為67%。表4 中采用傳統(tǒng)式教學(xué)方式的3 個(gè)專業(yè)，雖然難度一般的實(shí)驗(yàn)1 平均驗(yàn)收通過率為51.6%，比表3 實(shí)驗(yàn)組的38.8%高12.8個(gè)百分點(diǎn)，但對(duì)于難度較高實(shí)驗(yàn)2，驗(yàn)收率僅有22.4%，比實(shí)驗(yàn)組的67%低了44.6 個(gè)百分點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)再一次驗(yàn)證了討論式教學(xué)提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果明顯，特別是對(duì)于解決較難問題時(shí)，討論能激發(fā)學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力，使學(xué)生突破學(xué)習(xí)的“舒適區(qū)”，促進(jìn)了全體學(xué)生的共同進(jìn)步。

3 討論式教學(xué)效果分析

對(duì)實(shí)驗(yàn)組的大學(xué)二年級(jí)本科學(xué)生進(jìn)行混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)問卷調(diào)查，共發(fā)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(xué)生的參與程度和學(xué)習(xí)能力提升效果等方面內(nèi)容。

問卷反饋和評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2 所示。87.2%的學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)主動(dòng)性有所提高；45%的學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)壓力增大；79.4%的學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)效率有所提高；87.8%的學(xué)生認(rèn)為其有利于加深知識(shí)理解；75%的學(xué)生認(rèn)為集體學(xué)習(xí)效果好；66.1%的學(xué)生認(rèn)為個(gè)人學(xué)習(xí)效果好；97.8%的學(xué)生認(rèn)為以討論式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式學(xué)習(xí)及以小組為單位進(jìn)行驗(yàn)收合理；對(duì)于實(shí)驗(yàn)成績組長打分這個(gè)環(huán)節(jié)，90.6%的學(xué)生認(rèn)為組長打分合理；關(guān)于下次實(shí)驗(yàn)是否愿意繼續(xù)選擇小組討論這種方式，有97.2%的學(xué)生選擇同意。97.2%的學(xué)生愿意繼續(xù)選擇討論式教學(xué)這種方式學(xué)習(xí)，這無疑是教師繼續(xù)“以學(xué)生為中心”進(jìn)行教學(xué)改革的動(dòng)力。討論式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式雖然給部分學(xué)生（45%）帶來了一定壓力，但是“壓力升高”的減分項(xiàng)換取了高績點(diǎn)達(dá)成的加分項(xiàng)，所以學(xué)生愿意持續(xù)選擇這種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。

Fig.2 Students'evaluation of the effect of discussion experiment teaching圖2 學(xué)生對(duì)討論式實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)

“下次實(shí)驗(yàn)?zāi)憧梢宰杂蛇x擇，你愿意選擇小組集體討論這種方式嗎？”有3.8%的學(xué)生選擇了“不愿意”，教師發(fā)現(xiàn)這些學(xué)生在小組中擔(dān)任的工作一般為“編程”或“講解驗(yàn)收者”。在小組討論過程中有學(xué)生不服從管理，有“搭便車”情況發(fā)生［16-18］，讓干活多的學(xué)生有吃虧、心累的感覺，從而影響了團(tuán)隊(duì)成員的凝聚力。筆者認(rèn)為，學(xué)習(xí)小組長既要有良好的編程能力，又要有領(lǐng)導(dǎo)協(xié)調(diào)能力，這對(duì)低年級(jí)大學(xué)生的人際交往能力是個(gè)挑戰(zhàn)。

在工程教育改革中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師應(yīng)將提高全體學(xué)生的學(xué)習(xí)效果作為終極目標(biāo)，積極收集、整理全體學(xué)生對(duì)混合式教學(xué)方式的反饋，有助于更高效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索。

4 結(jié)語

為了適應(yīng)工程教育理念，各高校紛紛開始進(jìn)行“以學(xué)生為中心”的教學(xué)改革。武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院探索了討論式教學(xué)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。教學(xué)改革歷時(shí)2 年，涉及討論式及傳統(tǒng)、討論式混合教學(xué)兩種方式。對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施經(jīng)典型討論式教學(xué)應(yīng)用［19-20］，對(duì)編譯原理根據(jù)實(shí)驗(yàn)難度選擇傳統(tǒng)式或討論式教學(xué)方式。對(duì)比實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組數(shù)據(jù)，并根據(jù)學(xué)生的問卷反饋，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)討論式教學(xué)方式接納度高，且討論式教學(xué)方式在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中能顯著提升學(xué)習(xí)效果，特別是針對(duì)較難問題時(shí)效果很好。討論式教學(xué)能極大激發(fā)互動(dòng)式思考和學(xué)習(xí)，教學(xué)效果優(yōu)于傳統(tǒng)式，但時(shí)效性卻不如傳統(tǒng)式，主要原因是少數(shù)學(xué)生不配合導(dǎo)致整體效率低。筆者建議討論式教學(xué)實(shí)施不必一刀切，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)難度選擇教學(xué)方式，實(shí)驗(yàn)難度一般的選擇傳統(tǒng)式，實(shí)驗(yàn)難度高的選擇討論式，兩種方式結(jié)合能實(shí)現(xiàn)教學(xué)效率和教學(xué)效果最佳。當(dāng)然，這對(duì)教師在教學(xué)改革實(shí)施過程中如何預(yù)測知識(shí)點(diǎn)難度、靈活把控教學(xué)進(jìn)度提出了更高要求。

計(jì)算機(jī)行業(yè)是一個(gè)日新月異，工作壓力巨大的行業(yè)，若個(gè)人單打獨(dú)斗，即使是優(yōu)秀的程序員也很難同多人配合的公司團(tuán)隊(duì)去競爭，所以IT 公司一般采用項(xiàng)目組方式進(jìn)行項(xiàng)目管理和研發(fā)。開展討論式教學(xué)探索初衷是提高全體學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生主動(dòng)參與到學(xué)習(xí)過程中，通過生生互動(dòng)和師生互動(dòng)內(nèi)化提高學(xué)習(xí)成績。同時(shí)逐漸積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以便于畢業(yè)后能適應(yīng)團(tuán)隊(duì)工作方式，迅速融入團(tuán)隊(duì)。大學(xué)教學(xué)模式從單調(diào)的教與學(xué)的二元，轉(zhuǎn)變到了教、學(xué)、用的三元和教、學(xué)、用、創(chuàng)的多元課堂模式，學(xué)生的積極評(píng)價(jià)和反饋成為推動(dòng)教學(xué)改革的動(dòng)力，形成良性閉環(huán)。探索討論式教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，能為實(shí)施更高層次的教學(xué)改革提供更多的思路及方向。