工程认证背景下计算机类课程教考模式的探究与实践

陈磊

摘要：工程教育专业认证理念已深入学科专业的发展建设过程之中，甚至已融入于整个本科教育改革创新过程之中。在工程教育专业认证背景下，将其理念与计算机类课程改革实践相结合提升人才培养水平是当下的一个新思路。本文在论述各类教考模式的基础上，从考题形式与评价机制角度上探究新方法与新途径，进而更客观地反馈教师的教与学生的学，也为课程内容及授课模式的进一步改进指明方向。

关键词：工程教育认证;成果导向理念;题集考题形式;量化教学反馈

0.引言

本科计算机类课程等理工科类课程相较于人文社科类课程天然地不具有生动性与具象性，且需要更高的抽象思维能力以及问题建模能力。有限的课程内容与落后的实验环境限制了学生理解复杂项目的实践场景，也剥夺了学生运用最新工具的实践机会。检验理工科类学生所学课程相关知识的深度与广度的有限手段也制约着教师授课方式与学生所学材料的提升与改进。当前工程教育专业认证已称为衡量专业发展水平的一个标志，其内涵与理念也为探索与研究计算机类课程教考模式提供了新思路。

工程教育专业认证包含以学生为中心、成果导向、持续性改进三大理念，突出学生的知识、能力、素质三个维度的教学目标，提高学生培养质量。以学生为中心理念指出在教学过程中除了需要突出教师的作用，也更要激发学生兴趣，锻炼学生分析问题、解决问题的能力;成果导向理念指出在教学过程中设定课程目标，强化探究过程;持续性改进理念指出在评价反馈过程中采用多角度阶段性的考评机制，激励学生学习的积极性，提升教师授课的针对性。下面将通过论述各类教考模式的内涵，并从考题形式与评价机制两方面探究与实践相关模式。

1. 教考模式的探究

教考模式具体包含了教师的教授、学生的学习以及课程的考试等方面，是教学过程所依托的教学内容组织与教学程序安排。

1.1 内容形式多样的教学

计算机类专业课程几乎都包含了课程实习、生产实习或社会实践，所以通常采用项目驱动教学管理方法。其通过设定项目需求目标，学生自组团队分析目标要求、解析目标难点，再经过教师引导监督，最后通过报告会等形式展示项目成果与收获。再者，基于讲座、问题以及案例的教学模式，可以拓展学生学习的渠道、激发学生探索与思考、稳固学生的知识结构。除此之外，线下线上混合教学模式可向网络平台提供多媒体资料，不仅便于师生互动，而且易于学生自学。教学过程中采用更为多样的形式与更为丰富的内容是教学模式改革过程中体现出的最主的特点。从另一方面来说，一味地强调“多样”与“丰富”，将会压缩课堂本身教学内容，分散学生学习的专注度。

1.2 教考分离与教考合一

在本科教考实践过程中，讨论最多的是教考分离与教考合一。教考分离是指教授主体与出题主体不统一，教考合一则反之。教考合一是使用最为普遍的本科教考模式，既便于教师出题，又便于学生备考。教考分离将教学和考试分开，教授主题不参与出题。虽然两种模式在实践中都存在明显的利弊问题，但是其目的都是在课程结课后通过考卷形式考查学生对相关课程内容的理解与掌握情况。所以在教考分离或教考合一中，亟待解决的问题应该是考卷的内容与形式。考试题型单一、试题过简过难、考题重复率高等问题降低了考卷整体质量，当作为课程反馈评价过程中的原始材料，将不能体现其价值与效果。虽然通过构建题集、试题组卷等方式可以弥补一些实践问题，但是提升考卷整体质量是刻不容缓的。

1.3 成果导向模式的教学

成果导向模式的教学并不是一个将知识教授给学生的单向过程，而是教与学相长的互相作用过程，此过程需反映知识学习增长与应用能力提升的循序渐进的过程。其主要有三大环节：预期产出、教学活动和结果评估。预期产出用来描述学生在规定的课程结束时预期达到的成果;教学活动的关键点在于教师想要学生学到什么，而不是教师怎么教，或者教什么;在评估环节，使用多种真实性的评估任务来进行评价，并且鼓励学生进行自我反思。其次，要做好该模式的每个环节，可以利用反向设计原则进行基于成果导向的教学设计，首先确定培养目标，然后确定毕业要求，接着设置课程指标，接着构建课程体系，最后编写教学大纲等。基于工程教育专业认证理念，此模式需贯穿于整个专业培养过程中。

2.考题形式的探究

虽然现有包括课程论文、实验报告、课堂练习、章节习题、签到点名等多种过程性或形成性考核反馈方式，但是课程结束后最终的集中考试仍旧是一个完整教学过程中不可或缺的重要环节，也确实能够反映学生对本课程知识综合掌握程度，且无论采用任意复杂的考评占比形式，期末考试的占比一般都不会少于50%。为了保证其反馈结果的有效性与真实性，下面将对具体的考题形式进行进一步的探究。

2.1 常用考题形式

课程最终的集中考试方式可分为笔试和机考，并且都具有开卷与闭卷之分。通常认为开卷考试比闭卷考试的难度要更大。但考試题型一般都包括单选题、多选题、填空题、判断题、简答题、名词解释、论述题、计算题、连线题、排序题等。在一定程度上能检验学生所学与教师所教的成果，但是仍旧不够全面系统。布卢姆认知分类法提供了一个检验考题形式质量的方法。布卢姆认知分类法是在上个世纪50年代美国教育研究中心的本杰明·布鲁姆教授提出的一个用于归类不同学习程度的认知框架。此框架将知识的认知程度分为六个层次，自低至高依次是记忆、理解、应用、分析、评价、创新。记忆是指能回忆并复述基本的概念和事实;理解是指能自我解释、论述与比较相关概念与理论;应用是指能利用所学知识解决新情况新问题;分析是指能连接不同知识建立相互联接并解决复杂工程问题;评价是指能阐述观点、指定方案、权衡利弊并作出决定;创新是指能产生新想法或做出原创性工作。针对本科计算机类课程集中考试，一般也只能反映前四个认知层次。鉴于工程教育专业认证理念对课程建设的要求，虽然常用考题也能在一定程度反映这些层次，但是仍旧有必要进一步优化考题表现形式，尤其是需要增加复杂工程类与综合应用类的考题，以便更科学地检验学生的知识掌握情况。

2.2 开放可选形式

开放可選形式旨在权衡试卷总体容量与课程知识广度的矛盾，以及试卷整体质量与学生通过比率之间的矛盾。鉴于一份试卷的总体分值固定，且有限考试时间也限制学生答题数量，但是按照现有固定出卷模式，即所有学生完成统一的试题集，且无法涵盖课程所有的知识点。高质量试卷不应该过难也不应该过简，因为都会影响到学生通过比率，虽然通过比率高低不能直接反映教师的教授水平，但也间接地反映课程整体质量。开放可选形式有利于解决这两个矛盾。

为了设计这类开发可选形式的考卷，现分别以数据结构课程作为例子。假设此时卷面成绩中N分可用于可选形式出题，并以解答题形式出现。假设此时令有n个知识点，每个知识点的难度由coefi进行描述，且假设每个知识点仅出现一次，并记其分值为scorei。其中的i表示具体的某个知识点，取值范围为1至n。按照数据结构课程要求，适用于解答题出题形式的知识点、难度与分值假定如下图所示：

此处，不讨论题目中存在多个小题等细化情况。表1中知识点所对应的难度与分值可根据具体题目进行设置。按照开放可选形式的流程要求，首先仅知参考表1中前两列的数据，那么此时已知n=9，还给定可用分值N=35，且设定限选题数为m=4，便可以通过下列式子获取分值区间与指示信息：

Xmean=⌊N/m⌋

Xsigma= min（1+m， 1+⌊N mod m⌋）;

Y=⌊i（coefi·scorei）/n⌋;

那么，此时Xmean=8，Xsigma=4，Y=35。其中，Xmean指明了每个试题的基准分值;Xsigma指明了试题分值参考偏移值;Y值是所有试题的加权平均值，其值最好与N值接近;m的取值最好使得Xmean≤9;本解答题要求学生最多可选题数为m个，所选总分值不超过k倍N，一般k取值为1.1或1.2。

以上仅是实践中一个简单例子。在开放可选形式下，虽然学生选作试题不能说明该生对其它知识点就已经掌握扎实，更存在逃避不熟知识点的意图，但是此形式可以平衡不同层次水平学生的能力，认知水平高可选分值高的且能少做题，认知水平低可选分值低的且可多做题，都能够获得较高的分数，而且分值高的习题的得分率也比分值低的习题的得分率更低一些。基于开放可选形式，可以通过知识点涵盖广度、知识点分值分布、知识点整洁平衡等角度进一步优化试卷内容，还可以基于是否在课堂中讲授过相关习题，适当调低或调高的分值。本形式的也存在一个弊端，即改卷难度，在改卷时需要按照非线性的方式查找所选试题的答案。

2.3 主题场景形式

主题场景形式旨在提供具体案例场景并加强课程知识结构，并主要从应用与分析两个角度考查学生对所学内容的认知深度。基于主题的形式侧重于从课程知识网络结构角度考察对一个问题以及其相关问题的理解。基于场景的形式侧重于通过具体案例背景及任务需求的描述考查学生分析问题与制定方案的能力。基于主题场景形式的试卷中应不包括客观题，仅通过大题形式提供试题背景的完整描述并递进式拓展子问题内容。下面以计算机网络相关课程为例阐述主题场景形式考题的一般结构与利弊。

01. 下述问题涉及网络层及其功能：

a. 网络层，也称网际层，处于OSI模型的第三层，它提供相应服务以供端系统通过网络交换数据。为了完成端到端的传输，网络层采用了四个步骤：终端设备寻址、封装、路由和解封装。请分析一下各基本步骤的目的以及所涉及的具体工作流程。（8分）

b. 网际层协议具有如下特性：无连接传输模式、尽最大努力交付、介质独立;请简要说明这些特性的具体含义。（6分）

c. 作图描述了IPv4头部格式，并解释下列IPv4头部字段的含义。（i）版本;（ii）区分服务;（iii）生存时间;（iv）协议;（v）源地址;（vi）目的地址。（6分）

d. 相较于IPv4，请列出至少5个IPv6的优势。 （5分）

表2中给出了一个以网络层为主题的考题。其中，第一小题考查网络层报文交换的过程，第二小题考查网络层主要特性的理解，第三小题考查报文格式与字段含义，第四部分比较IPv4与IPv6两个标准。每个小题之间虽然无直接联系，但是都处于网络层知识背景中，更以递进式的问题设置方式引导考生回忆与思考整个网络层的知识框架。

02. 信电综合大学提供了信息技术与商业方面的兼读制课程与全日制课程。目前，信电综合大学正计划部分搬迁至新校区，在这之前需要考虑如何部署新校区的网络。新的校区内主要有三幢大楼。大楼A有一个专用设备室，里面有很多高性能的服务器。这些服务器能够为师生提供外网服务与校内服务。大楼B有多个教师办公室，且每个办公桌都配备台式机，需能连接网络以及其它校区服务器。大楼A与大楼B之间通过地下通信管道进行网络连接。大楼C内部有接待处、报告厅以及休息室，目前此大楼未通过任何通信线路与其它大楼进行连接。其报告厅内有一台台式机，并且学生习惯于在听报告时通过笔记本记笔记或上网查资料。

a. 大楼A应采用什么类型的网络，应安装哪些设备？ （5分）

b. 大楼B应采用什么类型的网络，应安装哪些设备？ （5分）

c. 大楼C应采用什么类型的网络，应安装哪些设备？ （5分）

d. 应采用哪类网络连接将三幢大楼连接起来，且应在哪里及如何部署新校区网络？ （10分）

表3 一个基于场景形式的考题

表3中给出了一个以校园组网为场景的考题。本考题场景明确也较为开放，利用了网络设备通信知识、网络工程布线等相关知识，且答案并不是唯一的。此时就需要学生综合利用所学知识，指定完整的解决方案，满足每幢大楼的网络需求。

虽然以上两个例子能感受到常用考题形式的影子，但是基于主题场景的考题形式提供了一个新的出题思路。在具体组卷时可设置每个题目25分（如表2与表3的分值总和），并可融合开放可选形式。

3.评价机制的探究

工程教育专业认证中的持续改进理念突出了反馈评价机制的必要性，而且需要将课程反馈评价机制贯穿于整个课程教学过程。除了可以通过平时课堂表现、雨课堂答题积分、学生提问的深度等方面反映学生的学习，还需要一些能展现综合能力的方式来反馈课程产出效果。虽然目前有很多过程性或形成性反馈评价机制，但是在确定具体使用哪些评价方法之前需要明确评价的目的与内容。下面将阐述一些实用的反馈评价机制，并分析其在计算机类课程中使用方式，及其如何用于评价课程是否达到培养目标。

3.1 基于团队项目

计算机类专业课程一般都会额外设置课程实验、实习或实训。时间充裕时可在完成基本实验内容的基础之上通过组建团队完成一个应用项目，并通过团队报告会形式展示项目成果。无论是基础实验还是团队项目，为能有效地反馈课程产出效果，最主要的还是实验任务书与项目任务书的质量。授课教师应该提供与课程联系非常紧密的基础实验内容，并全过程指导编写、调试与运行。在实践中，任务书一般需要包含任务背景、任务目的、任务描述以及任务说明，还应当包括一些参考资料与网址链接。基于团队项目的评价机制相较于其它日常评价措施更加综合，而且能从学生的问题分析水平、语言表达水平、项目理解深度等侧面评价学生是否完成课程能力培养目标。但是此方法一般只能用于课程后期，即当学习相关基础知识后且掌握基本操作方法之后才能引入。

3.2 基于新型考题

本文已论述了开放可选形式与主题场景形式的新型考题形式。从这些考题得分情况与选题分布分析学生知识点掌握情况不失为一个新的评价方式。此方法能动态地分析学生对哪些知识掌握较为充分，哪些难点仍旧不熟悉。下面以某一学期的数据结构课程考试成绩为例，分析解答题的得分情况与选题分布，并总结本课程的基本问题（样本总数为 72）。

图 1 中给出了针对数据结构课程考试中解答题的数据分布图。解答题整体平均得分为28.68，整体得分率为 82%，处于中等难度水平。通过对数据分布分析，选题人数较多的是知识点 1、2、3 和 8;选题人数最少的是知识点 5;得分率较高的是知识点 1、2、3 以及 6 和 9;得分率较低的是难度最高的知识点 4 与 5。总体来说，学生对基础知识点与课程后期学习的排序算法的掌握程度都较为扎实，但对于非线性数据结构相关知识的认知程度较为薄弱。针对本课程，需要加强学生对复杂数据结构的理解与应用，并锻炼学生抽象数据建模能力。

3.3 基于问卷调查

当前多数高校本科生平时荒废学业，寄希望期末突击复习考个好成绩，所以在课程教授过程中，学生一般都保持沉默，很难从学生群体中获取有效的即时反馈意见。当开放慕课讨论区、公开询问意见、部分学生交流等方式都无效的时候，可以采用匿名问卷调查方式即时获得意见与建议。虽然回答问卷调查一般不需要占用太多时间，但是很多学生可能因为不在乎、无用论等思想导致问卷结果也无法反馈真实想法，所以在创建问卷时可以考虑改变常用组卷模式，添加一些符合學生心态的选项与自我反馈评价的题目。

01. 您课后是否会自

学课本等相关课程资料？ 20. 您是否理解问卷内的每个问题？自评反馈内容的客观度如何？

表 4 提供两道可供参考的问卷题目形式。第 1 题中所有选项都基于学生学习实际情况，贴近学生的真实大学学习与生活，能产生共鸣的题目会是学生回答问卷内容时更加积极。一般设置问卷题目数量为 20 题，针对最后一题，其目的是为了让学生自评所有反馈内容，虽然也可能存在乱选情况，但是相比之下有利于删选问卷样本。

5.结语

本文从讨论各类教考模式入手，汲取其内涵与理念，分析其共性与不足，然后从考题形式与评价机制深入具体地评述了各种方法的优缺点，也提供了具体的参考案例。本文旨在基于现行常用方法与机制，探究与实践新的改革路径，为计算机类课程教学考评模式提供新思路与新方法。促使整个计算机类课程遵循工程教育专业认证的理念，为培养高质量人才提供保障。探索与实践新型教学考评模式是一个永恒的话题，本文中的新方法与新思路仍旧需要在实践中进一步摸索与改进。