讨论式教学在实验教学中的应用

熊 莹，王 薇，刘茂福，毛雪松

（1.武汉科技大学计算机科学与技术学院；2.智能信息处理与实时工业系统湖北省重点实验室，湖北 武汉 430065；3.武汉科技大学 信息与科学技术学院，湖北 武汉 430081）

0 引言

随着中国加入《华盛顿协议》成为国际本科工程学位互认协议的正式会员［1-2］，中国高等教育机构与国际高等教育组织（INQAAHE、APQN、ENQA、WA 等）的交流愈加频繁［3-5］，工程教育认证质量保障的“三大理念”已经深入人心［6-7］。武汉科技大学计算机学院在工程教育认证理念中坚持“以学生为中心，把全体学生学习效果作为关注焦点”［8］，积极进行课堂教学设计改革，将讨论式教学及一些先进教学方式应用在实验课堂，利用灵活高效的实验教学方式充分调动学生的学习主动性，增强学习兴趣，培养思辨能力和团队协作精神，实验证明讨论式实验教学取得了很好的教学效果。

1 讨论式教学在物联网技术、计算机网络实验课中的应用

讨论式教学近年在大学得到提倡，其方法是在教师的提示和引导下学生积极主动思考问题，利用生生、师生之间的交流加强学生互动式思考和学习，掌握教学知识点。通过讨论式教学，不仅能传授知识，还能提高学生的综合素质，使其学会分享知识和经验，学会团队思考和决策等［9］。单调的传统式教学方式是老师讲知识，学生听知识。虽然传统的教与学方式传授效率高，但由于缺乏互动，学生学习主动性不高，不利于培养探索精神和创新精神［10-11］。鉴于此，武汉科技大学计算机学院选取物联网技术实验课进行讨论式教学模式探索。

物联网技术是计算机学院网络工程专业高年级选修课，此课程实验需要同时具备软件开发能力和硬件设计能力，综合素质要求较高。由于硬件数量有限，在2018 秋季、2019 春季分别针对网络工程专业大学四年级（2015 级）和大学三年级本科生（2016 级）共计116 人进行了讨论式教学应用探索。教师在物联网技术第一次实验课上根据学号顺序划分小组，一般2～3 人一组，学生可根据意愿自由成组。经过两个学期的实践探索，网络工程专业高年级大学本科生此课程的实验验收通过率统计结果如表1 所示。

Table 1 Acceptance rate of discussion teaching（%）表1 讨论式教学验收通过率 （%）

实验验收通过率是教师检验学生实验成绩的重要指标，验收通过率越高，表明这部分知识点学生掌握得越好，一般根据学生程序运行情况和问题回答情况确定分数。由表1 可以看出，实行了讨论式教学模式后，实验验收通过率最低为86.1%，最高为100%，波动范围在20%以内，实验通过率与实验难度成反比。2018 年实验验收平均通过率为95.9%，2019 年实验验收平均通过率为95.8%，均在95%以上。

为了对照讨论式教学和传统教学模式的实验教学效果，将网络工程专业同一批学生在传统实验模式下另一门难度相当的专业课——计算机网络的实验验收通过率情况进行统计，结果如表2 所示。表2 数据显示，采用传统式教学方式，学生实验验收通过率最低为2.5%，最高为92.3%，波动范围为89.8 个百分点。2018 年学生验收平均通过率为63.8%，2019 年学生验收平均通过率为33.2%，其值均远低于讨论式教学方式。在传统式的实验教学方式下，虽然验收通过率最高值与采用讨论式教学方式的验收通过率最高值基本相当，差距仅为7.7%，但对于难度系数较高的实验，传统式教学明显落后于讨论式教学方式。传统式验收通过率最低值为2.5%，而讨论式验收通过率最低值为86.1%，两者差距达到83.6 个百分点。

Table 2 Acceptance rate of traditional teaching（%）表2 传统式教学验收通过率 （%）

对教学数据进行分析，得知两种教学方式数值差距明显的主要原因如下：传统教学模式下，大学生做较难实验时，由于猛然从“舒适区”跳到“恐慌区”［12］，容易滋生逃避、敷衍的学习态度［13］，导致验收通过率变低。而反观讨论式教学，在相互讨论环节中很好地回避了这个问题。由于鼓励讨论，学生通过良性的生生互动和师生互动，激发了主动学习的动力［14］，找到了理解知识点的突破口，从而走出“舒适区”，进入“学习区”；然后扩大“舒适区”，减少“恐慌区”，提高实验成绩。大部分学生达到并超预期完成了预设的学习目标。

分析2018 年（2015 级）和2019 年（2016 级）高年级本科生在物联网技术使用讨论式教学的分数情况，成绩分布如图1 所示。图1 显示实验成绩主要分布在92～98 分之间，高于98 分和低于92 分的人数都较少，整个分数分布呈现一个良好的正态分布状态。本科实验教学方式改为讨论式后，学生达成一段学习目标（及格），而后达到二段学习目标（高绩点），整体学习效果因此得到提高，达成实验教学改革目标。

Fig.1 Distribution of experimental results of Internet of Things图1 物联网实验成绩分布

2 在编译原理实验课中的应用

在编译原理实验课应用讨论式教学，追踪学生课上课下表现，分析得出讨论式教学在实验教学中能有效提高学生的内驱力，从而提高实验成绩。对于实验难度较低的实验，传统式教学模式与讨论式教学模式实验验收通过率差距不大，波动范围在10%左右，为此考虑能否将传统式和讨论式两种教学方式结合起来进行实验教学。对于难度一般的实验维持传统式教学方式，这样可以保留传统式传授效率高的优点［15］；对于难度较高的实验改为讨论式教学，虽然牺牲了部分时效，但能充分激发学生内驱力，促进整体进步。

针对编译原理课程实验，选取计算机科学与技术卓越计划（简称计卓越）、计算机科学与技术（简称计科）、软件工程产业计划（简称软产）和软件工程（简称软工）专业的部分大二本科生进行讨论式教学与传统式教学相结合的混合式实验教学模式，将信息安全（简称信安）、计科和软工3 个专业没有参加实验探索的学生作为教改实验对照组。根据往届学生实验情况，选取难度一般的实验1“词法分析器设计”保留传统教学模式，对难度较大的实验2“LL（1）语法分析程序设计”采用讨论式教学模式。编译原理课程混合式实验教学验收通过率如表3 所示。

Table 3 Acceptance rate of the combination of traditional teaching and discussion teaching（%）表3 传统式与讨论式教学结合实验验收通过率 （%）

传统式教学实验验收通过率结果如表4 所示。

Table 4 Acceptance rate of traditional teaching（%）表4 传统式教学实验验收通过率 （%）

由表3 可以看出，虽然各专业学生验收通过率不同，但采用讨论式实验教学模式后，难度较大的实验2 验收通过率超过了难度一般的实验1 验收通过率，实验组实验1 平均验收通过率为38.8%，实验2 平均验收通过率为67%。表4 中采用传统式教学方式的3 个专业，虽然难度一般的实验1 平均验收通过率为51.6%，比表3 实验组的38.8%高12.8个百分点，但对于难度较高实验2，验收率仅有22.4%，比实验组的67%低了44.6 个百分点。实验数据再一次验证了讨论式教学提升实验教学效果明显，特别是对于解决较难问题时，讨论能激发学生的内驱力，使学生突破学习的“舒适区”，促进了全体学生的共同进步。

3 讨论式教学效果分析

对实验组的大学二年级本科学生进行混合式实验教学问卷调查，共发放问卷206 份，回收问卷188 份，其中有效问卷180 份。问卷有11 题，主要涉及学生的参与程度和学习能力提升效果等方面内容。

问卷反馈和评价结果如图2 所示。87.2%的学生认为学习主动性有所提高；45%的学生认为学习压力增大；79.4%的学生认为学习效率有所提高；87.8%的学生认为其有利于加深知识理解；75%的学生认为集体学习效果好；66.1%的学生认为个人学习效果好；97.8%的学生认为以讨论式实验教学方式学习及以小组为单位进行验收合理；对于实验成绩组长打分这个环节，90.6%的学生认为组长打分合理；关于下次实验是否愿意继续选择小组讨论这种方式，有97.2%的学生选择同意。97.2%的学生愿意继续选择讨论式教学这种方式学习，这无疑是教师继续“以学生为中心”进行教学改革的动力。讨论式实验教学方式虽然给部分学生（45%）带来了一定压力，但是“压力升高”的减分项换取了高绩点达成的加分项，所以学生愿意持续选择这种新的实验教学方式。

Fig.2 Students'evaluation of the effect of discussion experiment teaching图2 学生对讨论式实验教学效果评价

“下次实验你可以自由选择，你愿意选择小组集体讨论这种方式吗？”有3.8%的学生选择了“不愿意”，教师发现这些学生在小组中担任的工作一般为“编程”或“讲解验收者”。在小组讨论过程中有学生不服从管理，有“搭便车”情况发生［16-18］，让干活多的学生有吃亏、心累的感觉，从而影响了团队成员的凝聚力。笔者认为，学习小组长既要有良好的编程能力，又要有领导协调能力，这对低年级大学生的人际交往能力是个挑战。

在工程教育改革中，学生是学习的主体，教师应将提高全体学生的学习效果作为终极目标，积极收集、整理全体学生对混合式教学方式的反馈，有助于更高效地进行实验教学改革探索。

4 结语

为了适应工程教育理念，各高校纷纷开始进行“以学生为中心”的教学改革。武汉科技大学计算机科学与技术学院探索了讨论式教学在实验教学中的应用。教学改革历时2 年，涉及讨论式及传统、讨论式混合教学两种方式。对物联网技术实施经典型讨论式教学应用［19-20］，对编译原理根据实验难度选择传统式或讨论式教学方式。对比实验组与对照组数据，并根据学生的问卷反馈，发现学生对讨论式教学方式接纳度高，且讨论式教学方式在实验教学中能显著提升学习效果，特别是针对较难问题时效果很好。讨论式教学能极大激发互动式思考和学习，教学效果优于传统式，但时效性却不如传统式，主要原因是少数学生不配合导致整体效率低。笔者建议讨论式教学实施不必一刀切，可根据实验难度选择教学方式，实验难度一般的选择传统式，实验难度高的选择讨论式，两种方式结合能实现教学效率和教学效果最佳。当然，这对教师在教学改革实施过程中如何预测知识点难度、灵活把控教学进度提出了更高要求。

计算机行业是一个日新月异，工作压力巨大的行业，若个人单打独斗，即使是优秀的程序员也很难同多人配合的公司团队去竞争，所以IT 公司一般采用项目组方式进行项目管理和研发。开展讨论式教学探索初衷是提高全体学生的学习效果，调动学习积极性，让学生主动参与到学习过程中，通过生生互动和师生互动内化提高学习成绩。同时逐渐积累工程实践经验，以便于毕业后能适应团队工作方式，迅速融入团队。大学教学模式从单调的教与学的二元，转变到了教、学、用的三元和教、学、用、创的多元课堂模式，学生的积极评价和反馈成为推动教学改革的动力，形成良性闭环。探索讨论式教学经验，能为实施更高层次的教学改革提供更多的思路及方向。