新工科背景下Web编程技术课程的实验教学改革研究

谢 涛，薄钧戈，房琛琛

（西安交通大学 计算机教学实验中心，陕西 西安 710049）

0 引 言

在国家实施创新驱动发展、“中国制造2025”“互联网＋”等重大发展战略的大背景下，培养科学基础厚、工程能力强、综合素质高的工程科技人才，对于支撑服务以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃发展具有十分重要的现实意义和战略意义，也是建设制造强国和创新型国家的重要前提[1]。

新工科这一概念自2016年提出，在一年多的时间里，教育部组织高校深入研讨，形成“复旦共识”和“天大行动”[2]。在这样的背景下，探索工程教育人才培养新模式，提高学生创新创业意识，达到我国新经济、新产业发展对大学生的素质能力要求，才能真正体现出教育的价值和意义[3]。

1 “能力导向、项目驱动”驱动模型

研究表明，当前环境下，大学教育的重点已由知识与技能传授，逐渐转向学生核心能力的培养与测评，以确保毕业生能够满足企业与未来社会对高素质人才的需求[4]。重庆交通大学周开发教授提出新工科学生核心能力分类架构由5类核心能力构成，即个人效能、知识能力、学术能力、技术能力和社会能力[4]。根据周教授提出的能力框架，结合西安交通大学理工科专业教学的总体目标，在广泛调研的基础上，提出在“能力导向、项目驱动”的框架模型（简称框架模型）下，通过项目驱动实验教学，对实验教学进行探索与改革，希望借助实验教学最大限度地调动学生的主动性和创造性，逐步培养学生初步的综合设计能力、项目管理能力、团队协作能力和科研创新能力。“能力导向、项目驱动”的框架模型见图1。

图1 “能力导向、项目驱动”模型

2 “能力导向、项目驱动”模型下的实验教学改革具体措施

2.1 实验教学目标重新定位

教学目标是实验教学的出发点，是实验教学的灵魂，但实验教学不是有了目标就行。合适的教学目标是提升实验教学有效性的基础，只有目标合适，实验教学才具备有效的基础，才能显示应有的价值，才能最终落实在学生的进步和发展上[5]。

Web编程实验教学原来的教学目标是通过实验加强学生对Web编程概念的理解，着重培养学生的动手能力和操作技能。但是实际教学只侧重于学生完成给定的实验任务，忽略学生能力培养的系统性以及实验在工程应用中的拓展，不符合新工科背景下对学生能力培养的要求。

改革后的实验教学目标定位为在框架模型下，以基础实验项目为导引，完成对Web编程知识技能的学习，重点培养学生的综合设计能力。在此基础上，通过对工程实践项目的开发，培养学生的基本项目管理能力。项目实施过程中，项目组成员协作、配合、团结，逐步具备较好的团队协作能力；引导学生阅读与项目相关的科研资料，并对学科相关的科技前沿进行初步探索，培育初步的科研创新能力。

2.2 实验内容体系建设

实验教学内容体系是实验教学目标的支撑和依托，根据“能力导向、项目驱动”模型，实验教学内容分为两个主要部分，即基础实验项目和工程实践项目。

基础实验项目涉及的内容主要包括互联网和Web 基础、HTML、CSS、JavaScript、PHP、数据库、Cookie和Session、Web安全等，但在具体内容的组织上，并不像传统模式那样先练习基本知识技能，再进行某单元的综合训练，而是遵循项目驱动理念，在某单元开始先推出一个项目，即基础实验项目，明确项目需求，然后让学生根据项目需求了解与学习相关知识，最终目的是通过实验完成项目的所有要求。此部分共设计了8个基础实验项目，具体的项目实验安排见表1。

表1 基础实验项目实验安排

工程实践项目贯穿整个课程，也是整个实验教学体系的主线。因此，对此类项目完全按照项目管理的流程进行，项目内容的来源主要包含3类：自选项目、联合项目和指定项目，整个课程的实验内容体系结构见图2。

自选项目是由项目组根据组员的爱好、兴趣等自主选择开发项目的一种形式，也是实际中出现最多的一类项目。这类项目基于项目组成员的共同兴趣和爱好，能够最大限度地发挥组员的积极性和创造性，是值得极力推荐的一种项目形式。常见的自选项目有学生社团门户、电商购物网站、学校二级单位门户等。

图2 项目驱动的实验内容体系结构图

联合项目是项目组和企业、政府或其他社会组织联合开发的一种形式，由企业一方提供项目需要，承接项目的项目组按照需要在规定的时间内完成项目所有需求。这类项目适合基础较好、有一定开发经验的项目组承担。此类项目与社会结合程度相当高，是非常理想的一种项目形式，但由于对项目组成员自身素质要求较高，且时间上有严格限制，因此寻找合适的项目并不容易。

指定项目是因为各种主客观原因，造成项目组没有选择或者未来得及选择其他项目，而由教师指定开发特定项目的一种形式。常见的指定项目有课程资源网站、电子邮件系统、企业门户系统等。

2.3 实验教学方法的改革

实验教学方法是实验教学中最重要的软性工具，决定着学生的参与程度和互动效果[6]。教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见指出，应“创新教育教学方法，倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学”，而教学方法创新的根本目的就在于提高教学质量[7]。

传统实验教学方法的优点在于学生可按照事先规定好的实验步骤，在较短时间内将实验做完。但是，这种教学方法不能有效激发学生学习的积极性、主动性和创造性，不利于新工科背景下创新性应用型人才的培养。

根据课程特点，可以对不同类型的项目实施不同的教学方法，旨在促进实验教学质量的提高和对学生能力的培养。

基础实验项目主要采用启发式教学法，尽可能将启发式教学渗透到实验教学全过程，并注意处理传授知识与培养能力的关系，引导学生主动观察、积极思考、分析问题和解决问题，真正做到手脑并用[8]。在实验过程中，教师要针对学生出现的问题，引导学生找出解决问题的思路和方法，着力培养学生的综合设计能力。教师要结合学生的学习情况，进行适度引导，保证学生通过“垫垫脚，跳一跳”就可以自己找到答案，不能讲得太少，变为放任自流；也不能讲得太多，变成包办代替。

工程实践项目主要采用项目式教学法。项目式教学法倡导以学生为中心，以实际项目为载体，学生主动参与项目实施全过程，并主动构建知识体系的一种教学方法[9]。项目教学法中，教师不再是单一的知识传授者，而是学生学习的合作者、引导者和参与者。学生在项目实施的各个环节随时与教师沟通，教师引导项目实施全过程，如引导学生查阅文献资料、设计实验方案、解决实验过程中遇到的问题、进行总结和自我评价等。项目教学法的成功，要充分考虑学生已有的理论与实践知识结构，由易而难、循序渐进设计实验项目。通过完成一个完整的项目，理论与实验能够有机结合起来，学生综合运用已有的知识，积极主动地探索新知识，培养学生的项目管理能力。

还有一种实验教学方法，既可用于基础实验项目，也经常用于项目教学法，这就是讨论式教学法。讨论式教学可以产生很多有益的思路，产生思想火花[10]，即通常所说的“头脑风暴”。项目开发中出现的问题，需要小组分工协作，查阅文献，提出解决问题的方案，然后与教师讨论，确定最终解决方案。通过小组讨论，能够培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。讨论式教学经常和启发式教学结合起来，鼓励每位学生积极发言，教师对学生的观点进行指导、总结，使学生养成积极思考的习惯，培养学生的分析归纳能力。

2.4 实验教学手段的改革

借助当前较发达的网络与通讯技术，改革致力于将富媒体技术、MOOC、微信、QQ等运用于实验教学过程中，并通过实验教学平台建设、实验教学组织方式和优秀项目的培育及示范等体现出来。

1）实验教学平台建设。

实验教学平台是保障学生进行正常实验活动的前提。改革后的实验教学平台主要包括教学管理平台、实验开发平台和MOOC平台，见图3。

图3 实验教学平台组成

教学管理平台主要完成一系列教学管理活动，包括教学任务、实验任务、课程资源的发布，学生报告、作业及相关材料的提交，学生及成绩的管理，讨论区等版块，是实验教学管理中必不可少的环节。目前，西安交通大学该课程采用的教学管理平台是开源平台魔灯（Moodle）。

实验开发平台是整个实验教学环节中最重要的一环，是学生进行项目开发并展示成果的舞台，更是进行实验教学改革其他环节的重要组成部分，主要功能是实现学生项目的发布，包括基础实验项目和工程实践项目。为了方便学生的操作，实验开发平台的操作系统采用Linux的多用户模式。

MOOC平台是借助学校的MOOC平台建立的，目前用来组织课程的视频资源，主要包括课程的部分技术及技能介绍。当前，使用该平台的主要目的是为学生的线上学习提供支持。长远来看，该实验教学将来会围绕此平台进行真正意义的MOOC和SPOC教学。

2）实验教学组织方式。

有效的组织方式是实验教学顺利高效进行的保障。改革后的实验教学组织方式重点强调学生在教学中的主体地位，培养学生的创新能力，打破教师唱主角的传统模式，给予学生更多的自由空间，极大地发挥学生的创造精神，具体的组织方式分为基础实验项目和工程实践项目两种。

基础实验项目需要足够的课内机时来保证学生完成实验项目。在课内机时里，学生可向教师面对面提出疑难问题，教师予以解答，解答过程中，以引导学生思考为重点。经验表明，单纯依靠课内机时是无法完成基础实验项目的，因此学生需要额外的课外机时来完成项目。此时如有问题，可借助当前流行的互联网通讯手段（如QQ群、微信群、电子邮件和教学管理平台的讨论区）向教师请教，同学之间也可相互讨论。

工程实践项目以学生自由分组开展，每个项目组有3～5名学生，每组确定1名组长，组长相当于项目负责人，全面负责协调人员分工、组织小组讨论、把握项目进度、考核组内成员和对外沟通联络等。由于组内人数较少，组织灵活，适合利用课外时间进行组内讨论，确定项目开发的相关事宜。除此之外，还可以利用适当的课内学时进行组间讨论沟通、互相学习、取长补短。

3）优秀项目的培育及示范。

榜样的力量是无穷的。通过工程实践项目的开发，积累一批具有示范意义的优秀项目。这样做有两个目的：第一，这些优秀项目可供后来的学习者参考、借鉴，起到示范作用，能增强后来学习者的自信心；第二，对优秀项目持续培育，并努力做好此类项目与企业、社团等组织的对接工作，使优秀项目能服务社会，发挥更大的作用，实实在在地创造价值。

2.5 实验教学考核机制

实验教学的考核需要对实验教学全过程进行多方位考核，以给出能对学生能力进行正确评价的考核成绩[11]。据此，该课程的实验教学考核由4部分组成，包括基础实验项目、工程实践项目、科研创新提升及考勤，实验考核参考评分标准见表2。

1）基础实验项目。

在基础实验项目部分，学生必须独立完成8个基础实验项目，并将结果提交到实验开发平台，完成每个实验项目的实验报告，提交至教学管理平台。该部分占总成绩的比重为10%，教师根据学生的项目和实验报告的完成情况给出该部分成绩。

表2 实验考核参考评分标准

2）工程实践项目。

工程实践项目按照项目管理的方法运作，考核主要包括项目立项、项目中期进展、项目结题验收，其中每部分都需要产生相关报告并取得相应成绩。该部分是整个实验教学的关键，占总成绩的比重为60%。为了对项目进行客观公正的评价，引入项目网评环节。在此环节中，参与学习的所有学生均可对每个项目组的项目进行评分。以上几方面内容形成的成果和得到的成绩均与项目组相关联，不能直接客观地反映组内成员的成绩。因此，在这里引入组长评价环节。组长根据每位组员在项目开发过程中的分工、工作能力、工作态度、团队及协作能力等因素给他们评分，使其尽可能反映项目组中成员的工作状况。为了尽量避免组长评分时的主观性，其对每位组员的评分并不能直接作为项目部分的得分，还需将该组项目得分和组长评分进行加权平均。设项目部分总分为P，某项目组得分为Pi，组长对某位组员评分为Mi，该组员项目部分得分Si，则有

在公式（1）中，Pi和Mi均不能大于P。经过这种处理，每位学生就有了该部分的个人成绩。

3）科研创新提升。

培养大学生的科研能力对大学生创新精神和实践能力的提高及大学生的全面发展具有重要意义[12]。该课程的科研创新提升主要包括外文资料阅读和新技术探索。外文资料阅读要求学生阅读与项目开发或Web编程相关的外文科技论文，将其翻译成中文，根据翻译的质量由教师给出该部分成绩，占总成绩的比重为10%。新技术探索要求学生探索Web编程或者IT相关学科最新的学科前沿动态，作出探讨研究，并提交研究报告，教师根据提交的研究报告给出该部分成绩，此部分占总成绩的比重为10%。

3 结 语

新工科背景下，西安交通大学实施“能力导向、项目驱动”的Web编程实验教学改革，通过基础实验项目和工程实践项目，满足了学生对实验教学质上的要求，为学生提供了更加个性化的广阔选择空间。更重要的是，改革中教学目标的调整、教学内容的优化、新的教学方法和手段的运用、考核机制的完善等措施顺应我国当前高校人才培养的目标，对学校其他课程的改革具有重要的借鉴意义。