基于PDCA的大学计算机基础实践课程探索

范开涛，普运伟

（1.昆明理工大学 教务处，云南 昆明 650500；2.昆明理工大学 计算中心，云南 昆明 650500）

0 引 言

早在2010年，九校联盟计算机基础课程研讨会（C9）就把培养学生的计算思维能力作为计算机基础教学的核心任务。大学计算机基础教学不仅是大学通识教学的一个重要组成部分，更是培养学生养成用计算思维方式解决专业问题进而成为复合型创新人才的基础性教育。大学计算机基础课程作为计算机基础课程体系中的一个部分，需要建立更加完备的教学内容[1]。计算机基础教学普遍存在3个问题：①教学内容更新滞后，由于计算机技术迅猛飞速的发展，计算机基础课程教学内容的更新相对滞后[2]；计算机基础课程既要有相对稳定、体现计算机学科核心思想和方法的内容，也要有反映新技术、新方法的内容，从而建立科学合理的知识体系；如何及时地、合理地、持续地更新教学内容，使课程知识体系更加科学是一个必须关注的问题；②教学质量不高，由于计算机基础课程知识点庞杂、硬件实验条件差、虚拟仿真程度低，学习枯燥无味，导致学生学习积极性下降，产生了学生学习成绩不理想、高年级运用计算机解决专业问题能力差等教学质量问题；③学生差异问题，像昆明理工大学这样的中西部高校，还存在学生计算机基础差异巨大的问题，既有来自城市基础好的学生，也有来自“直过民族”的零计算机基础学生[3]。

1 PDCA循环基本原理

PDCA循环源于沃特•阿曼德•休哈特（W.A.Shewhart）博士提出的PDS模型（Plan-Do-See）[4]，由爱德华兹•戴明（W.Edwards.Deming）博士提出后得到广泛应用，也称为戴明环（Deming Cycle/Deming Wheel/Deming Circle）[5]，属于持续改进模型。PDCA循环包括计划（Plan）、执行（Do）、检查（Check）、处理（Act）4个步骤：①计划（Plan）步骤，确定目标以及活动规划；②执行（Do）步骤，根据计划（Plan）步骤确定的规划设计出具体的方案并执行；③检查（Check）步骤，总结执行结果，分析效果，明确哪些行动有效、哪些行动错误；④处理（Act）步骤，对总结检查的结果进行处理，对成功的经验加以肯定，对于失败的教训要总结、凝炼，并把问题提交给下一个PDCA循环中去解决，推进质量呈阶梯状上升，原理如图1所示。

图1 PDCA循环原理

2 基于PDCA的教学管理

2.1 大学计算机基础教学目标

信息技术发展日新月异，当今物联网、云计算、大数据等新技术的出现，引发了一系列革命性的突破。计算思维成为人们认识和解决问题的基本能力之一，是所有大学生应该具备的素质和能力。学生通过掌握计算思维的基本方式，对从事科学研究或应用实践都是有益，而且是必要的。教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会（2013—2017）（以下简称“教育部大学计算机教指委”）确立了推进课程教学改革的总体目标：明确以计算思维为导向、探索多元化的教学方案、推动以在线开放课程为代表的教学模式改革、完善课程教学成效评测方式，建立适应时代要求的大学计算机基础教学体系[6]。

2.2 计算机基础教学现状

2006年教育部大学计算机教指委提出了计算机系统与平台、计算机程序设计基础、数据分析与信息处理、应用系统开发4个领域和概念性基础、技术与方法、应用技能3个层次的总体框架，构建了蕴含“领域-单元-点”的知识体系，并且将实验教学提高到必要的高度。实践不再是简单的复习，而是学习的延伸。当前“大学计算机”课程主要要存在的典型问题为：相当一部分高校对课程地位认识不足，过分倚重以软件工具操作为主要教学内容；课程内容稳定性不够，学科经典概念、原理和方法不多；课程对专业支撑应用和社会应用不足；缺少教学水平的质量评价体系。

2.3 运用PDCA进行教学管理

昆明理工大学针对上述的教学现状和存在的问题，进行了系列教学改革：变传统教学为MOOC教学；改革“大学计算机”课程教学内容，出版面向实践与创新能力培养的教材《大学计算机》；开设新概念IT实践创新实践课等。其中，新概念IT实践课程的第一目标是不断快速改进教学内容、教学方法，优化教学组织过程，以提高教学质量及学生的实践创新能力。

新概念IT实践课程以学期为单位执行PDCA循环教学管理：①计划阶段，学期开学前，课程教研组编制教学大纲、教学讲义、教学课件、实验案例、教学方法以及教学计划等内容；②执行阶段，选课前，根据计划准备实验室、开发实验装置、试讲，试讲作为学生选课参考。试讲内容约10分钟，重点介绍课程目标、学习形式和学习的主要内容。试讲每天上午、下午各1次，持续1周，全校学生均可免费试听；选课后，进入新学期，课程教研组根据教学计划，按照教学研讨会议议定的教学方法开展教学活动，教学实践持续16周，每周2课时。每个班学生人数介于30～80人之间，配备3名教师，其中每节课1名教师主讲，2名教师辅助教学。每节课的主讲根据周教学计划、教师的研究方向、特长确定，不固定为某位教师；③检查阶段，开展教学活动期间，教师注意收集学生专业、年级、个性特点、课堂反应、学习效果等信息。安排1～2次课考核评价，确定学生学习效果和实践创新能力初评等级。周考成绩或等次以加权求和形式，形成最终考核成绩或等次。教研组每4周开展1次教学研讨会，及时交流每个班级的教学情况，总结存在的问题和有效经验。期中、期末教学研讨会为关键研讨会，结合互联网上收集到的学生反馈意见，着重总结课程存在的重大问题。学生反馈意见是课程的重要组成部分，认真反馈意见的学生将获得不同程度的加分；④处理阶段，课程结束后的假期，教研组讨论分析课程主要问题，提出教学内容、教学方法、教学组织过程等方面的改进意见，形成具体实施方案，分工协作改进课程，并递进形成新学期的计划，包括教学大纲、教学讲义、教学课件、实验案例、教学方法以及教学组织计划等内容。

3 基于PDCA的教学组织

新概念IT实践课程采用的PDCA周期为1个学期，在PDCA周期内，对教学内容、教学方法和教学组织过程等方面均按照PDCA的4个阶段来进行持续改进。通过笔者实践，PDCA周期缩短为1周到1月之间，教学效果提升更加明显。

3.1 持续改进教学内容

通过运用PDCA循环进行教学内容改革，提高课程教学内容稳定性，做到稳中有新、主线清晰、前后贯通。具体的做法是：第一阶段，在每个学期期末，对照本学期教学内容目标，向师生收集的教学内容反馈和技术发展状况，召开教研会议检查教学内容存在的问题；第二阶段，教学团队根据任务分工，处理提出的问题，为下一学期修订教学内容（包括增加新的教学内容、删除不必要的内容、修改完善现有内容）；第三阶段，根据新修订的教学内容，分析并确定新的教学内容目标；第四阶段，新学期实施并执行新的教学内容。

3.1.1 教学内容结构逐渐趋于合理

新概念IT实践课程作为大学计算机的补充课程，从实践的角度把信息技术的重要概念、原理（定律）作为稳定的教学内容，也是本课程介绍的重点，把云计算、物联网、移动互联网等内容作为动态更新的内容，供学有余力的学生学习。同时，经典原理部分也有扩展部分（例如表1中的*部分），供优秀学生学习。自2014—2015学年第一学期至2016—2017学年第二学期，新概念IT实践课程逐步形成了相对稳定的概念原理部分，同时每个学期都有新技术等动态教学内容部分。以4个学期的部分教学内容变化情况为例，说明PDCA循环如何改变教学内容结构，具体见表1。

3.1.2 教学材料不断丰富完善

在PDCA循环中，教学材料逐年得以丰富完善。新概念IT实践课程采用的教材由课程组编写，并以电子版形式免费提供给学生使用。学生使用的教材不是以纸质版的形式出版，而是以PDF形式发布在学校“优慕课在线教育平台”上，通过共享方式供全校学生下载使用。教材每学期1版，按学期目录发布在教学平台，实现了教材的快速更新完善。

表1 新概念IT实践课程教学内容结构变化情况

新概念IT实践课程提供了丰富的线上和线下教学材料，学生要通过丰富的教学材料，不断拓展知识宽度，如吴军著《浪潮之巅》（2014年指定）、CCTV出品《互联网时代》纪录片（2015年指定）、BBC出品《大数据时代》纪录片（2016年指定）、Charles Petzold著《编码：影匿在计算机软硬件背后的语言》（2017年指定）、吴军著《智能时代》（2017年指定）等。对于有兴趣进行深入学习的学生，课程组指定难度稍大的参考教学材料，供学生“专进去”学习，不断挖掘知识深度，如矢泽久雄著《计算机是怎样跑起来的》（2016年指定）、矢泽久雄著《程序是怎样跑起来的》（2016年指定）、户根勤著《网络是怎样连接的》（2016年指定）、上野宣著《图解HTTP》（2017年指定）、John V. Guttag著《编程导论》（2017年指定）等。

通过“宽”“专”相融的教学材料，新概念IT实践课程既拓宽学生的视野、激发学生的学习兴趣，又满足不同基础的学生个性化发展。

3.2 不断采用新的教学方法

在递进PDCA循环中，新概念IT实践课程经历了从“按部就班的传统实验课”“一节讲授一节实验的交叉实验课”到逐渐采用了高效率的翻转课堂[7-9]，充分激发了学生学习兴趣、调动学生的积极性，利用现代信息技术手段（如雨课堂等产品），实现“互联网+”教学和即时考核。在PDCA驱动下，教学方法的转变过程如图2所示。

新概念IT实践课程在实验室中完成教学，课前需要学生阅读教师指定的参考书、观看视频，并通过互联网搜索网站查找自学内容（如技术白皮书、专利或者百科词条等）。根据学生课前的自学准备情况，教师进行不同程度的讲解、辅导和引导，在保证基本教学目标的情况下，对不同的学生实现个性化的教学。通过实践证明，取得优良成绩的学生数逐年提高。

随着移动互联网的普及，智能手机成为了学生课堂的必备物品之一，很多教师为此采用了堵、禁等方式，把互联网挡在了课堂外。这样学生只能偷偷摸摸在课堂刷微博、看微信、逛微店，起到了相反的效果。新概念IT实践让学生在课堂上把手机拿出来，通过互联网来搜索课堂上的重要概念、理论和技术知识点，引导学生从“在课堂上玩手机”变成“在课堂上用手机”。

3.3 优化教学组织过程

教学组织过程是一系列相对复杂而且动态的行为，新概念IT实践课程在以学生为中心、以成果为导向的基础上，通过固定周期（通常为1学期）PDCA循环来优化教学组织过程。笔者以PC部件原理模块为例，讲述运用PDCA来优化完善教学组织过程，具体过程见表2。

通过第1次循环，根据具体执行情况，对照当前教学目标计划1，检查发现3个问题，并于周期末（本例为学期末）形成处理方案（即对应的3条解决办法），修订形成新的教学目标计划2，并进入下一次PDCA循环。

4 结 语

大学计算机基础教学是大学基础教学的重要组成部分，一方面，需要学生牢固掌握计算机科学中的重要概念和经典理论等相对稳定的内容；另一方面，课程需要根据技术发展方向和师生的反馈，及时调整、优化教学内容，加快更新速度，引入新的内容。计算机基础课程作为工程学科的一门典型课程，需要做到“以学生为中心、以成果为导向、持续改进教学质量”。新概念IT实践课程以这三个理念开展教学，实现任课教师引导、学生主导学习；关注每堂课、期中、期末的成果，特别是每个学期根据教学反馈信息，优化更新教学内容，运用PDCA循环不断螺旋递进改进教学质量，并得到较好的评价[10]。通过实践证明，运用PDCA循环进行教学管理和教学组织，对提高教学质量有着积极的促进作用。

图2 利用PDCA循环改进教学方法

表2 新概念IT实践课程采用PDCA优化组织过程