基于黑盒测试的高校课堂教学目标达成度研究

张勇斌蔡吉飞李 烨

(北京印刷学院,北京 102600)

高等教育是国家发展水平和潜力的重要标志,党和政府一直高度重视高等教育质量[1]。高校课堂是教育教学的主阵地,课堂教学质量是人才培养质量的主要判定依据[2]。随着教育教学改革的持续推进,高校课堂教学取得了可喜进步与发展,如内化和创新模式[3]、翻转课堂等教学模式应用[4]。

这些对探索提高课堂教学质量具有积极意义,但是缺乏对课堂教学目标达成度的研究,还不能够充分回答课堂教学突出的普遍性问题[5]。因此,本文依据软件开发中黑盒测试原理,针对每一个课堂教学目标,测试学生是否达到。通过关注学生所学到的,引导教师对课堂教学方法的思考,为课堂教学创新效果分析提供依据。

1 高校课堂教学改革现状与成因

大学课堂是传播知识的场所,更是培养学生辩证思维和解决实际问题能力的重要场所。然而,当前课堂教学还是以书本知识和教师单向传授为主。教师对学生是否学、学生是否达到课堂教学所设定学习目标等情况没有掌握[6],学生学习效果不明显,创新与批判性思维能力没有得到提升[7];

为此,已有大量研究试图解决存在的问题,其中包括:

对课堂教学改革是宏观对策与建议。如:通过大学生对课堂教学参与度和满意度调查问卷分析,提出树立“大教学”理念、构建“大教学”体制、重定位课堂教学目标与功能、建立强大学生学习支持服务体系[8];分析课堂教学质量不高原因,提出改革课程设置、加强课堂教学研究、增强教师队伍建设和建立科学教学质量评估体系等对策[9]和提高课堂教学有效性[10]。

尽管这类研究为提升课堂教学质量提供了有价值的参考,但是,对于高校一线教师而言,要落实到课堂教学实践中,还需要具体化和可操作化。

还有对教学理论和方法在课堂教学中应用研究。如:将翻转课堂[11]、对分课堂[12]引入到教学中。虽然这些研究对于高校教师开展课堂教学有具体的帮助,但是,教学效果以教师和学生的主观性评价为主,缺乏客观的数据支撑。

当前高校课堂教学出现的主要问题,可以总结为以下两点:

一是以“教材”“教师”和“教室”为中心的传统教学模式依旧占据主流。其本质是以传递知识为目标[13],采用“满堂灌”教学方式[9]。由于没有充分考虑到学生的需求,不关注学生的反应,因此,课堂气氛比较沉闷。

另一个原因是“以学生为中心”的理念尚未真正深入教职员工。虽然教育部对本科教学审核评估提出了“以学生为中心”“以结果为导向”“以持续改进为宗旨”的质量评价理念,关注教学效果和学习效果,然而,“以学生为中心”的理念没有深入到学校教职人员头脑之中。

2 课堂教学目标达成度的黑盒测试模型

2.1 黑盒测试方法与流程

黑盒测试是工程中,特别是软件工程中常用的一种测试方法。之所以称之为“黑盒测试”是因为测试人员在对测试对象进行测试时,只需要知道测试对象的输入、输出和功能,而无需了解测试对象内部逻辑结构、具体实现方式,以此来检测测试对象的每一个功能模块是否达到预期。

黑盒测试既可以用于系统测试,也可以用于单元测试[14]。由于不需要了解软件的具体实现方式,在实施黑盒测试时依据的是规范,因此,黑盒测试又称为基于规范的测试,也称为功能性测试。

黑盒测试的基本流程如下:首先要进行测试设计,也就是根据需求规范来设计测试用例;其次,是测试用例开发;最后,是执行测试,即运行测试用例,判断运行结果是否符合规范要求,并记录测试结果[15]。黑盒测试的流程如图1所示。

图1 黑盒测试流程

2.2 课堂教学目标测试用例设计

无论采用何种课堂教学模式,都要求教师设定明确的课堂教学目标,因此,教学目标可用作黑盒测试中的规范。教学目标由多因素来确定,包括人才培养目标、课程总目标、课程特点、学生特点以及教学情境等因素[16]。

在实践中,多数教师由于缺乏教学设计理论指导,出现目标含糊不清、层次不分明等问题[16]。为此,建议课堂教学设计采用反向教学设计方法[17],即首先确定课堂教学期待学生取得的结果,然后再确定如何评价学生取得了预期结果,最后设计学与教活动。该设计方法包含了教学目标和评价,适合本文所提出的黑盒测试。此外,在设计课题教学目标时,结合布鲁姆认知水平分类层次模型[18],将教学目标分为记忆、理解、应用、分析、评价和创造六个层次,不仅有利于教师思考课堂教学目标设计的科学性和合理性,同时,也有利于开展学生对课堂教学目标达成度的测试用例设计。

课堂教学目标确定后,下一个重要的环节是依据每一个教学目标设计并开发能够评价学生是否达到教学目标的多种形式,如课堂问卷、单选、多选等。在实践中,可以由授课教师独立设计和开发,也可以由课程相同或相近的多位教师共同来完成;而对于同一个教学目标,可能有一个或多个测试用例,因此,教学目标与测试用例之间是一对多的关系,开发出来的测试内容,可以在课堂教学过程中发放给学生,由学生完成测试。同时,根据需要可采取课堂内测试与课后测试相结合;因为在课堂上测试,能够提供快速的教学反馈;而课后测试,则是由于一些高阶学习不能够在课堂规定时间内完成,需要学生课后学习。

此外,由于信息技术与网络技术的日益成熟,应用日趋普及,建议采用网络教学平台开展测试。因为通过网络平台,不仅能够获取每一名学生测试数据,而且能够得到整个班级的总体情况;同时,网络平台为测试结果的实时反馈提供了技术支撑与保障。

3 黑盒测试在课堂教学应用

依据本文所提出的黑盒测试方法,我们在2020—2021学年第二学期,2020级物流工程专业“C语言程序设计”课程中开展课堂教学的黑盒测试。“C语言程序设计”课程是为北京印刷学院物流工程专业大学一年学生在第二个学期开设的一门选修课程,课程一共48个学时。2020级物流工程专业有40名学生选修了“C语言程序设计”课程,其中女生27人,男生13人。

“C语言程序设计”课程第一次课堂教学目标包括学生了解课程整体内容、课程要求和课程考核等目标。表1是针对第一次课堂教学中的一个教学目标,学生记住该课程考核方法,设计了黑盒测试用例。

表1 “课程考核方法”教学目标测试用例表

在课堂教学之前,授课教师将问卷录入到网络教学系统中。本文采用的云班课[19]教学系统,学生可以通过智能手机、平板或者电脑等多种不同终端设备访问教学系统。在课堂教学过程中,授课教师登录云班课系统,向同学们开放问卷;学生回答并提交问卷,问卷结果能够实时显示在云平台,如图2所示。

图2 课程目标达成测试结果

通过执行测试,我们知道有97%的学生掌握了学习考核方法,还有3%的学生对课程考核方法不太清楚。

每一个教学目标,教师可以设计开发一个或多个测试用例。例如针对学生能够应用输出函数printf这个目标,教师设计了2个测试用例,一个是学生编写代码,另一个测试用例是问卷,如表2所示。

表2 “输出函数”教学目标测试用例

第一个测试用例,在课堂上发布,让学生清楚需要执行的任务、任务完成提交时间节点和提交内容。学生在课后完成代码编写和程序的运行,并在规定时间内将代码和运行结果提交到云平台;最后,学生之间对提交的作业在云平台上进行匿名评价。由图3,可知该学生掌握了输出函数printf应用,100%达到了设定的教学目标。

图3 printf函数编写教学目标达成度

第二个测试用例是对学生的问卷调查,在课堂教学中开放给学生课堂投票,并显示投票结果,如图4所示。其中:

图4 printf函数应用教学目标达成度

72%的学生能够掌握了printf函数的使用,20%学生还没有完全达到该教学目标,8%学生没有执行设计的教学活动。

通过针对每一个教学目标,设计测试用例,借助网络平台,在课堂教学过程中或者是课堂之外开展教学目标达成度的黑盒测试,教师不仅能够实时掌握对于设定的教学目标,学生掌握的实际情况,而且,学生对课堂教学目标有一个清晰的了解,对自己是否达到教学目标有一个实时的、客观的认识。为教师的“教”和学生“学”提供的反思机会,也为“教”与“学”的改革创新效果提供数据分析的支持。

4 结语

本文提出的结合黑盒测试的课堂教学目标达成度方法,符合“以学生为中心”教育理念提出的关注学生学习效果[13],符合以学生学到了什么、学会了什么评价教育成效[1]的指导原则;有助于为不同课堂教学改革方法提供定量分析的依据,同时,还有助于教师在开展课堂教学目标设计时,重新思考和反思教学目标的设计,对于提高大学课堂教学质量具有重要意义。

然而,由于课堂教学目标包含不同维度,如知识、能力、智慧和人格维度[20],有些维度的目标难以直接或者短期内通过测试用例来评估,因此,本文所提出的黑盒测试,有可能不满足对此类教学目标达成度的评估,未来可进一步深入研究。