新工科背景下Web編程技術課程的實驗教學改革研究

謝 濤，薄鈞戈，房琛琛

（西安交通大學 計算機教學實驗中心，陜西 西安 710049）

0 引 言

在國家實施創新驅動發展、“中國制造2025”“互聯網＋”等重大發展戰略的大背景下，培養科學基礎厚、工程能力強、綜合素質高的工程科技人才，對于支撐服務以新技術、新業態、新產業、新模式為特點的新經濟蓬勃發展具有十分重要的現實意義和戰略意義，也是建設制造強國和創新型國家的重要前提[1]。

新工科這一概念自2016年提出，在一年多的時間里，教育部組織高校深入研討，形成“復旦共識”和“天大行動”[2]。在這樣的背景下，探索工程教育人才培養新模式，提高學生創新創業意識，達到我國新經濟、新產業發展對大學生的素質能力要求，才能真正體現出教育的價值和意義[3]。

1 “能力導向、項目驅動”驅動模型

研究表明，當前環境下，大學教育的重點已由知識與技能傳授，逐漸轉向學生核心能力的培養與測評，以確保畢業生能夠滿足企業與未來社會對高素質人才的需求[4]。重慶交通大學周開發教授提出新工科學生核心能力分類架構由5類核心能力構成，即個人效能、知識能力、學術能力、技術能力和社會能力[4]。根據周教授提出的能力框架，結合西安交通大學理工科專業教學的總體目標，在廣泛調研的基礎上，提出在“能力導向、項目驅動”的框架模型（簡稱框架模型）下，通過項目驅動實驗教學，對實驗教學進行探索與改革，希望借助實驗教學最大限度地調動學生的主動性和創造性，逐步培養學生初步的綜合設計能力、項目管理能力、團隊協作能力和科研創新能力。“能力導向、項目驅動”的框架模型見圖1。

圖1 “能力導向、項目驅動”模型

2 “能力導向、項目驅動”模型下的實驗教學改革具體措施

2.1 實驗教學目標重新定位

教學目標是實驗教學的出發點，是實驗教學的靈魂，但實驗教學不是有了目標就行。合適的教學目標是提升實驗教學有效性的基礎，只有目標合適，實驗教學才具備有效的基礎，才能顯示應有的價值，才能最終落實在學生的進步和發展上[5]。

Web編程實驗教學原來的教學目標是通過實驗加強學生對Web編程概念的理解，著重培養學生的動手能力和操作技能。但是實際教學只側重于學生完成給定的實驗任務，忽略學生能力培養的系統性以及實驗在工程應用中的拓展，不符合新工科背景下對學生能力培養的要求。

改革后的實驗教學目標定位為在框架模型下，以基礎實驗項目為導引，完成對Web編程知識技能的學習，重點培養學生的綜合設計能力。在此基礎上，通過對工程實踐項目的開發，培養學生的基本項目管理能力。項目實施過程中，項目組成員協作、配合、團結，逐步具備較好的團隊協作能力；引導學生閱讀與項目相關的科研資料，并對學科相關的科技前沿進行初步探索，培育初步的科研創新能力。

2.2 實驗內容體系建設

實驗教學內容體系是實驗教學目標的支撐和依托，根據“能力導向、項目驅動”模型，實驗教學內容分為兩個主要部分，即基礎實驗項目和工程實踐項目。

基礎實驗項目涉及的內容主要包括互聯網和Web 基礎、HTML、CSS、JavaScript、PHP、數據庫、Cookie和Session、Web安全等，但在具體內容的組織上，并不像傳統模式那樣先練習基本知識技能，再進行某單元的綜合訓練，而是遵循項目驅動理念，在某單元開始先推出一個項目，即基礎實驗項目，明確項目需求，然后讓學生根據項目需求了解與學習相關知識，最終目的是通過實驗完成項目的所有要求。此部分共設計了8個基礎實驗項目，具體的項目實驗安排見表1。

表1 基礎實驗項目實驗安排

工程實踐項目貫穿整個課程，也是整個實驗教學體系的主線。因此，對此類項目完全按照項目管理的流程進行，項目內容的來源主要包含3類：自選項目、聯合項目和指定項目，整個課程的實驗內容體系結構見圖2。

自選項目是由項目組根據組員的愛好、興趣等自主選擇開發項目的一種形式，也是實際中出現最多的一類項目。這類項目基于項目組成員的共同興趣和愛好，能夠最大限度地發揮組員的積極性和創造性，是值得極力推薦的一種項目形式。常見的自選項目有學生社團門戶、電商購物網站、學校二級單位門戶等。

圖2 項目驅動的實驗內容體系結構圖

聯合項目是項目組和企業、政府或其他社會組織聯合開發的一種形式，由企業一方提供項目需要，承接項目的項目組按照需要在規定的時間內完成項目所有需求。這類項目適合基礎較好、有一定開發經驗的項目組承擔。此類項目與社會結合程度相當高，是非常理想的一種項目形式，但由于對項目組成員自身素質要求較高，且時間上有嚴格限制，因此尋找合適的項目并不容易。

指定項目是因為各種主客觀原因，造成項目組沒有選擇或者未來得及選擇其他項目，而由教師指定開發特定項目的一種形式。常見的指定項目有課程資源網站、電子郵件系統、企業門戶系統等。

2.3 實驗教學方法的改革

實驗教學方法是實驗教學中最重要的軟性工具，決定著學生的參與程度和互動效果[6]。教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見指出，應“創新教育教學方法，倡導啟發式、探究式、討論式、參與式教學”，而教學方法創新的根本目的就在于提高教學質量[7]。

傳統實驗教學方法的優點在于學生可按照事先規定好的實驗步驟，在較短時間內將實驗做完。但是，這種教學方法不能有效激發學生學習的積極性、主動性和創造性，不利于新工科背景下創新性應用型人才的培養。

根據課程特點，可以對不同類型的項目實施不同的教學方法，旨在促進實驗教學質量的提高和對學生能力的培養。

基礎實驗項目主要采用啟發式教學法，盡可能將啟發式教學滲透到實驗教學全過程，并注意處理傳授知識與培養能力的關系，引導學生主動觀察、積極思考、分析問題和解決問題，真正做到手腦并用[8]。在實驗過程中，教師要針對學生出現的問題，引導學生找出解決問題的思路和方法，著力培養學生的綜合設計能力。教師要結合學生的學習情況，進行適度引導，保證學生通過“墊墊腳，跳一跳”就可以自己找到答案，不能講得太少，變為放任自流；也不能講得太多，變成包辦代替。

工程實踐項目主要采用項目式教學法。項目式教學法倡導以學生為中心，以實際項目為載體，學生主動參與項目實施全過程，并主動構建知識體系的一種教學方法[9]。項目教學法中，教師不再是單一的知識傳授者，而是學生學習的合作者、引導者和參與者。學生在項目實施的各個環節隨時與教師溝通，教師引導項目實施全過程，如引導學生查閱文獻資料、設計實驗方案、解決實驗過程中遇到的問題、進行總結和自我評價等。項目教學法的成功，要充分考慮學生已有的理論與實踐知識結構，由易而難、循序漸進設計實驗項目。通過完成一個完整的項目，理論與實驗能夠有機結合起來，學生綜合運用已有的知識，積極主動地探索新知識，培養學生的項目管理能力。

還有一種實驗教學方法，既可用于基礎實驗項目，也經常用于項目教學法，這就是討論式教學法。討論式教學可以產生很多有益的思路，產生思想火花[10]，即通常所說的“頭腦風暴”。項目開發中出現的問題，需要小組分工協作，查閱文獻，提出解決問題的方案，然后與教師討論，確定最終解決方案。通過小組討論，能夠培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。討論式教學經常和啟發式教學結合起來，鼓勵每位學生積極發言，教師對學生的觀點進行指導、總結，使學生養成積極思考的習慣，培養學生的分析歸納能力。

2.4 實驗教學手段的改革

借助當前較發達的網絡與通訊技術，改革致力于將富媒體技術、MOOC、微信、QQ等運用于實驗教學過程中，并通過實驗教學平臺建設、實驗教學組織方式和優秀項目的培育及示范等體現出來。

1）實驗教學平臺建設。

實驗教學平臺是保障學生進行正常實驗活動的前提。改革后的實驗教學平臺主要包括教學管理平臺、實驗開發平臺和MOOC平臺，見圖3。

圖3 實驗教學平臺組成

教學管理平臺主要完成一系列教學管理活動，包括教學任務、實驗任務、課程資源的發布，學生報告、作業及相關材料的提交，學生及成績的管理，討論區等版塊，是實驗教學管理中必不可少的環節。目前，西安交通大學該課程采用的教學管理平臺是開源平臺魔燈（Moodle）。

實驗開發平臺是整個實驗教學環節中最重要的一環，是學生進行項目開發并展示成果的舞臺，更是進行實驗教學改革其他環節的重要組成部分，主要功能是實現學生項目的發布，包括基礎實驗項目和工程實踐項目。為了方便學生的操作，實驗開發平臺的操作系統采用Linux的多用戶模式。

MOOC平臺是借助學校的MOOC平臺建立的，目前用來組織課程的視頻資源，主要包括課程的部分技術及技能介紹。當前，使用該平臺的主要目的是為學生的線上學習提供支持。長遠來看，該實驗教學將來會圍繞此平臺進行真正意義的MOOC和SPOC教學。

2）實驗教學組織方式。

有效的組織方式是實驗教學順利高效進行的保障。改革后的實驗教學組織方式重點強調學生在教學中的主體地位，培養學生的創新能力，打破教師唱主角的傳統模式，給予學生更多的自由空間，極大地發揮學生的創造精神，具體的組織方式分為基礎實驗項目和工程實踐項目兩種。

基礎實驗項目需要足夠的課內機時來保證學生完成實驗項目。在課內機時里，學生可向教師面對面提出疑難問題，教師予以解答，解答過程中，以引導學生思考為重點。經驗表明，單純依靠課內機時是無法完成基礎實驗項目的，因此學生需要額外的課外機時來完成項目。此時如有問題，可借助當前流行的互聯網通訊手段（如QQ群、微信群、電子郵件和教學管理平臺的討論區）向教師請教，同學之間也可相互討論。

工程實踐項目以學生自由分組開展，每個項目組有3～5名學生，每組確定1名組長，組長相當于項目負責人，全面負責協調人員分工、組織小組討論、把握項目進度、考核組內成員和對外溝通聯絡等。由于組內人數較少，組織靈活，適合利用課外時間進行組內討論，確定項目開發的相關事宜。除此之外，還可以利用適當的課內學時進行組間討論溝通、互相學習、取長補短。

3）優秀項目的培育及示范。

榜樣的力量是無窮的。通過工程實踐項目的開發，積累一批具有示范意義的優秀項目。這樣做有兩個目的：第一，這些優秀項目可供后來的學習者參考、借鑒，起到示范作用，能增強后來學習者的自信心；第二，對優秀項目持續培育，并努力做好此類項目與企業、社團等組織的對接工作，使優秀項目能服務社會，發揮更大的作用，實實在在地創造價值。

2.5 實驗教學考核機制

實驗教學的考核需要對實驗教學全過程進行多方位考核，以給出能對學生能力進行正確評價的考核成績[11]。據此，該課程的實驗教學考核由4部分組成，包括基礎實驗項目、工程實踐項目、科研創新提升及考勤，實驗考核參考評分標準見表2。

1）基礎實驗項目。

在基礎實驗項目部分，學生必須獨立完成8個基礎實驗項目，并將結果提交到實驗開發平臺，完成每個實驗項目的實驗報告，提交至教學管理平臺。該部分占總成績的比重為10%，教師根據學生的項目和實驗報告的完成情況給出該部分成績。

表2 實驗考核參考評分標準

2）工程實踐項目。

工程實踐項目按照項目管理的方法運作，考核主要包括項目立項、項目中期進展、項目結題驗收，其中每部分都需要產生相關報告并取得相應成績。該部分是整個實驗教學的關鍵，占總成績的比重為60%。為了對項目進行客觀公正的評價，引入項目網評環節。在此環節中，參與學習的所有學生均可對每個項目組的項目進行評分。以上幾方面內容形成的成果和得到的成績均與項目組相關聯，不能直接客觀地反映組內成員的成績。因此，在這里引入組長評價環節。組長根據每位組員在項目開發過程中的分工、工作能力、工作態度、團隊及協作能力等因素給他們評分，使其盡可能反映項目組中成員的工作狀況。為了盡量避免組長評分時的主觀性，其對每位組員的評分并不能直接作為項目部分的得分，還需將該組項目得分和組長評分進行加權平均。設項目部分總分為P，某項目組得分為Pi，組長對某位組員評分為Mi，該組員項目部分得分Si，則有

在公式（1）中，Pi和Mi均不能大于P。經過這種處理，每位學生就有了該部分的個人成績。

3）科研創新提升。

培養大學生的科研能力對大學生創新精神和實踐能力的提高及大學生的全面發展具有重要意義[12]。該課程的科研創新提升主要包括外文資料閱讀和新技術探索。外文資料閱讀要求學生閱讀與項目開發或Web編程相關的外文科技論文，將其翻譯成中文，根據翻譯的質量由教師給出該部分成績，占總成績的比重為10%。新技術探索要求學生探索Web編程或者IT相關學科最新的學科前沿動態，作出探討研究，并提交研究報告，教師根據提交的研究報告給出該部分成績，此部分占總成績的比重為10%。

3 結 語

新工科背景下，西安交通大學實施“能力導向、項目驅動”的Web編程實驗教學改革，通過基礎實驗項目和工程實踐項目，滿足了學生對實驗教學質上的要求，為學生提供了更加個性化的廣闊選擇空間。更重要的是，改革中教學目標的調整、教學內容的優化、新的教學方法和手段的運用、考核機制的完善等措施順應我國當前高校人才培養的目標，對學校其他課程的改革具有重要的借鑒意義。