基于EduCoder的程序設計類課程教學效果評估方法研究

張云峰，王維維，汪松鶴

（國防科技大學 電子對抗學院，安徽 合肥 230037）

0 引言

OBE（Outcome Based Education）教育模式現已成為國內外眾多高校普遍認可的工程教育模式，國內又將其稱為基于學習產出的教育模式、成果導向教育模式等。OBE教育模式已廣泛應用于人才培養和課程建設。OBE教育模式是以實際產出為核心的教育理念，如何評價學生已取得的學習成果，即如何進行教學質量評估是OBE教育模式強調解決的問題［1-5］。

教學效果評估作為院校教學工作的重要部分，評估的目的是為了及時掌握學生的學習情況并發現問題。通過原因分析，改進教學方法、調整實訓內容、優化教學設計，進而提高教學質量。根據不同的教學對象與課程特點，教學評估的方法有很多。為了探索有效的教學評估方法，學者們有的在模型算法上進行深入研究，有的在評估系統設計與實現上開展工作。教學效果評估需要設計評估指標以及評估權值，然后運用相關算法進行評估［6-7］。目前研究的指標大多為通用指標，不能完全支持程序類課程評估。為了克服傳統評估系統數據冗余度高、工作量大、操作繁瑣等不足，人們開發了各類教學質量評估系統［8-9］，但這類系統傾向于進行全面分析，缺少對課程及學生學習過程的分析。隨著數字化教學技術的快速發展，涌現出一系列在線實踐教學工具和平臺，各平臺都有學習評估功能，但在課程教學效果評估方面都有需要改進的地方［10］。本文根據程序設計類課程特點，在通用評估指標基礎上，提出針對程序設計課程的專用評估指標，設計了用于統計分析的數據表結構，開展了評估數據的分析，實現了教學效果評估從定性評估向定量評估轉變；利用EduCoder平臺自動實現評估數據的收集、處理及應用，提高了評估效率。

1 程序設計類課程教學目標及課程特點

程序設計類課程的教學目標是學生在掌握程序設計語言基本語法的基礎上，能夠熟練使用程序設計語言進行軟件開發，具有一定的解決實際問題的能力。程序設計類課程通過介紹基本編程語言、數據結構和算法，進一步提高學生的數據思維能力，從而設計出高質量的程序［11］。

程序設計類課程是實踐性非常強的課程，實踐是學好課程的關鍵。與一些偏重理論的課程相比，程序設計動手實踐的過程強調學生“思行并重”［12］。學生只有通過經常性地上機實踐，才能掌握編程方法，熟悉調試技術，最終提高解決實際問題的能力。

為了提高程序設計類課程的教學質量，學者們對教學模式、教學內容以及教學方式等方面的改革進行了深入研究［13-15］。隨著網絡技術的發展，線上線下混合式教學模式已被廣泛采用，如MOOC［16］、雨課堂［17-18］及各類在線實訓平臺現已普遍應用于教學過程中，程序設計類課程的講授、測試及評估方法發生了巨大變化。

2 程序類課程教學效果評估指標及評估方法

2.1 評估指標

常見的教學效果評估指標包括出勤率，以及作業的完成率、正確率、重復率、上交及時性與測試情況。但由于課程教學目標及課程特點不同，不同課程的評估內容有一定區別。

程序設計類課程除關心學生對基本語法的掌握情況外，更關注學生獨立編寫程序的能力。程序類課程教學效果評估指標主要包括學生作業完成情況、程序開發能力、學習態度等方面。作業完成情況包括作業上交及時性、正確率、重復率和完成時間；程序開發能力包括調試方法掌握情況以及解決復雜問題的能力；學習態度情況包括課堂活躍度、作業雷同情況以及附加作業完成情況。評估指標還包括測試情況以及定期的問卷調查結果。評估指標如圖1所示。

Fig.1 Evaluation indicators圖1 評估指標

2.2 評估方法

為了實現及時、準確、分類記錄評估數據，方便評估數據管理，根據確定的評估指標建立相關二維表，主要包括作業情況記錄表、學習態度記錄表和測試成績記錄表。其中，作業情況記錄表用于記錄平時作業完成情況，主要字段包括學號、課程編號、教師編號、作業編號、正確率、是否雷同、雷同關系（相關同學信息）、作業提交時間、作業截止時間、作業提交及時性、備注（用于對作業總結），表結構見表1；學習態度記錄表用于記錄學生一個時間段的課堂活躍度、是否有抄襲情況以及學習主動性，主要字段包括學號、課程編號、教師編號、活躍度、作業雷同情況、附加作業完成情況、統計起始時間、統計結束時間，表結構見表2；測試成績記錄表用于統計單元或階段測試情況，主要字段包括學號、課程編號、教師編號、測試名稱、測試時間、成績、分析報告，表結構見表3。將3個基本信息表數據進行匯總，基本就能反映學生的學習情況，同時配合問卷調查等其他活動，能夠作為了解學生情況、教學情況以及改進教學的依據。為了降低數據冗余度，還需設計學生基本信息表、課程信息表及教師信息表，表結構在此不再進行贅述。

Table 1 Assignment record表1 作業情況記錄

Table 2 Learning attitude record表2 學習態度記錄

Table 3 Test performance record表3 測試成績記錄

教師通過定期分析記錄表中的學生學習情況信息，有利于及時發現問題，從而及時改進教學，促進教學質量提升。通過記錄表的形式，實現了教學效果評估從定性評估向定量評估轉變。

隨著學生人數以及學習任務的增加，手工進行記錄維護效率低、易出錯。因此，開發相應的數據維護系統或采用成熟的平臺是解決此問題的最佳途徑。

3 基于EduCoder的教學效果評估

3.1 EduCoder平臺概述

Trustie-EduCoder（Trustworthy software tools and integration environment）是指一個有600多所大學參與共建共享的智能學習平臺，支持全技術棧的實驗和實訓教學。其中包含各高校可推薦給本校學生學習的各種教學資源，實現了實踐教學的課程軟件化、過程游戲化、環境生產化和測評全棧化［19］。

EduCoder能夠有效支持課堂教學與實踐教學的一體化運行，教師完成平臺注冊后，可在平臺中創建“教學課堂”，開展各種常規教學活動。教師可以將實踐項目發送到課堂，學生開始在線學習和實戰。教學課堂能夠有效支持課件資料管理、視頻直播、作業考試、分班簽到、統計報告、實踐任務等功能。教師可以通過邀請碼邀請學生加入班課，提供課件和視頻資源，布置普通作業、分組作業。該平臺最大的特色是能布置實訓作業，讓學生在平臺上直接練習闖關，同時還可生成在線試卷進行測試，并將結果直接反饋到平臺。平臺還支持問卷調查和討論。

3.2 基于EduCoder的教學效果評估

下面以本校開設的大學計算機基礎課程在EduCoder上的應用為例，介紹基于EduCoder的教學效果評估方法。大學計算機基礎課程是面向一年級學生開設的一門公共基礎課程，從使用計算機、理解計算機系統和計算思維3個方面培養學生的計算機基礎能力。大學計算機基礎課程屬于程序設計類課程，是以Python編程為中心，在學習計算機信息編碼、計算機組成、操作系統、計算機網絡、數據庫技術、多媒體技術等計算機基礎知識的過程中，Python編程貫穿課程學習的每個部分。學生的練習、作業、測試都是在EduCoder平臺上完成的。

為實現有效的教學效果評估，可以利用EduCoder的統計功能以及問卷、測試功能開展評估。EduCoder的統計功能不僅能夠統計授課班級學生的實訓完成情況以及在班級的排名情況，而且能夠觀察每位學生的學習情況。通過EduCode的“學生成績統計”能夠看到截至統計時間，所有學生的整體排名情況，如圖2所示。通過“課堂活躍度”可觀察學生的課堂活躍度，如圖3所示。從圖2和圖3可以看出，成績好的前5名學生，其課堂活躍度也排名靠前，說明課堂活躍度與學生成績有一定關聯。

Fig.2 Academic ranking圖2 學習成績排名

Fig.3 Class activity ranking圖3 課堂活躍度排名

通過學生的個人實訓完成情況，能夠分析學生的學習態度和程序開發能力。圖4為兩名學生的實訓完成情況，從圖中可以看到，這兩位學生的學習態度都很端正，不僅能完成必做作業，而且能夠完成選做作業；同時通過對測評次數的分析，第一位學生的評測次數多于第二位學生，反映第一位學生基于平臺進行程序調試，由于平臺沒有debug等調試功能，只能通過試錯及添加print語句進行調試，導致測評次數較多。雖然第一位學生的實訓總分高于第二位學生，但第二位學生應該不是基于平臺進行程序調試的，而是運用線下開發工具進行調試的。所以從兩圖的比較可以看出，第二位學生調試程序的技巧方面應該優于第一位學生。

Fig.4 Practical training of students圖4 學生實訓情況

利用EduCoder平臺還能記錄學生在作業上花費的時間，作業時間可作為判斷作業難度及作業強度的依據，提示教師是否需對作業內容進行適當地調整。圖5為一次實訓作業學生所用時間，從圖中可以看到，本次實訓共8道題目，該學生共花費了接近85min，而此同學課堂活躍度排名較靠前，反映了此次作業量偏大，教師可以適當調整作業量。

Fig.5 Statistics of students' single homework圖5 學生單次作業統計情況

通過以上介紹，可以看到Educoder對于分析學生學習訓練情況、評估學習效果可提供一定幫助，不僅有利于學生進行課程實踐，而且有利于教師及時掌握學生學習情況。除上面運用的效果統計分析功能外，平臺還有問卷調查、測試等功能，這些都可以作為評估教學效果、調整教學實施過程的依據。

3.3 EduCoder改進意見

EduCoder作為教學實踐及評估工具，為進行教學效果評估提供了便利條件，如進一步完善，將在教學效果評估方面發揮更大作用。存在的主要問題及建議如下：

（1）學生學習信息不夠完善，匯總統計數據量偏少。教師在匯總信息中只能看到綜合排名及總評成績，要觀察具體情況，需進入個人情況分析及實訓情況分析界面進行人工統計，建議調整數據展示方式。

（2）操作步驟不夠簡潔，需進一步優化，方便匯總統計。

（3）缺少調試過程的日志管理，不便于教師發現學生程序設計學習中的共性和難點問題。學生程序調試的過程數據對于教師的教學工作開展至關重要，教師需要根據學生調試中暴露出的問題開展針對性輔導、講解以及組織相應訓練，如能提供調試過程日志，將提高評估的準確性和針對性。

（4）評分規則調整功能有限，降低了數據的實用性。增加評分規則的可調節性，有利于提高數據利用率。

4 結語

教學效果評估是教師的主要工作，可行的評估方法、優化的評估模型、方便的評估工具，有助于對教學效果進行科學評價，從而提高教學質量。本文提出的針對程序設計類課程的評估指標對于此類課程的過程評估具有一定參考價值。由于教學目標不同，評估方法也有所區別。隨著對教學評估的深入研究以及軟件平臺功能的不斷完善，使得精準評估成為可能。教師只有在教學中采用好的評估方法，熟練運用評估工具，時刻關注教學效果，及時調整教學進程，才能真正提高教學質量。