計算機類專業(yè)實踐課程分類教學和分階賦能評價機制研究

于海燕 梁靖涵

關鍵詞：計算機類專業(yè)；實踐課程；分類教學；分階賦能

1 計算機類專業(yè)實踐教學現(xiàn)狀

1.1 突增的學生對實踐教學指導的需求

隨著新一代信息技術產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，近年來計算機類相關專業(yè)發(fā)展迅速，學生人數(shù)增長較快，導致出現(xiàn)師資緊張現(xiàn)象，上課過程中大班授課比較多，對于理論教學影響較小，實踐課程往往需要老師現(xiàn)場指導，如果班級人數(shù)過多會影響指導效果進而影響實踐教學質量[1-2]。

1.2 學生個性化實踐內容的學習需求

每個學生自身情況不同，來自不同地區(qū)的學生對計算機操作水平有較大差異，學生對實踐內容的理解程度也不一樣，有的學生可能已經(jīng)自學過相關課程，對于基礎知識能夠較快掌握，而其他學生可能在理解同樣知識時需要花費大量時間精力，如果老師照顧基礎差的學生講解難度較低實踐內容會導致基礎稍好學生厭學情緒，反之講解難度高的實踐內容，基礎差的學生跟不上節(jié)奏，也會影響學習積極性。目前教學過程中教師能夠關注到學生個性化學習需求，但是由于條件限制實施個性化實踐教學較為困難[3-4]。

1.3 實踐教學平臺的普及性

近年來出現(xiàn)了很多專門針對計算機類專業(yè)課程的實踐教學平臺，比如EduCoder平臺、計算機新工科實踐教學平臺、海豚大數(shù)據(jù)與人工智能實驗平臺等，這些平臺往往能夠提供實踐教學環(huán)境，做到任何地方都能進行實踐練習，但是由于經(jīng)費投入問題，大部分處于試用狀態(tài)，未做到全校普及使用，實踐教學環(huán)境也是影響實踐教學質量的因素[5-6]。

2 計算機類專業(yè)實踐課程分類教學實施

2.1 實踐教學培養(yǎng)目標制定

實踐教學目標按要求分成知識、能力和素質三部分，在知識和能力培養(yǎng)方面要求課程具有“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)性”，高階性主要是培養(yǎng)學生解決復雜工程問題能力，創(chuàng)新性主要是學生能夠緊貼科技發(fā)展前沿，有創(chuàng)新思維，挑戰(zhàn)度主要是學生學習過程中需要跳一跳才能夠得著，用來激發(fā)學生學習興趣。

實踐教學素質目標設定主要是對學生素質能力培養(yǎng)，在設置過程中體現(xiàn)課程思政元素融入，首先對計算機類實踐課程都應具備的素質目標進行整合，主要體現(xiàn)在實踐過程中大國工匠精神、家國情懷、勇于探索的創(chuàng)新精神，善于解決問題的實踐能力，敢闖會創(chuàng)的創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)能力等方面，其次具體實踐課程可以根據(jù)課程特點加入素質目標。比如：Hadoop系統(tǒng)開發(fā)課程在設置實踐教學素質目標時加入了《孫子兵法》中“分而治之”的思想，不斷增強民族自豪感和文化自信心，主要是項目將大任務拆分成多個小任務由map（）函數(shù)處理，再由reduce（）函數(shù)進行統(tǒng)計匯總，所以在掌握知識的同時實現(xiàn)了素質目標，其中圖1為Ha?doop系統(tǒng)開發(fā)課內實驗教學目標。

2.2 實踐教學內容等級劃分

分類教學實施的關鍵是劃分實踐教學內容等級，設定簡單、中等和困難三個等級。研究過程中發(fā)現(xiàn)實踐教學內容等級劃分有兩種方式，一是按照實踐教學整體內容進行劃分，二是根據(jù)實踐教學內容模塊、知識點進行劃分。第一種適合于知識點教學，實踐教學內容瑣碎的情況，第二種適合大型實踐內容，步驟較多的情況。根據(jù)多年實踐經(jīng)驗在實際操作過程中采用第一和第二種混合，由授課教師根據(jù)實踐內容和授課經(jīng)驗設定不同等級。

例如在Hadoop系統(tǒng)開發(fā)利用MapReduce進行單詞統(tǒng)計編程知識模塊中，設計了4個關卡的實驗內容，分別是：

1） 實驗1：將輸入的兩個文件切分成兩個輸入分片，然后對輸入分片進行格式化，如文件按行分解，從而形成以key為偏移量、value為行內容的鍵值對。難度等級簡單。

2） 實驗2：設計map（）函數(shù)，將鍵值對value按空格分解成一個個單詞（word） ，生成形式的鍵值對。難度等中等。

3） 實驗3：生成分區(qū)函數(shù)，將key的首字母小于“g”的鍵值對劃分成一個區(qū)，其余的劃分成另一個區(qū)。難度等級中等。

4） 實驗4：設計reduce（）函數(shù)，將輸入的形式的數(shù)據(jù)進行匯總，生成以key 為單詞、value為單詞頻數(shù)的鍵值對，按設置的特定格式對結果輸出。難度等級困難。

例如在三維動畫設計課程“動畫設計”知識模塊中，一個實驗內容設計了4個實驗步驟關卡。

2.3 實踐教學實施

為發(fā)揮設定的實踐教學目標，在實施過程中要求教師分別分發(fā)不同等級的實踐教學內容，學生可根據(jù)自己實際掌握情況選擇不同等級內容練習，選擇較高等級意味著已經(jīng)掌握了低等級內容，反之如果高等級內容實踐過程中有困難可以選擇較低等級，每個等級選擇由學生自主決定。為保證實施效果可以借助實踐教學平臺對實驗內容設定等級，圖3為Hadoop系統(tǒng)開發(fā)實踐課程在EduCoder平臺設定等級。

3 計算機類專業(yè)分階賦能評價機制構建

為激發(fā)學生分級進階，將理論知識從識記、理解、加工、應用逐層增加難度，最終達到實踐教學的高階性和挑戰(zhàn)性，同時設定開放性問題，增強學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，使學生完成逐級任務的同時具備解決復雜工程問題能力。理想的狀態(tài)是學生積極參與實踐過程，但是具體實施過程中發(fā)現(xiàn)，個別學生達到困難等級后不再有進階的興趣，為提高學生進階積極性，設置了分階賦能評價機制。將實踐教學成績分成三部分，第一部分基礎實踐分，根據(jù)等級分別設置60分、80分和100分3個分數(shù)，意味著較易等級題目最多60分，從而激發(fā)學生進階積極性。第二部分參與度，主要根據(jù)討論區(qū)學生討論問題的參與度作為判分依據(jù)。第三部分是創(chuàng)新成績，主要是設置更高難度的挑戰(zhàn)性題目，作為增項分值。各部分分值任課教師可以根據(jù)課程性質設置不同成績比例，不做統(tǒng)一要求，例如Hadoop 系統(tǒng)開發(fā)實踐評分機制基礎實踐分60%，參與度30%，創(chuàng)新成績10%，鼓勵學生積極參與，使大部分學生通過努力都能夠獲得較好成績，同時也是具有一定創(chuàng)新能力的學生留足提升空間，從而激發(fā)學生參與度，達到分階賦能目的。

4 基于EduCoder 平臺的Hadoop 系統(tǒng)開發(fā)實踐教學改革

分類教學實施關鍵是教學內容分類體現(xiàn)，實施過程中選擇Educoder平臺，可以設置關卡、難度系數(shù)、排行榜和具體評價內容比例等，完全滿足分類教學和分階賦能評價機制構建方案，另外平臺還具有在線編碼環(huán)境，能夠滿足學生隨時隨地練習需求，使學生能夠更好地達到分階賦能目標。因此選擇Educoder平臺作為改革實踐平臺。

4.1 Hadoop 系統(tǒng)開發(fā)實踐教學內容設定

根據(jù)教學大綱將實踐內容分成三部分，分別為第一部分Hadoop大數(shù)據(jù)平臺的搭建、第二部分Hadoop 核心組件HDFS和Mapreduce的操作和第三部分基于Hadoop平臺的大數(shù)據(jù)分析綜合實訓，與理論內容劃定模塊相同，內含10個項目，每個項目類別由1～3個內容組成，學生可以根據(jù)接受程度進行選擇，給予學生充分選擇空間，具體課時劃分如表1所示。

依據(jù)教學目標將具體實踐內容按照簡單、中等和困難進行等級劃定，如在Hadoop分布式文件系統(tǒng)操作練習部分由2關卡分別是使用HDFS命令行操作文件和使用Java API接口操作文件，難度分別為簡單和中等，設計的時候盡可能將實踐內容拉開距離，使不同層次學生都能通過練習達到教學目標。另外設置了挑戰(zhàn)模式，學生可以反復刷題，參與挑戰(zhàn)，每個項目結束后都有一個排行榜，激發(fā)學生練習積極性。

4.2 Java程序設計實踐教學實施

選擇鄭州科技學院20級物聯(lián)網(wǎng)工程和21級數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術兩個專業(yè)學生開展實施，學生作為實施對象，共分布10個練習題目，每個實驗項目平均4個關卡，按照難度等級分成簡單、中等和困難三個等級。圖4學生實踐內容完成情況；圖5該實踐課程中學生排名情況。

4.3 Hadoop 系統(tǒng)開發(fā)實踐教學效果

1） 挑戰(zhàn)模式激發(fā)了學生學習興趣。

采用的排行榜模式使學生做題積極性顯著提升，課后進行代碼編寫和討論的氛圍熱烈，課后學生問問題較多，主動與同學和老師交流討論。

2） 期末平均分顯著提升。

采用分類教學的班級與未采用的班級相比平均分明顯提升，尤其是編程類題目，設計的原創(chuàng)性有大幅度提升，能夠看出學生設計思維在題目中的運用，說明學生進入了深度學習狀態(tài)。

3） 學科競賽獲獎率不斷提高。

實施兩年來學生實踐動手能力不斷提升，在授課班級學生中學科競賽獲獎不斷提升，2022年度獲得軟件設計大賽國賽二等獎1名，省賽二等獎3名，省賽三等獎2名。

5 結束語

計算機類專業(yè)實踐課程分類教學和分階賦能評價機制雖然在課內實驗課程進行了驗證，實施過程證明可行性，實施效果較好，但是在課程設計、實訓、實習等其他類型課程有效性有待進一步驗證。實施過程中發(fā)現(xiàn)題目分類設置非常關鍵，需要教師花費大量精力設計實踐教學內容和標準答案詳細比對，這樣才能保證學生在實踐過程中出現(xiàn)錯誤能夠及時查找原因，真正做到分階段達到教學目標。