趙鴻昌

摘 要：作者在《軟件測試技術(shù)》課程的PBL教學(xué)方法改革實(shí)踐過程中，設(shè)計了一種新穎的曲線式調(diào)查問卷，旨在獲得學(xué)生對該課程全過程的教學(xué)效果評價。通過所設(shè)計的調(diào)查問卷數(shù)字化程序以及圖形展示與數(shù)據(jù)分析腳本，構(gòu)建了一個信息化的教學(xué)效果評價方法。通過應(yīng)用該評價方法分析本課程的教學(xué)效果，得到了進(jìn)一步深化教學(xué)改革的有效措施。另外，該方法還可方便地應(yīng)用到其他課程，是一種值得推廣的信息化教改方法。

關(guān)鍵詞：調(diào)查問卷；教學(xué)效果；信息化；教學(xué)改革；高等職業(yè)教育

中圖分類號： G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B 文章編號：1673-8454（2014）04-0042-04

當(dāng)前，教育信息化已列入《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》，成為一項國家戰(zhàn)略，信息化教學(xué)已成為教學(xué)改革的主要目標(biāo)。[1]教育信息化的理念不僅僅指學(xué)校的計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)施的完善，也絕非單純以應(yīng)用辦公自動化軟件應(yīng)對學(xué)校事務(wù)性的日常工作為目標(biāo)，更重要的是必須使用信息技術(shù)手段開發(fā)有針對性的應(yīng)用軟件以提高教學(xué)與科研質(zhì)量，并以教學(xué)過程人力投入產(chǎn)出比的最優(yōu)化為目標(biāo)進(jìn)行教改，以加速學(xué)生的能力培養(yǎng)過程。因此，在當(dāng)前知識爆炸的背景下，教學(xué)的關(guān)鍵之重在于加速學(xué)生能力的培養(yǎng)，而培養(yǎng)過程首先依靠信息技術(shù)分析課程的教學(xué)效果，以更好地掌握學(xué)生能力培養(yǎng)與能力遷移過程的客觀規(guī)律，最終遵循此客觀規(guī)律開發(fā)更合適的課程。

信息技術(shù)在教學(xué)活動中的應(yīng)用大體分三類：事務(wù)層應(yīng)用，即使用辦公自動化軟件加速日常教學(xué)活動、收集反映教學(xué)效果的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；分析層應(yīng)用，其表現(xiàn)為事務(wù)層數(shù)據(jù)的歸納與分析，最終提取為信息；決策層應(yīng)用，表現(xiàn)為智能專家系統(tǒng)通過分析上述信息，并基于專家系統(tǒng)的知識經(jīng)驗來輔助決策者確定進(jìn)一步教改的具體措施。具體措施包括督導(dǎo)對教師的指導(dǎo)、教師對教學(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整以及學(xué)生對自己的興趣和課程的深入了解，這些具體措施能有效地提高教學(xué)質(zhì)量。目前，國內(nèi)大多數(shù)高校僅實(shí)現(xiàn)了事務(wù)層的信息化，與應(yīng)用信息技術(shù)提高教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)相距較遠(yuǎn)。[2]

筆者于2012年底從某計算機(jī)工程研究所轉(zhuǎn)入高校，開展軟件相關(guān)課程的信息化建設(shè)。以2012-2013學(xué)年春季學(xué)期的《軟件測試技術(shù)》課程為例，結(jié)合課程的特點(diǎn)開發(fā)了一個教學(xué)效果評價軟件，能夠自動完成事務(wù)層和分析層的大部分工作，將反映教學(xué)效果的數(shù)據(jù)加工為信息。該軟件獲得了很好的實(shí)際效果，有助于決策者的知識歸納與總結(jié)。

一、課程簡介

《軟件測試技術(shù)》是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，然而目前教學(xué)大綱卻依然將其歸為理論性課程，實(shí)訓(xùn)操作僅占總課時的20%。該課程傳統(tǒng)授課方式的教學(xué)效果很差，學(xué)生普遍難以掌握相關(guān)的核心技能，原因在于以下幾個方面：該課程概念很多而缺乏實(shí)訓(xùn)，學(xué)生難以生動地理解概念只能一味地應(yīng)付考試；學(xué)生的編程能力普遍較弱，因而畏難心理抑制了學(xué)習(xí)的主動性；國內(nèi)軟件測試技術(shù)發(fā)展才剛剛起步，因而缺乏測試經(jīng)驗豐富的教師，也缺乏適合學(xué)生接受能力的教材。

本課程以筆者八年的全職軟件開發(fā)與測試經(jīng)驗為基礎(chǔ)，充分考慮該課程的學(xué)習(xí)規(guī)律，采用PBL教學(xué)模式開發(fā)實(shí)訓(xùn)題目：將PBL的三要素即問題、學(xué)習(xí)、指導(dǎo)與教學(xué)過程充分融合，保證了問題的多解性與真實(shí)性、面向問題的學(xué)生自主學(xué)習(xí)以及教師有啟發(fā)性的指導(dǎo)。PBL課程的成功實(shí)施能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與解決實(shí)際問題的能力，國內(nèi)外均有大量的應(yīng)用報道。[3]

本課程共50學(xué)時，分11次課講授，實(shí)訓(xùn)操作約占85%，課程以基于Linux腳本工具構(gòu)建自動化測試工具及其在軟件各階段測試工作中的應(yīng)用為主線，以生動的問題和巧妙的解決方法極大地激發(fā)了學(xué)生對軟件測試的興趣，學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)加深了對問題的理解，加強(qiáng)了能力的鍛煉。

二、教學(xué)效果的量化

獲取并量化教學(xué)效果是將信息技術(shù)應(yīng)用于提高教學(xué)質(zhì)量的首要工作，常用的選項式或發(fā)散式調(diào)查問卷分別以客觀和主觀題目的形式呈現(xiàn)，[4]，[5]這些問卷的數(shù)據(jù)量相對較少，因此，若要獲得大量數(shù)據(jù)則需設(shè)計很大容量的調(diào)查問卷，勢必加重問卷設(shè)計、問卷完成與數(shù)據(jù)收集的工作量，亟需應(yīng)用信息手段改進(jìn)。

筆者結(jié)合自己的經(jīng)驗提出了一種新穎的曲線式調(diào)查問卷，以11條曲線表征教學(xué)效果，每條曲線的橫坐標(biāo)代表課程的進(jìn)度，縱坐標(biāo)代表一種指標(biāo)。

這11個指標(biāo)分組為一個三層模型：第一層是興趣指標(biāo)，含對問題、對學(xué)習(xí)以及對實(shí)際操作的興趣；第二層是PBL實(shí)施過程相關(guān)的能力指標(biāo)，包括提出問題、獨(dú)立學(xué)習(xí)、解決問題、表達(dá)以及團(tuán)隊合作的能力；第三層是性格指標(biāo)，包括創(chuàng)造力、邏輯推理能力和耐久力。這種分層模型反映了學(xué)習(xí)過程的客觀規(guī)律，即興趣導(dǎo)致能力的逐漸增強(qiáng)，進(jìn)而又逐漸強(qiáng)化為職業(yè)成功必需的性格品質(zhì)。表1是為該課程編寫的11個實(shí)訓(xùn)題目，獲得了較好的教學(xué)效果。

這種曲線式調(diào)查問卷的優(yōu)點(diǎn)比較明顯：

首先，數(shù)據(jù)是動態(tài)的且容量較大，反映了課程全過程的教學(xué)效果，便于動態(tài)分析與回歸分析；

其次，曲線圖形的直觀性使得問卷完成過程很有樂趣，學(xué)生不易產(chǎn)生厭倦感。筆者的實(shí)踐經(jīng)驗是大多數(shù)學(xué)生耗費(fèi)約45分鐘完成11條曲線的繪制，因為他們會認(rèn)真反復(fù)地琢磨自己在課程全過程的收獲與表現(xiàn)；

此外，11條曲線分區(qū)域顯示在一個位圖文件中，利用寬屏顯示器能夠很方便地綜合對比，而傳統(tǒng)的調(diào)查問卷缺乏整體觀，學(xué)生們也容易草率應(yīng)付；

最后，這些曲線存儲成Windows位圖文件，便于問卷原始數(shù)據(jù)的數(shù)字化。

三、教學(xué)效果的信息化評價

信息化方法包括調(diào)查問卷數(shù)字化程序以及圖形繪制與數(shù)據(jù)分析腳本，尤其值得指出的是，上述程序和腳本在最后一次課作為集成測試的實(shí)訓(xùn)題目，程序與若干腳本一鍵運(yùn)行的真實(shí)演練有效地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.調(diào)查問卷數(shù)字化程序的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

首先要設(shè)計一個數(shù)字化程序，將曲線式調(diào)查問卷中的數(shù)據(jù)提取出來，程序的功能包括解析Windows位圖文件的文件頭，確定圖片的尺寸，然后找到合適的像素位置進(jìn)行逐列掃描，取出非白色像素的坐標(biāo)位置，并將每個像素的坐標(biāo)信息與學(xué)生姓名和曲線名打包成一條記錄導(dǎo)入Mysql數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)導(dǎo)入的關(guān)鍵技術(shù)是基于Mysql的命令行接口寫的Linux腳本：mysql -e “LOAD DATA local INFILE 'z.txt' INTO TABLE poll LINES terminated by '＼n' ”。endprint

2.數(shù)據(jù)繪圖展示腳本

為便于同類學(xué)生的特征提取，將22名學(xué)生分成三組，第一組到第三組依次代表優(yōu)、良、中（n=8， 7， 7人），分組的實(shí)現(xiàn)是通過在數(shù)據(jù)庫中建立一張姓名/組別的數(shù)據(jù)表。因為Mysql數(shù)據(jù)庫本身欠缺繪圖功能，所以我們選用Gnuplot軟件繪圖。該軟件也提供命令行接口，方便用Linux腳本進(jìn)行自動化集成。

3.數(shù)據(jù)分析腳本

R軟件是數(shù)理統(tǒng)計專業(yè)的開源軟件，也提供命令行接口，因此方便用Linux腳本集成，以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的自動抽取以及進(jìn)行多元線性回歸分析。數(shù)據(jù)分析的目的是找到每組學(xué)生的能力指標(biāo)對興趣指標(biāo)以及性格指標(biāo)對能力指標(biāo)的依賴關(guān)系，這些依賴關(guān)系能夠反映各組學(xué)生學(xué)習(xí)過程的特性，因此提供了數(shù)據(jù)背后隱藏的深層次信息。

4.教學(xué)效果的評價

最終，教師通過分析這11條曲線，并分析教學(xué)效果指標(biāo)之間的依賴關(guān)系信息，再結(jié)合自身對教學(xué)過程的理解與相關(guān)知識的總結(jié)，以此為基礎(chǔ)改進(jìn)教學(xué)方法從而獲得更好的教學(xué)效果。

四、結(jié)果示例

1.學(xué)習(xí)過程曲線

此處僅展示四個有代表性的教學(xué)效果指標(biāo)的曲線，如圖1所示。圖1中的曲線是通過Gnuplot提供的“莖葉圖”命令畫出的每組學(xué)生相應(yīng)曲線的均值與方差數(shù)據(jù)，橫、縱坐標(biāo)的數(shù)值是分別代表課程進(jìn)度和指標(biāo)高低的規(guī)一化的無量綱的量值。

可見，如果單從最終的性格指標(biāo)即創(chuàng)造力和邏輯推理能力曲線來看，第三組最差，第二組相對是最好的。然而這一組的曲線在課程的中后期存在明顯的小幅度波動，這一現(xiàn)象的解釋是第二組學(xué)生對教師的指導(dǎo)有很強(qiáng)的依賴性，亦即該組學(xué)生在培養(yǎng)創(chuàng)造力和邏輯推理能力的過程中十分依賴教師的幫助，學(xué)習(xí)興趣曲線也印證了這一點(diǎn)：該組學(xué)生在課程的后期興趣明顯下降，尤其在課程之末甚至都略低于第三組，這說明第二組學(xué)生的學(xué)習(xí)過程缺乏主動性和自我約束力。綜合來看，第一組的綜合學(xué)習(xí)效果是相對最理想的，因為學(xué)習(xí)興趣曲線和解決問題的能力曲線在課程的全過程均有可觀的增幅，尤其是在課程的中期，解決問題的能力陡然躍升，該組學(xué)生普遍反映當(dāng)學(xué)過的腳本工具和正則表達(dá)式在課程中期真正開始用于解決軟件測試問題時，他們的自信心有了很大的提升，自主學(xué)習(xí)與解決問題的能力得到了充分的鍛煉。

綜上所述，筆者通過分析這些曲線，并結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐提出了以下幾個具體的教改措施：

（1）對于第一組學(xué)生，在課程的中后期增加他們的課后實(shí)訓(xùn)任務(wù)量，讓他們的自我學(xué)習(xí)能力得以進(jìn)一步發(fā)揮；

（2）對于第二組學(xué)生，一方面要在課堂實(shí)訓(xùn)過程中加緊對他們的督促，防止他們自我松懈而無法鞏固已達(dá)到的教學(xué)效果。另一方面，要設(shè)計更能激發(fā)學(xué)生興趣的實(shí)訓(xùn)題目，調(diào)動他們的積極性；

（3）對于第三組學(xué)生，再進(jìn)一步放低實(shí)訓(xùn)題目的難度，調(diào)動他們的積極性。

2.數(shù)據(jù)分析結(jié)果

為進(jìn)一步挖掘?qū)W習(xí)效果曲線背后的信息，在R軟件中進(jìn)行性格指標(biāo)對能力指標(biāo)的依賴關(guān)系的多元線性回歸分析，結(jié)果見表2：其中各系數(shù)顯著性sig值均小于0.001。正系數(shù)表示某性格指標(biāo)對某能力指標(biāo)的依賴關(guān)系是正向影響的，即隨著該能力指標(biāo)的增加，該性格指標(biāo)亦增加。負(fù)系數(shù)則相反，依賴程度的高低由系數(shù)的絕對值確定。系數(shù)0表示依賴關(guān)系不顯著，即不相關(guān)。

由表2的第二列和第三列可見，學(xué)習(xí)能力是唯一一項對三項性格指標(biāo)均產(chǎn)生正向影響的能力指標(biāo)，而解決問題的能力竟然對三項性格指標(biāo)均沒有正向影響，這直觀地反映了學(xué)生們對考試的隱憂，即使對于學(xué)習(xí)效果最好的第一組學(xué)生也不例外。盡管筆者在課程伊始便指出考試題目大多數(shù)來自平時的實(shí)訓(xùn)題目，學(xué)生們內(nèi)心對考試的焦慮仍無法徹底打消，這也反映了學(xué)生自信心的嚴(yán)重缺失。諸如此類的信息是從曲線上很難得出的，這也是數(shù)理統(tǒng)計應(yīng)用于數(shù)據(jù)分析的價值所在。深層次的信息挖掘能夠幫助決策者找到問題深層次的根源：例如只有考試制度的改革才能從根本上促使學(xué)生更看重能力的鍛煉與提升。

五、下一步工作

考慮使用隨堂的輕量級曲線式調(diào)查問卷，更快地得到學(xué)習(xí)效果的反饋，以建立以教師的指導(dǎo)為輸入的控制模型，應(yīng)用最優(yōu)控制理論與方法獲得最佳的教學(xué)效果。

考慮將教學(xué)效果評價軟件與電子教案生成軟件、演示文稿生成軟件、實(shí)訓(xùn)題目生成軟件集成在一個軟件包里，抽取更多數(shù)據(jù)，更加自動化、系統(tǒng)化地分析教學(xué)數(shù)據(jù)，進(jìn)而提升教育信息化水平。

此外，數(shù)據(jù)分析過程還要深入結(jié)合知識，組織相關(guān)的研究成果以挖掘出更多的信息。

本文提出的曲線式調(diào)查問卷及教學(xué)評價方法對其他課程也一樣適用，只要相關(guān)課程的專業(yè)教師設(shè)置其關(guān)心的問卷指標(biāo)，調(diào)查問卷數(shù)字化程序、繪圖與數(shù)據(jù)分析腳本大部分均可重用。

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（編輯：李曉萍）endprint