呂念玲，張林麗，靳貴平，宋洪光

（1.華南理工大學(xué)電子與信息學(xué)院，廣州 510640；2.深圳市易星標(biāo)技術(shù)有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

工程教育專業(yè)認(rèn)證，是對執(zhí)業(yè)工程師所受專業(yè)教育質(zhì)量的合格認(rèn)定。在國際工程聯(lián)盟（International Engineering Alliance，IEA）對四年制工程教育和執(zhí)業(yè)工程師跨國互認(rèn)要求中，將具有不低于與華盛頓協(xié)議［1］實(shí)質(zhì)等效的工程學(xué)位的綜合學(xué)術(shù)水平列為第一條。成為華盛頓協(xié)議會員，通過工程教育專業(yè)認(rèn)證，是院校專業(yè)教育質(zhì)量檢驗(yàn)的“合格證”；是人才培養(yǎng)與行業(yè)職業(yè)資格銜接的“許可證”；是工程師全球流動“通行證”。

從1985 年6 月，原國家教委召開的我國第一個全國性的高等教育評估研討會（高等工程教育評估問題專題討論會），到2016 年6 月，我國成為華盛頓協(xié)議第18 個正式簽約國，歷經(jīng)31 年。工程教育專業(yè)認(rèn)證對我國高等工程教育產(chǎn)生了重要影響，以學(xué)生成長為目標(biāo)和持續(xù)改進(jìn)的核心理念已逐漸成為各學(xué)校教育、教學(xué)的準(zhǔn)繩。課程和實(shí)驗(yàn)作為人才培養(yǎng)過程的具體環(huán)節(jié)，都應(yīng)圍繞人才培養(yǎng)的目標(biāo)，針對所有學(xué)生成長目標(biāo)，精細(xì)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和過程，持續(xù)改進(jìn)，高效率達(dá)成教育目標(biāo)［2-5］。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際問題

聚焦實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在其相當(dāng)長的發(fā)展過程中，有很多好的做法，也存在不足。

1.1 無個性化教學(xué)

實(shí)驗(yàn)課現(xiàn)在還是走“大鍋飯”路線，因?yàn)椴涣私鈱W(xué)生學(xué)習(xí)過程中的真實(shí)情況，缺少有效的調(diào)控方法。很多時候，僅通過檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)、給予評價(jià)。一樣的測量任務(wù)，有的學(xué)生1 次完成，有的學(xué)生3 次才做對，他們的能力顯然不一樣。但這個過程教師看不到，僅憑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確作為評價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊罁?jù)，顯然不夠客觀。沒有客觀評價(jià)，又怎么因材施教？

1.2 缺乏持續(xù)改進(jìn)依據(jù)

課程改革應(yīng)是內(nèi)容、資源及過程的全方位改革提升［6］，但自從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成為評價(jià)課改的重要指標(biāo)，老師們就把課改的主要精力放在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改進(jìn)上了。不足才要改進(jìn)，那么實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在不足的實(shí)證在哪里？或者說優(yōu)化的依據(jù)又是什么？如果回答不出這兩個問題，那么這些針對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改進(jìn)就與過往教學(xué)基本不相關(guān)，這種憑經(jīng)驗(yàn)、拍腦瓜做的改進(jìn)，效果肯定不好。

面對這些現(xiàn)象，必須承認(rèn)現(xiàn)在大部分實(shí)驗(yàn)課程，并非建立在其客觀實(shí)施之上；亟待解決的根本問題是對實(shí)驗(yàn)實(shí)施的真實(shí)情況不了解，缺乏持續(xù)改進(jìn)依據(jù)。

2 改進(jìn)方法與措施

過程的問題，要在過程中解決。解決的方法包括兩個步驟：前端，建立教學(xué)實(shí)施過程的精細(xì)檢測，獲取學(xué)情大數(shù)據(jù)；后端，基于大數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)形成性評價(jià)，為調(diào)整學(xué)習(xí)策略和診斷教學(xué)問題提供依據(jù)［7-8］。

2.1 強(qiáng)制預(yù)習(xí)檢測

學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，先進(jìn)行在線預(yù)習(xí)檢測，檢測時長、檢測次數(shù)以及及格分?jǐn)?shù)由任課教師設(shè)定；達(dá)到及格條件，實(shí)驗(yàn)臺自動接通電源，實(shí)驗(yàn)設(shè)備上電；如果重測多次，都不達(dá)標(biāo)，實(shí)驗(yàn)臺不通電，該學(xué)生沒有當(dāng)次實(shí)驗(yàn)資格。這個環(huán)節(jié)解決了幾個問題：

（1）減輕教師在實(shí)驗(yàn)課前翻閱實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告的時間壓力和工作強(qiáng)度壓力。

（2）給學(xué)生一個明確導(dǎo)向，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要到位，僅做預(yù)習(xí)報(bào)告上的文字抄錄，表面、形式化準(zhǔn)備是不行的；若要達(dá)到預(yù)期效果，必須對基本實(shí)驗(yàn)理論有所理解，對現(xiàn)場可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)問題有所準(zhǔn)備，做到深度預(yù)習(xí)。

（3）實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入制度落地。在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，若教師在學(xué)生面前做出讓其因?qū)嶒?yàn)預(yù)習(xí)做得不到位而不能進(jìn)行當(dāng)次實(shí)驗(yàn)的安排，該生可能反應(yīng)強(qiáng)烈；如果將這個過程轉(zhuǎn)為人機(jī)對話，學(xué)生沒有面子問題，比較容易接受。強(qiáng)制檢測得以順利實(shí)施，需要鋪墊，這個過程設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是：只有在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，老師發(fā)布檢測任務(wù)的時候，預(yù)習(xí)檢測才是限時、限次的；除此之外，學(xué)生可無限次登錄預(yù)習(xí)檢測題庫，進(jìn)行刷題練習(xí)，這也是實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的一部分。必須使學(xué)生明白，準(zhǔn)入制的初心是促使學(xué)生將實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備做得更充分，而不是要趕出實(shí)驗(yàn)室。

2.2 在線獲取學(xué)情大數(shù)據(jù)［9-10］

對學(xué)生學(xué)習(xí)和課程實(shí)施效果的準(zhǔn)確判斷，應(yīng)建立在對于實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程的全面了解之上。除了實(shí)驗(yàn)的測量數(shù)據(jù)之外，試錯次數(shù)、完成時間等，也是反映過程質(zhì)量的重要學(xué)情信息。但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程管理依賴教師人力管控，眼、耳、口獲得的信息十分有限，更做不到對學(xué)生個體的過程跟蹤。因此，借助技術(shù)手段，助力老師提升過程管理的有效性，是解決管理瓶頸問題的關(guān)鍵。

這里以多級放大電路（見圖1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)為例，說明在線獲取關(guān)鍵學(xué)情大數(shù)據(jù)的具體步驟。

圖1 多級放大電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理圖

（1）設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)，是實(shí)施過程精細(xì)檢測時具典型性與代表性的關(guān)鍵點(diǎn)；監(jiān)測點(diǎn)通常從以下幾個層面選?。杭磳?shí)驗(yàn)技術(shù)層面的重點(diǎn)，操作環(huán)節(jié)的易錯點(diǎn)以及性能指標(biāo)測量層面的難點(diǎn)。圖2 所示監(jiān)測點(diǎn)，涵蓋交、直流信號測量任務(wù)，全面考核學(xué)生交、直流測量儀表和示波器使用技能。監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置主要從3 個維度進(jìn)行，即儀器工具、正確范圍以及重復(fù)設(shè)置歸類標(biāo)簽等。

圖2 監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置界面

（2）匹配糾錯提示。針對每一個監(jiān)測點(diǎn)，梳理學(xué)生出錯的可能性，以關(guān)聯(lián)推送方式提出糾錯建議；該內(nèi)容僅出錯的學(xué)生可見。圖3 所示的糾錯提示編輯界面，從與該監(jiān)測點(diǎn)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理、儀器使用和測量方法等方面進(jìn)行詳細(xì)解析，啟發(fā)學(xué)生糾正錯誤。

圖3 糾錯提示編輯界面

（3）發(fā)布監(jiān)測任務(wù)。在實(shí)驗(yàn)課前或在實(shí)驗(yàn)課上，都可以發(fā)布監(jiān)測任務(wù)；一旦到設(shè)定好的監(jiān)測時間節(jié)點(diǎn)，任務(wù)界面就會自動彈出。監(jiān)測對象可以對班級也可以對個人，監(jiān)測任務(wù)發(fā)布界面如圖4 所示。

圖4 監(jiān)測任務(wù)發(fā)布界面

（4）自動獲取測量結(jié)果數(shù)據(jù)和測量過程數(shù)據(jù)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中一旦獲得滿意的數(shù)據(jù)，只要點(diǎn)擊電腦界面的上傳按鈕，系統(tǒng)即自動獲取實(shí)驗(yàn)臺上儀器的實(shí)時測量數(shù)據(jù)。學(xué)生可以無限次上傳修正，系統(tǒng)實(shí)時記錄全過程，圖5 所示為實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場場景。

圖5 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場場景

針對某一監(jiān)測點(diǎn)，后臺數(shù)據(jù)庫記錄的與之相關(guān)學(xué)情數(shù)據(jù)包括：①第一次上傳數(shù)據(jù)的時間；②第一次上傳的儀器測量數(shù)據(jù)；③最后一次上傳的儀器測量數(shù)據(jù)；④最后一次上傳數(shù)據(jù)時間；⑤重復(fù)上傳次數(shù)（試錯）。

2.3 設(shè)計(jì)形成性評價(jià)

形成性評價(jià)是指在教師教育教學(xué)過程中，為使教師的專業(yè)水平繼續(xù)提高，不斷獲取反饋信息，以便改進(jìn)教學(xué)而進(jìn)行的系統(tǒng)性評價(jià)。它在教育教學(xué)活動中進(jìn)行，目的是為了找出教師工作中的不足，為教師不斷改進(jìn)教學(xué)提供依據(jù)。形成性評價(jià)與總結(jié)性評價(jià)不同，它具有階段性、時效性、過往關(guān)聯(lián)性的特點(diǎn)。形成性評價(jià)的價(jià)值，在于及時發(fā)現(xiàn)問題。教師需要參考教學(xué)效果的形成性評價(jià)不斷改進(jìn)教學(xué)；學(xué)生也需要借助學(xué)習(xí)效果的形成性評價(jià)指導(dǎo)其及時調(diào)整學(xué)習(xí)策略。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域，形成性評價(jià)分為絕對評價(jià)和成長評價(jià)兩方面。舉個例子，會使用示波器觀測波形，是絕對評價(jià)；而在多次操作訓(xùn)練過程中，是不是一次比一次熟練，就是成長評價(jià)。形成性評價(jià)是多維度的系統(tǒng)性評價(jià)，這里舉兩個例子，簡單介紹形成性評價(jià)設(shè)計(jì)的原則與重點(diǎn)關(guān)注［11-13］。

2.3.1 現(xiàn)場操作評價(jià)設(shè)計(jì)

現(xiàn)場操作成績＝30 ×第一次上傳數(shù)據(jù)正確率+50 ×最后一次上傳數(shù)據(jù)正確率+10 ×試錯因數(shù)+10 ×?xí)r長因數(shù)。該項(xiàng)評價(jià)的4 個觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)都來自系統(tǒng)現(xiàn)場獲取，客觀真實(shí)。其中4 項(xiàng)的意義分別是：①把第一次上傳數(shù)據(jù)正確率作為評價(jià)觀測點(diǎn)，最高給予30 分權(quán)重，旨在鼓勵實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備到位，實(shí)驗(yàn)的一次成功率高的學(xué)生；②把最后一次上傳數(shù)據(jù)正確率作為評價(jià)觀測點(diǎn)，最高給予50 分權(quán)重；經(jīng)過若干次試錯，最后終于做對了，也算達(dá)到要求；③試錯因數(shù)的定義是監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量與總刷新次數(shù)的商；時長因數(shù)的定義是實(shí)驗(yàn)實(shí)際耗時與教學(xué)任務(wù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時的商；無把握的多次試錯，因不熟練而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)耗時增加，都令試錯因數(shù)和時長因數(shù)下降，得分受影響。由此可見，將實(shí)操過程的有效性、成功率、熟練度及效率等因素導(dǎo)入學(xué)生操作評價(jià)，令評價(jià)更趨客觀。

2.3.2 操作技能成長評價(jià)設(shè)計(jì)

該項(xiàng)評價(jià)，以學(xué)生同一測量任務(wù)重復(fù)進(jìn)行時的耗時是否縮短為依據(jù)，評價(jià)技能掌握是否越來越熟練，是形成性評價(jià)中的成長評價(jià)。表1 所示為若當(dāng)次操作比上次操作少用20%的時間完成，就能獲得滿分評價(jià)。

表1 重復(fù)操作時長與技能成長評價(jià)得分對應(yīng)表

2.4 提出教、學(xué)建議

學(xué)情大數(shù)據(jù)有體量大、多維度和完備性等特點(diǎn)，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)要求，組織推送與教、學(xué)直接相關(guān)的信息［14-16］。

2.4.1 推送給學(xué)生的統(tǒng)計(jì)信息與個性化建議

學(xué)生界面看到的是針對其現(xiàn)場操作表現(xiàn)而推送的信息，主要包括：

（1）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場操作評價(jià)。包括第一次上傳正確率、最后一次上傳正確率、試錯因數(shù)和時長因數(shù)等4 項(xiàng)主要指標(biāo)。

（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)原始記錄及糾錯提示。復(fù)盤當(dāng)次實(shí)驗(yàn)操作過程，包括做對多少、錯誤多少，試錯多少次，耗時多長；凡是最后一次上傳數(shù)據(jù)仍然是錯誤的學(xué)生，都可獲系統(tǒng)自動推送的“糾錯提示”。學(xué)生現(xiàn)場操作評價(jià)及實(shí)驗(yàn)過程回放實(shí)例如圖6 所示。

圖6 現(xiàn)場操作評價(jià)及實(shí)驗(yàn)過程復(fù)盤實(shí)例

（3）操作水平班級排位。顯示全班當(dāng)次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場操作成績統(tǒng)計(jì)情況，學(xué)生知道自己在班級的位置，知己知彼，才能有所針對地調(diào)整學(xué)習(xí)的定位和方向。

（4）操作技能成長記錄。記錄某操作難點(diǎn)學(xué)生重復(fù)訓(xùn)練的成長過程；以彩條長、短直觀顯示由不熟練到熟練的進(jìn)階過程（見圖7）。

圖7 學(xué)生操作技能成長記錄（示波器交、直流耦合功能應(yīng)用操作時長）

（5）個性化實(shí)驗(yàn)方案。每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都要經(jīng)過檢測和評價(jià)，若達(dá)標(biāo)，學(xué)生可按照教學(xué)計(jì)劃的安排進(jìn)行下一個必修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；若不達(dá)標(biāo)，則要完成指定的附加訓(xùn)練項(xiàng)目補(bǔ)齊短板，并經(jīng)測試合格，才能再進(jìn)行下一個必修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（見圖8）。因此，在同一門實(shí)驗(yàn)課程中，因每個學(xué)生的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)不同，其所要完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量而不同。這樣，每個學(xué)生都得到一套專屬的實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)方案。

圖8 學(xué)生個性化實(shí)驗(yàn)方案導(dǎo)航圖

2.4.2 推送給教師的信息

從點(diǎn)、線、面分析學(xué)情大數(shù)據(jù)，幫助教師從多維度審視實(shí)驗(yàn)實(shí)施效果，主要包括：

（1）學(xué)生現(xiàn)場操作評價(jià)。針對當(dāng)次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，匯總每個學(xué)生的實(shí)際完成情況及得分情況。

（2）班級實(shí)驗(yàn)完成情況統(tǒng)計(jì)。針對每個監(jiān)測點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)學(xué)生整體的試錯和錯誤率等情況，教師由此可了解實(shí)驗(yàn)實(shí)施的實(shí)際效果。表2 所示是15 個人的實(shí)驗(yàn)班，針對多級放大電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中8 個測量項(xiàng)的實(shí)際完成情況統(tǒng)計(jì)。

表2 班級實(shí)驗(yàn)中8 個測量項(xiàng)實(shí)際完成情況統(tǒng)計(jì)信息

（3）關(guān)鍵操作掌握情況。統(tǒng)計(jì)班級每個學(xué)生對于操作難點(diǎn)的掌握情況。這里以使用示波器的交、直流耦合功能完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)為例，顯示了重復(fù)進(jìn)行4 次該技能訓(xùn)練，每個學(xué)生及學(xué)生群體的操作技能進(jìn)步情況。

3 改革成效

從2015 年12 月至今，在以學(xué)生為中心，持續(xù)改進(jìn)理念的引領(lǐng)下，針對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的個性化問題和持續(xù)改進(jìn)的難點(diǎn)等兩大焦點(diǎn)問題，開展了實(shí)驗(yàn)過程管理的改革探索，在內(nèi)涵研究、理念創(chuàng)新、實(shí)現(xiàn)技術(shù)和教學(xué)運(yùn)行等方面均獲益頗豐。

（1）成功開發(fā)出電工電子實(shí)驗(yàn)在線共享平臺，突破性解決電類實(shí)驗(yàn)臺智能管控和在線實(shí)時獲取數(shù)據(jù)的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)電路分析實(shí)驗(yàn)室32 張實(shí)驗(yàn)臺的全部署與常態(tài)化教學(xué)應(yīng)用，49 個班，2 411 名學(xué)生獲益。

（2）作為率先落地的個性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，對以學(xué)生為中心，持續(xù)改進(jìn)理念的理解與落實(shí)獲同行廣泛認(rèn)可，獲邀在“全國高校電子電氣課程報(bào)告論壇”以及“國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心（電子學(xué)科組）聯(lián)席會年會”上做經(jīng)驗(yàn)分享。

（3）大數(shù)據(jù)反映教、學(xué)過程的真實(shí)情況，它呈現(xiàn)了許多令人驚訝的真相。比如：對教師憑經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為的一些比較簡單的技能進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果（學(xué)情大數(shù)據(jù)）是學(xué)生的試錯率較高，掌握起來很吃力；又如一些有難度的實(shí)驗(yàn)技能達(dá)成非一次訓(xùn)練可得，但到底重復(fù)幾次訓(xùn)練學(xué)生才能熟練掌握？大數(shù)據(jù)（技能成長記錄）告訴我們需要4 次。這就是實(shí)證的價(jià)值與力量！

4 結(jié)語

基于前端過程精細(xì)檢測與后端形成性評價(jià)的實(shí)驗(yàn)過程管理模式，其核心在于以學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)效為檢驗(yàn)教學(xué)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。這種做法，推動教師觀念由憑“經(jīng)驗(yàn)”向依據(jù)“實(shí)證”優(yōu)化轉(zhuǎn)變；帶動課改方向由關(guān)注“實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容”向關(guān)注“學(xué)生能力成長”轉(zhuǎn)變；從而最終實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)由“大鍋飯”向“個性教學(xué)”轉(zhuǎn)變，與工程教育認(rèn)證的核心理念完美契合。