基于工程教育專業(yè)認證的新型教學模式研究*

張勤 柴匯 王焱（濟南大學自動化與電氣工程學院；山東大學機械工程學院）

2015年，李克強總理在政府工作報告中首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”的行動計劃，隨后國務(wù)院進一步出臺了《國務(wù)院關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》[1]，在這樣的教育信息化大背景下，微課、翻轉(zhuǎn)課堂和SPOC等新型的教學模式為傳統(tǒng)的課堂教學方式注入了新鮮的活力，目前有大量教研人員在嘗試將課內(nèi)與課外、線上與線下相結(jié)合的混合式教學模式，通過微課或SPOC學習實現(xiàn)課堂的翻轉(zhuǎn)，從而提高學生在課前預習和課后復習消化知識方面的效率。

在世界各國積極推廣專業(yè)認證制度的大趨勢下，我國的高等教育界和工程界于2006年對工程教育專業(yè)認證制度達成廣泛共識，并于2013年加入《華盛頓協(xié)議》[2]。當前全國大量工科院校都在積極推進工程教育專業(yè)認證的工作，我們發(fā)現(xiàn)微課、翻轉(zhuǎn)課堂、SPOC與專業(yè)認證的核心理念都是“以學生為中心”，借助這些新教學模式和現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)交流工具，不僅有利于開拓學生的學習空間，還能夠建立起科學、合理的課程考核評估機制。這將對于工程教育專業(yè)認證中特別強調(diào)培養(yǎng)的學生的12個能力（包括工程知識、問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個人和團隊、溝通、項目管理、終身學習）起到重要的促進作用。

微機原理及應(yīng)用是一門面向自動化類和電氣信息類學生的專業(yè)基礎(chǔ)課，是把編程技術(shù)應(yīng)用于實踐的重要載體之一，是一門實踐性非常強的計算機應(yīng)用課程，具有重要的理論意義和實踐價值。結(jié)合新型的教學模式對該課程進行改革，更新培養(yǎng)理念，豐富教學手段，以教學效率和學生綜合素質(zhì)能力的全面提升為目標，將為工程教育專業(yè)認證的實施奠定基礎(chǔ)。

本文借助中國知網(wǎng)（CNKI）學術(shù)文獻總庫，針對微課、翻轉(zhuǎn)課堂和SPOC為主題的論文進行檢索與分析，以總結(jié)國內(nèi)在該領(lǐng)域研究的特點與發(fā)展趨勢。針對當前工程教育專業(yè)認證的要求，以微機原理及應(yīng)用課程為例，積極研究基于微課或SPOC的教學模式新思路，結(jié)合啟發(fā)式的翻轉(zhuǎn)課堂方法，形成以學生為主體、基于自主學習理念的創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式。

一　研究現(xiàn)狀

依據(jù)布拉德福的文獻離散規(guī)律，大部分關(guān)鍵文獻通常集中在少數(shù)的核心期刊中[3]。因此，為了客觀地反映各教學方法的研究動態(tài)，本文以CNKI中文數(shù)據(jù)庫中選擇核心期刊和CSSCI刊源論文作為數(shù)據(jù)來源，檢索時間截止到2017年7月。

（一）微課

微課，又名微課程，是以簡短的教學視頻和輔助教學資源為主要載體，針對某一知識點或教學環(huán)節(jié)而開展的教學活動。其形式是自主學習，需經(jīng)過老師精心的信息化教學設(shè)計，并充分體現(xiàn)以學生為本的教學思想。

截止2017年7月，在CNKI數(shù)據(jù)庫中以“微課”為關(guān)鍵詞共檢索到517篇文獻，按照年份統(tǒng)計其數(shù)量變化趨勢如圖1所示。

圖1　CNKI中與微課相關(guān)文獻數(shù)量變化

可以看出，2011～2013年間國內(nèi)只有少量學者關(guān)注這一新興的教學模式，相較于“慕課”的研究起步稍晚。從2014年開始，論文的發(fā)表數(shù)明顯增加，2015～2016年間學者們對微課研究的關(guān)注度達到頂峰。

（二）翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂自2012年引入國內(nèi)后，一兩年內(nèi)便迅速成為研究熱點。它將慕課的網(wǎng)絡(luò)便利性與傳統(tǒng)課堂師生互動的雙重優(yōu)勢融合起來，學生課下預先學習課程視頻，再帶著疑問在課堂上與老師進行面對面交流，將課堂由教師主講的一言堂變成師生互動、師生交流、信息相互交換、觀點相互討論，最終達到知識有效接受的教與學課堂。這種課堂還包括知識點的應(yīng)用、答疑解惑等，從而實現(xiàn)傳統(tǒng)課堂的“翻轉(zhuǎn)”，充分提高學生的學習主動性和目標性，同時也提高學生積極思維和質(zhì)疑能力，更加有效地增強教師、學生間教與學的相互配合。

圖2　CNKI中與翻轉(zhuǎn)課堂相關(guān)文獻數(shù)量變化

截止2017年7月，在CNKI數(shù)據(jù)庫中以“翻轉(zhuǎn)課堂”為關(guān)鍵詞共檢索到1084篇文獻，按照年份統(tǒng)計其數(shù)量變化趨勢如圖2所示?？梢钥闯?，這一教學模式的引入更晚一些，但從2012年起快速引起國內(nèi)學者們的關(guān)注。從2015年開始，論文的發(fā)表數(shù)明顯增加，2015～2016年間學者們對翻轉(zhuǎn)課堂研究的關(guān)注度達到頂峰，2017年的論文數(shù)有所下降。

（三）SPOC

SPOC是英文Small Private Online Course的縮寫，又稱“私播課”，即“小規(guī)模限制性在線課程”。它是針對慕課的不足而提出的在線學習新形式，因其鮮明的區(qū)域性、彈性化和多元化授課的特色，SPOC平臺被稱為“下一代的教科書”[4]。SPOC最早由加州大學伯克分校的阿曼德·福克斯教授提出并使用。其中，Small和Private是相對于MOOC中的massive和open而言。SPOC通常只允許本校的學生參與，采用的是在線學習與線下課堂學習相結(jié)合的混合教學模式，在大學校園的課堂上利用MOOC的學習資源來實施翻轉(zhuǎn)課堂教學。

截止2017年7月，在CNKI數(shù)據(jù)庫中以“SPOC”“私播課”為關(guān)鍵詞共檢索到127篇文獻，按照年份統(tǒng)計其數(shù)量變化趨勢如圖3所示?？梢钥闯?，這一教學模式出現(xiàn)的最晚，從2014年開始出現(xiàn)，而且大部分文章均與慕課概念密切相關(guān)，論文的發(fā)表數(shù)呈逐年遞增的趨勢。

圖3　CNKI中與SPOC相關(guān)文獻數(shù)量變化

二　新型教學模式間的內(nèi)在聯(lián)系

通過大量相關(guān)論文的檢索發(fā)現(xiàn)，上述三個概念中，“翻轉(zhuǎn)課堂”的關(guān)注度相對較高，“微課”次之，而SPOC由于出現(xiàn)最晚故關(guān)注度較低。追溯其源頭發(fā)現(xiàn)，這三種教學模式均屬于慕課的具體應(yīng)用模式，都是針對慕課教學推廣過程中暴露出的不足而做出的改進與完善。

微課是針對單個知識點或教學環(huán)節(jié)而開展的教學活動，時長一般不超過10分鐘，因此下載方便，可以為慕課和翻轉(zhuǎn)課堂提供豐富的教學資源。

翻轉(zhuǎn)課堂顛覆了傳統(tǒng)的課堂教學理念，將教學過程調(diào)整為先學后教，使得學習的主動權(quán)回到學生手中，教師則起到輔助和引導的作用。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，智能手機的應(yīng)用日益普遍，使得學習不再受時間和地點的限制，因此這種在線的學習方式將成為流行趨勢?！胺D(zhuǎn)課堂”具有以下幾個明顯特征[5]：教學輔助視頻短小精煉；視頻內(nèi)含信息明確清晰；重新構(gòu)建學習過程：課前進行信息傳遞，課內(nèi)完成吸收內(nèi)化；復習檢查便捷。

相比之下，SPOC概念是最晚出現(xiàn)的，它是一種針對慕課的不足之處而提出的精細化教學模式，以滿足學生的個性化需求，有針對性地對學生進行教學和管理。由于慕課對于學生的先修條件和人員規(guī)模不加約束，導致在課程學習中學生的基礎(chǔ)參差不齊。完全在線的自主學習方式對學生本身的自律性要求很高，最終導致完課率很低，而SPOC對知識基礎(chǔ)、學員規(guī)模和教師的監(jiān)督和指導均給出了明確的限制。雖然慕課和SPOC在學習資源、技術(shù)平臺和課程架構(gòu)方面差異不大，但在具體的教學管理、運行和設(shè)計方面存在較大不同[6]。

對比上述三種慕課的應(yīng)用模式可以發(fā)現(xiàn)，三者各有特色與側(cè)重點，微課重在精致簡捷，翻轉(zhuǎn)課堂倡導以學生為主導，而SPOC強調(diào)因材施教，它們都是信息、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)課堂教學相結(jié)合的產(chǎn)物，彼此之間既有共通之處，也有各自的特點，但并未包涵慕課的全部應(yīng)用模式，值得我們進一步研究與創(chuàng)新。

三　面向?qū)I(yè)認證的新型教學模式改革

工程教育專業(yè)認證是針對工程技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的高等教育機構(gòu)實施的專門性認證，旨在為工程技術(shù)人員參與從業(yè)提供預備的教育質(zhì)量保證?！豆こ探逃龑I(yè)認證標準》對于畢業(yè)生的12種能力給出了明確要求，需建立教學過程質(zhì)量的全面監(jiān)控與畢業(yè)生的跟蹤反饋與評價機制。

專業(yè)認證的核心理念包括：以學生為中心的教育理念、以成果為導向的教育取向和持續(xù)改進的質(zhì)量文化。首先，“以學生為中心”明確指出：教育目標應(yīng)圍繞對學生的培養(yǎng)，教學設(shè)計應(yīng)針對學生能力的培養(yǎng)，老師與各類教育資源應(yīng)滿足學生學習效果的達成，評價的關(guān)鍵是對學習效果的評價，而不再像以往教師主導授課、學生只要突擊應(yīng)付通過期末考試就算合格，使得浮在空中的教育真正落到實處；其次，“以成果為導向”的教育取向則全面闡述了學校定位、培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、課程體系、教學活動、師資及教學資源之間的關(guān)系，形成由上向下設(shè)計和由下向上支撐的過程；最后，持續(xù)改進的質(zhì)量文化要求建立關(guān)于培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求和教學環(huán)節(jié)的常態(tài)化評價機制，并對其不斷改進，持續(xù)改進的效果則最終通過學生的表現(xiàn)來體現(xiàn)。

微機原理與應(yīng)用作為一門連接計算機理論和具體工程實踐的專業(yè)基礎(chǔ)課，是開展混合式教學改革以滿足“專業(yè)認證”需求的理想切入點。該課程主要以Intel 8086 CPU為主線，講授微型計算機的基本組成、工作原理、匯編語言和接口技術(shù)等內(nèi)容?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)教學模式主要存在以下問題：課程內(nèi)容涉及面廣且知識點多，學生普遍反映較難學習；實踐學時較少，難以鍛煉學生的實際編程與調(diào)試能力；考核方法不合理，影響學生學習興趣，大多數(shù)學生很難將所學內(nèi)容與后續(xù)課程和專業(yè)研究銜接起來。因此，本文以工程教育專業(yè)認證為指引，對該課程進行教學模式改革，圍繞學生發(fā)現(xiàn)與解決工程問題能力的培養(yǎng)，從教學目標、教學流程和評價方式三個方面來闡述教學改革的新思路。

（一）教學目標

依據(jù)工程教育專業(yè)認證的標準，應(yīng)針對不同的教學對象和相應(yīng)的培養(yǎng)方案，設(shè)定適于不同專業(yè)的教學目標。目前本課程主要面向自動化與電氣工程學院和機械工程學院的三個不同專業(yè)開設(shè)，學生的基礎(chǔ)知識結(jié)構(gòu)、思維方式和發(fā)展方向存在明顯差異，必須首先制定出分層式的教學目標，主要包括：課程總體目標、教學單元目標和學生分組目標，并授以不同的教學內(nèi)容，真正做到因材施教。

（二）具體教學流程

針對微機原理課程的教學目標，開展基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂教學探索，具體分為教學資源開發(fā)、在線預習、課堂內(nèi)化和課后復習總結(jié)四大環(huán)節(jié)。

1　微課教學資源開發(fā)

教師在課前利用一些草根式的微課技術(shù)快速制作微視頻，將每兩個課時內(nèi)容拆分出至多4個關(guān)鍵知識點，每段微視頻的時長控制在10分鐘以內(nèi)，并配合相應(yīng)的動畫實例或練習題。再放到平臺上供學生使用，并及時查看學生的反饋意見，針對不足之處盡快修正，來確保微課資源的質(zhì)量。

2　課前在線預習

每次課前要求學生提前對先修知識點進行在線微課學習，并結(jié)合自身的理解完成習題測試。之后學生對自己預習學到的知識和存在問題進行總結(jié)，通過課程平臺反饋給老師。老師結(jié)合以往的授課經(jīng)驗對問題進行拓展并確定下來，進而學生針對上述問題進行思考。由于學生的知識基礎(chǔ)和個性習慣不盡相同，為了實現(xiàn)優(yōu)勢互補，將學生劃分為多個小組，每組6人，并設(shè)定組長來負責整個學習過程。各小組成員針對問題進行討論和整理，為后續(xù)的翻轉(zhuǎn)課堂做好準備。

3　基于主動啟發(fā)式的翻轉(zhuǎn)課堂

每次課上挑選部分小組代表上臺進行匯報講解，將自己課前學習的成果與大家分享，結(jié)束后由剩余的小組代表就不解之處主動提出疑問。在該過程中，老師需要宏觀掌控提問的方向和難度，并選擇合適的時機對重難點問題進行啟發(fā)式的拓展講解。最后，由老師對本次課進行系統(tǒng)梳理，并講解預習時留的練習題，讓學生達到對關(guān)鍵知識點的消化吸收。備案，實時給予學生合理的獎和罰，來逐步提高學生的自信心、榮譽感和集體感。

4　課后復習總結(jié)

課后老師需結(jié)合課上交流學習的結(jié)果對之前的微課資源進行修正和完善，針對學生掌握不準確的難點和重點再增加相應(yīng)的課后練習，來達到鞏固知識點的目的。

同課程組的老師需定期召開研討總結(jié)會，就各自教學班在授課過程中獲得的良好成果與經(jīng)驗進行分享，并就存在的不足之處找到改進方法，不斷完善后期的教學過程。

（三）教學評價方法

在工程教育專業(yè)認證的標準下，以成果為導向的教育理念強調(diào)學生的學業(yè)進步和個人成就，因此，以往單一的評價方式已不再適用，取而代之的是多元化的評價方式。一方面，改變以往只對學生進行打分的形式，形成教師評價、學生間相互評價和學生自我評價的開放模式，使得師生間、學習者之間建立起良性的反饋與互助機制；另一方面，最終的考試成績不再是一張試卷定結(jié)果，而是把平時的課程練習、課上匯報與問答、上機實驗和期末考試結(jié)合起來，降低期末考試在總成績中所占的比例，重視學生在其它三個環(huán)節(jié)的表現(xiàn)。微機原理及應(yīng)用這門課共有64學時，其中實驗只有10學時，明顯不足以鍛煉學生的實際編程與調(diào)試能力，導致學生只會死板地背記一些程序段，不具備處理實際問題的能力。因此，我們針對本課程12章的內(nèi)容重新設(shè)置實驗題目，將實驗學時提高到18個，并在最終的實驗考核單元從實際工程角度出發(fā)擬定一批考試題，要求學生在規(guī)定時間內(nèi)現(xiàn)場編寫并調(diào)試程序，老師通過隨機提問和測試代碼來了解學生對知識點的實際掌握程度。

總之，目前工程教育專業(yè)認證標準對我國高等學校的工科專業(yè)教育質(zhì)量提出了新要求，針對傳統(tǒng)大學課堂教學方式無法滿足新型人才培養(yǎng)需求的情況，以自動化學院的微機原理及應(yīng)用課程作為試點開展教學模式改革，基于微課學習來實現(xiàn)主動啟發(fā)式課堂的翻轉(zhuǎn)，并在教學評價中引入多元化的評價機制，提高教學效率和學生的綜合素質(zhì)，充分體現(xiàn)以成果為導向的核心理念，為促進工程教育專業(yè)認證的實施奠定基礎(chǔ)。

[1]中華人民共和國國務(wù)院.關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見[EB/OL].http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-07/04/content_10002.htm.

[2]張民選.關(guān)于高等教育認證機制的研究[J].教育研究,2005(2).

[3]Bradford S C.Documentation[M].London:Crosby Lockwood,1948.

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Small_private_online_course.

[5]何克抗.從“翻轉(zhuǎn)課堂”的本質(zhì)看“翻轉(zhuǎn)課堂”在我國未來的發(fā)展[J].電化教育研究,2014(7).

[6]Fox，A.From MOOCs to SPOCs[EB/OL].[2016-06-06].http://cacm.acm.org/magazines/2013/12/169931-from-moocs-to-spocs/fulltext.