基于產(chǎn)出導向的情境教學方法研究探索

項鳳濤 張萬鵬

摘? 要：課程的教育教學是青年學生成長成才的關鍵，也是高等教育的重要構成，對人才培養(yǎng)意義重大。文章由基于產(chǎn)出導向（Outcome-based education， OBE）教育理念出發(fā)，針對目前高等教育院校本科生教學模式的差異，結(jié)合人工智能專業(yè)課程建設實例，從課程目標要求、體系搭建、內(nèi)容設計、課堂教學、實驗考核等方面創(chuàng)設教學情境和教學方式改革探討，全方位培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、動手能力、主動學習能力、團隊協(xié)作等，有效貫徹該類專業(yè)培養(yǎng)方案先進理念，對本科生知識、能力、素養(yǎng)進行綜合訓練，拓寬本科生的視野，讓該類專業(yè)培養(yǎng)的本科生真正成為具備現(xiàn)代科學創(chuàng)新意識的高級人才。

關鍵詞：產(chǎn)出導向;情境教學法;教學改革

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）06-0074-03

Abstract： The education and teaching of the curriculum is the key to the growth of young students. It also is the important component of higher education. It is of great significance to the cultivation of talents. Based on the concept of outcome-based education （OBE）， this paper aims at the differences in the teaching mode of undergraduate students in higher education institutions， combined with the example of artificial intelligence professional curriculum construction， from the curriculum objectives， system construction， content design. In the classroom teaching， experimental assessment and other aspects to create a teaching situation and teaching methods reform， comprehensively cultivate students' sense of innovation， hands-on ability， active learning ability， teamwork， etc.， effectively implement the advanced concepts of such professional training programs， knowledge of undergraduate students， Comprehensive training in abilities and literacy， broaden the horizons of undergraduates， and enable undergraduates trained in this category to become high-level talents with modern scientific innovation consciousness.

Keywords： outcome-based education; situated teaching; teaching reform

一、概述

目前我國高等教育院校本科生教育模式存在差異，有的院校強調(diào)理論講授，有的院校偏重實踐動手能力培養(yǎng)，存在不同程度的輕實驗考核或者實驗題目、考核方式陳舊的問題，現(xiàn)實實驗教學過程中實驗教學內(nèi)容更新慢、教學/學習效率低、教師資源浪費、實驗教學感興趣學生多、完成實驗學生少、考核內(nèi)容或方式依然存在“換湯不換藥”現(xiàn)象、師資力量薄弱和學生主動性不足等一系列現(xiàn)實性問題。以上現(xiàn)狀主要還是傳統(tǒng)的教學以教師為中心，學生以被動接受為主過程產(chǎn)生的普遍問題，20世紀80年代提出的基于產(chǎn)出導向（Outcome-based Education， OBE）的教育理念，很快在工程教育認證中獲得認可并獲得廣泛推廣，該理念提出通過教育過程所取得的學習成果學習產(chǎn)出為目標，以該預期目標為中心來組織、實施和評價的教學模式。OBE以學生作為教學活動的中心而不是教師， 中心主體的變更使得學習產(chǎn)出的設計和教學實施更符合未來工作需要，隨著這種需要的變化可以做到持續(xù)改進，這是以教師為中心的傳統(tǒng)教學理念所不具備的。

情境教學法是指在教學實施過程中， 教師結(jié)合教學目標、授課內(nèi)容和授課對象特點， 有目的地引入或創(chuàng)設與授課內(nèi)容相近的場景， 生動具體地展示講授內(nèi)容， 引起學生積極參與授課活動， 進而引發(fā)學生態(tài)度體驗，更好的理解教學內(nèi)容， 提高學習興趣， 并激發(fā)學生的主觀能動性， 寓授課內(nèi)容于具體形象的情境之中。核心在于激發(fā)學生的情感， 創(chuàng)設情境通過各種感官，包括視覺、聽覺及觸覺，產(chǎn)生與特定的知識結(jié)合的生動情景， 達到激發(fā)學生學習興趣、擴大思維和鞏固記憶的目的， 更加合理地提升教學效果。

本文從人工智能專業(yè)特點出發(fā)，對標學生未來工作或者繼續(xù)深造需求，從課程目標要求、體系搭建、內(nèi)容設計、課堂教學、實驗考核等方面創(chuàng)設教學情境和教學方式改革探討，體現(xiàn)“以學習者為中心”的現(xiàn)代教育發(fā)展觀，營造有利于學生體驗式學習、探究式學習氛圍，加深對現(xiàn)有知識的理解和應用、擴大知識面、建立合理的知識結(jié)構，為該類專業(yè)本科生以后無論工作還是繼續(xù)深造打下良好基礎。強化該類專業(yè)本科生多學科知識的融合和對學生實踐能力的培養(yǎng)，切實向創(chuàng)新型、復合型人才培養(yǎng)的目標邁進，從多方面培養(yǎng)該類專業(yè)本科生的創(chuàng)新能力、科研能力、實踐能力和團結(jié)協(xié)作精神。

二、現(xiàn)狀分析

課程的教育教學是青年學生成長成才的關鍵，也是高等教育的重要構成，對人才培養(yǎng)意義重大。隨著教育技術和觀念發(fā)展，本科教育教學改革工作也在同步展開，2018年新時代全國高等學校本科教育工作會議在四川成都召開，同年10月出臺了教育部《關于加快建設高水平本科教育、全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》。近年來隨著人工智能的發(fā)展，國家出臺了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，為搶抓人工智能發(fā)展的重大戰(zhàn)略機遇，構筑我國人工智能發(fā)展的先發(fā)優(yōu)勢指明方向，人工智能類本科專業(yè)備受關注。經(jīng)過幾年的發(fā)展，與國外高水平大學相比，目前我國的人工智能類專業(yè)已逐步開設，辦學主體存在一定的局限性，學科融合不夠，特別是理論教學和實驗教學體系不完整，學生在動手能力、創(chuàng)新能力、應用能力方面缺乏系統(tǒng)學習與訓練，產(chǎn)學研結(jié)合模式尚未全面開展，這些狀況直接導致我國人工智能類專業(yè)的應用和學術素養(yǎng)落后于西方發(fā)達國家同類學生。

美國卡內(nèi)基梅隆大學（Carnegie Mellon University）一直是全世界公認為計算機科學和機器人教育各個方面的領導者。自人工智能（Artificial Intelligence）領域創(chuàng)建以來，卡內(nèi)基梅隆大學一直在全球引領AI的研究、教育和創(chuàng)新。在2018年秋季，其計算機學院將開設全美第一個人工智能本科專業(yè)。根據(jù)校方官網(wǎng)信息，人工智能本科項目將為學生提供將大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行決策所需的深入知識。該項目及其課程側(cè)重于如何利用復雜的投入（如視覺，語言和龐大的數(shù)據(jù)庫）來制定決策或增強人力資源。課程包括計算機科學，數(shù)學，統(tǒng)計學，計算機建模，機器學習和符號計算等課程。由于CMU致力于人工智能以提供社會服務，您還可以參加倫理和社會責任課程，并可選擇參與獨立研究項目，從而改善世界，從而改善醫(yī)療，交通和教育等領域。人工智能本科項目的教授來自學校計算機科學系、人機交互研究所、軟件研究所、語言技術研究所、機器學習部和機器人研究所等不同學科和領域。獲得人工智能本科學位的學生將具備計算機科學的精湛技能、機器學習和自動推理方面的專業(yè)知識，從而構建人工智能的未來。此外麻省理工學院、卡耐基梅隆大學、愛丁堡大學、加州伯克利大學、斯坦福大學等多所西方發(fā)達國家知名大學也都設有人工智能實驗室培養(yǎng)該領域的高精尖人才。比如提起斯坦福大學，就不得不介紹下它與硅谷的聯(lián)系，據(jù)其學校公共關系部門統(tǒng)計，至少有5000家公司，追根溯源，其創(chuàng)業(yè)者是斯坦福培養(yǎng)的本科畢業(yè)生，其中包括惠普、雅虎、思科、太陽、eBay、Netflix、Intuit、LinkedIn等。

加快發(fā)展人工智能相關專業(yè)教育已成為眾多高校的共同愿望。從阿爾法狗戰(zhàn)勝人類圍棋冠軍到深度學習的廣泛深入應用，再次使人工智能技術爆發(fā)，在新時期人工智能專業(yè)的內(nèi)涵與外延在不斷更新，我國開設的人工智能類專業(yè)大多在原來學校優(yōu)勢學科的基礎上改建，原學科專業(yè)特色明顯，在培養(yǎng)方案、課程建設標準、學科建設、教育教學方面與西方發(fā)達國家的高水平大學仍有差距。在教學實踐方面，教學形式和內(nèi)容陳舊，相當比例的學生往往被動參與、消極應付，存在普遍的抄襲現(xiàn)象，制約了該類專業(yè)本科人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)、實踐效果和長遠發(fā)展。尤其提升本科生實驗動手能力和解決實際問題的研究方面，國內(nèi)的研究集中在兩點，一是研究相應的配套政策，二是研究如何設置合理的本科生實驗項目。這些研究比較孤立和片面。提升本科實驗動手能力，是一個系統(tǒng)工程。因此，本文更多關注的是，如何在本科人才實驗能力培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)中，從核心理念、教學方式、整體設計、教學內(nèi)容等方面強化動手能力和學習能力培養(yǎng)。

三、基于產(chǎn)出導向的情境教學方法改革探索實踐

如何在具體的教育教學實踐過程中，借鑒國內(nèi)外高水平的教育教學理念，通過有效的教學組織、改進教學方式和更新教學內(nèi)容，創(chuàng)設完整有效的教學情景，有效貫徹人工智能相關專業(yè)培養(yǎng)方案先進理念，對本科生知識、能力、素養(yǎng)進行綜合訓練，拓寬本科生的視野，讓該專業(yè)培養(yǎng)的本科生真正成為具備現(xiàn)代科學創(chuàng)新意識的高級人才。

（一）研究思路

首先充分調(diào)研主要人工智能技術先進國家的不同高水平大學在人工智能專業(yè)本科生能力培養(yǎng)的政策、舉措和成效，通過調(diào)研總結(jié)出我校人工智能專業(yè)本科生能力培養(yǎng)存在的差距，對這些差距分類歸納;然后從教學前端進行分析，包括課程內(nèi)容、實驗教學方式與學習環(huán)境、學生類型和可用的教學資源進行分析，為教學設計提供依據(jù);從教學設計的觀點出發(fā)，考察如何把最新的技術發(fā)展脈絡在培養(yǎng)過程中嵌入，如何通過翻轉(zhuǎn)課堂來推動學生研究能力和實踐能力的發(fā)展，以及減少教學資源的浪費;最后從行為研究的觀點出發(fā)，考察學生和教師的學習行為、動機、期望、體驗和成果，探索如何更好地在人工智能專業(yè)本科生實踐教學過程中提升學生實驗動手和主動學習能力。

（二）基于產(chǎn)出導向設計教學情境

課堂建設上，注重啟發(fā)式講授，注重與學員的互動交流，豐富課堂授課形式引入翻轉(zhuǎn)課堂等教學手段，探索與線上MOOC課程結(jié)合的授課方式，實施體驗式的核心教學理念，引導學生主動進行學習探索、動手實踐等。圍繞該核心理念進行教學整體設計、問題驅(qū)動式教學設計、更新教學內(nèi)容，最新研究進展進課堂，為學生提供完整、嚴格和有壓力的學習和實踐訓練。研究如何讓部分高年級優(yōu)秀本科生提前參與科研項目，進一步提高解決實際問題能力。以智能機器人系統(tǒng)課程為例。

1. 提出課程目標和體系搭建

首先，合理明確的構建課程目標。比如以機器人在大廳里漫游為目標，可以以問題的形式提出：為什么沒有機器人走廊里跑來跑去，迎接游客，進行參觀，并為人工智能實驗室舉辦聚會？進而提出建立一個智能機器人系統(tǒng)需要觀察、推理和行動的機器人。接下來啟發(fā)學生對課程目標進行分解，搭建課程體系，使學生帶著問題進行接下來的學習。比如：機器人如何從原始和嘈雜的傳感器輸入中了解世界？它如何可靠地控制自己的行為并從失敗中恢復？它什么時候需要對所處環(huán)境進行推理？什么時候它做出反應才合適呢？它如何平衡短期問題和長期目標？在一個其他人（人類和機器人）存在的環(huán)境里，它如何運作？我們?nèi)绾卧O計一個機器人來實現(xiàn)上述所有這些功能？

2. 教學情境設計和教學

教學情境的設計以想定情境、提出問題、計劃實施、達成目標為主要構成。想定情境要“實”，即想定的情境要符合實際，切實是工作學習和生活中可能會遇到的情境;提出的問題要新穎，與科技最嚴動態(tài)保持一致，問題還應具備一定的理論深度;計劃實施方面考慮要嚴謹，方式方法靈活;達成目標上體現(xiàn)實現(xiàn)的功能和效率等多個方面，多個評價指標。繼續(xù)以智能機器人系統(tǒng)課程為例，比如設定機器人在某個開放區(qū)域漫游，然后把實現(xiàn)漫游分為三個層次，首先是低級控制，如運動、視覺、反饋等;然后是高層推理，軟件架構、導航/映射等;最后是項目階段。整個授課過程分為講座和機器人編程實驗和作業(yè)演示，根據(jù)學生的興趣點合理分組，注重小組合作，教師在授課過程中主要是一個引導員的角色，起到答疑解惑的作用，鼓勵學生運用所學知識對遇到的案例進行分析討論。這樣的情境教學方法充分調(diào)動學生主觀能動性，鞏固所學知識，鍛煉了動手能力，提升了團隊協(xié)作意識，符合素質(zhì)教育的要求。

3. 實驗考核及反饋

目前高校課程的考核評價方式大多采用考試成績+平時成績或者課程大作業(yè)的方式，可以開展課程考核方式改革，聚焦成績形成方法改革，豐富實驗素材，實現(xiàn)學生按興趣選做及分組協(xié)作，實行團隊成績-個人成績結(jié)合、實驗素材難度系數(shù)-個人完成狀況結(jié)合的實驗考核成績評定手段。在反饋環(huán)節(jié)，結(jié)合學生在課程學習過程中遇到新知識、新問題，共同探討，及時更新教學內(nèi)容，形成良好的互動式教學體驗。

四、結(jié)束語

本文結(jié)合目前國內(nèi)高校人工智能專業(yè)課程體系教學現(xiàn)狀和特點，提出基于產(chǎn)出導向的情景教學方法探索模式。該模式以學生學習結(jié)果和教育產(chǎn)出的雙產(chǎn)出導向為中心組織、實施和評價的教育方式，針對內(nèi)外部需求和培養(yǎng)目標持續(xù)改進教學方式方法，通過分析需求導向和目標導向，把師資隊伍等教學資源高效的傳遞給學生，按照學習結(jié)果導向、能力導向和畢業(yè)要求統(tǒng)籌建設課程體系，在創(chuàng)設好的教學情境下，改善學習氛圍，激發(fā)學生學習動力，獲得了較好教學效果。

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