新工科背景下課程學習成果評價模型研究與實現(xiàn)

陸鑫　張鳳荔　湯羽

摘? ?要：在新工科背景下，如何全面、客觀、及時地評價大學課程學習成果是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。文章提出基于OBE工程教育理念，將新一代信息技術(shù)與教育教學進行深度融合，設(shè)計實現(xiàn)一種以學習成果目標為導(dǎo)向的課程學習成果評價模型及其課程學習平臺系統(tǒng)，其目標是解決傳統(tǒng)課程學習成果評價模型存在的能力目標不突出、可操作性差、學習反饋不及時等問題。實踐應(yīng)用表明，基于OBE工程教育理念的課程學習成果評價模型及其系統(tǒng)可有效支撐新工科背景下課程學習成果評價工作的開展，對提升課程教學培養(yǎng)質(zhì)量有較大促進作用。

關(guān)鍵詞：新工科;學習成果;評價模型;工程教育;OBE理念

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2020）09-0033-04

新工科是新時代工程人才培養(yǎng)的專業(yè)發(fā)展需求，也是對高等工程教育持續(xù)改革提出的新要求。它具有五個特點：新理念、新模式、新方法、新內(nèi)容和新質(zhì)量[1]，其根本目標是提升高等工程教育的人才培養(yǎng)質(zhì)量與水平，以適應(yīng)國家新經(jīng)濟發(fā)展中的人才需求。在人才培養(yǎng)各個環(huán)節(jié)中，大學本科課程教學是基礎(chǔ)，它不但承擔了培養(yǎng)學生專業(yè)理論知識和專業(yè)技術(shù)能力的重要任務(wù)，同時也承載了培養(yǎng)學生終身學習能力、創(chuàng)新精神、工程素養(yǎng)、職業(yè)道德、社會責任等人才素質(zhì)的使命。為此，在新工科建設(shè)中，開展課程教學改革，提高課程教學質(zhì)量，成為課程教學持續(xù)改進的重要工作[2-3]。課程教學改革成效如何，必須通過課程教學質(zhì)量評價來衡量。傳統(tǒng)的課程教學質(zhì)量評價主要是通過對教師的教學水平、教學方法、教學態(tài)度、課堂教學效果等方面進行評價。這種課程教學質(zhì)量評價方式局限于課堂教學效果評價，不能全面反映課程教學質(zhì)量情況，特別是忽略了學生課程學習實際收獲情況，不符合“新工科”的新質(zhì)量要求。課程教學質(zhì)量的評價不能僅僅停留在對課堂教學的評價，還應(yīng)包括課程學習后是否達成培養(yǎng)能力要求的評定[4]。以O(shè)BE（Outcomes-based Education，基于成果產(chǎn)出的教育）理念為代表的工程教育則強調(diào)通過評價學生的課程學習成果來衡量課程教學質(zhì)量。課程學習成果是指學生通過課程學習所獲得的各種能力，它可以作為評價課程教學成效與課程教學質(zhì)量的重要指標[5]。因此，在開展新工科課程教學改革中，研究課程學習成果評價模型方法，并將其在課程學習系統(tǒng)中實現(xiàn)是十分必要的。一個完善的課程學習成果評價模型及其系統(tǒng)是實現(xiàn)全面客觀評價大學課程教學質(zhì)量與水平的重要保證。

一、新工科背景下課程學習成果評價需解決的問題

在新工科背景下，為了提高大學課程教學質(zhì)量和水平，需要對課程教學模式、教學方法、教學內(nèi)容、教學質(zhì)量評價方式等方面進行改革與創(chuàng)新[6]。其中，課程教學質(zhì)量評價方式需要從傳統(tǒng)的“以教師為中心”的課堂教學質(zhì)量評價轉(zhuǎn)變到“以學生為中心”的課程學習成果評價[7]。在新工科人才培養(yǎng)要求下，還需要解決課程學習成果評價面臨的如下問題：

（1）課程學習成果評價的目標是什么？傳統(tǒng)課程學習評價目標基本是圍繞課程知識體系的大綱要求對學生進行考評，缺少課程培養(yǎng)能力目標構(gòu)建的針對性，會導(dǎo)致學生課程學習高分低能，難以達到高質(zhì)量、高水平的工程人才培養(yǎng)要求。

（2）課程學習成果評價的結(jié)果是什么？傳統(tǒng)課程學習成果評價結(jié)果大都只給出考核成績。針對學生學習過程，缺乏全面的評價分析意見與學習建議。這種課程學習成果評價對課程教學持續(xù)改進的作用是非常有局限的。只有在具體測評點上給學生進行個性化反饋，并分析學生知識與能力掌握程度情況，提出學習建議，才能真正幫助學生掌握好課程知識和專業(yè)技能。

（3）課程學習成果評價的環(huán)節(jié)有哪些？傳統(tǒng)課程學習成果評價環(huán)節(jié)較少，如只有平時作業(yè)和期末考試。這會導(dǎo)致學生對課程學習過程不夠重視、學習驅(qū)動力不足等問題。此外，由于缺少課程過程學習的形成性評價，學生對課程過程學習需要掌握的知識與能力缺少判斷與激勵，其課程學習成果收獲不大。

（4）課程學習成果評價的考核方式是什么？傳統(tǒng)課程學習成果評價的考核方式主要采用課程筆試、課程報告、課程作業(yè)等方式。這些考核方式雖然是必要的。但在能力評價方面，這些考核方式存在局限，難以進行深度的、全面的測評分析。

（5）課程學習成果評價是否具有可操作性？由于課程學習成果評價通常涉及大量事務(wù)工作，傳統(tǒng)課程學習成果評價主要依靠教師人工方式進行事務(wù)處理，通常需要較長時間才能給學生反饋學習成果評價信息，錯過了對學生課程學習幫助的最佳時機。只有及時給學生反饋學習成果信息，并對他們欠缺知識點進行針對性答疑輔導(dǎo)，才能有效地幫助學生掌握知識與技能。此外，當一個教師承擔課程大班教學或多門課程教學時，他能否有大量精力并且高質(zhì)量完成課程學習成果評價是不確定的。

由此可見，在實施新工科課程教學改革中，課程學習成果評價方式面臨著不少挑戰(zhàn)性的問題，需要不斷完善與創(chuàng)新課程學習成果評價方法，才能有效實現(xiàn)課程教學質(zhì)量持續(xù)改進與教學水平提升[8-9]。

二、基于工程教育OBE的課程學習成果評價模型設(shè)計

從前面的問題分析來看，課程學習成果評價應(yīng)圍繞學生在開展學習經(jīng)歷后所獲得的能力收獲進行評價，其評價成績才具有課程學習成果針對性。課程學習成果評價需要通過采用多元評價，才能全面地評估學生在課程學習中收獲的能力[6][9]。在課程學習成果評價中，還需注重課程過程環(huán)節(jié)的學習評價，才能使學生逐步建立課程培養(yǎng)的能力。在課程學習成果評價反饋中，除反饋評價成績外，還需要及時反饋課程學習成果情況，才可有效地幫助學生對課程知識與技能的掌握。為了達到這些要求，必須建立一個完善的、可操作的課程學習成果評價模型，并將其在學習評價系統(tǒng)中實現(xiàn)，才能實現(xiàn)新工科培養(yǎng)要求的課程教學質(zhì)量評價。

OBE是一種以學習成果目標為導(dǎo)向的工程教育理念，它強調(diào)圍繞設(shè)定的課程學習成果目標進行教學設(shè)計、教學實施、教學評價，并將評價結(jié)果用于課程教學持續(xù)改進。此外，OBE還強調(diào)個性化學習評價，根據(jù)每個學生個體學習結(jié)果差異，制定個性化學習評價反饋，從而可以有效幫助學生建立學習成果。為此，本文提出基于工程教育OBE理念的課程學習成果評價模型用于課程教學質(zhì)量評價，如圖1所示。

從圖1所示的OBE課程學習成果評價模型可以看到，本評價模型是圍繞課程的專業(yè)畢業(yè)要求、課程培養(yǎng)目標、學習成果項所表征的能力指標達成度進行課程學習成果評價。其中，專業(yè)畢業(yè)要求是最大粒度能力要求的學習成果指標[10]。課程培養(yǎng)目標其次，學習成果項為最小粒度能力要求的學習成果指標。每個課程將承載專業(yè)的若干畢業(yè)要求（GRi）的能力培養(yǎng)。每個GRi在一門課程中由1個或多個課程培養(yǎng)目標（COi）來支撐。每個COi又可細分為1個或多個學習成果項（SOi）。課程學習成果評價可以轉(zhuǎn)化為課程的專業(yè)畢業(yè)要求GRi達成度、課程培養(yǎng)目標COi達成度和學習成果項SOi達成度來量化分析。在整個課程教學評價過程中，無論是在單元測驗、半期測試、期末考試測評環(huán)節(jié)，還是課程作業(yè)、課程實驗、課程設(shè)計評價環(huán)節(jié)，它們均可通過以上學習成果評價模型的能力評價指標對學生的課程學習進行評價。例如，在課程的單元測驗環(huán)節(jié)中，評價模型采集各個學生的單元測驗答題對應(yīng)能力測評點得分數(shù)據(jù)，計算各個學生在單元測驗中畢業(yè)要求、課程培養(yǎng)目標、學習成果項的達成度數(shù)據(jù)，從而可以量化反饋學生在單元測驗評價環(huán)節(jié)的課程學習成果。同時也可以計算出課程班級在單元測驗評價環(huán)節(jié)的課程學習成果分析數(shù)據(jù)。當這些課程過程學習成果數(shù)據(jù)及時反饋給學生和教師，對于學生的課程學習持續(xù)進步和教師的課程教學效果持續(xù)改進都是有幫助的。當課程學習的所有評價環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)都進入評價模型系統(tǒng)后，可以量化出學生的總體課程學習成果數(shù)據(jù)。同樣，也可量化出課程班級的總體學習成果數(shù)據(jù)。當各門課程的學習成果數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計后，可以反映出專業(yè)的課程教學成效與教學質(zhì)量狀況，從而可以支持專業(yè)人才培養(yǎng)的課程教學質(zhì)量不斷提升。

三、課程學習成果評價模型平臺系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

以上課程學習成果評價模型的操作運行，若僅僅依靠教師人工方式在課程教學中來處理，不具有可操作性。因為當一個課程班級學生人數(shù)較多、課程形成性評價環(huán)節(jié)較多時，會帶來大量工作內(nèi)容。即便一些E-learning課程學習系統(tǒng)可以支持學習評價，但這些E-learning課程學習系統(tǒng)也因技術(shù)條件限制，當面臨一些非常規(guī)的復(fù)雜場景時，難以全面地、方便地、及時地實現(xiàn)課程學習成果評價。因此，必須借助新的信息技術(shù)手段與課程教學深度融合，建立相應(yīng)的課程學習成果評價模型及其學習平臺系統(tǒng)，才能解決新工科背景下課程學習成果評價難點問題。為此，我們采取新一代信息技術(shù)（微信小程序技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)）與教育教學深度融合方法，研制開發(fā)一個支撐課程學習成果評價的課程學習大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺。學生、教師、教學管理人員用戶可以通過手機微信小程序和電腦Web方式訪問本平臺功能系統(tǒng)，平臺系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

在該平臺中，采用微信小程序技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、E-learning課程學習技術(shù)實現(xiàn)課程學習成果評價模型及其學習平臺系統(tǒng)，其平臺功能結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示。

本平臺圍繞課程學習成果評價模型，設(shè)計了微課學習管理、課堂測驗管理、能力測試管理、課程作業(yè)管理、課程實驗管理、課程學習評價、課程大數(shù)據(jù)服務(wù)、課程信息管理等功能系統(tǒng)。這些系統(tǒng)除實現(xiàn)課程學習、課程測試、學習評價和課程信息管理環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)功能外，還對課程教學過程中所產(chǎn)生的各類教學活動進行自動化數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)處理，并實現(xiàn)本課程學習評價模型的大數(shù)據(jù)分析處理。通過微信小程序方式為學生用戶提供隨時隨地的課程學習、課程測試、學習評價和大數(shù)據(jù)服務(wù)。通過微信小程序方式和Web系統(tǒng)訪問方式為教師用戶提供課程信息管理、微課學習管理、課堂測驗管理、能力測試管理、課程作業(yè)管理、課程實驗管理、課程學習評價管理、課程大數(shù)據(jù)管理等服務(wù)。

1.課程學習測評題庫功能

為了實現(xiàn)基于OBE工程教育理念的課程學習成果評價模型，首先需要開發(fā)實現(xiàn)課程題庫管理功能模塊。針對課程學習成果評價模型的指標點設(shè)計課程的測評試題。這些測評試題需要關(guān)聯(lián)到課程的畢業(yè)要求、課程培養(yǎng)目標、學習成果指標點上，同時還需要標記試題對應(yīng)知識點是否重點、掌握程度要求，并通過平臺的題庫管理系統(tǒng)對試題進行信息管理。

在本平臺的題庫管理功能模塊中，可以針對不同課程、不同章節(jié)，定義不同類型的測評試題。測評試題類型既包括單選、多選、判斷客觀題型，也包括應(yīng)用、編程、設(shè)計等主觀題型，這些試題均是圍繞課程學習成果評價指標來定義與管理，用于測評學生的課程學習能力收獲。

2.課程學習評價功能

本課程學習大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺利用微信小程序技術(shù)的無線移動應(yīng)用、跨手機操作系統(tǒng)、自動身份識別、位置定位、無需安裝、即掃即用等特性，實現(xiàn)了學生用戶便捷的課程測驗、能力測驗、上機測試、學習評價、大數(shù)據(jù)分析等服務(wù)功能模塊。其中課程學習評價功能模塊的學生用戶典型功能界面如圖4所示。

在本平臺的課程學習評價功能模塊中，可以為學生用戶提供課程過程的形成性評價和課程總結(jié)性評價服務(wù)功能。在學習評價頁面中，不僅給出各個環(huán)節(jié)的學習成績，也給出各項能力建立情況，以及學習建議。

3.課堂單元測試功能

在課程過程形成性評價中，課堂單元測驗是一個常用的測評手段。教師可以在課堂中花少量課程時間讓學生使用本課程學習平臺的課堂單元測驗微信小程序進行單元測驗。學生即刻便可獲得本單元測驗的課程學習成績及評價數(shù)據(jù)。例如，2018—2019—2學期“系統(tǒng)分析與設(shè)計”課程班的“2017220302011”吳同學在CM5單元測驗的基本小程序界面如圖5所示。

4.課程學習成果分析功能

當完成課程單元測驗后，教師即刻可了解課程班級在本教學單元中知識與能力掌握情況。同時，還可獲得課程班級在本單元的學習成果分析數(shù)據(jù)。例如：2018—2019—2學期“系統(tǒng)分析與設(shè)計”E0901420.01課程班級在CM5單元的學習成果分析數(shù)據(jù)界面如圖6所示。

在本平臺實現(xiàn)的課程學習成果分析功能中，不僅僅單元測驗可以分析學生課程學習成果數(shù)據(jù)，其它測試（如半期測試、期末測試、實驗測試、能力測評等）也可生成課程學習成果分析圖表數(shù)據(jù)。在課程學習成果分析中，既可以針對課程班級，也可以針對學生個體。其分析結(jié)果數(shù)據(jù)可以幫助學生及時了解課程學習知識與能力掌握情況，學習提高建議。分析結(jié)果還可幫助老師及時了解課程教學效果與質(zhì)量情況，以便課程教學持續(xù)改進。

四、課程學習成果評價模型及學習平臺系統(tǒng)應(yīng)用效果

本課程學習成果評價模型及其學習平臺系統(tǒng)已在本校軟件工程專業(yè)多門課程教學中應(yīng)用。通過與本專業(yè)其它課程教學對比，使用課程學習成果評價模型及其系統(tǒng)支持課程教學，可帶來如下課程教學質(zhì)量改進。

（1）本課程學習成果評價不再局限于簡單的課程成績分析，可以進一步細化到課程學習成果各個能力指標的達成情況量化分析。實現(xiàn)了基于OBE工程教育理念的課程學習成果評價全面客觀分析，從而有利于促進課程教學質(zhì)量的持續(xù)改進。

（2）本課程學習成果評價能夠?qū)崿F(xiàn)相同課程不同教師班級的學習評價一致性，有利于解決了不同班級教師的學習評價標準差異性，實現(xiàn)了大面積學生的課程學習成果統(tǒng)一評價。

（3）本課程學習成果評價較大程度減輕課程教師開展課程教學過程的形成性評價工作量，使教師有足夠精力去為學生答疑解惑，而非花費大量時間進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理工作。

（4）本課程學習成果評價可以及時給教師反饋學生課程學習的狀況，有利于教師針對學生的欠缺知識進行重點輔導(dǎo)與課程教學質(zhì)量持續(xù)改進。也可及時給學生反饋課程學習的知識與能力掌握情況，可實現(xiàn)對學生課程學習過程的適時關(guān)注，有利于促進學生課程學習的持續(xù)進步。

五、結(jié)束語

課程學習成果評價是衡量課程教學質(zhì)量與水平的重要手段。在新工科背景下，開展基于OBE工程教育的課程學習成果評價工作需要解決諸多難點問題，其中最關(guān)鍵問題是需要有科學合理的課程學習成果評價模型及其平臺系統(tǒng)支持。

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（編輯：王曉明）