工程教育視域下線上線下混合式教學(xué)改革實(shí)踐

胡曉靜，劉士喜，王 果，任 倩，趙玉艷

(滁州學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，安徽 滁州 239000)

成果導(dǎo)向教育(outcome based education, OBE)是通過(guò)學(xué)生預(yù)期所獲得的學(xué)習(xí)成果，以結(jié)果導(dǎo)向反向設(shè)計(jì)教學(xué)體系的教育模式[1]。OBE教育理念摒棄了傳統(tǒng)教學(xué)中過(guò)分關(guān)注知識(shí)學(xué)習(xí)而忽視培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題能力的弊端?；贠BE的結(jié)果導(dǎo)向教育要求任課教師必須明確學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，分析社會(huì)對(duì)學(xué)生的期望，設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)策略、教學(xué)活動(dòng)和評(píng)價(jià)方法[2]。近年來(lái)，線上線下混合式教學(xué)模式得到了廣泛推廣和應(yīng)用。對(duì)于高校來(lái)說(shuō)，通過(guò)混合式教學(xué)模式的改革，擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的開(kāi)放共享，利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念、創(chuàng)新教學(xué)模式、改變教學(xué)手段、改革考核方法，優(yōu)化課堂教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。地方應(yīng)用型本科高校的主要任務(wù)是培養(yǎng)高級(jí)應(yīng)用型工程技術(shù)人才、服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。通過(guò)借助國(guó)家精品在線開(kāi)放課程，開(kāi)展線上線下混合式教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心、結(jié)果為導(dǎo)向的目標(biāo)，從而提升應(yīng)用型人才培養(yǎng)的工程素養(yǎng)能力，具有重要意義。

現(xiàn)有研究者主要從 OBE混合式教學(xué)的課程設(shè)計(jì)、教學(xué)手段和方法等方面進(jìn)行了研究。閆秋艷等[3]借助雨課堂，構(gòu)造了課前、課中和課后教學(xué)全周期的大班翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究并給出數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證教學(xué)模式改革效果。賈揚(yáng)蕾等[4]針對(duì)Python 數(shù)據(jù)分析課程的混合式教學(xué)模式進(jìn)行了探索，將 OBE 理念貫穿于教學(xué)環(huán)節(jié)開(kāi)展了教學(xué)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)，但未給出具體的結(jié)果驗(yàn)證。邱慧麗等[5]借助智慧教學(xué)工具進(jìn)行混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)和實(shí)踐研究，缺忽略了評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)。劉士喜等[6]在混合式教學(xué)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中引入了實(shí)踐競(jìng)賽，但未融入工程教育理念。

因此，本文在工程教育視域下，基于OBE理念設(shè)計(jì)融合線上線下教學(xué)全過(guò)程的教學(xué)計(jì)劃和基于SPOC的混合教學(xué)模式。從學(xué)期前、學(xué)期中以及學(xué)期后，規(guī)劃各教學(xué)環(huán)節(jié)。基于SPOC課程，設(shè)計(jì)了課前線上學(xué)習(xí)、課中翻轉(zhuǎn)課堂與課后強(qiáng)化訓(xùn)練三個(gè)教學(xué)過(guò)程，形成不斷評(píng)價(jià)、反饋和改進(jìn)的課程教學(xué)閉環(huán)結(jié)構(gòu)。將該教學(xué)模式應(yīng)用于Python編程課程教學(xué)中，從課程教學(xué)活動(dòng)相關(guān)性分析、目標(biāo)達(dá)成度結(jié)果、調(diào)查問(wèn)卷分析等方面，對(duì)設(shè)計(jì)的混合式教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)證研究，證明該方法的有效性。

1 線上線下混合式教學(xué)模式

1.1 構(gòu)建OBE課程教學(xué)計(jì)劃

以學(xué)生為中心、成果為導(dǎo)向、教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)為目標(biāo)，構(gòu)建了基于OBE的課程教學(xué)計(jì)劃模式，在整個(gè)學(xué)期教學(xué)過(guò)程中，OBE教學(xué)理念貫穿始終，形成評(píng)價(jià)、反饋和改進(jìn)閉環(huán)。該教學(xué)計(jì)劃模式如圖1所示。

圖1 基于OBE的課程教學(xué)計(jì)劃

學(xué)期前，做好課程的整體規(guī)劃，根據(jù)人才培養(yǎng)方案中課程支撐的畢業(yè)要求，反向設(shè)計(jì)課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、課程評(píng)價(jià)體系和課程思政案例。學(xué)期中階段，開(kāi)展線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐。每周發(fā)布線上學(xué)習(xí)任務(wù)單以及章節(jié)內(nèi)容思維導(dǎo)圖，學(xué)生完成線上學(xué)習(xí)并提交學(xué)習(xí)筆記，師生線上互動(dòng)答疑。開(kāi)展線下翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)活動(dòng)，發(fā)布課后作業(yè)和章節(jié)測(cè)驗(yàn)，組織開(kāi)展項(xiàng)目答辯，并進(jìn)行評(píng)價(jià)和反饋。在學(xué)期后階段，主要是課程的總結(jié)評(píng)價(jià)、評(píng)獎(jiǎng)評(píng)優(yōu)、利用線上線下的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)開(kāi)展學(xué)習(xí)分析、開(kāi)展調(diào)查問(wèn)卷分析和課程總結(jié)反思。開(kāi)展基于OBE的課程評(píng)價(jià)，計(jì)算課程目標(biāo)達(dá)成度、進(jìn)行課程總結(jié)和評(píng)價(jià)，形成改進(jìn)教學(xué)的方案和措施，進(jìn)一步提升該課程教學(xué)效果。在學(xué)期前、學(xué)期中和學(xué)期后三個(gè)階段的教學(xué)過(guò)程中，不同階段的教學(xué)活動(dòng)層層遞進(jìn)、互相關(guān)聯(lián)。

1.2 設(shè)計(jì)SPOC混合式教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計(jì)是線上線下混合教學(xué)模式的核心和關(guān)鍵。實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂最大的挑戰(zhàn)來(lái)自于“課程設(shè)計(jì)與內(nèi)容制作所需要的時(shí)間與精力”[7]。通過(guò)重新規(guī)劃和設(shè)計(jì)教學(xué)互動(dòng)流程，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)建立在課前做好知識(shí)準(zhǔn)備、課中進(jìn)行知識(shí)應(yīng)用和吸收、課后進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練和反思改進(jìn)[8]。

國(guó)家精品在線開(kāi)放課程可以為混合式教學(xué)提供優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源，讓翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施更加高效和高質(zhì)量。設(shè)計(jì)了基于SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，從課前、課中和課后規(guī)劃教學(xué)活動(dòng)，通過(guò)該模式重構(gòu)了學(xué)習(xí)流程，讓翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)建立在課前充分準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，具體如圖2所示。

圖2 基于SPOC的混合式教學(xué)模式

課前的線上學(xué)習(xí)包含完成線上學(xué)習(xí)任務(wù)單、開(kāi)展學(xué)習(xí)討論和提交筆記等。每周的線上學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)為2～3小時(shí)，學(xué)習(xí)疑問(wèn)和教師答疑均在線上進(jìn)行。學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂前2天提交線上學(xué)習(xí)筆記，教師批閱每位學(xué)生的筆記、查看線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、梳理討論區(qū)問(wèn)題，了解每位學(xué)生的課前學(xué)習(xí)情況和知識(shí)點(diǎn)掌握情況。

在課中的翻轉(zhuǎn)課堂環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了六種類型翻轉(zhuǎn)課堂活動(dòng)，包括知識(shí)回顧及前測(cè)、小組任務(wù)、重難點(diǎn)答疑、生講師評(píng)、生講生評(píng)和課后總結(jié)?；仡櫦扒皽y(cè)是教師總結(jié)回顧線上學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)并反饋學(xué)生線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，結(jié)合課堂討論區(qū)和學(xué)習(xí)筆記中共性問(wèn)題進(jìn)行答復(fù)，或通過(guò)測(cè)驗(yàn)獲取每位學(xué)生的課前學(xué)習(xí)情況。小組任務(wù)是教師利用智慧教學(xué)工具發(fā)起分組任務(wù)，布置有一定難度的編程任務(wù)或問(wèn)題，要求小組合作完成。重難點(diǎn)答疑是教師篩選本周學(xué)習(xí)內(nèi)容中的重點(diǎn)和難度，進(jìn)行講解和答疑。生講師評(píng)和生講生評(píng)是由教師發(fā)起的，以學(xué)生講解為主的討論形式，將課堂主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，教師輔助解惑和評(píng)價(jià)或?qū)W生互相評(píng)價(jià)。翻轉(zhuǎn)課堂的課后總結(jié)是針對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)并開(kāi)展反思學(xué)習(xí)。課后的強(qiáng)化訓(xùn)練目的針對(duì)課前和課上知識(shí)的復(fù)習(xí)和強(qiáng)化訓(xùn)練。通過(guò)課后作業(yè)、章節(jié)測(cè)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化、鞏固和提升。

2 實(shí)證研究

為驗(yàn)證本文方法的有效性，將設(shè)計(jì)的OBE課程教學(xué)計(jì)劃和線上線下混合式教學(xué)模式應(yīng)用在了Python編程課程教學(xué)中，開(kāi)展了具體的教學(xué)改革實(shí)踐活動(dòng)。從教學(xué)活動(dòng)的相關(guān)性分析、課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算和問(wèn)卷調(diào)查三個(gè)方面，開(kāi)展教學(xué)數(shù)據(jù)分析。

2.1 教學(xué)活動(dòng)相關(guān)性分析

選取了七個(gè)教學(xué)活動(dòng)作為課程過(guò)程性評(píng)價(jià)的指標(biāo)，包括出勤表現(xiàn)、線上學(xué)習(xí)、課后作業(yè)、期中測(cè)驗(yàn)、章節(jié)測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)和項(xiàng)目答辯。這些教學(xué)活動(dòng)與總結(jié)性評(píng)價(jià)成績(jī)之間的相關(guān)性分析結(jié)果如圖3所示。

圖3矩陣中的數(shù)字是各個(gè)教學(xué)活動(dòng)成績(jī)之間的相關(guān)系數(shù)，是各個(gè)教學(xué)活動(dòng)的關(guān)系密切程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。相關(guān)系數(shù)取值范圍從-1.0至1.0之間，負(fù)數(shù)表示負(fù)相關(guān)，0表示不相關(guān)，正值表示正相關(guān)，系數(shù)值越大表示教學(xué)活動(dòng)之間的相關(guān)性越強(qiáng)。觀察該相關(guān)性計(jì)算結(jié)果的最后一行，總評(píng)成績(jī)與線上學(xué)習(xí)成績(jī)的相關(guān)系數(shù)為0.81，表示線上學(xué)習(xí)成績(jī)與總評(píng)成績(jī)之間有很強(qiáng)的相關(guān)性?？傇u(píng)成績(jī)與項(xiàng)目答辯之間的相關(guān)系數(shù)為0.58，與課后作業(yè)的相關(guān)系數(shù)為0.54，與實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的相關(guān)系數(shù)為0.48，表明這三項(xiàng)的教學(xué)活動(dòng)與期末的總結(jié)性評(píng)價(jià)之間有比較強(qiáng)的相關(guān)性。而與出勤表現(xiàn)的相關(guān)系數(shù)為-0.05，表明出勤表現(xiàn)對(duì)最后的總評(píng)成績(jī)沒(méi)有任何影響。

從該教學(xué)活動(dòng)相關(guān)性分析結(jié)果上看，在教學(xué)中，應(yīng)重視學(xué)生的線上學(xué)習(xí)效果、加大項(xiàng)目訓(xùn)練、精心設(shè)計(jì)課后作業(yè)內(nèi)容、加大實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的訓(xùn)練。這為教師的后續(xù)課程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)提供了決策支持。

圖3 教學(xué)活動(dòng)相關(guān)性分析

2.2 基于OBE的課程評(píng)價(jià)

以Python編程課程教學(xué)為例，課程目標(biāo)1考核學(xué)生的編程知識(shí)和編程方法掌握情況，課程目標(biāo)2考核學(xué)生運(yùn)用Python語(yǔ)言分析和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。從課程目標(biāo)達(dá)成度的總體和個(gè)人兩個(gè)方面，對(duì)比線上線下混合教學(xué)改革前后的達(dá)成度。

圖4是未實(shí)施混合式教學(xué)改革的Python課程目標(biāo)總體達(dá)成度，學(xué)生在運(yùn)用Python語(yǔ)言分析和解決問(wèn)題方面較差。圖5是實(shí)施混合式教學(xué)改革后的課程目標(biāo)總體達(dá)成度，課程目標(biāo)達(dá)成度方面得到了很大的提升，尤其是在運(yùn)用Python語(yǔ)言分析和解決復(fù)雜工程問(wèn)題方面。

圖4 未實(shí)施混合式教學(xué)改革的課程目標(biāo)總體達(dá)成度

圖5 實(shí)施了混合式教學(xué)改革的課程目標(biāo)總體達(dá)成度

圖6和圖7是學(xué)生個(gè)體在課程目標(biāo)1上的達(dá)成度散點(diǎn)圖。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在未實(shí)施混合式教學(xué)改革前，課程目標(biāo)1的平均達(dá)成度較低，而實(shí)施混合式教學(xué)改革后，平均達(dá)成度和個(gè)體達(dá)成度都得到了大幅度的提升。

圖6 未實(shí)施混合式教學(xué)改革的課程目標(biāo)1個(gè)體達(dá)成度分布圖

圖7 實(shí)施混合式教學(xué)改革后課程目標(biāo)1個(gè)體達(dá)成度分布圖

圖8和圖9是學(xué)生個(gè)體在課程目標(biāo)2上的達(dá)成度散點(diǎn)圖。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，通過(guò)混合式教學(xué)改革，大大提升了課程目標(biāo)2的個(gè)體達(dá)成度，說(shuō)明有效達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力。

圖8 未實(shí)施混合式教學(xué)改革的課程目標(biāo)2個(gè)體達(dá)成度分布圖

圖9 實(shí)施混合式教學(xué)改革后課程目標(biāo)2個(gè)體達(dá)成度分布圖

通過(guò)課程達(dá)成度計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)施線上線下混合式教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的程序閱讀和編寫能力、運(yùn)用Python語(yǔ)言分析和解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力有很大的提升。相比傳統(tǒng)教學(xué)，混合式教學(xué)不及格率大幅度下降，優(yōu)秀率明顯上升，設(shè)計(jì)型題目和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)分?jǐn)?shù)大幅度提高，驗(yàn)證了該教學(xué)模式的有效性。

2.3 調(diào)查問(wèn)卷

為了解學(xué)生對(duì)線上線下混合式教學(xué)改革的接收度和意見(jiàn)，探索進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量的對(duì)策和措施，制作并發(fā)布了課程調(diào)查問(wèn)卷。圖10展示了學(xué)生對(duì)教學(xué)模式的滿意情況，93.65%的學(xué)生選擇了滿意和非常滿意。表明學(xué)生對(duì)課程教學(xué)認(rèn)可度很好，對(duì)教學(xué)滿意。

圖10 教學(xué)模式滿意度

圖11展示了學(xué)生學(xué)習(xí)完課程后的感受，71.43%的學(xué)生覺(jué)得課程學(xué)習(xí)過(guò)程很愉快，65.08%的學(xué)生覺(jué)得學(xué)習(xí)過(guò)程輕松，60.32%的學(xué)生覺(jué)得課程學(xué)習(xí)有收獲， 55.56%的學(xué)生覺(jué)得該課程學(xué)習(xí)方式新穎。從這些關(guān)鍵詞中，能直觀反映學(xué)生對(duì)課程教學(xué)模式改革的接受和認(rèn)可。

圖11 課程學(xué)習(xí)感受

3 結(jié)束語(yǔ)

本文在工程教育視域下，基于OBE構(gòu)建了教學(xué)計(jì)劃和線上線下混合式教學(xué)模式，設(shè)計(jì)了學(xué)期前、學(xué)期中和學(xué)期后，課前、課中和課后整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)活動(dòng)。將提出的模式應(yīng)用于課程教學(xué)實(shí)踐，從課程教學(xué)活動(dòng)相關(guān)性分析、目標(biāo)達(dá)成度結(jié)果、調(diào)查問(wèn)卷分析等方面進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，證明該方法的有效性。后續(xù)將從課程內(nèi)容分層設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革方面，進(jìn)一步優(yōu)化工程視域下的混合教學(xué)模式。