MOOC導(dǎo)學(xué)和CDIO導(dǎo)向的三階段四維度混合式課程的探索與實(shí)踐

吳岳芬,李文彬,楊 勃,方 欣

(湖南理工學(xué)院 信息科學(xué)與工程學(xué)院,湖南 岳陽 414006)

在新工科背景下,許多地方高校雖然提出了新的人才培養(yǎng)方案,但主體教學(xué)仍采用傳統(tǒng)模式. 例如,教材理論性太強(qiáng)、理論與實(shí)踐脫節(jié),未充分體現(xiàn)課程的實(shí)用價(jià)值; 主要以教師為中心傳授知識(shí),教學(xué)過程中仍存在“重知識(shí)灌輸、輕能力培養(yǎng)”的傾向,學(xué)生往往成為知識(shí)的被動(dòng)接受者,缺乏主動(dòng)學(xué)習(xí)和主動(dòng)探究的精神,不利于知識(shí)的內(nèi)化; 教學(xué)形式單一,主要利用課件教學(xué),雖然也建設(shè)在線課程,但利用率低; 學(xué)習(xí)過程的有效評(píng)估和實(shí)時(shí)反饋不夠等. 所以革新地方高校教與學(xué)的課程模式已成為必然趨勢(shì).

軟件信息產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的新支柱產(chǎn)業(yè),社會(huì)迫切需要具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)創(chuàng)新型軟件信息類人才. 為了順應(yīng)新工科建設(shè)和地方高校轉(zhuǎn)型,適應(yīng)新產(chǎn)業(yè)需要,本文以信息類專業(yè)的程序設(shè)計(jì)類必修課程《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》為研究對(duì)象,構(gòu)建MOOC 導(dǎo)學(xué)和CDIO 導(dǎo)向的三階段四維度混合式課程模式.

1 混合式課程模式的構(gòu)建

該混合式課程模式以工程應(yīng)用能力和自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)為主要目標(biāo),依托大規(guī)模在線開放學(xué)習(xí)平臺(tái),以MOOC 導(dǎo)學(xué)、CDIO 導(dǎo)向的工程教育理念為指導(dǎo),并借鑒翻轉(zhuǎn)課堂理念,圍繞課程的教學(xué)目標(biāo)、信息化課程體系、教學(xué)內(nèi)容、項(xiàng)目案例、課程思政、教學(xué)實(shí)施、自主學(xué)習(xí)、在線平臺(tái)、實(shí)踐實(shí)訓(xùn)、小組協(xié)作、學(xué)習(xí)行為分析、質(zhì)量監(jiān)控評(píng)價(jià)反饋等教學(xué)環(huán)節(jié)展開研究與實(shí)踐[1],取得了良好效果.其教學(xué)流程貫穿課前和課中再延伸到課后,教師和學(xué)生在每個(gè)環(huán)節(jié)都有不同的任務(wù).MOOC導(dǎo)學(xué)和CDIO 導(dǎo)向的混合式課程模式總體框架如圖1 所示.

圖1 MOOC 導(dǎo)學(xué)和CDIO導(dǎo)向混合式課程模式總體框架

2 混合式課程模式的實(shí)施機(jī)制

混合式課程貫徹CDIO教學(xué)理念,著力培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力,以應(yīng)用項(xiàng)目開展教學(xué)改革與實(shí)踐,在理論、實(shí)踐、應(yīng)用三方面進(jìn)行深入嘗試與融合.建立“MOOC平臺(tái)+線下課堂+MOOC平臺(tái)和51CPC”多平臺(tái)融合的混合式課程體系.其中,MOOC平臺(tái)由教學(xué)資源、自主學(xué)習(xí)、師生交互和監(jiān)控反饋四模塊組成;線下課堂由項(xiàng)目驅(qū)動(dòng),群體探究,師生、生生互動(dòng)構(gòu)成;“51CPC平臺(tái)”為課程組自主開發(fā)的實(shí)踐平臺(tái),學(xué)生在線提交程序、平臺(tái)判斷正誤,集練測(cè)評(píng)于一體.

3 混合式課程模式的實(shí)施策略

3.1 基于OBE理念,提升高階性,融合項(xiàng)目求解和問題驅(qū)動(dòng),重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容抽象,邏輯性強(qiáng),算法復(fù)雜,教學(xué)難度大.為了提高教學(xué)效果,教師摒棄傳統(tǒng)的照本宣科、純理論講授,根據(jù)程序設(shè)計(jì)類課程特點(diǎn),選擇將日常生活和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛的經(jīng)典工程案例(即CDIO項(xiàng)目)貫穿課程所有章節(jié),如:手機(jī)通訊錄設(shè)計(jì)、岳陽樓公園導(dǎo)游系統(tǒng)設(shè)計(jì)、銀行排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)、手機(jī)計(jì)算器應(yīng)用等.教學(xué)中以14個(gè)項(xiàng)目案例結(jié)合基本原理進(jìn)行講解,以“項(xiàng)目引入、提出問題→基礎(chǔ)理論→解決方案→編程實(shí)現(xiàn)”為教學(xué)主線,師生、生生進(jìn)行項(xiàng)目探究,使抽象晦澀的專業(yè)理論深入淺出、通俗易懂,著力培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力.該課程主要采用的CDI O項(xiàng)目見表1.

表1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程主要CDIO項(xiàng)目設(shè)計(jì)

3.2 以學(xué)生為中心,自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)為目標(biāo),實(shí)施“三階段四維度”混合式課程的教與學(xué)

利用MOOC、CDIO 項(xiàng)目式教學(xué),構(gòu)建三階段四維度混合式課程模式.在時(shí)間維度上,分為課前、課中、課后三階段;在空間維度上,分為線上、線下、混合三階段;在知識(shí)學(xué)習(xí)維度上,分為傳遞、內(nèi)化、拓展提升三階段[2];在學(xué)生維度上,分為個(gè)體、群體、團(tuán)隊(duì)三階段.協(xié)同多種教學(xué)要素,建立“MOOC 平臺(tái)+線下課堂+MOOC 平臺(tái)和51CPC”的導(dǎo)學(xué)、自學(xué)、研學(xué)、輔學(xué)的三階段四維度混合式課程模式. 以自主學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式課堂翻轉(zhuǎn)、項(xiàng)目任務(wù)拓展提升、監(jiān)控反饋為主線開展教學(xué)活動(dòng),進(jìn)行項(xiàng)目探究式、理實(shí)一體化的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué). 三階段四維度混合式課程模式的實(shí)施過程如圖2 所示.

圖2 MOOC 導(dǎo)學(xué)與CDIO 導(dǎo)向的三階段四維度混合式課程教與學(xué)實(shí)施過程

課前,利用MOOC 視頻開展教師導(dǎo)學(xué)和學(xué)生自學(xué). 教師發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)單,引導(dǎo)學(xué)生利用超星平臺(tái)的MOOC 課程進(jìn)行基礎(chǔ)理論的自主學(xué)習(xí),觀看教學(xué)視頻,完成在線討論、單元測(cè)試等,并提出疑難問題. 教師在線釋疑,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力.

課中,利用線下課堂進(jìn)行CDIO項(xiàng)目群體研學(xué). 課中90分鐘分為三個(gè)環(huán)節(jié). 第一環(huán)節(jié)約5～20分鐘,進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的課前測(cè)試,或總結(jié)前期作業(yè)、實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)題、難題,或梳理在線討論和單元測(cè)試的錯(cuò)誤,或表揚(yáng)在線自主學(xué)習(xí)表現(xiàn)優(yōu)秀的同學(xué). 第二環(huán)節(jié)約20～60 分鐘,利用CDIO 項(xiàng)目、問題驅(qū)動(dòng)進(jìn)行師生研學(xué),精講精練,并且探究討論、實(shí)踐訓(xùn)練,實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂,完成知識(shí)內(nèi)化,培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力. 第三環(huán)節(jié)約10～20 分鐘,進(jìn)行總結(jié)點(diǎn)評(píng). 主要從項(xiàng)目設(shè)計(jì)展開,以討論項(xiàng)目的重點(diǎn)難點(diǎn)為主. 此外利用學(xué)習(xí)通進(jìn)行簽到,師生、生生互動(dòng)交流. 課中尤其注意調(diào)動(dòng)學(xué)生互動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性,讓學(xué)生主動(dòng)參與到研學(xué)中.

課后,利用超星MOOC平臺(tái)和51CPC兩個(gè)平臺(tái)進(jìn)行輔學(xué)和提升. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程. 學(xué)生在超星平臺(tái)完成課后作業(yè)、階段性考試,鞏固理論知識(shí),并利用課程組自主開發(fā)的51CPC練測(cè)評(píng)一體化平臺(tái)進(jìn)行編程訓(xùn)練,提升實(shí)踐實(shí)訓(xùn)、工程應(yīng)用能力.

3.3 以產(chǎn)出為導(dǎo)向,提升挑戰(zhàn)度,構(gòu)建“階梯式、團(tuán)隊(duì)式”實(shí)踐實(shí)訓(xùn)模式

實(shí)踐實(shí)訓(xùn)采用三層四級(jí)階梯式任務(wù)驅(qū)動(dòng). 四級(jí)階梯式任務(wù)即“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)→綜合實(shí)訓(xùn)→工程實(shí)踐→創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目”[1]. 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目主要包括程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽、數(shù)學(xué)建模大賽、大學(xué)生創(chuàng)新性項(xiàng)目、企業(yè)項(xiàng)目等.

實(shí)踐實(shí)訓(xùn)采用團(tuán)隊(duì)協(xié)作、三層次形式. 全班分為若干小組,每組1～3 人,采用組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制,分組進(jìn)行研討,確保任務(wù)按質(zhì)按量完成. 根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和任務(wù)難度,將任務(wù)分三層. 其中,第1 層次為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練,要求全班所有學(xué)生掌握; 第2 層次為綜合實(shí)訓(xùn)和工程實(shí)踐,要求班級(jí)絕大多數(shù)學(xué)生熟練掌握; 第3 層次為創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目,僅要求班級(jí)少數(shù)學(xué)生嘗試. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程四級(jí)階梯式任務(wù)驅(qū)動(dòng)如圖3 所示.

圖3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)四級(jí)階梯式實(shí)踐任務(wù)

3.4 以思政為引領(lǐng),踐行“一一三四四”課程思政模式

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)內(nèi)容圍繞14 個(gè)課程項(xiàng)目的真實(shí)情境,立足信息領(lǐng)域的科技創(chuàng)新,同時(shí)將家國(guó)情懷、科學(xué)觀、社會(huì)主義核心價(jià)值觀、職業(yè)操守“四個(gè)層面”的思政元素“潤(rùn)物無聲”地融入課前、課中或課后,實(shí)現(xiàn)三全育人,實(shí)現(xiàn)課程育人的目標(biāo)[3]. 本課程的思政模式如圖4 所示.

圖4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)“一一三四四”課程思政模式

“一一三四四”課程思政模式,即“一門課程、一個(gè)目標(biāo)、三個(gè)協(xié)同、四個(gè)維度、四個(gè)層面”. 其中,“一門課程”指建設(shè)一門優(yōu)質(zhì)課程; “一個(gè)目標(biāo)”指重新制定含價(jià)值塑造的課程目標(biāo); “三個(gè)協(xié)同”指將課程的“知識(shí)傳授+實(shí)踐實(shí)訓(xùn)” “線上+線下” “課內(nèi)+課外”相結(jié)合,形成協(xié)同思政育人; “四個(gè)維度”指教學(xué)大綱重構(gòu)→挖掘?qū)I(yè)知識(shí)與技能的思政內(nèi)容→教學(xué)設(shè)計(jì)滲透思政教育→教學(xué)效果的評(píng)價(jià)反饋.

4 混合式課程模式的評(píng)價(jià)與反饋

評(píng)價(jià)與反饋主要包括學(xué)生在線學(xué)習(xí)行為分析、教學(xué)評(píng)價(jià)與反思、混合式課程建設(shè)效果評(píng)價(jià)三個(gè)方面.以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程為例,針對(duì)信息類專業(yè),分別在2019年下學(xué)期、2020年上學(xué)期、2020年下學(xué)期開展教學(xué)改革實(shí)踐. 每學(xué)期3 個(gè)班級(jí),學(xué)生人數(shù)分別為102 人、114 人和110 人.

4.1 學(xué)生在線學(xué)習(xí)行為分析

根據(jù)超星平臺(tái)的在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)集,通過Python編程和數(shù)據(jù)分析算法,分析學(xué)生的在線學(xué)習(xí)行為,有助于教師跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)過程,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí),提高其學(xué)習(xí)效率. 也有助于教師改進(jìn)課程、提高教學(xué)質(zhì)量.

從2018年9月起,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程在超星學(xué)銀在線平臺(tái)開課8 期(MOOC),累計(jì)選課人數(shù)達(dá)2.6 萬余人,學(xué)習(xí)者來自380 余所高校,訪問學(xué)習(xí)量達(dá)3000 萬多人次,師生、生生在線互動(dòng)討論量達(dá)7.3 萬余次,說明該課程受眾面較廣,選課人數(shù)較多,具有較好開放性和推廣度.

(1)網(wǎng)站用戶群體分布. 如圖5所示,網(wǎng)站用戶群體包括: 本校教師、本課程教師、本校學(xué)生、本課程學(xué)生、社會(huì)公眾. 因課程采用在線開放形式,社會(huì)學(xué)習(xí)者占總訪問量的39%,說明課程具有一定普適性,受眾面較廣.

圖5 網(wǎng)站用戶群體分布

(2)在線訪問學(xué)習(xí)次數(shù). 如圖6 所示,2019年下學(xué)期校內(nèi)專業(yè)必修課的學(xué)生為102 人,從課程的開始到結(jié)束,每天都有一定量的學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)訪問,并隨時(shí)間的推移逐漸上升,最高超過1500 次/天,在課程快結(jié)束的時(shí)候出現(xiàn)頂峰后下降,但整個(gè)過程的變化幅度相對(duì)較小,這表明學(xué)習(xí)者有著較好的學(xué)習(xí)態(tài)度.

圖6 2019年下學(xué)期學(xué)習(xí)訪問次數(shù)隨時(shí)間變化的折線

(3)在線資源學(xué)習(xí)情況. 2019年下學(xué)期共發(fā)布教學(xué)MOOC 視頻130 個(gè),測(cè)驗(yàn)和作業(yè)共47 次,共有102人參與. 2020年下學(xué)期共發(fā)布教學(xué)MOOC 視頻133 個(gè),測(cè)驗(yàn)和作業(yè)共60 次,共有110 人參與. 以上數(shù)據(jù)表明校內(nèi)專業(yè)必修課學(xué)生參加在線學(xué)習(xí)是比較認(rèn)真的.

(4)在線參與討論情況. 2019年下學(xué)期,學(xué)生一個(gè)學(xué)期參與討論最多達(dá)159 次,最少是66.84 次,整個(gè)專業(yè)所有學(xué)生參與討論平均達(dá)139 次. 2020年下學(xué)期,師生共發(fā)表討論6039 次. 這些數(shù)據(jù)表明校內(nèi)專業(yè)必修課學(xué)生參加在線討論十分積極,學(xué)習(xí)態(tài)度良好.

(5)參與課堂活動(dòng)情況. 課堂活動(dòng)包括簽到、投票、選人提問、搶答等,一個(gè)學(xué)期教師發(fā)布各類課堂活動(dòng)63 次,校內(nèi)學(xué)生參與這些課堂活動(dòng)達(dá)1389 人次,表明學(xué)生參與課堂活動(dòng)積極,混合式課堂較為活躍.

4.2 教學(xué)評(píng)價(jià)與反思

混合式課程最重要的是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤和監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)成效,因此制定教學(xué)全過程、多維度教學(xué)評(píng)價(jià)體系,包括診斷性評(píng)價(jià)、形成性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià).

(1)診斷性評(píng)價(jià). 教師日常監(jiān)控學(xué)生自主學(xué)習(xí)情況,了解學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)、情緒,及時(shí)調(diào)整教學(xué)形式,提高教學(xué)效果.

(2)形成性評(píng)價(jià). 主要指過程性考核、線上學(xué)習(xí)情況考核,包括教學(xué)視頻學(xué)習(xí)(20%)、討論(20%)、作業(yè)(20%)、單元測(cè)驗(yàn)(10%)、階段性在線考核(15%)、訪問數(shù)(15%),占總成績(jī)的20%.

(3)總結(jié)性評(píng)價(jià). 包括線上學(xué)習(xí)成績(jī)(20%)、平時(shí)成績(jī)(10%)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)(20%)、期末考試(50%),其中,平時(shí)成績(jī)包括課堂互動(dòng)(50%)、出勤(50%); 實(shí)驗(yàn)成績(jī)根據(jù)51CPC 平臺(tái)測(cè)試、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目情況評(píng)定; 線上學(xué)習(xí)成績(jī)即形成性評(píng)價(jià); 期末考試為總結(jié)性考核,考題為綜合題、程序設(shè)計(jì)題,閉卷考試.

2019年下學(xué)期數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程考核中,校內(nèi)專業(yè)必修課的102 名學(xué)生期考卷面平均成績(jī)?yōu)?5.5、最高分為95,期評(píng)成績(jī)平均分為84.4、最高分為97,表明混合式課程教學(xué)效果良好.

4.3 混合式課程建設(shè)效果評(píng)價(jià)

(1)課程在線資源評(píng)價(jià). 分別在2019年和2020年開展了課程資源網(wǎng)站的評(píng)議調(diào)查. 參加調(diào)查評(píng)議的全部學(xué)生都認(rèn)為本課程網(wǎng)站對(duì)學(xué)習(xí)有幫助作用,其中認(rèn)為對(duì)學(xué)習(xí)幫助很大的占27.59%,認(rèn)為對(duì)學(xué)習(xí)有幫助的占72.41%. 這說明,隨著課程資源和交互功能的豐富,網(wǎng)站對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)課程的幫助程度在逐年提高.

(2)課堂教學(xué)模式改革效果評(píng)價(jià). 授課班級(jí)的學(xué)生對(duì)混合式教學(xué)的滿意度和學(xué)習(xí)效果給予了積極的評(píng)價(jià). 有77.14%的學(xué)生對(duì)混合式教學(xué)滿意,20%的學(xué)生對(duì)混合式教學(xué)較滿意,滿意度超過97%. 學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)效果的評(píng)議情況表明,97.14%的學(xué)生認(rèn)為課程教學(xué)有助于提高自身的程序設(shè)計(jì)能力,其中接近一半的學(xué)生認(rèn)為提高幅度較大.

5 結(jié)束語

開展混合式課程教學(xué)實(shí)踐以來,課程組教師指導(dǎo)學(xué)生參加國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽(ACM-ICPC)榮獲亞洲區(qū)銅獎(jiǎng)2 項(xiàng)、“藍(lán)橋杯”全國(guó)總決賽一等獎(jiǎng)6 項(xiàng)、其他省級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)近70 項(xiàng). 程序設(shè)計(jì)類混合式課程改革大大提升了學(xué)生的工程應(yīng)用能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力,提升了學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量,同時(shí)也為地方高校工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)模式改革提供了新思路.