基于OBE理念的新工科大學(xué)計(jì)算機(jī)一流課程建設(shè)研究

李佳

關(guān)鍵詞：新工科；一流課程建設(shè)；計(jì)算賦能；OBE

近年來，互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能、5G通信等新技術(shù)的發(fā)展，新興產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國家戰(zhàn)略目標(biāo)。在以信息技術(shù)創(chuàng)新性革命為主要特征的社會轉(zhuǎn)型階段，傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)型人才已經(jīng)不能滿足新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需要，高等工程教育需要培養(yǎng)新工科人才[1]。隨著近五年來國家統(tǒng)籌推進(jìn)“雙一流”建設(shè)，我國工程教育專業(yè)認(rèn)證體系實(shí)現(xiàn)了與國際接軌，為新工科教育提供了良好的發(fā)展環(huán)境[2]。

自20世紀(jì)90年代起，我國所有高等院校面向所有的大一新生開設(shè)大學(xué)計(jì)算機(jī)課程。該課程是學(xué)生在高等教育階段接觸的第一門計(jì)算機(jī)課程，具有啟發(fā)性和導(dǎo)論性的特點(diǎn)，屬于培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)的通識類課程[3]。新時(shí)代、新形勢下，大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)改革需要在面向計(jì)算思維能力和工程思維能力兩個(gè)維度下，由以知識技能為中心轉(zhuǎn)向計(jì)算賦能[4-5]。本文探索構(gòu)建符合新工科需求和一流課程標(biāo)準(zhǔn)的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)的有效實(shí)施路徑。

1 基于OBE 理念構(gòu)建新工科大學(xué)計(jì)算機(jī)課程設(shè)計(jì)思路

2018年8月，為提高我國高等教育階段課程教學(xué)質(zhì)量，教育部提出“一流課程”的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，即要求課程符合創(chuàng)新性、高階性和挑戰(zhàn)度。然而，很多教師把傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)化和視頻化作為課程的創(chuàng)新性。這種方法雖然提升教學(xué)信息化水平，究其本質(zhì)仍是以知識為中心的傳統(tǒng)教育方式，缺乏對課程教學(xué)目標(biāo)宏觀規(guī)劃和設(shè)計(jì)。課程改革需要基于OBE（Outcomes- based Education，成果導(dǎo)向）教育理念，遵循新工科教育內(nèi)涵，才能契合“以學(xué)生為中心”教學(xué)初心，有效組織推進(jìn)課程實(shí)施過程，提升課程教學(xué)質(zhì)量。

1.1 OBE 教育理念內(nèi)涵

OBE教育理念發(fā)源于20世紀(jì)70年代的美國，與傳統(tǒng)教育理念不同，OBE教育理念不是以課程結(jié)構(gòu)為中心，而是更注重學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)和學(xué)習(xí)過程體驗(yàn)。教學(xué)的時(shí)間資源和空間資源不再是固有的內(nèi)容，而應(yīng)該能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的需求，提供可以支持個(gè)性化選擇的課程資源。OBE教育理念下，教學(xué)評價(jià)方式不是唯分?jǐn)?shù)論的，而是根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)制定出清晰可定義的教學(xué)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，多元化的評價(jià)方式有利于學(xué)生可持續(xù)成長和發(fā)展[6]。

1.2 基于OBE理念構(gòu)建新工科大學(xué)計(jì)算機(jī)課程設(shè)計(jì)框架

利用OBE教育理念指導(dǎo)課程的教學(xué)改革實(shí)踐，是實(shí)施成果導(dǎo)向教育的重要環(huán)節(jié)。國內(nèi)已有很多學(xué)者將OBE理念應(yīng)用到大學(xué)計(jì)算機(jī)課程中的實(shí)現(xiàn)途徑，杜文潔提出在大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)中根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)和專業(yè)，進(jìn)行分層次差異化的教學(xué)模式[7]；盧愛臣提出在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施過程，以CDIO項(xiàng)目牽引知識，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維、工程思維和系統(tǒng)思維的能力[8]；屈微提出結(jié)合計(jì)算機(jī)競賽，開展CDIO-OBE模式的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)[9]；張玉認(rèn)為在計(jì)算思維課程引入OBE理念，有利于培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維、創(chuàng)新思維和自主學(xué)習(xí)能力[10]。將OBE教育理念融入新工科教育中，需要經(jīng)歷“學(xué)校- 院系-專業(yè)-課程”四個(gè)層面的落實(shí)，即從課程頂層設(shè)計(jì)、課程資源建設(shè)、教學(xué)實(shí)施過程和學(xué)習(xí)成果評價(jià)四個(gè)方面進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)[11-12]。

以新工科教育為方向，遵循OBE理念和CDIO思想，完成大學(xué)計(jì)算機(jī)課程頂層設(shè)計(jì)，需要明確教學(xué)目標(biāo)、課程目標(biāo)、課程資源和教學(xué)過程，如圖1所示。課程的頂層設(shè)計(jì)過程中，課程構(gòu)想階段，需要依據(jù)教育目標(biāo)，制定符合新工科教育要求的課程教學(xué)大綱。課程設(shè)計(jì)階段，借助智慧教學(xué)平臺，實(shí)現(xiàn)課程資源信息化、網(wǎng)絡(luò)化。課程的實(shí)施階段，在教學(xué)過程中，利用混合教學(xué)模式及現(xiàn)代化教學(xué)手段，落實(shí)個(gè)性化培養(yǎng)教學(xué)模式。課程的運(yùn)作階段，采用過程化考核模式，可以對學(xué)生學(xué)習(xí)成果進(jìn)行的多維度評價(jià)。課程的全教學(xué)過程，遵從“以生為本”的教育思想，培養(yǎng)具有計(jì)算賦能的復(fù)合型應(yīng)用人才。

大學(xué)計(jì)算機(jī)課程目標(biāo)不能局限于對計(jì)算學(xué)科知識點(diǎn)的教學(xué)，而是將課程目標(biāo)定位在解決問題的方法和能力上面，即以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力、工程思維啟蒙和必要計(jì)算學(xué)科知識傳授。課程的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)具備高階性和先進(jìn)性，既能讓學(xué)生看到未來，又能讓學(xué)生得到現(xiàn)階段解決問題的方法。課程的授課內(nèi)容圍繞計(jì)算學(xué)科根基性知識、經(jīng)典理論和算法作為，將計(jì)算思維和工程思維通過經(jīng)典的教學(xué)案例滲透給學(xué)生。作為通識類課程，本課程的師資隊(duì)伍建設(shè)也應(yīng)該具備多學(xué)科背景。為了滿足多層次學(xué)生需求，通過引入MOOC資源來拓展課程內(nèi)容的深度和廣度。根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)校特色構(gòu)建課程的SPOC資源，來實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)的目標(biāo)。避免學(xué)生重理論輕實(shí)踐的情況發(fā)生，課程需要加入實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，采用通識度強(qiáng)的虛擬實(shí)驗(yàn)案例，錄制專業(yè)特色教學(xué)案例，這些可作為學(xué)生選學(xué)或課外拓展教學(xué)資源。課程具體教學(xué)過程中，可以采用線上線下混合教學(xué)模式，充分利用線上學(xué)習(xí)平臺，創(chuàng)建課程資源、落實(shí)日常教學(xué)任務(wù)、開展師生互動和生生互動，利用數(shù)據(jù)分析獲取學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量，幫助教師了解學(xué)情。

2 面向新工科建構(gòu)大學(xué)計(jì)算機(jī)一流課程改革措施

一流課程建設(shè)是深化新工科建設(shè)水平，推進(jìn)高校教育質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵。2020年吉林化工學(xué)院大學(xué)計(jì)算機(jī)課程獲批首批國家級線上線下混合式一流本科課程。為進(jìn)一步提升本課程的教育內(nèi)涵，課程組再度優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)模式，構(gòu)思教學(xué)活動，探索出適用當(dāng)前教育形勢的“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的新型課程模式。

2.1 利用兩個(gè)平臺打造線上線下混合教學(xué)模式的在線學(xué)習(xí)空間

將中國大學(xué)MOOC平臺和學(xué)習(xí)通在線平臺，作為開展“MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂”混合教學(xué)模式的課程教學(xué)空間，引入了哈爾濱工程大學(xué)的國家級一流在線課程大學(xué)計(jì)算機(jī)——計(jì)算思維導(dǎo)論，創(chuàng)建了本校SPOC教學(xué)空間。中國大學(xué)MOOC平臺上的教學(xué)空間對原有MOOC資源進(jìn)行了重構(gòu)，刪減了一部分教學(xué)內(nèi)容，增加了具有本校專業(yè)特色的計(jì)算思維案例資源，并開放了討論區(qū)，供全校學(xué)生進(jìn)行在線討論和交流。

課程組利用學(xué)習(xí)通平臺，以教材章節(jié)為線索，發(fā)布課程相關(guān)視頻資源、課件、習(xí)題和閱讀資料等多媒體教學(xué)內(nèi)容，形成了一套覆蓋全課程教學(xué)，連接線上和線下教學(xué)活動的在線智慧教學(xué)空間。

2.2 設(shè)計(jì)新工科實(shí)踐案例形成新工科實(shí)驗(yàn)體系

設(shè)計(jì)和創(chuàng)建課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，分為虛擬實(shí)驗(yàn)和工程教育兩個(gè)方向。虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)是讓學(xué)生體會計(jì)算思維，思考和模擬計(jì)算機(jī)解決問題的過程。工程教育偏向前沿技術(shù)，介紹工程案例中常見的解決問題方案，個(gè)別案例中增加程序設(shè)計(jì)任務(wù)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

對于零編程基礎(chǔ)的大一新生，引入程序設(shè)計(jì)案例，一方面鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，另一方面也是課程挑戰(zhàn)度的體現(xiàn)。課程選擇Python程序設(shè)計(jì)語言作為編程工具，因?yàn)镻ython語言是目前最接近人類自然語言的編程工具，易于學(xué)生理解和掌握。為了讓學(xué)生完成程序設(shè)計(jì)任務(wù)，課程資源提供了多種保障措施。首先，為相關(guān)的實(shí)驗(yàn)提供了該實(shí)驗(yàn)所需必要的Python語法。其次，將實(shí)驗(yàn)過程分解成不同的小任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。最后，設(shè)計(jì)相關(guān)討論題目，讓學(xué)生總結(jié)歸納案例中的計(jì)算思維，留置疑問引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新。

2.3 多元化教學(xué)活動融合線上線下混合教學(xué)過程

課程遵循BOPPPS教學(xué)模型，實(shí)施和推進(jìn)每個(gè)知識單元的線上線下混合教學(xué)進(jìn)程。通過學(xué)習(xí)通智慧教學(xué)平臺上的多元化教學(xué)活動，融合了線上教學(xué)空間和線下教學(xué)空間。針對具體的知識單元，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容為學(xué)生發(fā)布導(dǎo)學(xué)方案，讓學(xué)生帶著問題去閱讀線上教學(xué)資源。教師針預(yù)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)討論題或者測驗(yàn)，獲取學(xué)生的疑問和知識誤區(qū)，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)線下精講階段教學(xué)內(nèi)容，從而達(dá)到以學(xué)生為中心的線下精講教學(xué)課堂。線下教學(xué)也可以采用翻轉(zhuǎn)課堂方式，由學(xué)生分享預(yù)習(xí)成果，增加了師生和生生交流，發(fā)生了學(xué)生主動學(xué)習(xí)行為，促進(jìn)學(xué)生深度思考。課后，通過學(xué)習(xí)通平臺發(fā)布作業(yè)或小組任務(wù)，鼓勵學(xué)生總結(jié)和討論，教師通過討論和回帖的方式，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的指導(dǎo)。

針對課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分采用了PBL教學(xué)模型，分為教師引領(lǐng)型PBL實(shí)驗(yàn)任務(wù)和學(xué)生自主型PBL實(shí)踐任務(wù)。教師引領(lǐng)型PBL實(shí)驗(yàn)任務(wù)，是以知識單元為單位開展，用以幫助學(xué)生理解理論內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。此部分內(nèi)容，通過案例驅(qū)動實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)任務(wù)分解為多層級的教學(xué)活動，由師生共同完成。學(xué)生自主型PBL實(shí)踐任務(wù)，是一種綜合性的實(shí)踐任務(wù)，通過小組合作的方式，由學(xué)生進(jìn)行自由探究。此部分內(nèi)容，以小組為單位對課程中所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和分享，學(xué)生可以講解對某部分知識點(diǎn)的理解，也可以為解決某個(gè)問題提供解決方案，或者通過某個(gè)算法去求解問題的答案。此部分內(nèi)容，鍛煉了學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，表達(dá)能力，團(tuán)隊(duì)合作能力，從而加強(qiáng)學(xué)生思辨能力和工程能力的培養(yǎng)。

2.4 借助課程思政打造有情懷的課堂

課程組圍繞資源建設(shè)課程，憑借特色育人育才教學(xué)目標(biāo)，實(shí)施全方位的大學(xué)計(jì)算機(jī)課程思政建設(shè)路徑。課程以新工科和計(jì)算學(xué)科為背景，充分挖掘課程思政元素，并將思政元素潤物無聲地融入課程線上線下教學(xué)資源中，積累了集知識、能力、素養(yǎng)三位一體的課程教學(xué)大綱、典型教學(xué)案例設(shè)計(jì)、課程教案等系列教學(xué)資源，完成了適應(yīng)新工科建設(shè)需要的課程在線資源建設(shè)，也積累了課程思政素材庫、特色資源微課視頻庫。

思政元素，并將思政元素潤物無聲地融入課程線上線下教學(xué)資源中，積累了集知識、能力、素養(yǎng)三位一體的課程教學(xué)大綱、典型教學(xué)案例設(shè)計(jì)、課程教案等系列教學(xué)資源，完成了適應(yīng)新工科建設(shè)需要的課程在線資源建設(shè)，也積累了課程思政素材庫、特色資源微課視頻庫。