學(xué)情分析有效促進(jìn)高階能力培養(yǎng) \t

摘 要：該文旨在探討在工程教育認(rèn)證體系下，土木工程專業(yè)課程如何通過學(xué)情分析有效促進(jìn)學(xué)生高階能力的培養(yǎng)。以混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程為例，基于學(xué)情分析交互作用，提出以高階能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的課程目標(biāo)設(shè)定、教學(xué)過程設(shè)計(jì)，教學(xué)決策持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)模式，展示通過信息技術(shù)獲得學(xué)情數(shù)據(jù)對(duì)課程教學(xué)全過程融入高階能力培養(yǎng)的深刻影響，從而有效促進(jìn)學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、批判性思維、問題解決、團(tuán)隊(duì)合作及創(chuàng)新能力等高階能力方面的培養(yǎng)與實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：學(xué)情分析；高階能力；工程教育認(rèn)證；教學(xué)全過程；有效促進(jìn)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2024）35-0098-04

Abstract： This paper aims to explore how civil engineering courses can effectively promote the cultivation of high-level abilities of students through course design based on student learning analysis in the framework of engineering education accreditation. Taking the course of Principles of Concrete Structure Design as an example， this paper proposes a teaching model of setting course goals and designing teaching processes based on the interactive effects of student learning analysis. We continuously improve teaching decisions， and showcases the profound impact of obtaining student learning data through information technology on integrating high-level ability cultivation into the entire course teaching process， thereby effectively promoting the cultivation and realization of students' autonomous learning， critical thinking， problem-solving， teamwork， and innovation abilities.

Keywords： student learning analysis; high-level ability; engineering education accreditation; teaching process; effective promotion

隨著我國社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)水平的提升，綠色低碳、數(shù)字化與智能化的建筑方式已成為土木工程發(fā)展的必然趨勢(shì)。在這個(gè)過程中，涉及復(fù)雜計(jì)算、設(shè)計(jì)和實(shí)施的土木工程領(lǐng)域，亟需具備“從事復(fù)雜工程活動(dòng)、解決實(shí)際工程問題能力”[1]的工程師，能夠在多變的工程環(huán)境中做出合理判斷、有效溝通，并推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新。

在人才培養(yǎng)方面，構(gòu)建“基礎(chǔ)與進(jìn)階課程體系、設(shè)置跨學(xué)科融合課程以及建立遞進(jìn)式實(shí)踐教學(xué)體系”[2]已成為必要的教學(xué)模式。教育目標(biāo)也從傳統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)的理解、掌握和運(yùn)用，轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)學(xué)生在深入運(yùn)用工程原理的基礎(chǔ)上，能夠綜合考慮多種沖突因素，運(yùn)用多種技術(shù)手段創(chuàng)造性地解決復(fù)雜工程問題。此外，學(xué)生是否具備自主終身學(xué)習(xí)能力、數(shù)字素養(yǎng)、跨學(xué)科融合能力、批判性思維、全球視野、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作與領(lǐng)導(dǎo)力等高階能力，已成為評(píng)估工程教育質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)[3]，進(jìn)而推動(dòng)土木工程高等教育的改革。

一 學(xué)情分析的必要性

學(xué)情分析是教師為做出有效決策而對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)狀況進(jìn)行的診斷、評(píng)估與分析[4]，其目的是為教師的決策提供必要的信息和依據(jù)。教師通過觀察、測試、問卷等多種方式，收集學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的各類信息，以便掌握他們的知識(shí)水平、學(xué)習(xí)習(xí)慣和興趣偏好，為教學(xué)活動(dòng)奠定基礎(chǔ)。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和差異化教學(xué)理論等相關(guān)理論[5]為學(xué)情分析提供了重要的理論支持，幫助教師深入了解學(xué)生的個(gè)體差異，從而設(shè)計(jì)出更有效的教學(xué)方案。

在工程教育中，學(xué)情分析的實(shí)施不僅能幫助教師制定適應(yīng)性教學(xué)策略，還能顯著提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和能力培養(yǎng)。通過對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的細(xì)致研究，教師能夠更精確地調(diào)整課程內(nèi)容和教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的教育目標(biāo)。

在土木工程專業(yè)教育認(rèn)證中，基于成果的OBE教育模式為人才培養(yǎng)和教育質(zhì)量的評(píng)估提供了新的標(biāo)準(zhǔn)。該模式秉持“產(chǎn)出導(dǎo)向、學(xué)生中心、持續(xù)改進(jìn)”的原則[6]，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為核心，建立適應(yīng)學(xué)習(xí)者在知識(shí)、能力和素養(yǎng)方面發(fā)展的課程體系和教學(xué)策略，并能不斷進(jìn)行修正和完善，形成一個(gè)有利于提升學(xué)習(xí)者能力的教育閉環(huán)。在認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中，人才培養(yǎng)目標(biāo)的完成情況，需要通過畢業(yè)要求指標(biāo)達(dá)成度來進(jìn)行量化和評(píng)價(jià)，而畢業(yè)要求指標(biāo)的達(dá)成則需要落實(shí)到相關(guān)支撐課程中去，通過課程教學(xué)目標(biāo)來具體落實(shí)[7]人才培養(yǎng)目標(biāo)。因此，教師在開設(shè)課程時(shí)，需要明確開設(shè)此課程的目的是什么？能幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)哪些具體能力？通過哪些方式能有效支持能力的獲?。窟@些問題都要求教師必須進(jìn)行全面而深入的學(xué)情分析。

二 學(xué)情分析對(duì)高階能力培養(yǎng)的重要性

高階能力通常是指人的創(chuàng)新決策、批判性思維、信息素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、自主學(xué)習(xí)和可持續(xù)發(fā)展等方面的能力。在土木工程建造領(lǐng)域中，高階能力常體現(xiàn)包括項(xiàng)目管理、創(chuàng)新設(shè)計(jì)及解決實(shí)際工程問題的能力，這些都要求工程師在面對(duì)復(fù)雜問題時(shí)，能夠進(jìn)行綜合性思考和有效決策。在專業(yè)能力培養(yǎng)的教育階段，就應(yīng)該以“成果導(dǎo)向”為目標(biāo)，進(jìn)行相關(guān)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)實(shí)踐設(shè)計(jì)。

因此，教師必須通過學(xué)情分析，識(shí)別學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)困難，從而設(shè)計(jì)更具吸引力和挑戰(zhàn)性的教學(xué)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的探索精神，如任務(wù)式、情景式教學(xué)活動(dòng)等。且根據(jù)學(xué)情分析的結(jié)果，設(shè)計(jì)需要學(xué)生深入思考的高階思維任務(wù)，如案例辯論和科學(xué)研究等。同步分析活動(dòng)效果，及時(shí)反饋并指導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)思維方式和引導(dǎo)解決問題，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)展自身興趣，提高自主學(xué)習(xí)，自我驅(qū)動(dòng)和終身學(xué)習(xí)能力。進(jìn)而完成學(xué)情分析與高階能力培養(yǎng)在整個(gè)教學(xué)過程中的相互作用。

三 學(xué)情分析和高階能力培養(yǎng)交互實(shí)施過程

下面結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)所做的學(xué)情分析，闡述在課程目標(biāo)制定、教學(xué)過程設(shè)計(jì)及教學(xué)決策調(diào)整中，如何培養(yǎng)和實(shí)現(xiàn)學(xué)生的高階能力提升。

（一） 分析能力差距，制定課程目標(biāo)

確定人才培養(yǎng)目標(biāo)首先應(yīng)以用人企業(yè)需求為基礎(chǔ)，根據(jù)大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和核心素養(yǎng)的發(fā)展要求，形成清晰準(zhǔn)確的定位。根據(jù)每門課程在教學(xué)體系中的作用和地位，設(shè)定課程目標(biāo)，在這個(gè)過程中我們發(fā)現(xiàn)，課程目標(biāo)成為了落實(shí)能力培養(yǎng)的最直接環(huán)節(jié)。而學(xué)情分析為課程目標(biāo)的定位提供邏輯起點(diǎn)。對(duì)學(xué)生初始能力的精準(zhǔn)測查，可以準(zhǔn)確地確定教學(xué)起點(diǎn)和教學(xué)生長點(diǎn)，從而有效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)[8]。常用做法是分別對(duì)企業(yè)和學(xué)生進(jìn)行訪談或問卷調(diào)查。表1為34家用人企業(yè)對(duì)廣西科技大學(xué)2019屆畢業(yè)生調(diào)查滿意度評(píng)價(jià)表[1]。

從表中看出，畢業(yè)學(xué)生經(jīng)過5年左右的工作時(shí)間，在逐漸成為“行業(yè)骨干”的過程中，在已有的人才培養(yǎng)體系下，各方面基本能滿足用人單位需求。但是，在“一般”欄里的人數(shù)也表明仍有部分單位對(duì)部分學(xué)生某項(xiàng)能力認(rèn)可度不高。根據(jù)調(diào)查可知，用人單位對(duì)畢業(yè)生“專業(yè)知識(shí)”認(rèn)可度最高。另外，企業(yè)更傾向于招聘那些個(gè)人品德修養(yǎng)好、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)高、溝通能力強(qiáng)的有過相關(guān)崗位實(shí)習(xí)經(jīng)歷的學(xué)生。

表1 2019屆土木工程專業(yè)畢業(yè)生用人單位滿意度調(diào)查表 家

從學(xué)生的調(diào)查問卷中發(fā)現(xiàn)，在學(xué)生自評(píng)中，對(duì)前序課程知識(shí)、數(shù)字信息技能、學(xué)習(xí)態(tài)度方面表現(xiàn)良好，在對(duì)行業(yè)發(fā)展需求、協(xié)同工作能力需求認(rèn)知度較差，對(duì)學(xué)習(xí)習(xí)慣、情感價(jià)值觀等因素持無所謂的態(tài)度。

從不同側(cè)面的學(xué)情調(diào)查可見，學(xué)生自我評(píng)價(jià)較高的“數(shù)字信息技術(shù)能力”在用人單位看來學(xué)生是華而不實(shí)；企業(yè)對(duì)于“協(xié)作精神”的要求遠(yuǎn)超過學(xué)生的認(rèn)知；學(xué)生面對(duì)具體工程問題創(chuàng)新性解決問題的能力不足；反倒是教師和學(xué)生評(píng)價(jià)較低的“專業(yè)知識(shí)”，在用人單位獲得了較高的評(píng)價(jià)。由此看出，學(xué)生和企業(yè)的認(rèn)知差異很大，學(xué)生認(rèn)知仍停留在知識(shí)的掌握程度上，而用人單位的關(guān)注點(diǎn)則更集中在能力的具備上。

如何協(xié)調(diào)和統(tǒng)一二者之間的矛盾和偏差，建立既能較好滿足企業(yè)需求，又與學(xué)生特征關(guān)聯(lián)的課程培養(yǎng)體系，就需要老師制定課程目標(biāo)時(shí)，從單一的知識(shí)目標(biāo)改變?yōu)橐阅芰ε囵B(yǎng)為核心的課程教學(xué)目標(biāo)。以混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理為例，由于該課程是學(xué)生從數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料等理論性較強(qiáng)的課程，轉(zhuǎn)入到土木工程專業(yè)領(lǐng)域設(shè)計(jì)、實(shí)施和管理方面學(xué)習(xí)的“橋梁”，因此，通過課程學(xué)習(xí)所起的作用，不再是理解、掌握、運(yùn)用哪些知識(shí)，而應(yīng)是通過課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生具備混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理論知識(shí)，能正確進(jìn)行基本構(gòu)件的設(shè)計(jì)，初步具備建造工程所需的綜合素質(zhì)、科學(xué)研究、解決實(shí)際問題及創(chuàng)新應(yīng)用等能力。課程共設(shè)置了5個(gè)目標(biāo)，見表2，從教學(xué)目標(biāo)定位上就把能力培養(yǎng)放在了核心的位置。

（二） 構(gòu)建新型教學(xué)模式，保障能力培養(yǎng)達(dá)成

學(xué)情分析還是教學(xué)實(shí)施過程中，保證高階能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它決定著教學(xué)過程的優(yōu)化，又制約著教學(xué)效果的達(dá)成。在強(qiáng)調(diào)以“學(xué)生為主體”課堂教學(xué)中，學(xué)情分析更成為關(guān)鍵性的教學(xué)要素貫穿于教學(xué)過程，引導(dǎo)和推動(dòng)著整個(gè)教學(xué)活動(dòng)。教師可通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及人工智能技術(shù)等方法采集學(xué)生學(xué)情數(shù)據(jù)[9]，并對(duì)學(xué)情數(shù)據(jù)整合與分析，作出適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)需要和個(gè)性特點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

在教學(xué)設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)教學(xué)一般是基于教材的邏輯，而建立在學(xué)情分析基礎(chǔ)上的教學(xué)設(shè)計(jì)是基于生活邏輯[10]。教師應(yīng)更關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、情感態(tài)度、性格特征等方面學(xué)情，并根據(jù)學(xué)生學(xué)情的變化，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方式和教學(xué)進(jìn)程，把學(xué)生在課堂的主體地位落到實(shí)處，真正做到因材施教、因情施教。這種基于課堂動(dòng)態(tài)的學(xué)情分析能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，促進(jìn)學(xué)生各種能力的構(gòu)建和培養(yǎng)。同時(shí)，教育信息化推進(jìn)了學(xué)情分析技術(shù)的發(fā)展，各種學(xué)情分析工具各具特色[11]。充分利用各種信息化的教學(xué)技術(shù)，能設(shè)計(jì)出生動(dòng)有趣的課堂教學(xué)情景。

例如，在混凝土材料性能分析的課堂教學(xué)中，利用智慧教室、雨課堂、騰訊會(huì)議和虛擬仿真等數(shù)字信息化教學(xué)手段，進(jìn)行課堂教學(xué)活動(dòng)組織。

在課前，教師在雨課堂平臺(tái)發(fā)布導(dǎo)學(xué)學(xué)案，學(xué)生完成知識(shí)目標(biāo)的鞏固和工程案例視頻的觀看和討論，教師通過平臺(tái)跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)情況，收集學(xué)習(xí)問題，并根據(jù)在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，及時(shí)調(diào)整課程授課內(nèi)容和方式，實(shí)現(xiàn)課前“導(dǎo)學(xué)”作用。

在課中，教師通過使用雨課堂完成互動(dòng)式、智慧型課堂教學(xué)。設(shè)計(jì)一系列培養(yǎng)高階能力需要的多個(gè)教學(xué)活動(dòng)環(huán)節(jié)，如課前反饋、案例導(dǎo)入、思政討論、隨堂小測和前沿拓展等。為帶入生產(chǎn)應(yīng)用場景，拓展教學(xué)時(shí)空，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和參與度，還設(shè)置了“教學(xué)課堂”與“土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室”的實(shí)時(shí)視頻連線，以正在進(jìn)行的“由中建八局委托的再生混凝土試塊強(qiáng)度測定”的生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)介紹為例，動(dòng)態(tài)展現(xiàn)了“實(shí)驗(yàn)過程中的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系”，同時(shí)展示了“RMT混凝土力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)”的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其使用方法。學(xué)生通過與實(shí)驗(yàn)人員的自主交流，獲得實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)的參與感，構(gòu)建出實(shí)驗(yàn)的方法和影響要素。通過“騰訊會(huì)議”的信息技術(shù)功能，達(dá)成了“產(chǎn)-學(xué)-研”的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)課中“促學(xué)”作用。

在課后，教師在雨課堂端發(fā)布課后作業(yè)，積極引導(dǎo)學(xué)生完成工程素養(yǎng)拓展和創(chuàng)新項(xiàng)目研究，教師利用“雨課堂”數(shù)據(jù)采集功能及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生能力的增長點(diǎn)和缺失點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)后“評(píng)學(xué)”作用。

（三） 調(diào)整教學(xué)決策，完善能力提升途徑

經(jīng)過多方面、多輪次的學(xué)情數(shù)據(jù)采集和分析，以土木工程所需的高階能力培養(yǎng)為目標(biāo)，在教學(xué)決策中，做出了以下改變。

課程采用線上線下的混合式教學(xué)模式。學(xué)生通過“智慧樹”平臺(tái)的慕課資源完成線上知識(shí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容、時(shí)長、測試情況和發(fā)表觀點(diǎn)及看法等這些學(xué)情數(shù)據(jù)，決定線下課程講解內(nèi)容、授課方式。不需要嚴(yán)格按教學(xué)內(nèi)容順序進(jìn)行教學(xué)，而以如何達(dá)到知識(shí)點(diǎn)負(fù)載的能力目標(biāo)來組織教學(xué)中增加多要素融合的“復(fù)雜性工程問題”設(shè)置[12]，以達(dá)到學(xué)生分析能力、運(yùn)用能力、判斷能力和構(gòu)件設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練和培育。例如，在完成受彎構(gòu)件正截面和斜截面承載能力設(shè)計(jì)內(nèi)容學(xué)習(xí)后，增加綜合計(jì)算分析應(yīng)用題型作業(yè)，如圖1所示。

本題型旨在引導(dǎo)學(xué)生，學(xué)會(huì)把力學(xué)知識(shí)運(yùn)用到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，即建立知識(shí)的遷移能力；能看懂構(gòu)件配筋圖并分析其正確性，建立混凝土構(gòu)件的識(shí)圖能力和表達(dá)能力；會(huì)進(jìn)行混凝土受彎構(gòu)件的抗彎抗剪計(jì)算能力，并能復(fù)核承載力，即具有計(jì)算能力和逆向思維能力；通過計(jì)算判斷破壞形式，分析破壞特征，即培養(yǎng)工程分析能力和思辨能力；引入工程背景，建立工程責(zé)任意識(shí)?？傊?，通過增加“復(fù)雜工程問題”要素，讓學(xué)生得到高階能力的訓(xùn)練。

課程實(shí)驗(yàn)擴(kuò)容，增加高階能力訓(xùn)練。以混凝土受彎梁正截面承載力實(shí)驗(yàn)為例，在實(shí)驗(yàn)任務(wù)中突顯能力培養(yǎng)，避免了學(xué)生盲目實(shí)驗(yàn)。具體要求詳見表3。

圖1 受彎構(gòu)件綜合計(jì)算分析應(yīng)用題

由表3范例可知，要在教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)高階能力的培養(yǎng)，光靠傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)方法是難以實(shí)現(xiàn)的，必須在教學(xué)策略中改變或補(bǔ)充相關(guān)教學(xué)元素，才能達(dá)到高階能力培養(yǎng)的目標(biāo)。

四 學(xué)情分析為高階能力達(dá)成提供持續(xù)動(dòng)力

來源于不同階段、不同側(cè)面的學(xué)情分析數(shù)據(jù)，在能力培養(yǎng)體系中形成對(duì)同一課程目標(biāo)達(dá)成形成多維度的判斷證據(jù)，各種數(shù)據(jù)相互支撐印證，使高階能力達(dá)成可以采用數(shù)值來進(jìn)行度量。對(duì)重要但達(dá)成度不高的能力，需進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)，需采用新的教學(xué)策略和方法。同時(shí)，每一次的學(xué)情分析都不是孤立的，它是上一次學(xué)情分析的延續(xù)，是下一次學(xué)情分析的基礎(chǔ)，形成連續(xù)、動(dòng)態(tài)、往復(fù)循環(huán)的過程，其變化勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致學(xué)法、教法、評(píng)法等方面改變，從而形成持續(xù)的反饋和改進(jìn)機(jī)制，使之越來越適應(yīng)于教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，形成良性循環(huán)，持續(xù)為高階能力達(dá)成提供持續(xù)動(dòng)力。

五 結(jié)束語

學(xué)情分析是建立“學(xué)生中心”課程教學(xué)的前提，是優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)高階能力培養(yǎng)必不可少的依據(jù)。在課程目標(biāo)制定中，學(xué)情分析能幫助查找現(xiàn)狀與目標(biāo)的差距；在教學(xué)過程中，學(xué)情分析能針對(duì)實(shí)現(xiàn)高階能力設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)活動(dòng)；在教學(xué)決策中，連續(xù)動(dòng)態(tài)的學(xué)情分析能使高階能力的達(dá)成有據(jù)可依，并進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)。

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