基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的新型教學(xué)模式研究*

張勤 柴匯 王焱（濟南大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院；山東大學(xué)機械工程學(xué)院）

2015年，李克強總理在政府工作報告中首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”的行動計劃，隨后國務(wù)院進一步出臺了《國務(wù)院關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》[1]，在這樣的教育信息化大背景下，微課、翻轉(zhuǎn)課堂和SPOC等新型的教學(xué)模式為傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式注入了新鮮的活力，目前有大量教研人員在嘗試將課內(nèi)與課外、線上與線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，通過微課或SPOC學(xué)習(xí)實現(xiàn)課堂的翻轉(zhuǎn)，從而提高學(xué)生在課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)消化知識方面的效率。

在世界各國積極推廣專業(yè)認(rèn)證制度的大趨勢下，我國的高等教育界和工程界于2006年對工程教育專業(yè)認(rèn)證制度達(dá)成廣泛共識，并于2013年加入《華盛頓協(xié)議》[2]。當(dāng)前全國大量工科院校都在積極推進工程教育專業(yè)認(rèn)證的工作，我們發(fā)現(xiàn)微課、翻轉(zhuǎn)課堂、SPOC與專業(yè)認(rèn)證的核心理念都是“以學(xué)生為中心”，借助這些新教學(xué)模式和現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)交流工具，不僅有利于開拓學(xué)生的學(xué)習(xí)空間，還能夠建立起科學(xué)、合理的課程考核評估機制。這將對于工程教育專業(yè)認(rèn)證中特別強調(diào)培養(yǎng)的學(xué)生的12個能力（包括工程知識、問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個人和團隊、溝通、項目管理、終身學(xué)習(xí)）起到重要的促進作用。

微機原理及應(yīng)用是一門面向自動化類和電氣信息類學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，是把編程技術(shù)應(yīng)用于實踐的重要載體之一，是一門實踐性非常強的計算機應(yīng)用課程，具有重要的理論意義和實踐價值。結(jié)合新型的教學(xué)模式對該課程進行改革，更新培養(yǎng)理念，豐富教學(xué)手段，以教學(xué)效率和學(xué)生綜合素質(zhì)能力的全面提升為目標(biāo)，將為工程教育專業(yè)認(rèn)證的實施奠定基礎(chǔ)。

本文借助中國知網(wǎng)（CNKI）學(xué)術(shù)文獻(xiàn)總庫，針對微課、翻轉(zhuǎn)課堂和SPOC為主題的論文進行檢索與分析，以總結(jié)國內(nèi)在該領(lǐng)域研究的特點與發(fā)展趨勢。針對當(dāng)前工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，以微機原理及應(yīng)用課程為例，積極研究基于微課或SPOC的教學(xué)模式新思路，結(jié)合啟發(fā)式的翻轉(zhuǎn)課堂方法，形成以學(xué)生為主體、基于自主學(xué)習(xí)理念的創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式。

一　研究現(xiàn)狀

依據(jù)布拉德福的文獻(xiàn)離散規(guī)律，大部分關(guān)鍵文獻(xiàn)通常集中在少數(shù)的核心期刊中[3]。因此，為了客觀地反映各教學(xué)方法的研究動態(tài)，本文以CNKI中文數(shù)據(jù)庫中選擇核心期刊和CSSCI刊源論文作為數(shù)據(jù)來源，檢索時間截止到2017年7月。

（一）微課

微課，又名微課程，是以簡短的教學(xué)視頻和輔助教學(xué)資源為主要載體，針對某一知識點或教學(xué)環(huán)節(jié)而開展的教學(xué)活動。其形式是自主學(xué)習(xí)，需經(jīng)過老師精心的信息化教學(xué)設(shè)計，并充分體現(xiàn)以學(xué)生為本的教學(xué)思想。

截止2017年7月，在CNKI數(shù)據(jù)庫中以“微課”為關(guān)鍵詞共檢索到517篇文獻(xiàn)，按照年份統(tǒng)計其數(shù)量變化趨勢如圖1所示。

圖1　CNKI中與微課相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量變化

可以看出，2011～2013年間國內(nèi)只有少量學(xué)者關(guān)注這一新興的教學(xué)模式，相較于“慕課”的研究起步稍晚。從2014年開始，論文的發(fā)表數(shù)明顯增加，2015～2016年間學(xué)者們對微課研究的關(guān)注度達(dá)到頂峰。

（二）翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂自2012年引入國內(nèi)后，一兩年內(nèi)便迅速成為研究熱點。它將慕課的網(wǎng)絡(luò)便利性與傳統(tǒng)課堂師生互動的雙重優(yōu)勢融合起來，學(xué)生課下預(yù)先學(xué)習(xí)課程視頻，再帶著疑問在課堂上與老師進行面對面交流，將課堂由教師主講的一言堂變成師生互動、師生交流、信息相互交換、觀點相互討論，最終達(dá)到知識有效接受的教與學(xué)課堂。這種課堂還包括知識點的應(yīng)用、答疑解惑等，從而實現(xiàn)傳統(tǒng)課堂的“翻轉(zhuǎn)”，充分提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和目標(biāo)性，同時也提高學(xué)生積極思維和質(zhì)疑能力，更加有效地增強教師、學(xué)生間教與學(xué)的相互配合。

圖2　CNKI中與翻轉(zhuǎn)課堂相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量變化

截止2017年7月，在CNKI數(shù)據(jù)庫中以“翻轉(zhuǎn)課堂”為關(guān)鍵詞共檢索到1084篇文獻(xiàn)，按照年份統(tǒng)計其數(shù)量變化趨勢如圖2所示。可以看出，這一教學(xué)模式的引入更晚一些，但從2012年起快速引起國內(nèi)學(xué)者們的關(guān)注。從2015年開始，論文的發(fā)表數(shù)明顯增加，2015～2016年間學(xué)者們對翻轉(zhuǎn)課堂研究的關(guān)注度達(dá)到頂峰，2017年的論文數(shù)有所下降。

（三）SPOC

SPOC是英文Small Private Online Course的縮寫，又稱“私播課”，即“小規(guī)模限制性在線課程”。它是針對慕課的不足而提出的在線學(xué)習(xí)新形式，因其鮮明的區(qū)域性、彈性化和多元化授課的特色，SPOC平臺被稱為“下一代的教科書”[4]。SPOC最早由加州大學(xué)伯克分校的阿曼德·福克斯教授提出并使用。其中，Small和Private是相對于MOOC中的massive和open而言。SPOC通常只允許本校的學(xué)生參與，采用的是在線學(xué)習(xí)與線下課堂學(xué)習(xí)相結(jié)合的混合教學(xué)模式，在大學(xué)校園的課堂上利用MOOC的學(xué)習(xí)資源來實施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。

截止2017年7月，在CNKI數(shù)據(jù)庫中以“SPOC”“私播課”為關(guān)鍵詞共檢索到127篇文獻(xiàn)，按照年份統(tǒng)計其數(shù)量變化趨勢如圖3所示。可以看出，這一教學(xué)模式出現(xiàn)的最晚，從2014年開始出現(xiàn)，而且大部分文章均與慕課概念密切相關(guān)，論文的發(fā)表數(shù)呈逐年遞增的趨勢。

圖3　CNKI中與SPOC相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量變化

二　新型教學(xué)模式間的內(nèi)在聯(lián)系

通過大量相關(guān)論文的檢索發(fā)現(xiàn)，上述三個概念中，“翻轉(zhuǎn)課堂”的關(guān)注度相對較高，“微課”次之，而SPOC由于出現(xiàn)最晚故關(guān)注度較低。追溯其源頭發(fā)現(xiàn)，這三種教學(xué)模式均屬于慕課的具體應(yīng)用模式，都是針對慕課教學(xué)推廣過程中暴露出的不足而做出的改進與完善。

微課是針對單個知識點或教學(xué)環(huán)節(jié)而開展的教學(xué)活動，時長一般不超過10分鐘，因此下載方便，可以為慕課和翻轉(zhuǎn)課堂提供豐富的教學(xué)資源。

翻轉(zhuǎn)課堂顛覆了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)理念，將教學(xué)過程調(diào)整為先學(xué)后教，使得學(xué)習(xí)的主動權(quán)回到學(xué)生手中，教師則起到輔助和引導(dǎo)的作用。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，智能手機的應(yīng)用日益普遍，使得學(xué)習(xí)不再受時間和地點的限制，因此這種在線的學(xué)習(xí)方式將成為流行趨勢。“翻轉(zhuǎn)課堂”具有以下幾個明顯特征[5]：教學(xué)輔助視頻短小精煉；視頻內(nèi)含信息明確清晰；重新構(gòu)建學(xué)習(xí)過程：課前進行信息傳遞，課內(nèi)完成吸收內(nèi)化；復(fù)習(xí)檢查便捷。

相比之下，SPOC概念是最晚出現(xiàn)的，它是一種針對慕課的不足之處而提出的精細(xì)化教學(xué)模式，以滿足學(xué)生的個性化需求，有針對性地對學(xué)生進行教學(xué)和管理。由于慕課對于學(xué)生的先修條件和人員規(guī)模不加約束，導(dǎo)致在課程學(xué)習(xí)中學(xué)生的基礎(chǔ)參差不齊。完全在線的自主學(xué)習(xí)方式對學(xué)生本身的自律性要求很高，最終導(dǎo)致完課率很低，而SPOC對知識基礎(chǔ)、學(xué)員規(guī)模和教師的監(jiān)督和指導(dǎo)均給出了明確的限制。雖然慕課和SPOC在學(xué)習(xí)資源、技術(shù)平臺和課程架構(gòu)方面差異不大，但在具體的教學(xué)管理、運行和設(shè)計方面存在較大不同[6]。

對比上述三種慕課的應(yīng)用模式可以發(fā)現(xiàn)，三者各有特色與側(cè)重點，微課重在精致簡捷，翻轉(zhuǎn)課堂倡導(dǎo)以學(xué)生為主導(dǎo)，而SPOC強調(diào)因材施教，它們都是信息、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，彼此之間既有共通之處，也有各自的特點，但并未包涵慕課的全部應(yīng)用模式，值得我們進一步研究與創(chuàng)新。

三　面向?qū)I(yè)認(rèn)證的新型教學(xué)模式改革

工程教育專業(yè)認(rèn)證是針對工程技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)的高等教育機構(gòu)實施的專門性認(rèn)證，旨在為工程技術(shù)人員參與從業(yè)提供預(yù)備的教育質(zhì)量保證。《工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》對于畢業(yè)生的12種能力給出了明確要求，需建立教學(xué)過程質(zhì)量的全面監(jiān)控與畢業(yè)生的跟蹤反饋與評價機制。

專業(yè)認(rèn)證的核心理念包括：以學(xué)生為中心的教育理念、以成果為導(dǎo)向的教育取向和持續(xù)改進的質(zhì)量文化。首先，“以學(xué)生為中心”明確指出：教育目標(biāo)應(yīng)圍繞對學(xué)生的培養(yǎng)，教學(xué)設(shè)計應(yīng)針對學(xué)生能力的培養(yǎng)，老師與各類教育資源應(yīng)滿足學(xué)生學(xué)習(xí)效果的達(dá)成，評價的關(guān)鍵是對學(xué)習(xí)效果的評價，而不再像以往教師主導(dǎo)授課、學(xué)生只要突擊應(yīng)付通過期末考試就算合格，使得浮在空中的教育真正落到實處；其次，“以成果為導(dǎo)向”的教育取向則全面闡述了學(xué)校定位、培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程體系、教學(xué)活動、師資及教學(xué)資源之間的關(guān)系，形成由上向下設(shè)計和由下向上支撐的過程；最后，持續(xù)改進的質(zhì)量文化要求建立關(guān)于培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求和教學(xué)環(huán)節(jié)的常態(tài)化評價機制，并對其不斷改進，持續(xù)改進的效果則最終通過學(xué)生的表現(xiàn)來體現(xiàn)。

微機原理與應(yīng)用作為一門連接計算機理論和具體工程實踐的專業(yè)基礎(chǔ)課，是開展混合式教學(xué)改革以滿足“專業(yè)認(rèn)證”需求的理想切入點。該課程主要以Intel 8086 CPU為主線，講授微型計算機的基本組成、工作原理、匯編語言和接口技術(shù)等內(nèi)容。現(xiàn)有的傳統(tǒng)教學(xué)模式主要存在以下問題：課程內(nèi)容涉及面廣且知識點多，學(xué)生普遍反映較難學(xué)習(xí)；實踐學(xué)時較少，難以鍛煉學(xué)生的實際編程與調(diào)試能力；考核方法不合理，影響學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，大多數(shù)學(xué)生很難將所學(xué)內(nèi)容與后續(xù)課程和專業(yè)研究銜接起來。因此，本文以工程教育專業(yè)認(rèn)證為指引，對該課程進行教學(xué)模式改革，圍繞學(xué)生發(fā)現(xiàn)與解決工程問題能力的培養(yǎng)，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)流程和評價方式三個方面來闡述教學(xué)改革的新思路。

（一）教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)針對不同的教學(xué)對象和相應(yīng)的培養(yǎng)方案，設(shè)定適于不同專業(yè)的教學(xué)目標(biāo)。目前本課程主要面向自動化與電氣工程學(xué)院和機械工程學(xué)院的三個不同專業(yè)開設(shè)，學(xué)生的基礎(chǔ)知識結(jié)構(gòu)、思維方式和發(fā)展方向存在明顯差異，必須首先制定出分層式的教學(xué)目標(biāo)，主要包括：課程總體目標(biāo)、教學(xué)單元目標(biāo)和學(xué)生分組目標(biāo)，并授以不同的教學(xué)內(nèi)容，真正做到因材施教。

（二）具體教學(xué)流程

針對微機原理課程的教學(xué)目標(biāo)，開展基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)探索，具體分為教學(xué)資源開發(fā)、在線預(yù)習(xí)、課堂內(nèi)化和課后復(fù)習(xí)總結(jié)四大環(huán)節(jié)。

1　微課教學(xué)資源開發(fā)

教師在課前利用一些草根式的微課技術(shù)快速制作微視頻，將每兩個課時內(nèi)容拆分出至多4個關(guān)鍵知識點，每段微視頻的時長控制在10分鐘以內(nèi)，并配合相應(yīng)的動畫實例或練習(xí)題。再放到平臺上供學(xué)生使用，并及時查看學(xué)生的反饋意見，針對不足之處盡快修正，來確保微課資源的質(zhì)量。

2　課前在線預(yù)習(xí)

每次課前要求學(xué)生提前對先修知識點進行在線微課學(xué)習(xí)，并結(jié)合自身的理解完成習(xí)題測試。之后學(xué)生對自己預(yù)習(xí)學(xué)到的知識和存在問題進行總結(jié)，通過課程平臺反饋給老師。老師結(jié)合以往的授課經(jīng)驗對問題進行拓展并確定下來，進而學(xué)生針對上述問題進行思考。由于學(xué)生的知識基礎(chǔ)和個性習(xí)慣不盡相同，為了實現(xiàn)優(yōu)勢互補，將學(xué)生劃分為多個小組，每組6人，并設(shè)定組長來負(fù)責(zé)整個學(xué)習(xí)過程。各小組成員針對問題進行討論和整理，為后續(xù)的翻轉(zhuǎn)課堂做好準(zhǔn)備。

3　基于主動啟發(fā)式的翻轉(zhuǎn)課堂

每次課上挑選部分小組代表上臺進行匯報講解，將自己課前學(xué)習(xí)的成果與大家分享，結(jié)束后由剩余的小組代表就不解之處主動提出疑問。在該過程中，老師需要宏觀掌控提問的方向和難度，并選擇合適的時機對重難點問題進行啟發(fā)式的拓展講解。最后，由老師對本次課進行系統(tǒng)梳理，并講解預(yù)習(xí)時留的練習(xí)題，讓學(xué)生達(dá)到對關(guān)鍵知識點的消化吸收。備案，實時給予學(xué)生合理的獎和罰，來逐步提高學(xué)生的自信心、榮譽感和集體感。

4　課后復(fù)習(xí)總結(jié)

課后老師需結(jié)合課上交流學(xué)習(xí)的結(jié)果對之前的微課資源進行修正和完善，針對學(xué)生掌握不準(zhǔn)確的難點和重點再增加相應(yīng)的課后練習(xí)，來達(dá)到鞏固知識點的目的。

同課程組的老師需定期召開研討總結(jié)會，就各自教學(xué)班在授課過程中獲得的良好成果與經(jīng)驗進行分享，并就存在的不足之處找到改進方法，不斷完善后期的教學(xué)過程。

（三）教學(xué)評價方法

在工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)下，以成果為導(dǎo)向的教育理念強調(diào)學(xué)生的學(xué)業(yè)進步和個人成就，因此，以往單一的評價方式已不再適用，取而代之的是多元化的評價方式。一方面，改變以往只對學(xué)生進行打分的形式，形成教師評價、學(xué)生間相互評價和學(xué)生自我評價的開放模式，使得師生間、學(xué)習(xí)者之間建立起良性的反饋與互助機制；另一方面，最終的考試成績不再是一張試卷定結(jié)果，而是把平時的課程練習(xí)、課上匯報與問答、上機實驗和期末考試結(jié)合起來，降低期末考試在總成績中所占的比例，重視學(xué)生在其它三個環(huán)節(jié)的表現(xiàn)。微機原理及應(yīng)用這門課共有64學(xué)時，其中實驗只有10學(xué)時，明顯不足以鍛煉學(xué)生的實際編程與調(diào)試能力，導(dǎo)致學(xué)生只會死板地背記一些程序段，不具備處理實際問題的能力。因此，我們針對本課程12章的內(nèi)容重新設(shè)置實驗題目，將實驗學(xué)時提高到18個，并在最終的實驗考核單元從實際工程角度出發(fā)擬定一批考試題，要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)現(xiàn)場編寫并調(diào)試程序，老師通過隨機提問和測試代碼來了解學(xué)生對知識點的實際掌握程度。

總之，目前工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對我國高等學(xué)校的工科專業(yè)教育質(zhì)量提出了新要求，針對傳統(tǒng)大學(xué)課堂教學(xué)方式無法滿足新型人才培養(yǎng)需求的情況，以自動化學(xué)院的微機原理及應(yīng)用課程作為試點開展教學(xué)模式改革，基于微課學(xué)習(xí)來實現(xiàn)主動啟發(fā)式課堂的翻轉(zhuǎn)，并在教學(xué)評價中引入多元化的評價機制，提高教學(xué)效率和學(xué)生的綜合素質(zhì)，充分體現(xiàn)以成果為導(dǎo)向的核心理念，為促進工程教育專業(yè)認(rèn)證的實施奠定基礎(chǔ)。

[1]中華人民共和國國務(wù)院.關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見[EB/OL].http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-07/04/content_10002.htm.

[2]張民選.關(guān)于高等教育認(rèn)證機制的研究[J].教育研究,2005(2).

[3]Bradford S C.Documentation[M].London:Crosby Lockwood,1948.

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Small_private_online_course.

[5]何克抗.從“翻轉(zhuǎn)課堂”的本質(zhì)看“翻轉(zhuǎn)課堂”在我國未來的發(fā)展[J].電化教育研究,2014(7).

[6]Fox，A.From MOOCs to SPOCs[EB/OL].[2016-06-06].http://cacm.acm.org/magazines/2013/12/169931-from-moocs-to-spocs/fulltext.