基于OBE 教育理念的線上教學研究與互動課堂設計

楊博雄，于營

（1.三亞學院信息與智能工程學院，三亞 572022；2.三亞學院容淳銘院士工作站，三亞 572022）

0 引言

注重能力導向與目標導向教學是OBE（Outcomes-Based Education）教學的核心理念[1]，是工程教育專業(yè)認證遵循三個基本理念之一[2]。2020 年春學期，由于新冠肺炎疫情的影響，學生不能按期返回學校上課。為此，中國教育部組織全國高校開展了一場與線下教學計劃完全一致的基于互聯(lián)網的線上教學活動[3]。此次線上教學覆蓋范圍之廣、持續(xù)時間之長、師生參與規(guī)模之多是史無前例的。

將以前處于輔助教學手段的線上教學一下子轉為主導地位，勢必對傳統(tǒng)的基于課堂的教學手段、教學方法帶來了沖擊，同時也需要對于各種OBE 教育理念的課程設計進行重新設計，滿足基于線上教學的課程要求。

基于此，本文以《人工智能》這門課程為例，以學生學習目標出發(fā)，從教學平臺選取、互動課堂組織、教學目標制定、課前課中課后要求等多個維度進行了深入研究。

1 學生學習目標與能力導向

（1）學習目標

本課程要求學生掌握新一代人工智能技術的基本理論、關鍵技術、實現(xiàn)方法以及開發(fā)平臺等，以數(shù)據(jù)分析與結果預測、圖像識別與理解、視頻分類等各種智能服務應用為導向，充分利用Python 等人工智能開發(fā)語言和深度學習開源框架，搭建人工智能應用系統(tǒng)。

（2）能力培養(yǎng)

本課程重點關注學生們的動手實踐能力和自主創(chuàng)新能力，注重學生科學素養(yǎng)和技術應用能力的培養(yǎng)，運用多種手段建立和提升智能系統(tǒng)開發(fā)能力等方面的培養(yǎng)，促進學生能力、知識、素質協(xié)同發(fā)展[4]。

（3）教學方法

由于本次課程全部采用線上教學方法，因此對傳統(tǒng)的線下教學進行重新設計，特別在實驗環(huán)境，將先前利用AI 平臺進行的方法全部改成基于PC 的真實案例教學。教學過程中充分采用案例教學法、項目驅動法等方法，加強教學的實踐性環(huán)節(jié)，突出新型理論與熱點應用的結合。

2 課程思維導圖

課程思維導圖是讓學生充分了解整個課程的目標、內容以及知識點之間的關聯(lián)的重要途徑，本文對《人工智能》課程思維導圖進行重新的設計，特別在實驗環(huán)節(jié)，遵循經典理論與熱門應用相結合，精心設計了8 個實驗。選取了當前基于機器學習與深度學習的經典理論案例：線性回歸、曲線擬合。同時結合熱點應用設計三個實驗：泰坦尼克乘客死亡概率預測、股票預測、車牌識別。最后通過一個視頻分類做一個綜合實訓。課程思維導圖如圖1 所示。

圖1《人工智能》課程思維導圖

3 線上教學平臺

要穩(wěn)定開展線上教學課堂，必須選擇一個能承載海量用戶音視頻在線互動的共享平臺，并且還具備教學所需要的課程發(fā)布、考勤、測試、提問、屏幕分享等功能，讓全國各地包括海外的學生都能在一個固定的時間段中選擇一個可供幾十到幾百名師生的網絡虛擬課堂。因此，選擇一個能夠支撐大規(guī)模在線同步音視頻交互、具備一定的教學功能要求的平臺系統(tǒng)是開展線上教學的首要條件[5-8]。

此次線上教學與以往任何形式的在線教育存在著很大不同，筆者根據(jù)此次授課形式的突發(fā)性、在線課堂的實時性與同步性、兼顧各種網絡條件下的兼容性、使用工具的一致性以及平臺使用的免費性等各方面綜合考慮，深入研究并測試了在疫情這種特殊情況下可用的各種網絡授課平臺和教學服務系統(tǒng)，挑選幾種有代表性線上教學平臺，分別從音視頻交互支撐、互動效果、教學功能、操作難易程度、教學資源的豐富性等維度進行一個分析和比較，具體如表1 所示。

表1 線上教學平臺比較

從表1 可以看出，當前主流的幾個線上音視頻授課支撐平臺各具優(yōu)點和缺點。為了能夠滿足本次教學要求，保證教學質量，在不相互沖突的情況下，可以采用多種平臺混合復用的方式來開展線上教學。疫情期間，騰訊會議免費提供300 人的線上會議[9]，因此本課程選擇騰訊會議搭建線上課堂，通過QQ 課程群進行教學資源分發(fā)，通過自主開發(fā)的教學微信服務號進行隨堂考，采用Camtasia Studio 錄播軟件進行錄制，將視頻資源發(fā)布到優(yōu)酷平臺供學生碎片化學等。

4 互動課堂設計

為解決在線課堂無法監(jiān)督監(jiān)管、冷冰冰屏幕無溫度的短板，同時充分利用在線課堂在組織實施與翻轉的優(yōu)點[10]。筆者以在“在線互動”為第一原則，對《人工智能》線上授課進行了重新設計，特別注重課前有預習，課中有反饋、課后有評測。

4.1 課前準備

做好充分課前準備是上好一節(jié)課的首先條件，一定要讓學生深深明白本門課程的學習意義、學習需要達到的目標、在課堂體系的地位和先后關系、課程考核手段以及與本堂課所講述知識點的思維導圖以及學習重點等，并提前分發(fā)好教程、課件PPT、學習視頻、參考書目以及發(fā)布學習任務等，所有的學習資源都采用電子版，可以直接通過事先早已建好的QQ 課程群，直接以文件分享的方式分發(fā)給全體學生。

《人工智能》課程有15 個學時的實驗課，原本是需要在智能工程實驗室進行的，由于我們一直重視虛擬仿真實驗教學的研究與應用，及時調整實驗內容，并提前將8 個詳盡的實驗報告分發(fā)給學生，通過遠程桌面手把手指導、群上公布問題求解、演示視頻觀看、能力強同學幫助能力弱同學等各種方法，讓學生能順利完成6 個實驗和1 個實訓的實驗報告。

4.2 課中實施

在正式授課前，最好提前15 分鐘就開通會議，進行麥克風、音箱、攝像頭準備以及網絡測試，學生可以提前進入課堂，把音頻和視頻打開，在沒有正式開課前，大家可以在一起相互聊天，互相問候，講講自己家鄉(xiāng)的疫情情況、分享一些有意思的故事等，一下子就拉近了彼此的距離，大家仿佛就在一間大教室上課一樣。同時，由于老師都能夠看到每個學生的面孔視頻，因此，也可以作為驗證學生考勤真實性的依據(jù)。當然，一旦進入正式授課后，為了提高教學效率，最好是禁止全體學生的音頻和視頻，此時老師進入主講環(huán)節(jié)，整個“教室”要相對安靜，圖5 所示。這個時候老師的形象、語音語速等要和真實課堂教學環(huán)境下一模一樣，這樣才能具備面對面教學時的真實感和藝術性。為了增強上課的互動性和趣味性，本文一種知識搶答的方式，在授課的PPT 中，每當某個知識點講解完畢，會不經意間拋出一個搶答題，制定好搶答規(guī)則，在聊天群中以彈幕方式進行搶答，第一個搶答正確的學生將加10 分，并納入期末總評成績中的平時成績中來。由于有回答記錄，可以很快找到哪位學生是第一正確回答者。從搶答的情況下，學生踴躍參與，學習興趣濃郁。

4.3 課后考核

在下課前5 分鐘，本課程利用自己建立的教學微信服務號，采用“微信隨堂考”的方式對本次課程進行當堂測試，檢驗學習效果[11]。學生答題完成后，系統(tǒng)自動反饋考試結果，并將成績記錄自動記錄在后臺數(shù)據(jù)庫中，以此作為平時考試成績的依據(jù)。

對于實驗課程考核，由于時空限制，本課程著重強調學生實驗報告撰寫能力的培養(yǎng)，要求學生對實驗過程、實驗過程中出現(xiàn)的各種問題以及尋求解決的途徑等全部撰寫到實驗報告，每個實驗內容都有3-5 個思考題需要學生回答，根據(jù)學生回答的情況進行評分。實驗可以不需要在某個固定時間段完成，一周內提交都可以。考核指標以實驗內容完成情況、文檔撰寫的邏輯性與條理性、實現(xiàn)過程中的創(chuàng)新性、思考題的回答等作為評分依據(jù)。

5 結語

線上教學為基于OBE 教育理念的學生學習和課程設計提出了全新的課題。本文以此為契機，遵循“理念不變方法變”的原則，圍繞著學習產生產出和成果目標，充分挖掘線上教學的長處，創(chuàng)新性調整教學思路和優(yōu)化教學方案，積極探索各種教學方法和手段，滿足教育部“停課不停學、停課不停教”的要求，最大限度降低延期開學對教育教學的影響，并以此作為探索線上教學手段、提升教學質量的契機。從本次課程的實施結果來看，學生對人工智能課程要求任務明確，知識點關聯(lián)理解深刻，學生學習積極性高，在線課堂上師生交互性高，非常便于開展翻轉課堂。由于實驗內容都是選取當前人工智能應用熱點，學生學習興趣盎然，實驗報告撰寫詳實豐富有新意，整體教學取得了良好的效果。