工程教育視域下線上線下混合式教學改革實踐

胡曉靜，劉士喜，王 果，任 倩，趙玉艷

(滁州學院 計算機與信息工程學院，安徽 滁州 239000)

成果導向教育(outcome based education, OBE)是通過學生預期所獲得的學習成果，以結果導向反向設計教學體系的教育模式[1]。OBE教育理念摒棄了傳統教學中過分關注知識學習而忽視培養解決實際問題能力的弊端。基于OBE的結果導向教育要求任課教師必須明確學生的學習成果，分析社會對學生的期望，設計相應的教學策略、教學活動和評價方法[2]。近年來，線上線下混合式教學模式得到了廣泛推廣和應用。對于高校來說，通過混合式教學模式的改革，擴大優質教學資源的開放共享，利用現代信息技術手段，轉變教學理念、創新教學模式、改變教學手段、改革考核方法，優化課堂教學，提高教學質量。地方應用型本科高校的主要任務是培養高級應用型工程技術人才、服務地方經濟社會發展。通過借助國家精品在線開放課程，開展線上線下混合式教學改革，實現以學生為中心、結果為導向的目標，從而提升應用型人才培養的工程素養能力，具有重要意義。

現有研究者主要從 OBE混合式教學的課程設計、教學手段和方法等方面進行了研究。閆秋艷等[3]借助雨課堂，構造了課前、課中和課后教學全周期的大班翻轉課堂教學模式研究并給出數據分析驗證教學模式改革效果。賈揚蕾等[4]針對Python 數據分析課程的混合式教學模式進行了探索，將 OBE 理念貫穿于教學環節開展了教學設計和評價，但未給出具體的結果驗證。邱慧麗等[5]借助智慧教學工具進行混合教學模式設計和實踐研究，缺忽略了評價環節設計。劉士喜等[6]在混合式教學的實驗實訓中引入了實踐競賽，但未融入工程教育理念。

因此，本文在工程教育視域下，基于OBE理念設計融合線上線下教學全過程的教學計劃和基于SPOC的混合教學模式。從學期前、學期中以及學期后，規劃各教學環節。基于SPOC課程，設計了課前線上學習、課中翻轉課堂與課后強化訓練三個教學過程，形成不斷評價、反饋和改進的課程教學閉環結構。將該教學模式應用于Python編程課程教學中，從課程教學活動相關性分析、目標達成度結果、調查問卷分析等方面，對設計的混合式教學模式進行實證研究，證明該方法的有效性。

1 線上線下混合式教學模式

1.1 構建OBE課程教學計劃

以學生為中心、成果為導向、教學質量持續改進為目標，構建了基于OBE的課程教學計劃模式，在整個學期教學過程中，OBE教學理念貫穿始終，形成評價、反饋和改進閉環。該教學計劃模式如圖1所示。

圖1 基于OBE的課程教學計劃

學期前，做好課程的整體規劃，根據人才培養方案中課程支撐的畢業要求，反向設計課程教學目標、教學內容、課程評價體系和課程思政案例。學期中階段，開展線上線下混合式教學實踐。每周發布線上學習任務單以及章節內容思維導圖，學生完成線上學習并提交學習筆記，師生線上互動答疑。開展線下翻轉課堂教學和實驗實訓活動，發布課后作業和章節測驗，組織開展項目答辯，并進行評價和反饋。在學期后階段，主要是課程的總結評價、評獎評優、利用線上線下的學習數據開展學習分析、開展調查問卷分析和課程總結反思。開展基于OBE的課程評價，計算課程目標達成度、進行課程總結和評價，形成改進教學的方案和措施，進一步提升該課程教學效果。在學期前、學期中和學期后三個階段的教學過程中，不同階段的教學活動層層遞進、互相關聯。

1.2 設計SPOC混合式教學模式

翻轉課堂的設計是線上線下混合教學模式的核心和關鍵。實施翻轉課堂最大的挑戰來自于“課程設計與內容制作所需要的時間與精力”[7]。通過重新規劃和設計教學互動流程，讓學生的學習建立在課前做好知識準備、課中進行知識應用和吸收、課后進行強化訓練和反思改進[8]。

國家精品在線開放課程可以為混合式教學提供優質的網上學習資源，讓翻轉課堂的實施更加高效和高質量。設計了基于SPOC的翻轉課堂教學模式，從課前、課中和課后規劃教學活動，通過該模式重構了學習流程，讓翻轉課堂教學建立在課前充分準備的基礎上，具體如圖2所示。

圖2 基于SPOC的混合式教學模式

課前的線上學習包含完成線上學習任務單、開展學習討論和提交筆記等。每周的線上學習時長為2～3小時，學習疑問和教師答疑均在線上進行。學生在翻轉課堂前2天提交線上學習筆記，教師批閱每位學生的筆記、查看線上學習數據、梳理討論區問題，了解每位學生的課前學習情況和知識點掌握情況。

在課中的翻轉課堂環節，設計了六種類型翻轉課堂活動，包括知識回顧及前測、小組任務、重難點答疑、生講師評、生講生評和課后總結。回顧及前測是教師總結回顧線上學習知識點并反饋學生線上學習數據，結合課堂討論區和學習筆記中共性問題進行答復，或通過測驗獲取每位學生的課前學習情況。小組任務是教師利用智慧教學工具發起分組任務，布置有一定難度的編程任務或問題，要求小組合作完成。重難點答疑是教師篩選本周學習內容中的重點和難度，進行講解和答疑。生講師評和生講生評是由教師發起的，以學生講解為主的討論形式，將課堂主動權交給學生，教師輔助解惑和評價或學生互相評價。翻轉課堂的課后總結是針對課堂內容進行總結并開展反思學習。課后的強化訓練目的針對課前和課上知識的復習和強化訓練。通過課后作業、章節測驗和實驗實訓環節，實現知識的內化、鞏固和提升。

2 實證研究

為驗證本文方法的有效性，將設計的OBE課程教學計劃和線上線下混合式教學模式應用在了Python編程課程教學中，開展了具體的教學改革實踐活動。從教學活動的相關性分析、課程目標達成度計算和問卷調查三個方面，開展教學數據分析。

2.1 教學活動相關性分析

選取了七個教學活動作為課程過程性評價的指標，包括出勤表現、線上學習、課后作業、期中測驗、章節測驗、實驗實訓和項目答辯。這些教學活動與總結性評價成績之間的相關性分析結果如圖3所示。

圖3矩陣中的數字是各個教學活動成績之間的相關系數，是各個教學活動的關系密切程度的統計指標。相關系數取值范圍從-1.0至1.0之間，負數表示負相關，0表示不相關，正值表示正相關，系數值越大表示教學活動之間的相關性越強。觀察該相關性計算結果的最后一行，總評成績與線上學習成績的相關系數為0.81，表示線上學習成績與總評成績之間有很強的相關性。總評成績與項目答辯之間的相關系數為0.58，與課后作業的相關系數為0.54，與實驗實訓的相關系數為0.48，表明這三項的教學活動與期末的總結性評價之間有比較強的相關性。而與出勤表現的相關系數為-0.05，表明出勤表現對最后的總評成績沒有任何影響。

從該教學活動相關性分析結果上看，在教學中，應重視學生的線上學習效果、加大項目訓練、精心設計課后作業內容、加大實驗實訓的訓練。這為教師的后續課程教學活動設計提供了決策支持。

圖3 教學活動相關性分析

2.2 基于OBE的課程評價

以Python編程課程教學為例，課程目標1考核學生的編程知識和編程方法掌握情況，課程目標2考核學生運用Python語言分析和解決復雜工程問題的能力。從課程目標達成度的總體和個人兩個方面，對比線上線下混合教學改革前后的達成度。

圖4是未實施混合式教學改革的Python課程目標總體達成度，學生在運用Python語言分析和解決問題方面較差。圖5是實施混合式教學改革后的課程目標總體達成度，課程目標達成度方面得到了很大的提升，尤其是在運用Python語言分析和解決復雜工程問題方面。

圖4 未實施混合式教學改革的課程目標總體達成度

圖5 實施了混合式教學改革的課程目標總體達成度

圖6和圖7是學生個體在課程目標1上的達成度散點圖。對比發現，在未實施混合式教學改革前，課程目標1的平均達成度較低，而實施混合式教學改革后，平均達成度和個體達成度都得到了大幅度的提升。

圖6 未實施混合式教學改革的課程目標1個體達成度分布圖

圖7 實施混合式教學改革后課程目標1個體達成度分布圖

圖8和圖9是學生個體在課程目標2上的達成度散點圖。對比發現，通過混合式教學改革，大大提升了課程目標2的個體達成度，說明有效達到了培養學生解決復雜工程問題能力。

圖8 未實施混合式教學改革的課程目標2個體達成度分布圖

圖9 實施混合式教學改革后課程目標2個體達成度分布圖

通過課程達成度計算結果發現，實施線上線下混合式教學對培養學生的程序閱讀和編寫能力、運用Python語言分析和解決復雜工程問題能力有很大的提升。相比傳統教學，混合式教學不及格率大幅度下降，優秀率明顯上升，設計型題目和項目開發分數大幅度提高，驗證了該教學模式的有效性。

2.3 調查問卷

為了解學生對線上線下混合式教學改革的接收度和意見，探索進一步提升教學質量的對策和措施，制作并發布了課程調查問卷。圖10展示了學生對教學模式的滿意情況，93.65%的學生選擇了滿意和非常滿意。表明學生對課程教學認可度很好，對教學滿意。

圖10 教學模式滿意度

圖11展示了學生學習完課程后的感受，71.43%的學生覺得課程學習過程很愉快，65.08%的學生覺得學習過程輕松，60.32%的學生覺得課程學習有收獲， 55.56%的學生覺得該課程學習方式新穎。從這些關鍵詞中，能直觀反映學生對課程教學模式改革的接受和認可。

圖11 課程學習感受

3 結束語

本文在工程教育視域下，基于OBE構建了教學計劃和線上線下混合式教學模式，設計了學期前、學期中和學期后，課前、課中和課后整個教學環節的教學活動。將提出的模式應用于課程教學實踐，從課程教學活動相關性分析、目標達成度結果、調查問卷分析等方面進行了數據分析，證明該方法的有效性。后續將從課程內容分層設計和實驗實訓教學改革方面，進一步優化工程視域下的混合教學模式。