學情分析有效促進高階能力培養 \t

摘 要：該文旨在探討在工程教育認證體系下，土木工程專業課程如何通過學情分析有效促進學生高階能力的培養。以混凝土結構設計原理課程為例，基于學情分析交互作用，提出以高階能力培養為導向的課程目標設定、教學過程設計，教學決策持續改進的教學模式，展示通過信息技術獲得學情數據對課程教學全過程融入高階能力培養的深刻影響，從而有效促進學生在自主學習、批判性思維、問題解決、團隊合作及創新能力等高階能力方面的培養與實現。

關鍵詞：學情分析；高階能力；工程教育認證；教學全過程；有效促進

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：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

隨著我國社會的進步和經濟水平的提升，綠色低碳、數字化與智能化的建筑方式已成為土木工程發展的必然趨勢。在這個過程中，涉及復雜計算、設計和實施的土木工程領域，亟需具備“從事復雜工程活動、解決實際工程問題能力”[1]的工程師，能夠在多變的工程環境中做出合理判斷、有效溝通，并推動技術創新。

在人才培養方面，構建“基礎與進階課程體系、設置跨學科融合課程以及建立遞進式實踐教學體系”[2]已成為必要的教學模式。教育目標也從傳統的專業知識的理解、掌握和運用，轉變為培養學生在深入運用工程原理的基礎上，能夠綜合考慮多種沖突因素，運用多種技術手段創造性地解決復雜工程問題。此外，學生是否具備自主終身學習能力、數字素養、跨學科融合能力、批判性思維、全球視野、創新能力、團隊合作與領導力等高階能力，已成為評估工程教育質量的重要標準[3]，進而推動土木工程高等教育的改革。

一 學情分析的必要性

學情分析是教師為做出有效決策而對學生學習狀況進行的診斷、評估與分析[4]，其目的是為教師的決策提供必要的信息和依據。教師通過觀察、測試、問卷等多種方式，收集學生在學習過程中的各類信息，以便掌握他們的知識水平、學習習慣和興趣偏好，為教學活動奠定基礎。建構主義學習理論和差異化教學理論等相關理論[5]為學情分析提供了重要的理論支持，幫助教師深入了解學生的個體差異，從而設計出更有效的教學方案。

在工程教育中，學情分析的實施不僅能幫助教師制定適應性教學策略，還能顯著提升學生的學習效果和能力培養。通過對學生學習情況的細致研究，教師能夠更精確地調整課程內容和教學方法，實現預期的教育目標。

在土木工程專業教育認證中，基于成果的OBE教育模式為人才培養和教育質量的評估提供了新的標準。該模式秉持“產出導向、學生中心、持續改進”的原則[6]，強調以學生為核心，建立適應學習者在知識、能力和素養方面發展的課程體系和教學策略，并能不斷進行修正和完善，形成一個有利于提升學習者能力的教育閉環。在認證標準中，人才培養目標的完成情況，需要通過畢業要求指標達成度來進行量化和評價，而畢業要求指標的達成則需要落實到相關支撐課程中去，通過課程教學目標來具體落實[7]人才培養目標。因此，教師在開設課程時，需要明確開設此課程的目的是什么？能幫助學生實現哪些具體能力？通過哪些方式能有效支持能力的獲取？這些問題都要求教師必須進行全面而深入的學情分析。

二 學情分析對高階能力培養的重要性

高階能力通常是指人的創新決策、批判性思維、信息素養、團隊協作、自主學習和可持續發展等方面的能力。在土木工程建造領域中，高階能力常體現包括項目管理、創新設計及解決實際工程問題的能力，這些都要求工程師在面對復雜問題時，能夠進行綜合性思考和有效決策。在專業能力培養的教育階段，就應該以“成果導向”為目標，進行相關教學內容、教學活動和教學實踐設計。

因此，教師必須通過學情分析，識別學生的興趣和學習困難，從而設計更具吸引力和挑戰性的教學活動，激發學生的探索精神，如任務式、情景式教學活動等。且根據學情分析的結果，設計需要學生深入思考的高階思維任務，如案例辯論和科學研究等。同步分析活動效果，及時反饋并指導學生改進思維方式和引導解決問題，鼓勵學生發展自身興趣，提高自主學習，自我驅動和終身學習能力。進而完成學情分析與高階能力培養在整個教學過程中的相互作用。

三 學情分析和高階能力培養交互實施過程

下面結合混凝土結構設計原理課程教學所做的學情分析，闡述在課程目標制定、教學過程設計及教學決策調整中，如何培養和實現學生的高階能力提升。

（一） 分析能力差距，制定課程目標

確定人才培養目標首先應以用人企業需求為基礎，根據大多數學生的學習能力和核心素養的發展要求，形成清晰準確的定位。根據每門課程在教學體系中的作用和地位，設定課程目標，在這個過程中我們發現，課程目標成為了落實能力培養的最直接環節。而學情分析為課程目標的定位提供邏輯起點。對學生初始能力的精準測查，可以準確地確定教學起點和教學生長點，從而有效達成教學目標[8]。常用做法是分別對企業和學生進行訪談或問卷調查。表1為34家用人企業對廣西科技大學2019屆畢業生調查滿意度評價表[1]。

從表中看出，畢業學生經過5年左右的工作時間，在逐漸成為“行業骨干”的過程中，在已有的人才培養體系下，各方面基本能滿足用人單位需求。但是，在“一般”欄里的人數也表明仍有部分單位對部分學生某項能力認可度不高。根據調查可知，用人單位對畢業生“專業知識”認可度最高。另外，企業更傾向于招聘那些個人品德修養好、團隊合作意識高、溝通能力強的有過相關崗位實習經歷的學生。

表1 2019屆土木工程專業畢業生用人單位滿意度調查表 家

從學生的調查問卷中發現，在學生自評中，對前序課程知識、數字信息技能、學習態度方面表現良好，在對行業發展需求、協同工作能力需求認知度較差，對學習習慣、情感價值觀等因素持無所謂的態度。

從不同側面的學情調查可見，學生自我評價較高的“數字信息技術能力”在用人單位看來學生是華而不實；企業對于“協作精神”的要求遠超過學生的認知；學生面對具體工程問題創新性解決問題的能力不足；反倒是教師和學生評價較低的“專業知識”，在用人單位獲得了較高的評價。由此看出，學生和企業的認知差異很大，學生認知仍停留在知識的掌握程度上，而用人單位的關注點則更集中在能力的具備上。

如何協調和統一二者之間的矛盾和偏差，建立既能較好滿足企業需求，又與學生特征關聯的課程培養體系，就需要老師制定課程目標時，從單一的知識目標改變為以能力培養為核心的課程教學目標。以混凝土結構設計原理為例，由于該課程是學生從數學、力學、材料等理論性較強的課程，轉入到土木工程專業領域設計、實施和管理方面學習的“橋梁”，因此，通過課程學習所起的作用，不再是理解、掌握、運用哪些知識，而應是通過課程學習，培養學生具備混凝土結構設計基本理論知識，能正確進行基本構件的設計，初步具備建造工程所需的綜合素質、科學研究、解決實際問題及創新應用等能力。課程共設置了5個目標，見表2，從教學目標定位上就把能力培養放在了核心的位置。

（二） 構建新型教學模式，保障能力培養達成

學情分析還是教學實施過程中，保證高階能力培養的關鍵環節。它決定著教學過程的優化，又制約著教學效果的達成。在強調以“學生為主體”課堂教學中，學情分析更成為關鍵性的教學要素貫穿于教學過程，引導和推動著整個教學活動。教師可通過互聯網技術、傳感器技術以及人工智能技術等方法采集學生學情數據[9]，并對學情數據整合與分析，作出適應學生學習需要和個性特點的教學設計。

在教學設計中，傳統教學一般是基于教材的邏輯，而建立在學情分析基礎上的教學設計是基于生活邏輯[10]。教師應更關注學生的學習習慣、情感態度、性格特征等方面學情，并根據學生學情的變化，及時調整教學方式和教學進程，把學生在課堂的主體地位落到實處，真正做到因材施教、因情施教。這種基于課堂動態的學情分析能更好地調動學生學習的積極性和主動性，激發學生學習的熱情，促進學生各種能力的構建和培養。同時，教育信息化推進了學情分析技術的發展，各種學情分析工具各具特色[11]。充分利用各種信息化的教學技術，能設計出生動有趣的課堂教學情景。

例如，在混凝土材料性能分析的課堂教學中，利用智慧教室、雨課堂、騰訊會議和虛擬仿真等數字信息化教學手段，進行課堂教學活動組織。

在課前，教師在雨課堂平臺發布導學學案，學生完成知識目標的鞏固和工程案例視頻的觀看和討論，教師通過平臺跟蹤學生學習情況，收集學習問題，并根據在線學習數據的統計分析結果，及時調整課程授課內容和方式，實現課前“導學”作用。

在課中，教師通過使用雨課堂完成互動式、智慧型課堂教學。設計一系列培養高階能力需要的多個教學活動環節，如課前反饋、案例導入、思政討論、隨堂小測和前沿拓展等。為帶入生產應用場景，拓展教學時空，提高了學生學習興趣和參與度，還設置了“教學課堂”與“土木工程結構實驗室”的實時視頻連線，以正在進行的“由中建八局委托的再生混凝土試塊強度測定”的生產性實驗介紹為例，動態展現了“實驗過程中的應力應變關系”，同時展示了“RMT混凝土力學試驗系統”的先進實驗設備及其使用方法。學生通過與實驗人員的自主交流，獲得實時實驗的參與感，構建出實驗的方法和影響要素。通過“騰訊會議”的信息技術功能，達成了“產-學-研”的教學模式，實現課中“促學”作用。

在課后，教師在雨課堂端發布課后作業，積極引導學生完成工程素養拓展和創新項目研究，教師利用“雨課堂”數據采集功能及時發現學生能力的增長點和缺失點，實現后“評學”作用。

（三） 調整教學決策，完善能力提升途徑

經過多方面、多輪次的學情數據采集和分析，以土木工程所需的高階能力培養為目標，在教學決策中，做出了以下改變。

課程采用線上線下的混合式教學模式。學生通過“智慧樹”平臺的慕課資源完成線上知識內容的學習，教師根據學生的學習內容、時長、測試情況和發表觀點及看法等這些學情數據，決定線下課程講解內容、授課方式。不需要嚴格按教學內容順序進行教學，而以如何達到知識點負載的能力目標來組織教學中增加多要素融合的“復雜性工程問題”設置[12]，以達到學生分析能力、運用能力、判斷能力和構件設計能力的訓練和培育。例如，在完成受彎構件正截面和斜截面承載能力設計內容學習后，增加綜合計算分析應用題型作業，如圖1所示。

本題型旨在引導學生，學會把力學知識運用到結構設計中，即建立知識的遷移能力；能看懂構件配筋圖并分析其正確性，建立混凝土構件的識圖能力和表達能力；會進行混凝土受彎構件的抗彎抗剪計算能力，并能復核承載力，即具有計算能力和逆向思維能力；通過計算判斷破壞形式，分析破壞特征，即培養工程分析能力和思辨能力；引入工程背景，建立工程責任意識。總之，通過增加“復雜工程問題”要素，讓學生得到高階能力的訓練。

課程實驗擴容，增加高階能力訓練。以混凝土受彎梁正截面承載力實驗為例，在實驗任務中突顯能力培養，避免了學生盲目實驗。具體要求詳見表3。

圖1 受彎構件綜合計算分析應用題

由表3范例可知，要在教學過程中實現高階能力的培養，光靠傳統的教學模式和教學方法是難以實現的，必須在教學策略中改變或補充相關教學元素，才能達到高階能力培養的目標。

四 學情分析為高階能力達成提供持續動力

來源于不同階段、不同側面的學情分析數據，在能力培養體系中形成對同一課程目標達成形成多維度的判斷證據，各種數據相互支撐印證，使高階能力達成可以采用數值來進行度量。對重要但達成度不高的能力，需進行針對性改進，需采用新的教學策略和方法。同時，每一次的學情分析都不是孤立的，它是上一次學情分析的延續，是下一次學情分析的基礎，形成連續、動態、往復循環的過程，其變化勢必會導致學法、教法、評法等方面改變，從而形成持續的反饋和改進機制，使之越來越適應于教學目標的實現，形成良性循環，持續為高階能力達成提供持續動力。

五 結束語

學情分析是建立“學生中心”課程教學的前提，是優化教學設計的重要環節，是實現高階能力培養必不可少的依據。在課程目標制定中，學情分析能幫助查找現狀與目標的差距；在教學過程中，學情分析能針對實現高階能力設計恰當的教學活動；在教學決策中，連續動態的學情分析能使高階能力的達成有據可依，并進行針對性改進。

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