馮磊華 李錄平 田 紅 胡章茂 張 巍
長沙理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 湖南長沙 410015
近年來,隨著第四次工業(yè)革命的到來,世界范圍內(nèi)新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革對工程教育的改革和發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)[1]。“新工科建設(shè)”的提出正是對上述挑戰(zhàn)做出的積極回應(yīng)。對于工科類本科教育,面向社會需求培養(yǎng)應(yīng)用型人才,增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力是新工科教育的根本目標(biāo)[2]。
新工科教育以“卓越計劃”為示范,通過對課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革,完善新工科教育人才培養(yǎng)方案。在新工科教育的實(shí)施過程中,課程體系與教學(xué)內(nèi)容的改革是關(guān)鍵環(huán)節(jié),重點(diǎn)體現(xiàn)在理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的深度融合問題,而理論教學(xué)的重點(diǎn)又主要體現(xiàn)在專業(yè)課程上。目前針對“卓越計劃”實(shí)施的專業(yè)課程教學(xué)模式,存在諸多問題,較難調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[3],更難滿足新工科教育培養(yǎng)目標(biāo)的要求。因此,對專業(yè)課程教學(xué)模式的研究與改革是新工科教育得以順利實(shí)施的重中之重。
從近年高校工程類專業(yè)及“卓越計劃”的教學(xué)過程可以發(fā)現(xiàn),專業(yè)課程的教學(xué)在內(nèi)容與方法上存在較多問題[4]。這些問題導(dǎo)致了工程類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程缺乏熱情、專業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量普遍不高等問題。具體而言,存在的主要問題有以下幾方面:(1)專業(yè)課程教學(xué)目標(biāo)模糊不清。新工科的專業(yè)課程教學(xué)應(yīng)起到培養(yǎng)學(xué)生個人效能、知識能力、學(xué)術(shù)能力、技術(shù)能力和社會能力等五類核心能力的作用[5]。而當(dāng)前的高校工程類專業(yè)課程普遍存在教學(xué)目標(biāo)模糊不清等問題。(2)專業(yè)課程教學(xué)過程與培養(yǎng)目標(biāo)嚴(yán)重脫節(jié)。目前,高校工程類專業(yè)課程的教學(xué)仍大多采用課堂講授的方法,很難培養(yǎng)出具有創(chuàng)造性思維與人格的創(chuàng)新型人才[6]。(3)專業(yè)課程教學(xué)效果的考核不足以支撐培養(yǎng)目標(biāo)。目前,工程類專業(yè)在專業(yè)課程教學(xué)效果考核方面存在考核方式單一死板,考核內(nèi)容結(jié)構(gòu)不合理,重知識細(xì)節(jié)考核、輕綜合能力培養(yǎng)等一系列問題[7]。
上述問題的存在直接影響了學(xué)生綜合素質(zhì)和五類核心能力的培養(yǎng),更不足以支撐新工科及“卓越計劃”的培養(yǎng)目標(biāo)。
在新工科培養(yǎng)目標(biāo)的要求下,針對專業(yè)課程的教學(xué)特點(diǎn),研究國內(nèi)外近年出現(xiàn)的各種先進(jìn)教學(xué)模式,探索出一套專門針對我國工程類專業(yè)的課程教學(xué)模式,更好地實(shí)現(xiàn)新工科背景下學(xué)生五類核心能力培養(yǎng)的總目標(biāo)。
OBE教學(xué)是一種基于成果的教學(xué)(Outcome-Based Education,OBE)模式,已被世界各國不同層次的教育系統(tǒng)廣泛采用[8]。OBE教育理念與新工科教育的專業(yè)課程教學(xué)過程相融合時,應(yīng)做到以下幾點(diǎn):(1)以產(chǎn)出為導(dǎo)向,通過預(yù)測學(xué)習(xí)產(chǎn)出結(jié)果制訂教學(xué)目標(biāo)。(2)設(shè)計“以學(xué)生為中心”的反向教學(xué)模式。(3)構(gòu)建持續(xù)改進(jìn)的良性教學(xué)模式。
大規(guī)模在線開放課程(Massive Open Online Course,MOOC)平臺,提供了更加豐富的教學(xué)資源[9]。慕課的學(xué)習(xí)者不受在線人數(shù)、時間、空間的限制,任何人均可以在世界的任何地方,用電腦或者手機(jī)終端選擇學(xué)習(xí)課程[10]。慕課的大規(guī)模屬性顯示了其低成本、高效率的優(yōu)勢,但也存在學(xué)習(xí)效率低、面對面交流少等問題。
小規(guī)模私有在線課程SPOC(Small Private Online Courses)是對MOOC的有益補(bǔ)充[11]。SPOC強(qiáng)調(diào)要針對學(xué)習(xí)者的個性化特點(diǎn)開展教學(xué),并有針對性地對學(xué)習(xí)者進(jìn)行管理和控制[12]。
翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)的教學(xué)模式比較,主要完成了兩個方面的轉(zhuǎn)換[13]:(1)教師任務(wù)與角色的轉(zhuǎn)換:教師由主導(dǎo)地位變?yōu)檩o導(dǎo)地位,學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí),最后再由教師答疑解惑;(2)學(xué)生的任務(wù)與角色轉(zhuǎn)變:學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)過程由學(xué)生主導(dǎo)。
基于SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式,完美地將SPOC模式和翻轉(zhuǎn)課堂模式相結(jié)合[14],提高了教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。
清華大學(xué)“學(xué)堂在線”推出的“雨課堂”是一種基于“微信+PowerPoint”進(jìn)行授課和師生互動的移動網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式[15]。雨課堂軟件是以插件的形式與PowerPoint相融合的,再通過掃描二維碼與微信相結(jié)合,不需要更新硬件教學(xué)設(shè)備,操作簡單易學(xué)。
雨課堂的應(yīng)用極大地便利了教師和學(xué)生,也很好地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,但其只是教學(xué)組織和管理工具,對于課堂中出現(xiàn)的專業(yè)軟件和圖像,目前還沒有很好的解決方法。
針對目前我國高等工程類專業(yè)課程的教學(xué)特點(diǎn)及在教學(xué)過程中出現(xiàn)的主要問題,結(jié)合上述各種教學(xué)模式的特點(diǎn)和應(yīng)用情況,本文提出一種基于OBE教學(xué)理念的“SPOC+雨課堂”的混合式教學(xué)模式,并將該模式應(yīng)用到能源與動力工程專業(yè)2015級“卓越計劃”班的單元機(jī)組集控運(yùn)行專業(yè)課程的教學(xué)中。
本研究依據(jù)OBE教學(xué)理念、依托超星SPOC教學(xué)平臺及清華大學(xué)“學(xué)堂在線”的雨課堂移動網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺,構(gòu)建的“SPOC+雨課堂”的混合式教學(xué)模式共包含基于OBE理念的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計與開發(fā)、教學(xué)策略的制訂與實(shí)施、教學(xué)考核三部分內(nèi)容,如圖1所示。
圖1 “SPOC+雨課堂”混合式教學(xué)模式
針對單元機(jī)組集控運(yùn)行課程,采用基于OBE的教學(xué)理念進(jìn)行開發(fā),須明確四個對應(yīng)關(guān)系:(1)明確培養(yǎng)目標(biāo)與內(nèi)外需求之間的關(guān)系;(2)明確畢業(yè)要求與培養(yǎng)目標(biāo)之間的關(guān)系;(3)明確課程體系與畢業(yè)要求之間的關(guān)系;(4)明確教學(xué)內(nèi)容與畢業(yè)要求之間的關(guān)系。通過對能源與動力工程專業(yè)“卓越計劃”學(xué)生畢業(yè)要求的分解,將其逐個落實(shí)到單元機(jī)組集控運(yùn)行課堂教學(xué)之中,進(jìn)而明確教學(xué)內(nèi)容,確保教學(xué)內(nèi)容為畢業(yè)要求做出貢獻(xiàn)。
具體設(shè)計內(nèi)容主要包括如下幾方面。
(1)課程內(nèi)容的重構(gòu)
基于上述課程目標(biāo),為了更好地實(shí)施混合式教學(xué)模式,本研究對課程內(nèi)容進(jìn)行了重構(gòu):將課程知識按照知識點(diǎn)的形式重新劃分,每個知識點(diǎn)安排一定的任務(wù)由學(xué)生完成。
(2)教學(xué)階段的劃分
本研究將單元機(jī)組集控運(yùn)行課程的教學(xué)過程分為基礎(chǔ)導(dǎo)入、提高進(jìn)階、綜合拓展等三個漸進(jìn)的階段,具體安排為如下。
①基礎(chǔ)導(dǎo)入階段:介紹基本概念和定義,并用實(shí)例說明機(jī)組的基本啟停過程。
②提高進(jìn)階階段:通過具體實(shí)例掌握機(jī)組的運(yùn)行調(diào)節(jié)、運(yùn)行控制和基本事故處理原則。
③綜合拓展階段:針對具體的事故案例,分析事故原因,并提出具體處理措施。
(3)教學(xué)資源的設(shè)計與開發(fā)
為了實(shí)現(xiàn)“SPOC+雨課堂”的混合式教學(xué),教師需要在課前完成全部教學(xué)資源的設(shè)計與開發(fā)工作,針對每個知識點(diǎn)設(shè)計的教學(xué)資源見表1。
表1 單元機(jī)組集控運(yùn)行教學(xué)資源設(shè)計
各類教學(xué)資源的設(shè)計與開發(fā)主要通過以下方法完成。
①學(xué)習(xí)任務(wù)單的設(shè)計:學(xué)習(xí)任務(wù)單為學(xué)生的課前學(xué)習(xí)提供了指引和方向,是翻轉(zhuǎn)課堂有效實(shí)施的保障。本研究中的課前學(xué)習(xí)任務(wù)單主要包括課前學(xué)習(xí)內(nèi)容、小組匯報主題與要求、課后作業(yè)與反思三部分內(nèi)容。
②微視頻的錄制:本研究采用專業(yè)的屏幕錄像軟件Camtasia Studio 9.0將主要知識點(diǎn)錄制成一個個短視頻,每個視頻長度為10分鐘左右,便于學(xué)生利用碎片時間學(xué)習(xí)。
③作業(yè)和測驗的設(shè)計:作業(yè)和測驗既可以作為學(xué)生自測學(xué)習(xí)效果的工具,又可以作為教師評價學(xué)生學(xué)習(xí)的有效手段。教師可對作用和測驗的內(nèi)容提前設(shè)置好答案,再通過雨課堂推送到學(xué)生手機(jī)端。教師根據(jù)學(xué)生答題情況,再有針對性地在課堂教學(xué)中進(jìn)行解答。
④實(shí)例素材包的搜集與制作:實(shí)例素材包主要包括典型機(jī)組啟動案例、典型事故處理案例等,可通過網(wǎng)絡(luò)或與電力企業(yè)聯(lián)系搜集,部分內(nèi)容進(jìn)行自主開發(fā)。
上述教學(xué)資源中,學(xué)習(xí)任務(wù)單、作業(yè)和測驗及PowerPoint課件可通過雨課堂推送給學(xué)生,微視頻及實(shí)例素材包則可以上傳到SPOC教學(xué)平臺,形成一套完整的在線學(xué)習(xí)課程資源。
為了更好地完成每一階段的教學(xué)目標(biāo),本研究采用多種授課形式:在基礎(chǔ)知識導(dǎo)入階段,采用雨課堂講授的方式;在提高進(jìn)階階段,為了更好地鍛煉自主學(xué)習(xí)的能力,采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式;在綜合拓展階段,為了讓學(xué)生更快地掌握一些重要原理,并鍛煉學(xué)生分析問題和解決問題的能力,采用“雨課堂講授+研究性學(xué)習(xí)”相結(jié)合的教學(xué)方式。而對于具體的教學(xué)過程,本研究將其劃分為課前、課中、課后三部分內(nèi)容。
(1)課前部分
將25名學(xué)生共分成五組,每組學(xué)生在課前要根據(jù)雨課堂推送的學(xué)習(xí)任務(wù)單完成以下任務(wù):①通過超星SPOC平臺觀看微視頻、并學(xué)習(xí)實(shí)例素材包的內(nèi)容;② 通過協(xié)作互助的方式制作PowerPoint匯報課件,準(zhǔn)備課上展示與講授。教師可以根據(jù)超星SPOC平臺的信息反饋,分析學(xué)生的在線學(xué)習(xí)情況,并可對教學(xué)流程和方式進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
(2)課中部分
在課堂上,采用雨課堂講授和學(xué)生展示相結(jié)合的形式教學(xué)。學(xué)生展示是課堂上的主要形式,由任務(wù)組輪流展示和講授,再由教師進(jìn)行點(diǎn)評和指導(dǎo)。而對于一些難點(diǎn)知識,則需要由教師通過雨課堂給學(xué)生進(jìn)行講解,并可以利用雨課堂的彈幕互動、練習(xí)、測驗等內(nèi)容及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。
(3)課后部分
課后,雨課堂會推送課堂總結(jié)至教師微信,教師根據(jù)總結(jié)情況給學(xué)生推送復(fù)習(xí)作業(yè)。學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問題也可以通過SPOC平臺反饋給教師,教師可利用某一固定時間進(jìn)行在線解答。
對于“SPOC+雨課堂”的混合式教學(xué)考核,本研究采用過程性評價和總結(jié)性評價相結(jié)合的方式。其中,過程性評價部分占總成績的50%,主要包括學(xué)生的視頻觀看情況、任務(wù)完成情況、課堂展示情況及學(xué)生互評成績等內(nèi)容;總結(jié)性評價占總成績的50%,主要包括學(xué)生的期末測驗和綜合考核。
(1)教學(xué)效果
①激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
② 提高了課堂互動性。通過小組協(xié)作、任務(wù)展示與評價,提升了學(xué)生之間的互動;通過雨課堂的彈幕、習(xí)題推送、SPOC平臺反饋,提升了師生之間的互動。
③提高了教學(xué)效率。采用“SPOC+雨課堂”的混合式教學(xué)模式,可以充分利用學(xué)生的課余時間,大大提升了課堂教學(xué)效率,學(xué)生對知識的掌握也更加牢固。
④鍛煉并提升了學(xué)生的多種能力。課前預(yù)習(xí),提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力;小組協(xié)作與展示,提升了學(xué)生的語言表達(dá)能力、溝通能力和協(xié)作能力;綜合拓展則充分鍛煉了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。
(2)問題與反思
①雨課堂的功能不夠完善,例如,對于主觀題的測試,不能預(yù)先設(shè)置答案;每一次的課堂成績評定不能夠匯總在一起形成最后的總成績等。
②仍有部分學(xué)生比較被動,在任務(wù)完成的過程中參與度較低。
“新工科建設(shè)”背景下,高校工科教育改革發(fā)展存在諸多掣肘因素,其中,專業(yè)課程教學(xué)問題尤為突出,例如,專業(yè)課程教學(xué)目標(biāo)模糊不清、專業(yè)課程教學(xué)過程與培養(yǎng)目標(biāo)嚴(yán)重脫節(jié)、專業(yè)課程教學(xué)效果的考核不足以支撐培養(yǎng)目標(biāo)等。
為了能夠較好地解決上述問題,本文首先研究了各種先進(jìn)教學(xué)模式,并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于OBE理念的“SPOC+雨課堂”的混合式教學(xué)模式。接著,分別從教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計與開發(fā)、教學(xué)策略的制訂與實(shí)施和教學(xué)考核三個方面分別對該混合式教學(xué)模式的實(shí)施進(jìn)行了具體研究。最后,通過教學(xué)效果的分析可以看出,本教學(xué)模式極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、提高了課堂互動性及教學(xué)效率、多方面鍛煉和提升了學(xué)生的五類核心能力,可以較好地促進(jìn)我國新工科教育的發(fā)展。