劉 瓊，彭 寒，楊 鵬

(1.西安航空學院計算機學院，陜西 西安 710077)(2.西北農(nóng)林科技大學機械與電子工程學院，陜西 咸陽 712100)

OBE(outcome based education)是一種基于學習產(chǎn)出的教育模式，強調(diào)以學生為中心，聚焦于學生最終達成的學習成果。以OBE理念為導向的課程教學是促進學生學習從被動漸進式向主動持續(xù)式方向發(fā)展的有效手段[1-2]。

智能制造工程專業(yè)是新興的多學科交叉專業(yè)，程序設計課程是其專業(yè)核心課程，具有較強的理論性、工程性與技術性[3]。為了將教學內(nèi)容具體、精準地轉(zhuǎn)化為學生的學習成果，增強對學生的潛力挖掘和能力的培養(yǎng)，基于OBE理念重構課堂教學是亟需解決的問題。

1 程序設計課程的成果導向設計

程序設計就是利用高度邏輯化的方法描述一個實際問題，并用基本指令以及指令之間的契合方式來解決問題，高效、快速地完成單純依靠人力無法完成的任務。基于OBE理念的反向設計，將程序設計過程分為離散階段、建構階段、轉(zhuǎn)化階段和具化階段，如圖1所示。離散階段將復雜問題通過拆分、抽象等方式轉(zhuǎn)化為一個個簡單的子問題，需要學生具備問題分解思維能力；建構階段將子問題與框架相互對應，需要學生具備框架設計思維能力；轉(zhuǎn)化階段將框架中的子問題與計算思維逐一關聯(lián)[4]，需要學生具備計算思維關聯(lián)能力；具化階段針對各個子問題，根據(jù)語法規(guī)則，撰寫一系列詳細的解決問題的步驟，需要學生具備算法設計思維能力。

圖1 程序設計的能力要求

2 教學設計

2.1 教學內(nèi)容劃分與重構

為了在教學內(nèi)容中實現(xiàn)知識、技能與應用的無縫銜接，以智能制造中的實際工程項目為載體，通過提煉、簡化、重組構建教學項目，實施離散、建構、轉(zhuǎn)化、具化過程，使學生、教師、教學項目三者之間產(chǎn)生良性交互，培養(yǎng)學生的核心競爭力。

對教材中的知識點、技能點所形成的知識體系進行重新整理，打破章節(jié)結(jié)構，將教學內(nèi)容分為集成環(huán)境、語法、函數(shù)和方法學4種類型[5]，根據(jù)每一種類型的特點進行教學項目的設計。為了實現(xiàn)標準化教學，教學項目由任務導讀、知識講解、任務實施、應用拓展4部分構成，設計時應注重增加應用性內(nèi)容，減少驗證性內(nèi)容，即“一增一減”，保證學生充分進行能力訓練，如圖2所示。

圖2 教學內(nèi)容劃分與重構

2.2 教學組織轉(zhuǎn)變與優(yōu)化

為了消除傳統(tǒng)廣播式授課方式造成學生被動學習的窘迫現(xiàn)象，以學生為中心，注重增加實踐機會，減少講授時間，實現(xiàn)“一增一減”，教學組織轉(zhuǎn)變與優(yōu)化如圖3所示。將整個教學過程劃分為課前、課中、課后3個階段，力求形成學、做、訓、創(chuàng)的交互融合，保證學生充分參與到教學活動中，發(fā)揮其學習的主觀能動性。

圖3 教學組織轉(zhuǎn)變與優(yōu)化

課前階段，教師對上一個教學項目的實施情況進行評價，依據(jù)評價結(jié)果及教學素材設計下一個教學項目，將問題分解思維能力、框架設計思維能力、計算思維關聯(lián)能力和算法設計思維能力的培養(yǎng)融入教學情境中，將教學項目中的核心內(nèi)容制成視頻，上傳至在線課程教學平臺上提供給學生預習。

課中階段，力求實現(xiàn)學生從“學”到“用”的跨越。首先，教師在理論講授過程中啟發(fā)學生思考，并進行有針對性的提問，循序漸進講解知識點，學生通過聽講、課堂互動來理解、記憶，實現(xiàn)“學”；然后，教師演示程序，學生觀摩并記錄實操演示中的要點，對程序進行復現(xiàn)，實現(xiàn)“做”；接著，教師下發(fā)同類型任務讓學生自主練習，通過巡視、溝通、個別指導等方式輔導學生，學生在此期間理順邏輯、探索技巧，實現(xiàn)“訓”；最后，教師總結(jié)要點并提出新的任務，該任務是對課中任務的延伸，通過個性引導學生內(nèi)化知識與技能，實現(xiàn)“創(chuàng)”。

課后階段，學生完成拓展任務，結(jié)合課堂任務的實施情況進行有效梳理，完成自我建構。在完成教學項目的學習之后，學生根據(jù)在線課程教學平臺上的課程資源進行預習，為下一個教學項目的學習奠定基礎。

2.3 教學效果反饋與評價

充分運用現(xiàn)代信息技術提高教學信息反饋的廣度與深度，實現(xiàn)“一提高”，支持教師做出教學決策，促進教與學雙方的成長。教學效果反饋與評價結(jié)構框圖如圖4所示，課中學習階段要進行在線檢測和實時跟蹤改進，及時修正教學過程中的問題，使教學評價促進教學改進的作用真正得以落實，保證課程教學質(zhì)量的持續(xù)提升。在整個教學項目的實施過程中，依據(jù)教學項目建設規(guī)劃和建設目標，結(jié)合教學反饋信息，全面推進課程資源建設。

圖4 教學效果反饋與評價

3 教學模式的構建及實踐

3.1 教學模式的構建

根據(jù)上述分析，本文提出以OBE理念為導向的“兩增兩減一提高”理實一體化教學模式，如圖5所示。

圖5 “兩增兩減一提高”理實一體化教學模式

3.2 教學實踐

3.2.1教學內(nèi)容

在“程序設計基礎”課程中，以“金屬切削刀具管理系統(tǒng)”這一實際的工程項目[6]為對象，將教學內(nèi)容進行重構，如圖6所示。首先將該系統(tǒng)分解，形成10個教學項目；然后根據(jù)程序設計主線確定教學項目的實施順序；接著依據(jù)教學大綱將課程內(nèi)容與教學項目進行關聯(lián)與融合；最后在每個教學項目下設置不同的子任務，在教學時依據(jù)“任務導讀—知識講解—任務實施—應用拓展”的順序展開。在這樣的體系下，學生所面對的學習任務均具有實際性、設計性，明確了知識與技能的應用途徑與場合，補全了傳統(tǒng)教學中能力訓練不足的短板。

圖6 “程序設計基礎”課程內(nèi)容設計

3.2.2教學組織

1)SPOC在線學習。

在“學習通”平臺上建設SPOC(small private online course)在線開放課程，在教學平臺上上傳相關的教學資源供學生自學，教學資源以教師錄制的講解視頻為主，講解視頻采用系列化的形式，每個教學任務發(fā)布3～5個視頻，單個視頻的時長在5 min以內(nèi)，便于學生利用零碎時間進行學習[7]。為了拓寬學生的視野，教師通過知識輔助手段引導學生從網(wǎng)上碎片化信息中獲取知識與技能，并通過測試促進學生對碎片化資源的整合、利用，形成更加全面、新穎、豐富的認知。

2)分組互動教學。

在課堂教學過程中，為了讓學生真正行動起來，教師組織搶答、測驗、投票等活動，學生通過完成任務實現(xiàn)課堂互動。同時，教師隨機指定學生展示自己的代碼及運行結(jié)果。課堂教學不僅需要師生互動，而且需要學生之間的互動[8-9]，因此在任務實施環(huán)節(jié)，將學生分為若干小組進行實踐。在分組時，需要注重學生的個性和特長互補，這樣有利于提高小組內(nèi)部的互動、交流，在小組協(xié)同工作期間，教師及時給予引導與糾錯，確保任務的順利實施。

3)課后拓展訓練。

教師在“學習通”平臺發(fā)布課后測試題目，測試以實戰(zhàn)性設計為主，體現(xiàn)課堂內(nèi)容的延展性，并具有一定的開放性，學生通過復習課堂內(nèi)容、查閱課外資料、與同學探討等方式完成測試訓練。教師對學生的拓展訓練成果及時進行評價，并為學生答疑解惑。

3.2.3教學反饋

過程性評價由訪問次數(shù)、課程視頻學習時長、課后測試成績等部分構成；形成性評價由章節(jié)測試成績、期末考試成績構成?！皩W習通”平臺提供了強大的數(shù)據(jù)監(jiān)測與統(tǒng)計功能，完整記錄學生課前、課中、課后的學習活動，如圖7所示。教師通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析學生學習情況與掌握程度，動態(tài)檢測學習效果，根據(jù)學習效果對課堂教學方法與手段進行及時改進與創(chuàng)新，適應學生的發(fā)展需求。

圖7 教學全過程監(jiān)測與反饋

3.3 實踐效果

將構建的“兩增兩減一提高”理實一體化教學模式在西安航空學院機械工程學院智能制造工程專業(yè)202班進行教學實施，32名學生以3～5人為單位構成學習小組，分組開發(fā)了夾具、模具、量具、檢具、輔具、設備等6個管理信息系統(tǒng)。以量具管理信息系統(tǒng)為例進行說明。在實際的機械加工中，大量的量具在庫房、車間、機床之間高頻次地交換與流動，傳統(tǒng)的依靠人工記錄量具信息的方式易造成量具丟失、浪費，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，學生開發(fā)的量具管理信息系統(tǒng)包含量具庫存管理、量具校驗管理、量具領用歸還管理、量具成本統(tǒng)計管理、量具采購管理等5大模塊，可以對量具進行跟蹤，協(xié)助技術人員制定量具的需求計劃和選配方案，進行有效管理，降低企業(yè)成本。學生在項目實踐中工程能力得到了顯著提高。課程考核結(jié)束后，根據(jù)課程目標達成度的計算方法進行評價，相對于其他平行班而言，應用該模式的班級在各個指標上的達成度均有提升，學生的學習效果優(yōu)于其他班級。

4 結(jié)束語

本文基于OBE理念反向設計，從教學內(nèi)容、教學組織、教學反饋三個方面出發(fā)，構建“兩增兩減一提高”的理實一體化教學模式，并給出可操作性較強的策略與途徑。經(jīng)教育實踐可以發(fā)現(xiàn)，該模式有助于學生形成自我學習、合作學習、反思學習的能力，在一定程度上能夠促進學生形成主動持續(xù)式的學習習慣。采用該模式進行教學的班級，教學質(zhì)量較高，學習效果優(yōu)于其他班級，易于實現(xiàn)理論知識與實際生產(chǎn)的對接。根據(jù)課程特點和具體的教學環(huán)境，對本文的教學模式稍加改進和優(yōu)化，可以推廣應用至其他工科類專業(yè)。