吳岳芬,李文彬,楊 勃,方 欣

(湖南理工學院 信息科學與工程學院,湖南 岳陽 414006)

在新工科背景下,許多地方高校雖然提出了新的人才培養(yǎng)方案,但主體教學仍采用傳統(tǒng)模式. 例如,教材理論性太強、理論與實踐脫節(jié),未充分體現(xiàn)課程的實用價值; 主要以教師為中心傳授知識,教學過程中仍存在“重知識灌輸、輕能力培養(yǎng)”的傾向,學生往往成為知識的被動接受者,缺乏主動學習和主動探究的精神,不利于知識的內化; 教學形式單一,主要利用課件教學,雖然也建設在線課程,但利用率低; 學習過程的有效評估和實時反饋不夠等. 所以革新地方高校教與學的課程模式已成為必然趨勢.

軟件信息產業(yè)是國民經(jīng)濟的新支柱產業(yè),社會迫切需要具備國際競爭力的高素質創(chuàng)新型軟件信息類人才. 為了順應新工科建設和地方高校轉型,適應新產業(yè)需要,本文以信息類專業(yè)的程序設計類必修課程《數(shù)據(jù)結構》為研究對象,構建MOOC 導學和CDIO 導向的三階段四維度混合式課程模式.

1 混合式課程模式的構建

該混合式課程模式以工程應用能力和自主學習能力培養(yǎng)為主要目標,依托大規(guī)模在線開放學習平臺,以MOOC 導學、CDIO 導向的工程教育理念為指導,并借鑒翻轉課堂理念,圍繞課程的教學目標、信息化課程體系、教學內容、項目案例、課程思政、教學實施、自主學習、在線平臺、實踐實訓、小組協(xié)作、學習行為分析、質量監(jiān)控評價反饋等教學環(huán)節(jié)展開研究與實踐[1],取得了良好效果.其教學流程貫穿課前和課中再延伸到課后,教師和學生在每個環(huán)節(jié)都有不同的任務.MOOC導學和CDIO 導向的混合式課程模式總體框架如圖1 所示.

圖1 MOOC 導學和CDIO導向混合式課程模式總體框架

2 混合式課程模式的實施機制

混合式課程貫徹CDIO教學理念,著力培養(yǎng)學生的工程應用能力,以應用項目開展教學改革與實踐,在理論、實踐、應用三方面進行深入嘗試與融合.建立“MOOC平臺+線下課堂+MOOC平臺和51CPC”多平臺融合的混合式課程體系.其中,MOOC平臺由教學資源、自主學習、師生交互和監(jiān)控反饋四模塊組成;線下課堂由項目驅動,群體探究,師生、生生互動構成;“51CPC平臺”為課程組自主開發(fā)的實踐平臺,學生在線提交程序、平臺判斷正誤,集練測評于一體.

3 混合式課程模式的實施策略

3.1 基于OBE理念,提升高階性,融合項目求解和問題驅動,重構教學內容

數(shù)據(jù)結構課程內容抽象,邏輯性強,算法復雜,教學難度大.為了提高教學效果,教師摒棄傳統(tǒng)的照本宣科、純理論講授,根據(jù)程序設計類課程特點,選擇將日常生活和計算機領域中應用廣泛的經(jīng)典工程案例(即CDIO項目)貫穿課程所有章節(jié),如:手機通訊錄設計、岳陽樓公園導游系統(tǒng)設計、銀行排隊叫號系統(tǒng)、手機計算器應用等.教學中以14個項目案例結合基本原理進行講解,以“項目引入、提出問題→基礎理論→解決方案→編程實現(xiàn)”為教學主線,師生、生生進行項目探究,使抽象晦澀的專業(yè)理論深入淺出、通俗易懂,著力培養(yǎng)學生的工程應用能力和團隊協(xié)作能力.該課程主要采用的CDI O項目見表1.

表1 數(shù)據(jù)結構課程主要CDIO項目設計

3.2 以學生為中心,自主學習能力培養(yǎng)為目標,實施“三階段四維度”混合式課程的教與學

利用MOOC、CDIO 項目式教學,構建三階段四維度混合式課程模式.在時間維度上,分為課前、課中、課后三階段;在空間維度上,分為線上、線下、混合三階段;在知識學習維度上,分為傳遞、內化、拓展提升三階段[2];在學生維度上,分為個體、群體、團隊三階段.協(xié)同多種教學要素,建立“MOOC 平臺+線下課堂+MOOC 平臺和51CPC”的導學、自學、研學、輔學的三階段四維度混合式課程模式. 以自主學習、項目式課堂翻轉、項目任務拓展提升、監(jiān)控反饋為主線開展教學活動,進行項目探究式、理實一體化的翻轉課堂教學. 三階段四維度混合式課程模式的實施過程如圖2 所示.

圖2 MOOC 導學與CDIO 導向的三階段四維度混合式課程教與學實施過程

課前,利用MOOC 視頻開展教師導學和學生自學. 教師發(fā)布學習任務單,引導學生利用超星平臺的MOOC 課程進行基礎理論的自主學習,觀看教學視頻,完成在線討論、單元測試等,并提出疑難問題. 教師在線釋疑,培養(yǎng)學生自主學習能力.

課中,利用線下課堂進行CDIO項目群體研學. 課中90分鐘分為三個環(huán)節(jié). 第一環(huán)節(jié)約5～20分鐘,進行知識點的課前測試,或總結前期作業(yè)、實驗中的錯題、難題,或梳理在線討論和單元測試的錯誤,或表揚在線自主學習表現(xiàn)優(yōu)秀的同學. 第二環(huán)節(jié)約20～60 分鐘,利用CDIO 項目、問題驅動進行師生研學,精講精練,并且探究討論、實踐訓練,實現(xiàn)翻轉課堂,完成知識內化,培養(yǎng)學生的工程應用能力. 第三環(huán)節(jié)約10～20 分鐘,進行總結點評. 主要從項目設計展開,以討論項目的重點難點為主. 此外利用學習通進行簽到,師生、生生互動交流. 課中尤其注意調動學生互動學習的積極性,讓學生主動參與到研學中.

課后,利用超星MOOC平臺和51CPC兩個平臺進行輔學和提升. 數(shù)據(jù)結構是理論與實踐相結合的課程. 學生在超星平臺完成課后作業(yè)、階段性考試,鞏固理論知識,并利用課程組自主開發(fā)的51CPC練測評一體化平臺進行編程訓練,提升實踐實訓、工程應用能力.

3.3 以產出為導向,提升挑戰(zhàn)度,構建“階梯式、團隊式”實踐實訓模式

實踐實訓采用三層四級階梯式任務驅動. 四級階梯式任務即“基礎實驗→綜合實訓→工程實踐→創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目”[1]. 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目主要包括程序設計競賽、數(shù)學建模大賽、大學生創(chuàng)新性項目、企業(yè)項目等.

實踐實訓采用團隊協(xié)作、三層次形式. 全班分為若干小組,每組1～3 人,采用組長負責制,分組進行研討,確保任務按質按量完成. 根據(jù)學生學習能力和任務難度,將任務分三層. 其中,第1 層次為基礎實驗訓練,要求全班所有學生掌握; 第2 層次為綜合實訓和工程實踐,要求班級絕大多數(shù)學生熟練掌握; 第3 層次為創(chuàng)新實踐項目,僅要求班級少數(shù)學生嘗試. 數(shù)據(jù)結構課程四級階梯式任務驅動如圖3 所示.

圖3 數(shù)據(jù)結構四級階梯式實踐任務

3.4 以思政為引領,踐行“一一三四四”課程思政模式

數(shù)據(jù)結構課程的教學內容圍繞14 個課程項目的真實情境,立足信息領域的科技創(chuàng)新,同時將家國情懷、科學觀、社會主義核心價值觀、職業(yè)操守“四個層面”的思政元素“潤物無聲”地融入課前、課中或課后,實現(xiàn)三全育人,實現(xiàn)課程育人的目標[3]. 本課程的思政模式如圖4 所示.

圖4 數(shù)據(jù)結構“一一三四四”課程思政模式

“一一三四四”課程思政模式,即“一門課程、一個目標、三個協(xié)同、四個維度、四個層面”. 其中,“一門課程”指建設一門優(yōu)質課程; “一個目標”指重新制定含價值塑造的課程目標; “三個協(xié)同”指將課程的“知識傳授+實踐實訓” “線上+線下” “課內+課外”相結合,形成協(xié)同思政育人; “四個維度”指教學大綱重構→挖掘專業(yè)知識與技能的思政內容→教學設計滲透思政教育→教學效果的評價反饋.

4 混合式課程模式的評價與反饋

評價與反饋主要包括學生在線學習行為分析、教學評價與反思、混合式課程建設效果評價三個方面.以數(shù)據(jù)結構課程為例,針對信息類專業(yè),分別在2019年下學期、2020年上學期、2020年下學期開展教學改革實踐. 每學期3 個班級,學生人數(shù)分別為102 人、114 人和110 人.

4.1 學生在線學習行為分析

根據(jù)超星平臺的在線學習數(shù)據(jù)集,通過Python編程和數(shù)據(jù)分析算法,分析學生的在線學習行為,有助于教師跟蹤學生的學習過程,引導學生學習,提高其學習效率. 也有助于教師改進課程、提高教學質量.

從2018年9月起,數(shù)據(jù)結構課程在超星學銀在線平臺開課8 期(MOOC),累計選課人數(shù)達2.6 萬余人,學習者來自380 余所高校,訪問學習量達3000 萬多人次,師生、生生在線互動討論量達7.3 萬余次,說明該課程受眾面較廣,選課人數(shù)較多,具有較好開放性和推廣度.

(1)網(wǎng)站用戶群體分布. 如圖5所示,網(wǎng)站用戶群體包括: 本校教師、本課程教師、本校學生、本課程學生、社會公眾. 因課程采用在線開放形式,社會學習者占總訪問量的39%,說明課程具有一定普適性,受眾面較廣.

圖5 網(wǎng)站用戶群體分布

(2)在線訪問學習次數(shù). 如圖6 所示,2019年下學期校內專業(yè)必修課的學生為102 人,從課程的開始到結束,每天都有一定量的學習者進行學習訪問,并隨時間的推移逐漸上升,最高超過1500 次/天,在課程快結束的時候出現(xiàn)頂峰后下降,但整個過程的變化幅度相對較小,這表明學習者有著較好的學習態(tài)度.

圖6 2019年下學期學習訪問次數(shù)隨時間變化的折線

(3)在線資源學習情況. 2019年下學期共發(fā)布教學MOOC 視頻130 個,測驗和作業(yè)共47 次,共有102人參與. 2020年下學期共發(fā)布教學MOOC 視頻133 個,測驗和作業(yè)共60 次,共有110 人參與. 以上數(shù)據(jù)表明校內專業(yè)必修課學生參加在線學習是比較認真的.

(4)在線參與討論情況. 2019年下學期,學生一個學期參與討論最多達159 次,最少是66.84 次,整個專業(yè)所有學生參與討論平均達139 次. 2020年下學期,師生共發(fā)表討論6039 次. 這些數(shù)據(jù)表明校內專業(yè)必修課學生參加在線討論十分積極,學習態(tài)度良好.

(5)參與課堂活動情況. 課堂活動包括簽到、投票、選人提問、搶答等,一個學期教師發(fā)布各類課堂活動63 次,校內學生參與這些課堂活動達1389 人次,表明學生參與課堂活動積極,混合式課堂較為活躍.

4.2 教學評價與反思

混合式課程最重要的是實時動態(tài)跟蹤和監(jiān)控學生的學習成效,因此制定教學全過程、多維度教學評價體系,包括診斷性評價、形成性評價和總結性評價.

(1)診斷性評價. 教師日常監(jiān)控學生自主學習情況,了解學生學習的難點、情緒,及時調整教學形式,提高教學效果.

(2)形成性評價. 主要指過程性考核、線上學習情況考核,包括教學視頻學習(20%)、討論(20%)、作業(yè)(20%)、單元測驗(10%)、階段性在線考核(15%)、訪問數(shù)(15%),占總成績的20%.

(3)總結性評價. 包括線上學習成績(20%)、平時成績(10%)、實驗成績(20%)、期末考試(50%),其中,平時成績包括課堂互動(50%)、出勤(50%); 實驗成績根據(jù)51CPC 平臺測試、實驗項目情況評定; 線上學習成績即形成性評價; 期末考試為總結性考核,考題為綜合題、程序設計題,閉卷考試.

2019年下學期數(shù)據(jù)結構課程考核中,校內專業(yè)必修課的102 名學生期考卷面平均成績?yōu)?5.5、最高分為95,期評成績平均分為84.4、最高分為97,表明混合式課程教學效果良好.

4.3 混合式課程建設效果評價

(1)課程在線資源評價. 分別在2019年和2020年開展了課程資源網(wǎng)站的評議調查. 參加調查評議的全部學生都認為本課程網(wǎng)站對學習有幫助作用,其中認為對學習幫助很大的占27.59%,認為對學習有幫助的占72.41%. 這說明,隨著課程資源和交互功能的豐富,網(wǎng)站對學生學習課程的幫助程度在逐年提高.

(2)課堂教學模式改革效果評價. 授課班級的學生對混合式教學的滿意度和學習效果給予了積極的評價. 有77.14%的學生對混合式教學滿意,20%的學生對混合式教學較滿意,滿意度超過97%. 學生對課程學習效果的評議情況表明,97.14%的學生認為課程教學有助于提高自身的程序設計能力,其中接近一半的學生認為提高幅度較大.

5 結束語

開展混合式課程教學實踐以來,課程組教師指導學生參加國際大學生程序設計競賽(ACM-ICPC)榮獲亞洲區(qū)銅獎2 項、“藍橋杯”全國總決賽一等獎6 項、其他省級以上獎勵近70 項. 程序設計類混合式課程改革大大提升了學生的工程應用能力、自主學習能力和創(chuàng)新能力,提升了學習效率和教學質量,同時也為地方高校工程應用型人才培養(yǎng)的教學模式改革提供了新思路.