基于ADDIE 模式的UML 软件建模实验课程混合式教学设计

郭艳燕，娄兰芳

（烟台大学 计算机与控制工程学院，山东 烟台 264005）

0 引 言

2018 年4 月教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》提出，要积极推进“互联网+教育”的发展，强调教育教学与现代信息技术的深度融合和应用创新[1]。基于线上线下一体的混合式教学是“互联网+教育”时代倡导的新型教学模式，学生通过学习时间的混合、学习空间的混合、学习活动的混合、学习方式的混合以及与教师交流方式的混合，高效优质地完成学习目标。

实验教学在高校理工科专业教学过程中占据重要地位，如何提升实验教学质量是教学改革的一项重要内容，如何将实验教学与信息技术进行深度融合是开展实验教学改革的重要途径。实验教学与理论教学一样，都需要教学设计，围绕内容、步骤、阶段、评价等方面针对性设计教学，遵从“实验设计→实验实施→实验评价”这一过程，达成能力培养目标。在混合式学习方式驱动下，如何依托信息技术重构实验教学模式，系统科学地设计实验课程混合式教学，值得我们研究。

1 ADDIE教学设计模式

ADDIE 教学设计模式是教学设计理论最经典的模式，蕴含了教学系统设计过程的5 个核心步骤，用于解决教学过程中的5 个核心问题，见图1，以保证高效地实现教学设计与实施[2]。该模式的主要特点是，评估阶段作为整个教学设计过程科学性、有效性的有力保障，贯穿于整个设计过程，随时对其他阶段进行反馈，且5 个阶段不断迭代，通过反复论证完善更新，最终形成完整的教学设计方案。ADDIE 教学设计模式充分体现了教学设计的内核和共同特征，特别适用于在线教学和网络教学，因此在线上线下相结合的混合式实验教学中使用ADDIE 模式进行教学设计，具有很好的适用性和可行性。

2 实验课程混合式教学设计的总体框架

基于ADDIE 模式的混合式教学设计分为分析、设计、开发、实施和评估5 部分，总体框架见图2。

图1 ADDIE 教学设计模式

图2 基于ADDIE 模式的实验课程混合式教学设计

3 UML软件建模实验课程的混合式教学设计

3.1 分析阶段

按照系统论的观点，教学系统要有明确目的，课程体系要有整体性，要与学生有明确的相关性，并与教学环境相适应[3]。

（1）教学对象分析是通过了解学习者的共同特征、学习习惯、知识储备、动机水平、能力水平、个人对学习的期望确定教学的起点。UML软件建模实验课程教学对象分析可以通过调查问卷形式获取。

（2）教学目标分析可以基于布鲁姆的教育目标分类理论，结合学科特点和地位，精确阐述教学目标，包括课程总教学目标和单元教学目标，为设计教学提供支持。UML 软件建模实验课程是本科软件工程专业应用型创新人才培养体系中重要的实践教学环节，是将面向对象分析与设计方法、面向对象编程语言和统一建模语言UML 知识融合后，将理论知识应用到实际问题的实践过程，以此加深理解和掌握面向对象的思想、技术和方法，培养学生建立合理、科学、高质量的系统建模能力，达到提高软件工程实践能力的目的。

（3）教学内容分析的结果是确定教学知识的广度和深度，划分难点和重点，处理各知识点之间的联系和区别。UML 建模实验课程实验内容的选取不能仅仅关注UML 各类模型本身的细节和建模技术，而是要系统地关注UML 模型在整个软件开发过程中的作用和实践应用，结合面向对象的分析设计原则，构建具有灵活性和可扩展性的高质量软件模型。

（4）教学环境是教学目标实现的重要条件。UML 软件建模混合式实验教学环境包括网络数字化在线学习环境和实验室教学环境。

3.2 设计阶段

设计阶段以分析阶段的结果为依据，确定教学问题的具体解决方案，根据教学目标确定教学模式、选择教学媒体和教学策略、设计教学活动，确定知识传递的通道以及师生开展教与学活动的组织方式等，以实现利用最有效的教学手段把知识传递给学生或者引导学生自主学习。

3.2.1 教学模式的确定

教学模式是指在教育教学理论指导下，在一定环境下建立起来的，较为稳定的教学活动结构的框架和程序。UML 软件建模实验课程采用混合式教学模式。

3.2.2 教学策略的选择

教学策略能够体现教学理论的具体化和教学活动方式的概括化，具有一定的抽象性和灵活性。教学策略包括为实现教学目标而采用的教学活动的程序、方法、形式、技术支持等，按照功能可以分为教学传递策略、教学组织策略和教学管理策略[4]。

1）教学传递策略。

教学传递策略包括教学知识的媒体呈现形式和教学内容的组织传递顺序两方面。

UML 软件建模实验课程的教学传递策略：总体教学内容的组织顺序基于“精细加工理论”[5]，以“整体—部分”“纵览—细化”知识传递顺序来组织教学内容，从UML 语言纵览到各类不同UML 图的建模技术，最后将各类UML图进行整合，构建一个完整的软件系统模型。单元教学内容的组织顺序选择布鲁纳的螺旋式教学顺序，以“概念—原理—技术—应用”组织每个单元内的教学内容，如类图的概述、类图的组成元素、类之间的关系、类图的正向工程与逆向工程、类图的作用和具体应用。

2）教学组织策略。

教学组织策略指教学活动的组织策略，如集体学习、个体学习和小组协作学习。

UML 软件建模实验课程的教学组织策略：不同的实验内容、实验任务采用的组织形式不同，但都要充分体现学生的主体地位，激发学习动机，促进深度学习。课前实验准备采取个体学习实现自主探究学习，课上根据实验题目类型和难度，以任务驱动式学习进行个体学习或分组协作学习和讨论式学习，如果是实验注意事项、共性问题和疑难问题解答、实验总结则实施集体学习。课后学习反思以及实践能力巩固和扩展，以个体学习或分组协作学习为主，通过真实任务驱动的研究性学习，实现创新能力培养。

3）教学管理策略。

教学管理策略包括教学进度、资源、活动的控制管理。

UML 软件建模实验课程的教学管理策略：教师是教学进度的把控者和教学资源的管理者。在混合式教学模式下，不同阶段教学活动的主控者不相同，课前和课后学生是主控者，课上教师是主控者。教师作为整个混合式教学过程的指挥者和监督者，需要保证教学进度的顺利进行、教学资源的高效使用、教学活动的有效开展。

3.2.3 教学过程的设计

教学过程是指教师组织教学的程序和环节，也是学生学习和认知的程序和环节。混合式教学包括课前、课上和课后3 个教学阶段，既需要从总体上设计全局教学过程，对课内外学习活动、线上线下教学活动进行整合设计，又需要对每个阶段进行局部教学过程的设计。

（1）全局设计：UML 软件建模实验课程的全局教学过程设计，借鉴了教学设计大师加涅根据认知加工模型并按照学习发生过程提出的九段式教学程序，抽取、整合和调整部分教学活动，形成新的教学程序流程，以“旧知复习，新知导入，新知呈现，新知巩固，拓展训练”主线程序开展。

（2）局部设计：UML 软件建模实验课程采用混合式教学模式，实验课前线上自主学习完成实验课上的准备工作；实验课上教学过程的设计借鉴BOPPPS 教学模型[6]，强调从实验引入、实验目标、实验前测、参与式实验学习、实验反馈和实验总结6 个环节进行教学设计；实验课后进行线上实验过程交流、实践能力拓展和创新。

3.3 开发阶段

在混合式教学的开发阶段，最重要的是完成在线课程的建设和实验项目的设计。

1）在线课程建设。

在线课程的建设要从学习者便于理解和使用的角度，筛选原有的学习资源，开发新的可以支持学生自主学习和深度学习的教学资源，制作理论教学微视频和实验教学微视频，建设教学案例库和试题库，制作教学课件，收集用于参考的电子书籍，设计课前学习任务单，链接与本课程相近的网络课程，提供个性化学习的渠道，提供多种学习工具和建模软件，并明确学习资源的使用方式。

UML软件建模实验在线课程建设情况见图3。

图3 UML 软件建模实验在线课程建设

2）实验任务设计。

以“学生为中心”的实验教学，需要将实验案例学习向实验案例设计转变，学生只有亲自设计动手实践，才能掌握相关的技能和方法，教师的指导为学生知识体系的建构提供服务。

在UML 软件建模混合式实验教学中，要进行针对性技能训练，按照“验证性实验→设计性实验→综合性实验→拓展创新性实验”这一渐进性步骤开展实践教学。实验题目分为两种类型：一种是关注UML 软件模型的阅读和理解，一种是关注UML 软件模型的绘制和实际应用。验证性实验关注如何使用软件建模工具绘制各种UML 图，以及如何实现正向和逆向工程。设计性实验关注各类UML 图在实际软件分析与设计过程中的应用，将各种分析设计原则引入软件建模。综合性实验强调知识的综合应用，不仅关注描述同一系统多种UML 图之间的关联，而且要考虑软件模型与数据库、软件体系结构、程序设计等课程知识的关联。拓展创新性实验强调知识的延伸和实践能力的提升，可以通过自命题方式进行自主设计或团队开发，或依托开放实验室项目、“互联网+”大赛等进行创新性实验。

3.4 实施阶段

实施阶段指教学的实际传输，是将教学设计转换为真实的、具体的教学行为和结果。教学实施策略的选择既要符合教学内容、教学目标的要求和教学对象的特点，又要考虑在特定教学环境中的可行性。

UML 软件建模实验课程的混合式教学实施见图4，分为实验课前、实验课上、实验课后3个环节，采用任务驱动教学法、项目驱动教学法和行为导向教学法增强学生实验过程的参与度，强调师生间、生生间的交流互动以及各个环节间的及时反馈。线上教学活动主要包括实验情况问卷、实验笔记博客、实验作品互评、优秀实验报告展示、实验知识测试，实验问题答疑等；线下教学活动主要包括实验面对面指导、实验总结、实验点评、实验线下讨论等。验证性实验作为课前实践任务，设计性实验和综合性实验作为课上实践任务，拓展创新性实验作为课后拓展任务。

图4 UML 软件建模实验课程混合式教学实施

3.5 评估阶段

评估阶段是教学设计的重要环节，通过评估不仅可以检验学生的学习效果是否达到教学目标，而且可以判别教师采用的教学方法、策略和活动是否有效。评估阶段贯穿于整个教学过程，可以为其他教学设计阶段的改进和完善提供依据。

UML 软件建模实验课程采用过程性评估和总结性评估相结合的方式。实验的过程性评估贯穿于ADDIE 教学设计全过程，主要通过教学平台的用户日志、实验情况问卷调查、阶段性实验知识测试、实验作业情况、实验课上观察等方式，进行学习行为的分析和学习阶段性效果的反馈，并以此为依据进行教学过程的动态调整。实验的总结性评估在实施阶段完成后进行，注重教学结果，从知识应用能力、综合实践能力和扩展创新能力多方面进行全面考察，从实验作品、实验答辩与实验报告3 个方面对实验效果进行评定。通过这两种评估方式进行教学反馈，不断迭代改进ADDIE 教学设计的各个阶段，最终实现混合式教学的最佳实践。

4 实验教学的混合式教学设计与实施中应注意的问题

（1）遵循整体优先局部兼顾的原则：教学设计作为一个不可分割的整体，强调系统性，各个环节各尽其责，但又相互联系、相互制约，良构的教学设计需要兼顾各个环节，而不能过于片面地强调某个环节而忽视整体目标。

（2）强调教学设计的弹性化：教学设计具有灵活性，每个具体步骤可以结合课程的实际需求和应用情景、教学策略、教学方法、教学模式加以实施，并在迭代实践过程中可以根据评价反馈结果动态调整。

（3）强调实践教学体系的重要性：能力培养不是一次性的，而是一个循序渐进、长期实践、不断探索的过程，因此需要一系列持续的、科学的、相关联的实践体系来支撑。

（4）提倡群体化实践教学方法[7]：可以借助互联网群体、互联网资源和互联网平台，利用信息检索技术等解决实践教学中存在的答疑解惑反馈不及时、实验异常错误难解决、实际复杂案例数量有限等问题。

5 结 语

实践证明，在实验教学中引入混合式教学模式，并基于ADDIE 进行混合式教学设计与实践，将“以学生为中心”落实到具体的教学设计过程中，能够系统有序地开展实验教学过程，充分克服原有实验教学存在学时不足、实验前准备不充分、实验课堂利用不充分、专业综合应用能力欠缺、实际问题解决能力不足等弊端，从而使课程的教学体系更加完善，达到教学效果的提升。