OBE教学理念下“微课程”新型混合式教学模式的构建与实践

果春焕 殷金玲 侯彦芬 张贺新 姜风春

（哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院 黑龙江·哈尔滨 150001）

0 前言

成果导向教育（Outcome Based Education，OBE）的核心是以学习成果为导向的教育理论，通过以学生为中心的多元个性化的教学实践，使受教育者获得学习成果，并利用学习者的学习成果反馈改进原有的课程设计和课堂教学。基于此，本研究是在OBE教育理论指导下探索一种基于“微课程”的新型混合式教学模式，并进行实践。以《材料力学性能》课程为例，针对学校实际情况、学科类型、学生学习现状、课程节奏，制作出利于学生发展、学科发展、学校发展的微课程资源，有效开展混合式教学，优化教学效果，提高人才培养质量。

1 现有课程教学方法的局限性

以《材料力学性能》教学为例目前课程教学过程中存在以下问题：（1）教师过于注重学科知识的传授，“教师讲，学生听”的填鸭式教学方式在许多课程教学中依然存在。而在课堂上，学生极少参与课堂的教学活动，致使学生无法体验学以致用的感觉，从而让学生失去了学习的主动性。（2）课堂教学手段单一，现代化信息技术手段运用率较低，所讲内容无法实现及时更新，教学目标与专业实际相脱节。（3）当前的教学模式极少存在课前导学的过程，导致学生学习的目标模糊，致使学生对所学知识的作用难以理解和吸收，也就无法促进学生主动学。

2 “微课程”新型混合式教学模式的优势

微课程不同于微课，二者仅有一字之差，却有着很大的差别。微课属于一类新型的课件，而微课程则是课程的缩减版，即把原课程根据学生的学习规律，按照任务、目标、资源、方法、作业、交互及反思等一个个具体的内容体现出来的微型课程。微课程的特点：（1）教学内容要“精”，即微课程的内容设计须简单明了。（2）时间短，微课程时长以10分钟为宜。（3）“小”是微课程的另一个特征，一是指微课程文件的容量要小，有利于视频的下载和观看；二是指微课程的选题小，细致讲解某一知识点、某个学习环节。（4）微课程的教学设计需完整且独立，且还需包括学习目标、学习内容、交互式测验、学习活动和评价反馈等环节。（5）交互功能，能够实现自测。

混合教学模式是一种有效结合了传统课堂教学与在线学习优势的教学模式，而翻转课堂则是实现混合式教学的有效途径。翻转课堂的基本理念是将传统的教师在课堂上授课，学生课下完成作业的教与学的过程倒置，学生课前观看并学习相关内容的课程视频；课上完成与所看视频相关的作业，且老师进行答疑；而课后则是个别辅助。在这种教学模式下，教师更需要精心设计或者选择与一个特定课程最紧密联系的视频、任务、方法、作业、交互及反思等在内的资源。微课程恰可以满足翻转课堂的要求，做到与现有课程的教学对象、课程目标、教学难度和学生已有知识积累相匹配，这是有些MOOC无法做到的，因此微课程是翻转课堂的坚强后盾。

此外，无论什么样的改革，都要遵循教育规律，无论什么样的教学模式都应该为学生的学习与发展服务，尽管“翻转课堂”是一种趋势，一门课程哪些知识点更适合“先学后教”，而哪些知识点更适合“启发传授”，翻转什么、坚守什么，均应该由教学内容和学情而定。

3 具体实施操作

3.1 微课程的设计与开发

3.1.1 “微课程”的设计与开发

根据学生状态、课程节奏，筛选适合做微课程的全部知识点，将《材料力学性能》这门课程，设计成一系列的符合学生发展、学科发展、院校发展的微课程资源，以便根据课程节奏，为全面开展该课程混合式教学模式实践奠定基础。

教师通过学情分析和主题资源筛选，开发创建符合学生需求的PPT、微视频等系列微课程资源来指导学生自主学习。

3.1.2 “微课程”的设计与开发案例

在材料科学与工程专业领域，材料力学性能的好坏是判断一种新型材料性能的标准之一，由此可见，材料的力学性能如何测试以及通过测试能够获得哪些性能与实际工程领域的关系，是该专业学习的重点。因此，根据《材料力学性能》这门课程与工程实际之间有着密不可分的关系，以这门课程中有关静载拉伸试验为例，基于思维导图的模式设计和开发10分钟左右的微课堂。梳理出这部分内容所包含的知识点有哪些？以及该部分内容在工程中的实际应用有哪些？具体的如图1所示。

图1：静载拉伸试验微课程设计方案

3.2 云课堂的搭建

云课堂指在网络环境下，运用智能设备开展课堂内外即时反馈互动教学模式。借助云平台，教师可以开展“线上+线下”混合式教学模式。

《材料力学性能》这门课程依托超星学习通平台，构建新型混合式教学模式实施方案，以班级为单位，教师在平台上为学生提供学习视频、内容以及自评价题目，再就是在线答疑等环节；而学生利用超星学习通平台，了解教师发布的通知，进行学习；与此同时，云平台跟踪并记录学生的学习轨迹与学习进度并对学生学习进行自动评价。教师可以定期导出平台数据（如按专业、学科、年级、章节等等），适当处理，寻找恰当的统计方法进行分析，并与对照班进行比较，以此作为评价新教学模式和改进的依据；筛选异常数据，做统计分析，以此为依据调控师生教与学的状态，并作为实时评价新教学模式和改进的依据。

3.3 混合教学模式的构建

3.3.1 基于微课程的“线上学习+线下实体课堂”混合教学模式

教师将原有的课程按照学校实际情况、学科类型、学生学习现状，创建成微课程资源，依托云平台，实施基于微课程的“线上+线下”混合式教学。“线上+线下”混合式教学是借助翻转课堂实现的，其前提须对课程中的知识点进行分类。

（1）适合翻转的知识点：这些知识点符合学习规律，适合学生探究式学习，可以将这样的知识点设计成微课程，进行翻转课堂教学借助翻转课堂实现“线上+线下”混合式教学：线上教学包括提供资源、发布内容、在线答疑、监控学习；线上学习包括自主学习、自我检测、反馈问题、同伴互评；线下教学分为分析需求、制作课程、设计任务和反馈评价；线下学习分为成果展示、互动交流。

（2）不适合翻转的知识点：这些知识点学生自学能力达不到要求，少不了教师的监管、引导和点拨，这样的知识点要采用启发传授式教学。

3.3.2 翻转课堂设计

以《材料力学性能》课程为例，为启发学生学习的兴趣，采取“翻转课堂+启发传授”混合教学模式。根据图1设计的有关静载拉伸试验的微课堂，其中有关作为例子，采取视频的方式引导学生对《材料力学性能》课程的兴趣，让学生体会到这门课程学习的实际意义所在。如此，可有效减少一上来就讲述拉伸试验相关知识的突兀性。再根据拉伸试验所需设备、试样几何尺寸以及试验方法等内容，让学生犹如身临其境到试验现场，体会静载拉伸试验过程。最后通过拉伸试验机获得拉伸曲线，介绍拉伸曲线中各个阶段所代表的含义，此时结合拉伸试验过程中试样呈现出来的变形行为。以上知识点可通过视觉的方式，易于被学生所接受。以上内容，学生可在课前利用课下时间进行预习，先行了解静载拉伸试验的整个过程。

而对于静载拉伸试验过程的注意事项，以及拉伸试验数据的处理则是需要课堂上进行讲解或研讨。比如图2所示的曲线，该曲线是静载条件下得到的试验曲线，讨论该曲线存在的不足之处，可以看到，曲线呈现出多阶段的特性。请同学们考虑：

（1）这个曲线和教材上给出的应力-应变有什么区别？请分析曲线上产生区别的原因；

（2）根据所学的知识，计算一下该合金钢的弹性模量是多少？和常见的合金钢的弹性模量相近吗？为什么有如此大的差别？

图2：某高强钢应力-应变曲线

3.3.3 混合教学模式研讨

为有效地把工程实际问题与课堂知识结合起来，让同学们思考了图2所示的为某船体用高强钢通过静载拉伸试验得到的应力-应变曲线，该曲线测试精度的高低直接影响在工程中的应用。主要是因为通过材料应力-应变曲线，可有效获得材料的强度和塑性指标，这是工程领域结构件的设计过程中选材的标准。基于此，获得有效的材料应力-应变曲线在工程领域具有十分重要的意义。针对图2所示曲线中存在的两个方面的问题，讨论如下：

针对图2的曲线与教科书中的异同。

同学A：通过微视频和教材的学习，了解到对于一般具有塑性变形能力的材料，其应力-应变曲线具有的特点是：一是弹性变形阶段，即应力-应变曲线的一开始阶段，应力和应变为线弹性关系；一是塑性变形阶段，该阶段呈现出的非线性关系，应力和应变不再是单值性的关系。而图2中给出的弹性变形部分呈现出的非线性关系，而是出现了两个阶段，第一阶段的斜率与第二阶段的斜率不同。

老师：同学A观察得很仔细，并且微课堂和看书都很认真，充分发挥了混合式教学模式的作用。图2所示的曲线确实是在弹性阶段分成了两部分，对于这两段不同的线段，所表示的含义是什么呢？或者说为何出现这种现象呢？

同学B：这两段都是发生弹性变形阶段，二者的斜率不同，通过学习微课堂了解到弹性变形阶段的斜率代表了材料的弹性模量，该参量是材料的一种固有参数。然而，图2中的两段线性关系的斜率差距很大，无法代表材料的弹性模量，很大程度上可理解为这种测试方法存在问题。至于产生这种现象的原因，还不太理解。

同学C：在学习了弹性变形的过程以及静载试验的整个过程，发现在静载试验过程中，应力-应变曲线的应变测量是采用拉伸试验机的横梁位移来获得的，这说明从试验机上获得的应力-应变曲线上的应变，尤其是弹性变形部分，不仅包含了试样在拉伸过程中的弹性变形，还包括了横梁所发生的弹性变形。两个方面的弹性变形叠加导致试样拉伸试验初期的变形太大，导致开始阶段曲线的斜率较低。

老师：由同学B和C基本上说出了应力-应变曲线初始阶段存在的问题，看来大家很认真的学习了相关的知识点。由这条曲线，包含了我们静载拉伸部分的所有知识点，以及试验过程中所需注意的事项。弹性变形部分之所以出现了两部分，就是由于弹性变形部分叠加了横梁上的变形所致。下面还有个问题就是，针对图2的曲线，大家计算一下该材料的弹性模量。

同学D：按照曲线上给出的数据，计算的弹性模量仅有几十MPa，这与实际材料的弹性模量200GPa，存在特别大的差距。原因我认为就像老师所说的，弹性变形部分含有了横梁的变形，导致计算的弹性模量结果不准确。

老师：同学D说得非常好。对于这种情况下，我们如何获得准确的弹性模量呢？目前，有关弹性模量的测试方法有很多种，比如大家在《大学物理》试验课上测试过的杨氏模量，再就是拉伸试验过程中加入引伸计，也就是把传感器安放在试样上，直接测试试样的变形。另外还有一种无损检测的方法，即超声波测量仪，也就是利用了应力波在固体中传播的原理来进行测试。如果大家对这方面特别感兴趣，可以去数据库查一些相关的文献阅读一下。

通过这样的研讨模式，可让同学们一方面消化微课堂中所需的知识点，再就是结合实际的试验过程，了解理论与实际之间的关系。进而起到加深学习印象，提高学习效果。并且采取这种混合式教学方法，还能让同学们有一种学以致用的感觉，增强了自信心以及对材料科学与工程专业的更进一步的认识，为他们将来走向工作岗位或者进一步的学习都将会具有深远的意义。

4 评价标准和激励机制的建立

制定混合式教学模式的评价标准，包括课前评价标准、实体课堂评价标准、小组评价标准、互评评价标准等，积极建立健全利于开展混合式教学模式的实践方案和师生激励机制，真正实现对学生创新能力和学习能力的培养与提高。OBE教育理论中所涉及的十二条如下：

（1）工程知识：将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。（2）问题分析：应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。（3）设计/开发解决方案：设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。（4）研究：基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。（5）使用现代工具：针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。（6）工程与社会：基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。（7）环境和可持续发展：理解和评价针对复杂工程问题的专业工程实践对环境、社会可持续发展的影响。（8）职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。（9）个人和团队：在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。（10）沟通：就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。（11）项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。（12）终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。

表1：混合教学模式的评价标准及激励机制

根据以上十二条，制定了《材料力学性能》实现“翻转课堂+启发传授”混合教学模式的评价标准如下表1所示。

5 实施后效果和学生反馈

采用OBE教育理论中的评价标准以及“翻转课堂+启发传授”混合教学模式，实施以后，很大程度上激发了学生的兴趣，了解了所学专业在工程中的实际应用，真正意义上掌握了学以致用的含义。对比材料科学与工程专业2017级、2018级学生的《材料力学性能》的成绩来看，学生的成绩得到了大幅提高，尤其是在考试题中涉及与工程相结合的解决实际问题方面。98%以上的学生全面深入了解和掌握了《材料力学性能》这门课程中的知识点，仅有2%的学生因未及时完成微课堂的学习导致对知识点理解得不够深刻，掌握得不够全面。