面向产出的混合式课堂教学设计——以Java程序设计课程为例

刘明刚

(哈尔滨金融学院 计算机系,黑龙江 哈尔滨 150030)

2016年中国正式加入《华盛顿协议》,该协议是由民间工程专业团体发起和签署的国际工程师互认体系的最具权威性、最具影响力的国际本科工程学位互认协议。OBE(outcomes-based education)是以结果为导向的教育,《华盛顿协议》2003年起制定了基于OBE的毕业要求框架,该框架成为《华盛顿协议》成员制定毕业要求的衡量标准。经过多年的研究与实践,OBE理念的三个基本原则已得到广大教育者的认同,即反向设计原则、以学生为中心原则和持续改进原则。这也为我国工程教育专业改革所面对的基本问题,即“教什么、怎么教、教的效果如何”指明了方向。

一、面向产出的混合式课堂教学设计模型

1.工程教育的核心理念

工程教育是在基础科学、应用科学、技术技能与人文社会科学基础之上发展起来的,以培养学生工程思维和解决实际问题能力为目标的教育形式。工程教育将科学方法与技术教育相结合,它与人类生活密切相关,是高等教育的主要组成部分。目前我国高等学校工程教育认证改革的三大核心理念是学生中心、产出导向和持续改进。

学生中心是指以学生发展为中心,以学生学习为中心,以学习效果为中心。以学生发展为中心就是以当前学生状态为基础,以促进学生发展为目的,通过完成教学活动发掘学生潜力,促进其全面发展。以学生学习为中心就是要把学生学习作为教育活动的中心,我们所做的所有教育活动都应是以学生学习为目的,通过设计各种教学活动、教学环境、教学过程来促进学生的学习,在此过程中培养学生主动学习、终身学习的能力。以学习效果为中心,则要求教育者应关注学习效果的测量,并通过教学反馈调整教学,促进教学的持续改进。

产出是反向设计出来的结果,是专业教育的目标(培养目标)、学生学习的结果(毕业要求)和课程学习的结果(课程目标),它们的出现是开展以学生为中心的教学结果。产出导向是指以教学效果作为衡量教学的标准,这些教学效果包括传授给学生的知识、培养学生的能力以及在此过程中养成的学生素养。产出导向强调这些知识、能力、素养应该在一定范围内是可以预测的,并且在我们的教学过程中,通过有效教学能够达到,最终这些效果是可以通过一定的方法来衡量的。

持续改进的前提是教学评价,通过有效的质量监控和持续改进机制,跟踪改进教学效果,提升培养质量。

2.混合式课堂建设与教学实施条件的成熟

多年来,随着国内外信息技术的不断变革,大量教育资源投入到了在线课程的建设,线上“MOOC”“SPOC”等课程资源逐渐丰富。线上教学平台功能也不断改进,线上学习、答疑、讨论、教学管理等功能日趋完善。受新冠疫情影响全国各地高校被迫开展以线上教学为主的课堂教学,众多的教师参与到线上教学的实践上来,这进一步促进了线上资源的建设,也为线上教学开展积累了丰富的经验[1]。线上教育资源的丰富,平台技术的完善和线上教学经验的积累为开展线上、线下混合式课堂教学打下了牢固的根基。随着疫情的结束,各高校逐渐回归传统教学,为进一步改进教学方法,提高课堂教学质量,将传统线下教学的优势与网络线上教学优势结合起来,开展混合式教学已经成为高等学校教学发展的重要模式。然而,目前混合式教学的教学设计虽已引起了国内学者的高度重视,但国内学者的研究还主要关注于“设计”和“开发”环节,对于“分析”“实施”和“评价”环节的研究还有待进一步提高[2]。本文所提出的面向产出的混合式课堂教学设计,以产出为导向,细化了课堂教学环节中分析、设计、实施、评价的具体过程,给出了设计模型和实施的具体案例,为混合式课堂教学设计呈现了一条可行的路径。

3.面向产出的混合式课堂教学设计模型

培养目标、毕业要求和课程目标是工程教育的三个产出。专业人才需求决定培养目标,培养目标决定毕业要求,毕业要求指标点对应着课程体系中若干课程的课程目标。同时毕业要求支撑培养目标的达成,课程目标则支撑毕业要求的达成,并决定课程教学内容以及评价方法。面向产出的混合式课堂教学设计模型如图1所示,在培养目标、毕业要求和课程目标基础上进一步发展课堂教学的产出——学习目标。模型以这四个产出为基础,基于线上线下混合式课堂教学环境开展课堂教学分析、设计、实施和评价,并通过形成性评价和终结性评价持续改进教学各个环节,提升培养质量。在此过程中,线上、线下多种教学工具和手段组合在一起,构建了一个综合的混合式学习环境。这个混合式学习环境是学生开展主动学习的知识中心,开展团队学习的合作中心,也是师生了解当前学习效果的反馈中心。在混合式课堂教学过程中教师通过有效课堂教学实施,达成课程目标,获得教学评价并反馈、改进教学,帮助学生完成学习,调动学生学习的积极性,把学生培养成为自觉、主动、负责的学习者。

图1 面向产出的混合式课堂教学设计模型

二、面向产出的教学目标设计

1.课堂教学目标的要求

课程教学目标是指课程本身要实现的具体目标和意图,是教学大纲的核心要素。向上它支撑毕业要求指标点的达成,向下它决定课程内容、教学方法、考核和评价等课程实施的方式。面向产出的混合式课堂的课程目标是课程教学的产出,体现的是任课教师对OBE的理解与把握。教师需要转变观念,由传统的“教材导向”大纲向以学生为中心的“产出导向”大纲转变。这种转变需要摒弃简单的以教材目录、教材章节来安排教学内容与授课学时的制定模式,需要对整个教学用“产出导向”进行重新设计。这种设计要以学生发展、学生学习、学习效果为中心,而不是以教材、教师、教室为中心。设计的教学内容要从“教什么,怎么教”向“学什么,怎么帮助学生学”进行转变。教学评价也要从“检测学生学习效果、给学生一个成绩”向“反馈学生、调整教学,促进学生更好地学习、持续改进”的方式转变。

2.制定课程教学目标需要考虑的因素

第一,要考虑对毕业要求能力需求的实质性支撑,也就是对毕业要求指标点达成进行支撑。第二,要考虑课程在专业人才培养方案中的定位,以及在整个专业知识体系构建过程中对该课程的需求。第三,要考虑课程所涉及技术发展的历史与发展趋势。第四,要考虑课程所承载的思维训练、人才养成、价值观等情感领域因素。第五,要考虑课程开设阶段学生群体的能力水平状态。课程教学目标设计既要充分考虑学生发展相关的专业知识与技能,也要关注那些非技术因素能力和素养的训练,包括沟通能力、写作能力、团队合作能力、道德心理等。

3.教学目标的反向设计

专业人才培养的三个产出即培养目标、毕业要求、课程目标,是反向设计原则产生的结果。培养目标是人才培养需求决定的,它由学校定位、社会需求和学科发展决定。毕业要求是对培养目标达成的支撑,培养目标决定专业培养的毕业要求,毕业要求实质是构建了一个能力结构,它的实现需要进一步细化为各个指标点,根据这些指标点确定课程体系。毕业要求指标点必须逐条地落实到一系列课程中,而每一门课程都要支撑毕业要求的部分指标点。因此毕业要求成为面向产出课程教学设计的逻辑起点[3]。表1是根据软件工程专业毕业要求指标点以及课程在人才培养的定位落实的Java程序设计课程的教学目标。

表1 Java程序设计课程的教学目标

三、面向产出的混合式课堂教学过程

1.细化课程教学目标,发展为学习目标

课程教学目标需要根据教学内容进一步发展成为具体的学习目标,学习目标是教学目标的细化,是每堂课的学习产出。以Java程序设计课程为例,依据课程教学目标和人才培养的总体目标可将“类与对象”内容的教学目标发展为以下学习目标。

(1)知识与技能

目标1:列举并描述面向对象的特征。

目标2:理解类与对象的关系,从现实世界中界定出类与对象。

目标3:分析现实世界中复杂对象,合理选择对象的属性和行为。

目标4:掌握类的定义和对象的创建,能够应用重载编写构造方法和成员方法处理简单的行为。

目标5:界定部变量和成员变量,认识成员变量的生命周期。

目标6:解释this关键字的作用。

(2)过程与方法

目标7:分组协作,通过讨论等方式完成共同学习目标,最大化个人和他人习得的成果。

目标8:通过探究式学习,培养学生观察、归纳总结等探究技能。

目标9:通过实验训练,培养学生编程能力。

(3)情感、态度与价值观

目标10:学生通过一系列的观察和编程训练,掌握行业规则,形成严谨的科学态度,了解软件行业在国内的发展和行业作用,培养家国情怀。

2.选择教学资源,设计教学方法

教师根据学生的能力和教学目标开展教学设计,选择适当的教学材料、设计不同的教学方法,采用合理的方式将它们组织起来。2001年修订的布鲁姆教育目标分类法把学习划分为记住、理解、应用、分析、评价、创造这六类。这个分类模型为课程和课堂教学设计提供了科学指南。从模型可以看出:从下到上,六类不同的学习培养六类不同的认知能力。记忆、理解主要培养学生低阶的学习能力,应用、分析、评价、创造则培养学生高阶学习能力。表2利用布鲁姆分类法将《华盛顿协议》12条毕业要求所涉及的能力进行大致地划分,这些毕业要求所涉及的能力涵盖每门课程学习目标需要达成的能力。

在教学过程中教师需要充分认识到低阶学习与高阶学习的关系,低阶学习是高阶学习的基础,低阶学习要向高阶学习发展。我们既要保证学生掌握基础知识、基本技能,又要注重发展学生分析、评价、创造的高阶学习能力。因此在教学设计过程中,既要包括理解、记忆等低阶学习活动,也要涵盖应用、分析、评价、创造这样的高阶学习活动[4]。

在设计过程中教师也需要心中明确学生在学习这部分知识的过程中会出现哪些困难,需要哪些帮助,然后依据学科特点以及教学经验有针对性地设计学习目标、活动和评价,帮助学生完成有效的学习,达到培养学生能力、促进其发展的目的。课程目标来源于对毕业要求指标点的分解,对于不同的要求可以采用不同的教学方法。以下是对不同教学产出(毕业要求)的教学设计建议。

(1)工程知识

可以采用线上线下相结合的方式,融合学生的课前线上学习,线下教师的重、难点讲解以及根据学生学习反馈的补充讲解,也可开展翻转课堂等形式,让学生掌握这些基础知识和基本概念。

(2)问题分析、开发/设计解决方案

可采用案例设计、案例研究的方法,选择或设计一个合理的应用案例,就某一具体问题,综合运用所学知识进行分析,能够建立合适的抽象模型,能将一个大问题分解成多层次、相互关联的多个子问题并加以解决。在此过程中,既要让学生掌握和理解工程设计和产品开发全周期、全流程的基本设计/开发方法和技术,了解影响设计目标和技术方案的各种因素,也要让学生能够针对特定需求,完成单元模块设计,并引导学生在设计中体现创新意识,考虑安全、健康、法律、文化及环境等制约因素。

(3)研究能力、使用现代工具

培养学生按照“调研、设计、实施、归纳”的思路开展研究。

(4)个人和团队、沟通、项目管理、终身学习

开展小组合作、专业相关的听说读写能力训练、运用工程管理手段指导项目开发,在此过程中逐步锻炼学生的思维和行动能力,使其能够紧跟技术前沿,并自主学习和提升。

(5)工程与社会、环境和可持续发展、职业规范

结合具体案例和相关问题进行思辨训练,养成工程素养。

教学设计应具有一定的挑战性,让学生通过实际活动来克服挑战所带来的困难,并且在解决复杂问题的过程中培养能力,实现学生自身的发展。

3.线上线下结合实施课堂教学。

具体教学的实施可采用BOPPPS模型,该模型是被普遍认可的一种以产出为导向,以学生为中心的新型教学模型,它的名字来源于教学中的六个环节(引入、目标/产出、前测、参与式学习、后测、总结),混合式课堂教学非常适合这种教学模型的开展。表3是Java程序设计课程在“类与对象”教学内容中,运用BOPPPS模型,实施混合式教学示例。

表3 Java程序设计课程BOPPPS模型教学实施示例

四、面向产出的混合式课堂教学评价

依据教学内容的产出——课程目标和学习目标来确定评价内容与评价方式。在人才培养方案中,每门课程需要完整地实现专业矩阵的课程目标,将每门课程学习的学习效果转化成专业人才培养的学习成果,也就是毕业要求的成果。教学评价所对应的评价指标是将专业培养目标、毕业要求分解后的课程教学目标发展而来的指标。

表4为Java程序设计课程教学评价示例,其中形成性评价在课堂教学实施过程中获取,目的是为了反馈学生和调整教学,评价结果可形成学生的平时成绩。在BOPPPS教学模型中的前测和后测是形成性评价。教师通过前测掌握学生课前预习情况,了解学生的兴趣与能力,获悉是否需要复习先备知识,进而调整课程内容的深度与进度。后测是为了确定学生学习成效,判断是否达成了学习目标,进而决定如何改进教学,后测的关注点在于后测的内容与学习产出(学习目标)的一一对应关系。Java程序设计课程通过试卷考核的形式完成学生的期末考试。期末考试属于终结性评价,作为学生学习过程和学习结果的一个评价。期末考试成绩和平时成绩形成Java程序设计课程的最终评价。

表4 Java程序设计课程教学评价示例

面向产出的课堂教学难点是教学效果的评价,我们期望依据教学目标设计的教学过程能够达到预期的学习效果,然而,学习本身的复杂性造成学习效果测量和评价的困难,我们很难对长期的学习效果进行有效的测量和评价。短期的学习效果与教学过程也往往是一因多果或者一果多因,因此学习效果的评价方法大都来源于教师长期教学积累的有效经验。这些经验包括形成性评价、评价量表、多种有效的课堂评价方法、成果档案袋等[5]。混合式课堂教学在教学过程中融入了强大的信息技术,教师通过线上教学工具或者学习管理系统收集和处理数据,这样大大减轻了教师收集资料和分析资料的工作强度,节约了大量的时间,为有效开展教学效果的评价提供了有力的条件。混合式课堂学习管理系统、雨课堂等线上教学工具能方便教师在教学过程中恰当地开展形成性教学评价,使得教师可以随时了解学生学习情况,及时给予学生有效反馈并调整教学,进而促进学生更好地学习。混合式教学有利于评价量表的发布、回收以及结果统计,也便于开展前测、后测、团队比赛、论坛讨论、绘制知识网络和概念图、形成成果档案袋等有效教学活动。