线上线下混合式一流课程建设研究与实践

吴长伟,高 杨,孙 栩,邓 红,闫乃玉

(黑龙江工程学院 计算机科学与技术学院,哈尔滨 150050)

2015 年,教育部《关于加强高等学校在线开放课程建设应用与管理的意见》中提出各类高等学校应广泛孵育在线开放课程,大力推进国家精品在线开放课程建设。2016 年,教育部印发《教育信息化“十三五”规划》提出,到2020年基本建成“人人皆学、处处能学、时时可学”与国家教育现代化发展目标相适应的教育信息化体系[1]。2018年6月,在“新时代全国高等学校本科教育工作会议”上,教育部部长陈宝生第一次提出了“金课”概念。在随后的第十一届“中国大学教学论坛”上,教育部高等教育司司长吴岩提出了“两性一度”的金课标准。一年之后,教育部印发了《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》,鼓励高等学校全面开展一流本科课程建设,并预计在三年时间内,全力支持建成10 000门国家级和10 000门省级一流本科课程,拉开了全面开展一流本科课程“双万计划”的序幕。

一流本科课程包括线上一流课程、线下一流课程、线上线下混合式一流课程、虚拟仿真实验教学一流课程以及社会实践一流课程。其中线上线下混合式一流课程主要包括结合线上慕课平台和先进辅助教学手段的线上学习和传统线下教学两种方式。线上、线下教学过程相互补充、充分融合,以实现对学生个性化培养[2]。

要充分发挥线上线下混合教学的作用,需要对所学知识进行拆解重构,并充分利用在线、挂线、离线等多维空间实现线上、线下教学、辅导和线下交流、互动,帮助学生对所学知识进行学习吸收、内化和外化,真正融入到学生的知识体系中。在教学过程中,要充分挖掘学生的教学主体作用,使学生从知识的被动接收者转为主动汲取者,教师更多体现的是辅助和引导作用。全面贯彻提高学生实践能力的宗旨,满足学生差异化需求,增强学生分析问题和解决问题的能力,创新教学手段和教学方法,切实发挥线上线下混合一流课程的作用。

文中采用的混合教学模式主要由线上“MOOC+SPOC”以及线下“大班讲授+小班翻转”构成,更为细致的线上线下教学设计体现了高阶性、差异化人才培养。为了充分发挥线上线下课程双主阵地的作用,需要将线上线下多元教学要素协同融合,拓宽教学时空、提升教学深度、创新教育理念和教学方法,实现线上线下教学同频共振,将培养目标、教学设计、线上线下教学活动、课程考核等环节实现闭环,促进跨越时空一流课程教学的持续改进,全面提升一流课程教育质量。

1 混合教学模式存在的问题及解决方案

自教育部提出双万计划,鼓励全面开展一流本科课程建设以来,各高校依托中国大学MOOC网、智慧树、超星等在线课程平台,广泛开展在线课程建设。在线课程平台与传统的课堂教学相结合,辅以先进的信息化教学手段,是符合教育教学发展规律、满足创新教学模式时代趋势的一种新的教学模式。这种创新型教学模式打破了时空界限,突破传统教育理念,能够最大限度地激发学生的主观能动性,发挥教师的课堂主体作用[3-4]。但是混合式一流课程建设中,仍然有很多问题亟待解决。主要包括以下几个方面:

1)如何在保证教学目标和学时安排的基础上,引用高层次慕课,无缝融入到课程体系中,适当提升课程的挑战度[5]。

2)如何将OBE理念融入到混合式教学设计中,使课程目标、课程指标点、课程内容、任务布置、课程考核形成闭环[6],真正发挥课堂教学主阵地作用,促进课程的持续改进。

3)如何将线上的国家级精品课程与满足学校定位的自建开放课程、线下的大班讲授课和小班翻转课深度融合,实现差异化分层次培养。

4)如何深度挖掘课程中的思政元素,开展思政教育,真正达到三全育人的效果。

“数据结构与算法”是各类高校与计算机相关专业都必须开设的一门专业课程,在计算机教学体系中起着承上启下的作用。该课程依托学校“十三五”规划第三批在线开放课程建设项目,采用线上“MOOC+SPOC”+线下“大班讲授+小班翻转”混合模式进行教学[8],并针对上述在混合式教学中集中存在的问题,以问题为导向进行混合教学模式改革研究与实践,实现对学生的高质量培养。

课程整合线上线下优质教学资源,拓宽学习渠道,体现课程高阶性,适当提高课程挑战度;深化OBE教育教学理念,加强教学设计,开展更为丰富的教育教学活动,实现对学生的差异化、层次化培养;创新教育教学方法,在教学全过程中融入课程思政理念,并组织开展主题鲜明、形式新颖的翻转课堂教学活动;遵循OBE理念,采用科学有效的课程成绩量化评价方法,线上线下全方位开展教学评价。

2 一流本科课程混合教学模式多元融合模型

为了实现线上(MOOC+SPOC)与线下(大班讲授+小班翻转)、理论与实践、过程性考核与总结性评价等课程要素深度融合的混合式教学,帮助学生将知识目标转变为能力目标,实现差异化分层次培养,体现课程的“两性一度”,遵循OBE理念,按照“反向设计、正向实施”的原则,根据课程特色和课程目标,建立“MOOC+SPOC+翻转课堂”混合式教学课程体系,更新课程大纲,重构课程教学内容,组织丰富有效的课堂教学活动[7-8],促进多元培养目标的达成,具体教学设计如图1所示。

图1 基于OBE理念的教学设计

模型强调多元融合开展混合模式教学,包括设定“知识目标->能力目标->素质目标->思政目标”递进多元培养目标、构建包括学校自建SPOC、引用国家一流MOOC多元课程体系、设计“MOOC+SPOC+大班讲练”和“SPOC+小班翻转”多元教学模式以及开展线上线下过程性考核和总结性评价等多元考核评价,基于OBE理念开展混合模式教学,切实发挥混合教学模式的效果,提高教学质量。

2.1 多元目标融合

课程教学要实现对学生的知识传授、能力提升、素质养成以及价值引领等课程目标。通过创新教学手段和教学方法,实现知识目标向能力目标的转化。通过思政教育,帮助学生树立正确的世界观、人生观和价值观。

2.2 校内自建SPOC+校外MOOC+翻转课堂构建线上线下多元融合课程体系

通过融合线上智慧树自建SPOC、引用国家精品一流课程以及线下翻转课堂,实现多维空间立体化教学,重构教学内容、创新教学方法,实现一流课程的“两性一度”。

2.3 构建线上线下全过程全方位多元考核评价机制

针对混合教学模式的特点和课程特色,构建兼顾线上线下教学全过程的多元考核评价机制,采用过程性评价和总结性评价相结合的方式,实现对学生学习全过程的全方位监控。

3 混合教学模式改革实践——以“数据结构与算法”课程为例

3.1 根据学校定位和专业特色,构建多元递进课程目标

以黑龙江工程学院“数据结构与算法”课程为例,结合学校办学定位和建设目标,遵循学生的学习规律,课程设定了以“知识掌握→能力培养→素质提升→思政拓展”为主线的递进式多元课程目标。课程目标如下:

知识目标:掌握数据结构的基本逻辑结构、存储结构和各种结构的实现算法。

能力目标:能应用数据结构知识进行具体工程问题的数学建模;具有与数据结构相关的算法设计和实现能力,形成计算思维。

素质目标:能够进行算法的时空效率分析,具有算法评价能力。

思政目标:了解国家时事政策,培养正确的价值导向,在团队活动中培养学生的责任感和大局观。

上述四个课程目标是逐层递进的,学生根据知识目标获取数据结构与算法的基础知识,并通过具体工程问题的建模求解,将知识目标转化为能力目标,通过能力目标促进学生对知识目标的掌握和吸收。在求解问题过程中,通过提升学生算法分析和评价能力,将能力目标进阶到素质目标,使学生对数据结构与算法核心有更加深入的理解。在教学过程中深挖课程中的课程思政元素,结合课程教学内容中的先驱模范故事、科学探索精神和课下学生小组学习中的团队协作精神和工匠精神,于润物无声中引导学生的人生观和价值观,培养学生的社会责任感和大局观[9]。

3.2 融合校内外教学资源,重构教学内容,拓展教学空间

为了突出学校办学定位和专业特色,学校自建SPOC侧重培养应用型工程技术人才。然而,在满足绝大多数学生学习的同时,还要兼顾学习能力强、知识需求量大的学生的个性化培养,真正实现层次化、差异化培养。因此,为了提升课程的高阶性,通过“引进+自建”的方式进行线上资源建设,根据兼容并济的原则,拓展课程教学资源,重构课程教学内容。经过慎重遴选,选用国家级一流课程西北大学耿国华教授的“数据结构”作为本课程的MOOC,结合学校智慧树平台自建SPOC开展混合式教学。

为了体现MOOC与SPOC内容的融合和补充,体现课程的高阶性,适当提高课程挑战度,特选择MOOC中的6节内容供学生选修。包括第二章的第3讲:线性表顺序结构应用示例及小结,主要强调学生对顺序表的实际应用训练;第二章的第6讲:单链表运算的应用示例及小结,主要强调对单链表的实际应用训练;第三章的第10讲:队列的应用,主要强调对队列的进阶学习和应用训练;第六章的第5讲:基于栈的递归消除,主要强调对二叉树遍历的非递归算法知识点的学习,强调对学生计算思维的培养;第八章的第5讲:哈希法的性能分析,主要强调对学生算法分析和算法评价能力的培养;第九章的第7讲:分配类排序,主要强调学生对数据结构的深刻理解和高级应用。MOOC与SPOC不是简单的叠加,而是补充与兼容,MOOC与SPOC教学内容整合如图2所示。

图2 MOOC与SPOC教学内容整合

根据课程特色和思政教育理念,将时事政策、经典人物案例、中华传统文化和工程文化等思政元素深度融入到课程体系中,潜移默化中实现对学生的价值引领和教育赋能。

3.3 创设问题情境,基于OBE理念开展翻转课堂教学活动

实时更新教学案例,创设问题情境,将知识内容与时下热点内容相结合,通过问题情境引出知识内容,在将所学知识应用到与问题情境相关联问题的求解中,帮助学生将知识目标转化为能力目标。例如,在介绍串的模式匹配时,引入新冠病毒核酸检测案例,将所学知识应用到疫情防护应用场景中;在介绍图的关键路径时,引入港珠澳大桥项目,使学生能够应用关键路径法解决港珠澳大桥项目由于天气等自然原因造成的工期延误问题;在介绍排序时,引入东京奥运会应用场景,将所学知识应用到某一奥运项目的比赛结果排序过程中。

基于OBE理念,以产出为导向进行课程教学设计,构建了“学生主体、教师引导、形式多样、分组实施、阶段反馈”的混合教学模式实施方案,以学生为主体,通过教师引导,开展内容丰富、形式多样的翻转课堂教学活动,如生讲师评、分组展示、以练代讲等;通过划分项目小组进行小组互助学习,并对阶段性教学效果进行实时反馈,促进对线上线下教学的持续改进;在教学全过程中,加强师生互动和生生合作,充分发挥教师和学生的双主体作用。为了解决传统大班课堂中对不同层次学生无法统一以高标准要求的困境,线下课堂以大班讲授和小班翻转两种形式开展,对于不同基础、不同能力的学生实现个性化、差异化培养。

在线下课堂大班讲授和小班翻转课堂教学中,均适度融入课程思政元素。更新教学课件,结合教学内容对计算机先驱唐纳德克努特、尼古拉斯沃斯、迪杰斯特拉、克鲁斯卡尔等人物事迹介绍,以榜样作用为引领,鼓励学生不负青春韶华,追随前辈脚步,勇攀科学高峰,为祖国建设发展贡献力量;结合AlphaGO与李世石、柯洁人机大战、疫情防控、城市道路交通拥堵、“一带一路”建设、中国网络基础设施建设等教学案例,以问题为导向设计教学活动,使学生了解时事热点,掌握国家大事,运用所学知识解决社会热点痛点问题;在教学全过程中融入中国传统文化,比如引用《荀子·劝学》中的“锲而舍之,朽木不折;锲而不舍,金石可镂。”鼓励学生在算法求解中不轻言放弃,培养学生工匠精神。在学生小组讨论过程中,引用刘安《淮南子·主术训》中的“乘众人之智,则无不任也;用众人之力,则无不胜也。”鼓励学生积极发挥团队合作精神,发扬无私奉献精神。

3.4 优化教学方法,将MOOC、SPOC与翻转课堂教学无缝融合

通过进行细致的混合教学设计,采用先进的教学方法和信息化教学手段,真正实现线上“MOOC+SPOC”与线下“大班讲授+小班翻转”的有机融合,发挥混合式一流课程的教学效果。探索并实施学生自主式、探究式、合作式的特色教学方法,提升学生主动学习的能力和小组合作的意识,在教学中锻炼学生的逻辑思维,在合作中激发学生的敬业精神和创新意识。通过“提问->释疑->再提问->再释疑……”启发式教学方法,让学生从学习的被动接受者逐步转变为知识的主动汲取者,激发学生的学习主动性和学习热情。

为了实现MOOC、SPOC与翻转课堂教学的无缝融合,探索实施“课前-课中-课后”三段式教学方法。

1)课前:制定课程指南,在开课前发布给学生使用。在线上线下教学前,及时发布开课公告,并上传课程资料到翻转课堂学习资源。组织学生及时观看自建SPOC和课外MOOC并布置小组讨论任务。翻转课前组织学生到知到APP进行签到,以实时掌握学生的出勤情况,保证对学生的课前宣传监控。

2)课中:在大班讲授过程中,通过思维导图对慕课学习内容进行梳理和总结。通过先进的信息技术手段,以投票、答题等多种形式与学生互动,以掌握学生的学习动态。在小班翻转课程中,充分发挥学生的主观能动性,真正实现将课堂交给学生,让学生以小组形式针对课前布置的小组讨论任务进行讨论分析、设计、求解、做答辩演示文稿,将讨论式教学和互助式学习相结合,帮助学生内化所学知识并转化为自身能力素质。

3)课后:在见面课中设置阶段性总结活动环节,对学生在线视频观看、测试作业完成情况、讨论情况等进行通报,对学生的课后学习情况和学习状态进行跟踪,督促学生以更好的状态投入到下一阶段的学习中。布置综合性、发散性的作业,并安排答疑环节,真正实现“因材施教”,提高混合式教学质量。

3.5 创新考核评价机制,对教学全过程进行全方位多元综合评价

制定科学有效的考核评价机制,在评价中兼顾过程性考核和总结性评价,考核要覆盖线上的慕课、SPOC以及线下大班讲授课中的作业测试和小班翻转课中的分组讨论,通过加权计算综合评定给出最终成绩[10-12]。

平时成绩主要体现线上线下学习过程中学生的综合表现,共40分。其中线上成绩包括SPOC平台中的视频观看、章节测试和期末测试以及讨论问答等,MOOC成绩会以奖励加分形式体现;线下成绩主要考察学生在分组课程报告和翻转课堂中小组学习中的整体表现;期末成绩主要通过期末考试进行考察。在线上线下过程中设置了不超过10分的奖励浮动加分,以实现对学生的分层培养,对学生学习起到一定的激励作用。

注重课程思政考核,将品德修养、团队精神、责任感和大局观等德育要素以课程报告和小组学习成果为载体,以加权形式计入总评成绩。在德育能力考核中强调过程性考核,以平时成绩和奖励加分体现。在权重设置时适当提高对德育能力的考核比重,引起学生对自身综合素质及德育水平的重视[13]。课程成绩评定方法如下:

总评成绩S=A+B+C。其中,A为平时成绩,B为期末成绩,C为奖励浮动加分。

A=M+N,其中,M为线上平时成绩,共20分,由X1(测试)Y1(讨论问答)Z1(视频观看)等组成,X1满分50分,Y1满分20分,Z1满分30分,M=(X1+Y1+Z1)×20%。N为线下平时成绩,共20分,由X2(课程报告)和Y2(小组学习成果)组成,X2和Y2满分均50分,公式为N=(X2+Y2)×20%。 B主要由期末试卷进行考评,满分100分,在总成绩中占60分。 C是为了激励学生学习而设置的浮动加分,上限为10分。

4 混合教学模式改革效果分析

4.1 课程建设成效显著

依托课程,黑龙江工程学院计算机科学与技术专业于2019年通过工程教育专业认证,获批国家级一流建设专业。课程于2019年在智慧树上线面向全国推广运行,目前选课人数超5 000人,选课高校达24所,2022年被评为智慧树网“本科高校精品课程(专业课)”。课程于2022年被评为黑龙江工程学院课程思政示范课程。

4.2 学生的学习效果明显

课程团队对2021年度秋季学期的计算机类20-2班成绩与2020年度秋季学期计算机类19-2班成绩进行对比分析,教学改革实施前后学生成绩情况如图3所示。

图3 教学改革前后学生成绩分布情况

对比两组学生的成绩分布发现,改革后的成绩70～90分的学生成绩明显增多,而不及格的学生的成绩明显减少,线上线下混合式教学改革取得了较好的成效。

4.3 课程评价

课程注重校内外的交流与共享,并广泛征求校内外专家意见。校内外专家给予课程较高的评价;为了实现对课程的全过程跟踪管理,促进对教学的持续改进,利用线上翻转课堂教学信息化工具和课下问卷调查等多种方式进行课程学习效果反馈调查。调查结果显示,90%以上的学生对混合式教学形式给予了较高的评价。学生普遍认为,通过课程学习,实践能力、团队协作精神、大局意识和使命担当均有明显提升。

5 结束语

文中针对在线上线下混合式一流课程教学过程中存在的突出问题,充分整合线上线下优质教学资源,从培养目标设定、教学内容重构、教学方法创新、评价机制创新等几个方面,构建多元融合混合教学模式,以“数据结构与算法”课程为例进行改革实践。通过教学效果对比分析和问卷调查结果显示,课程改革后教学效果显著提高。在今后工作中,教学团队将继续潜心于一流课程改革研究与实践,深入贯彻“以生为本、成果导向、持续改进”的育人理念,创新教学方法,加强教学设计,真正发挥线上线下混合式一流课程的作用,切实提高教育教学质量。