MOOC環境下PBL教學模式在軟件工程創新能力培養中的應用研究

蔡斌++熊慶宇++文俊浩++徐玲++吳映波++楊正益

摘 要：分析MOOC教學資源的現狀和PBL教學模式的特點，提出在軟件工程本科教學中充分利用MOOC資源，將PBL教學模式與翻轉課堂教學方法進行融合，以提升學生創新能力，并從教學問題設計、教學方法實施和學習效果考核3個方面進行具體闡述。

關鍵詞：大規模在線開放課程；基于問題的學習；創新能力培養

0 引 言

信息技術快速發展，正滲透和改造著各行各業，在社會生產和經濟發展中發揮著越來越重要的作用。軟件產業發展對軟件工程本科畢業生的素質提出了新的要求，是否具有創新能力已成為對人才評價的一項重要指標。對于如何培養大學生的創新能力，胡鶴玖[1]認為轉變思想觀念是先導、優化課程體系是根本、改革教學方法是切入點、營造創新環境是著力點。課堂教學是高校教學的主要形式，課堂教學質量的高低直接影響著大學生的創新能力培養。在MOOC資源日益豐富的條件下，謝迎娟等[2]將翻轉課堂的教學方法應用于學生創新教育，探索提升學生實踐創新能力的新途徑。

1 研究背景分析

軟件工程專業的大部分理論課程仍采用課堂講授的方式授課，學生在教學過程中相對被動，沒有充分激發學習的積極性和主動性。為了進一步提升學生創新能力培養效果，可以借助廣泛的MOOC資源，將PBL教學模式和翻轉課堂相結合，調動學生的學習積極性，促進學生的創新能力培養。

2 MOOC與PBL教學模式

2.1 MOOC

隨著互聯網技術的快速發展，借助多媒體資源提升學習效率的創新教育模式不斷涌現。大規模開放在線課程（Massive Open Online Courses，MOOC）作為一種新興的在線學習模式的快速發展，受到了全球高等教育界的廣泛關注和大規模推廣。MOOC以互聯網開放資源為基礎提供大規模互動參與的在線課程，即提供視頻、教材、習題等傳統的課程材料，并為學習者、教師和助教建立學習社區，將數以萬計的學習者在共同學習目標、學習興趣的驅動下組織起來。MOOC突破了傳統課堂教育的時空限制，任何人在任何地方、任何時候都能免費或廉價地獲得優質的教育服務。MOOC為學習者提供了更為靈活的個性化學習方式，學習者可以根據自身條件與興趣，自主選擇課程內容和安排學習時間。國際知名的三大MOOC平臺Coursera、edX、Udacity上有近千門課程可供學習者選擇。國內的網易云課堂、中國大學MOOC、MOOC中國、慕課網等MOOC平臺也提供了大量免費課程供學習者選擇。特別值得一提的是，在國內外的MOOC平臺上，軟件開發或計算機基礎相關課程占了很高的比例，為軟件工程相關知識、技術的學習提供了非常好的在線學習資源。

2.2 PBL教學模式

基于問題的學習（Problem-Based Learning，PBL）是一種教育策略，該策略指的是在引導學生學習的過程中，積極組織學生主動參與并自己尋找問題答案的教學模式[3]。PBL是基于建構主義教育理念而發展起來的教學模式，不同于傳統以知識灌輸為主的教學方式，PBL教學中教師提出真實且較為復雜的問題，學生小組通過團隊學習創造性地解決問題并分享各自學習成果，教師對學習過程進行檢查和評估以確定是否達到學習效果，并通過反思修正教學策略。在此過程中，通過互動討論及概念辨證等方式，培養學生觀察研判、探究思考、解決問題、歸納整合及溝通表達等實際應用能力[4]。PBL強調以學生為中心，學習過程是在老師的組織下由學生小組成員共同完成。問題、教師和團隊學習是PBL教學的三大關鍵要素。問題設計的好壞對于PBL的成功至關重要，問題應當是復雜、劣構和開放的，而且必須真實且和學生的知識經驗相協調。教師作為PBL活動的組織者和促進者，主要工作是定義問題、制定教學策略、記錄和觀察學習進程、評估學習效果。教師在整個PBL進程中要鼓勵學生對自己的想法進行論證并在小組中公開演講、答辯和自我反思，從而形成高級的思維技巧。PBL采用的是團隊協作學習的模式，小組中的每個成員都是PBL的參與者，擔任不同的角色，從不同方面促進問題的解決。發揮好問題、教師和團隊學習這三個關鍵要素在PBL教學中的核心作用，對學生創新能力培養有很大幫助[5]。

3 MOOC環境下PBL教學模式應用

在軟件工程專業課教學中，為了實現MOOC環境下PBL教學模式和翻轉課堂教學方法的結合，從以下3個方面進行研究。

3.1 采用改進的3C3R模型進行問題設計

為了提高MOOC環境下PBL教學模式中問題設計的質量，可以參考3C3R問題設計模型，并根據軟件工程專業特點和高等學校教學特點對其進行改進。3C3R問題設計模型由美國學者Woei Hung于2006年提出，它為使用PBL模式開展教學提供了一套完整的問題設計概念框架。3C3R PBL問題設計模型如圖1所示。

“3C”是3C3R模型的核心部分，指“問題”中包含的教學內容（Content）、問題情境（Context）和各變量間的聯系（Connection）。其中，教學內容是核心部分的第一個要素，它以課程教學大綱為依據，確定問題中所包含知識的深度和廣度；問題情境是核心部分的第二個要素，它將抽象的教學內容與具體的應用場景結合起來，不僅能激發和維持學生的學習興趣，而且對學生在現實生活應用掌握的知識有很大幫助；各變量的聯系是其核心部分的第三個要素，它將PBL教學過程中的各組成部分按照特定的形式聯系起來，使孤立的組成部分結合成一個整體。“3R”是該模型的進程部分，指學生在問題解決過程中的研究進程（Researching）、推理進程（Reasoning）和反思進程（Reflecting）。其中，研究進程是其進程部分的第一個要素，它旨在幫助學生發掘問題中的求解目標和上下文關系，為進一步解決問題做好鋪墊；推理進程是其進程部分的第二個要素，它旨在幫助學生將研究進程中提取的、相互孤立的教學內容進行提升，建立屬于自己的解決問題的技能；反思是其進程部分的第三個要素，它旨在幫助學生對已經掌握的解決問題技能進行評價、改進和推廣，適應更廣泛的問題類型和問題情景，培養自主學習能力。endprint

在深入分析Woei Hung提出的面向3C3R問題設計模型的9步問題設計過程的基礎上，按照以下7個步驟進行問題設計：① 設置教學目標：教師根據軟件工程本科專業培養方案和專業課教學大綱確定教學內容的廣度和深度，并提出對學生軟件工程問題解決能力和自主學習能力的培養要求；② 教學內容分析：教師分解各項教學內容，將其歸入到概念、原則、程序和事實這4個類別中并形成簡單的由軟件工程學科知識向實現教學目標過渡的教學流程；③ 確定問題情境：為了激發學生的學習興趣，以電子商務、電子政務、工業控制、移動互聯網、大數據分析、即時通訊、社交平臺等典型的軟件應用場景為設計問題的情境；④ 相關性分析：教師將確定的問題情境中包含的所有教學內容和對學生在探究和推理過程中的能力要求進行相關性分析，將教學內容和教學目標中包含的知識、能力、素質等相關要求進行相關性分析，以保證該問題情境能夠有效而高效地落實教學目標；⑤ 校準分析：通過問題的相關性分析，教師可將同時包含軟件工程學科教學內容和真實情境的問題表述出來，但是這僅僅是一個問題的雛形，還需要進一步從教學內容、問題情境、推理進程3個方面校準問題的有效性和高效性；⑥ 反思進程設計：反思是PBL教學模式的重要特征之一，在問題中加入反思可以幫助學生形成自主學習的能力和習慣；⑦ 檢測3C3R模型各部分的內在聯系：該步驟的任務就是對PBL問題中的6個要素進行檢測，看它們是否相互聯系、相互支持，形成一個完整的、滿足PBL教學模式要求的問題。

以上的7步問題設計過程，層層推進，具備如下兩個特點：重視軟件工程學科的知識內容，以學科知識內容作為核心部分的第一要素；以學生為中心，從學生需要的角度指導教師設計問題。

3.2 實施PBL和翻轉課堂相結合的教學方法

為了充分利用豐富的MOOC教學資源，發揮PBL教學模式和翻轉課堂對學生創新能力培養的作用，將兩種教學方式結合起來，建立一種融合式的教學方法。該教學方法的實施過程如圖2所示。

教學過程中，先由教師設計每個單元的引導性問題。問題要具備豐富的內涵，涵蓋教學內容、現實情境和教學指導等多個方面，特別要突出學生主動學習和創新能力培養。教師把設計的問題通過課堂教學向全體學習小組進行展示。各學習小組對問題進行分析，挖掘其內部包含的子問題，把解決問題需要掌握的知識點羅列出來。接下來，小組成員發揮主觀能動性，圍繞解決問題需要的知識點開展自我學習。在自我學習過程中，充分發揮MOOC資源對知識碎片化的特點和優勢，靈活選取和掌握相關知識點。在學習過程中，各學習小組組織內部討論，相互交流、促進和質疑，也可以利用MOOC平臺的在線社區與教師和其他學習小組成員進行討論。必要的情況下，教師可以組織面向問題分析和知識學習的全班討論，解答疑難，推動各小組形成各自對問題的解決方案。最后，教師需要組織全班討論，讓各小組分享自己的問題解決方案，其他小組對方案進行分析、論證和評估。在小組分享解決方案的過程中，要突出展示方案形成過程中的學習方法和建立方案的思路，推動小組間全方面了解和相互學習。

PBL模式和翻轉課堂相結合的教學過程重點在團隊學習和評估反饋兩個階段。團隊學習以各學習小組為主體，完全在尋求問題解決方案的驅動下進行，避免了教師對知識的被動灌輸，小組成員有目標地通過MOOC資源等各種渠道主動學習。通過小組討論、在線交流、形成方案等環節，把MOOC中碎片化的知識點連貫起來，形成解決特定問題的領域知識。在評估反饋階段，各小組發揮各自所長，展示學習過程和學習成果，督促學生自我反省、博采眾長、不斷進步。整個教學過程，以解決問題為主線，突出學生有目標的自我學習，通過不同范圍的討論，激發學習興趣，培養創新能力。

3.3 建立多元化的學習效果考核體系

與融合式教學過程相匹配，建立注重學習過程的多元化考核體系，該考核體系如圖3所示。考核內容包含在線學習、單元測試、小組討論、在線討論、課堂分享、期末測試等多個方面。在線學習考核以在線學習時間和各知識點測試結果為依據；單元測試以MOOC平臺提供的單元測試結果為依據；小組討論和在線討論的研討記錄也作為考核依據；課堂分享的展示效果和討論積極性作為對各小組和小組成員評價的依據；最后的期末測試考核每個同學對課程標準所要求知識的掌握程度。考核的主體也實現了多樣化，包括個人自評、組內互評、組間互評、教師評測等。

多元化的學習效果考核體系關注MOOC環境下PBL教學模式和翻轉課堂教學中的多個方面，從學習過程、討論過程、課堂展示、學習結果等不同方面反映學生的學習能力和學習效果，注重學生的差別化評價，鼓勵個性化發展和創新能力培養。

4 結 語

信息技術快速發展和廣泛應用，迫切需要培養更多具有創新能力的實用型軟件工程人才。充分利用內容豐富的MOOC教學資源，將PBL教學模式和翻轉課堂教學方法結合起來，能夠有效地調動學生的學習積極性和主動性。按照3C3R模型進行教學問題設計，能夠提升問題的針對性和合理性，結合多元化的學習效果考核方法，為有效實施PBL教學提供了保障。

參考文獻：

[1] 胡鶴玖. 大學生創新能力培養[J]. 中國高教研究， 2003（6）： 75-76.

[2] 謝迎娟， 陳俊風， 林善明， 等. 翻轉課堂模式下提升學生創新能力的應用與實踐[J]. 新課程研究， 2016（5）： 35-37.

[3] 杜翔云， 安奈特科莫斯（丹麥）， 鐘秉林. 基于問題的學習： 理論與實踐[M]. 杜翔云， 等譯. 北京： 高等教育出版社， 2013.

[4] 劉莉， 惠曉麗， 胡志芬. 基于PBL理論的工科人才培養途徑探究[J]. 高等工程教育研究， 2011（3）： 104-108.

[5] 喬兵， 王志瑾. 基于問題的學習與工科大學生工程創新能力培養[J]. 南京航空航天大學學報（社會科學版）， 2012（2）： 88-93.

（編輯：郭田珍）endprint