基于工程教育專業認證的新型教學模式研究*

張勤 柴匯 王焱（濟南大學自動化與電氣工程學院；山東大學機械工程學院）

2015年，李克強總理在政府工作報告中首次提出“互聯網+”的行動計劃，隨后國務院進一步出臺了《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》[1]，在這樣的教育信息化大背景下，微課、翻轉課堂和SPOC等新型的教學模式為傳統的課堂教學方式注入了新鮮的活力，目前有大量教研人員在嘗試將課內與課外、線上與線下相結合的混合式教學模式，通過微課或SPOC學習實現課堂的翻轉，從而提高學生在課前預習和課后復習消化知識方面的效率。

在世界各國積極推廣專業認證制度的大趨勢下，我國的高等教育界和工程界于2006年對工程教育專業認證制度達成廣泛共識，并于2013年加入《華盛頓協議》[2]。當前全國大量工科院校都在積極推進工程教育專業認證的工作，我們發現微課、翻轉課堂、SPOC與專業認證的核心理念都是“以學生為中心”，借助這些新教學模式和現代的網絡交流工具，不僅有利于開拓學生的學習空間，還能夠建立起科學、合理的課程考核評估機制。這將對于工程教育專業認證中特別強調培養的學生的12個能力（包括工程知識、問題分析、設計/開發解決方案、研究、使用現代工具、工程與社會、環境和可持續發展、職業規范、個人和團隊、溝通、項目管理、終身學習）起到重要的促進作用。

微機原理及應用是一門面向自動化類和電氣信息類學生的專業基礎課，是把編程技術應用于實踐的重要載體之一，是一門實踐性非常強的計算機應用課程，具有重要的理論意義和實踐價值。結合新型的教學模式對該課程進行改革，更新培養理念，豐富教學手段，以教學效率和學生綜合素質能力的全面提升為目標，將為工程教育專業認證的實施奠定基礎。

本文借助中國知網（CNKI）學術文獻總庫，針對微課、翻轉課堂和SPOC為主題的論文進行檢索與分析，以總結國內在該領域研究的特點與發展趨勢。針對當前工程教育專業認證的要求，以微機原理及應用課程為例，積極研究基于微課或SPOC的教學模式新思路，結合啟發式的翻轉課堂方法，形成以學生為主體、基于自主學習理念的創新能力培養模式。

一　研究現狀

依據布拉德福的文獻離散規律，大部分關鍵文獻通常集中在少數的核心期刊中[3]。因此，為了客觀地反映各教學方法的研究動態，本文以CNKI中文數據庫中選擇核心期刊和CSSCI刊源論文作為數據來源，檢索時間截止到2017年7月。

（一）微課

微課，又名微課程，是以簡短的教學視頻和輔助教學資源為主要載體，針對某一知識點或教學環節而開展的教學活動。其形式是自主學習，需經過老師精心的信息化教學設計，并充分體現以學生為本的教學思想。

截止2017年7月，在CNKI數據庫中以“微課”為關鍵詞共檢索到517篇文獻，按照年份統計其數量變化趨勢如圖1所示。

圖1　CNKI中與微課相關文獻數量變化

可以看出，2011～2013年間國內只有少量學者關注這一新興的教學模式，相較于“慕課”的研究起步稍晚。從2014年開始，論文的發表數明顯增加，2015～2016年間學者們對微課研究的關注度達到頂峰。

（二）翻轉課堂

翻轉課堂自2012年引入國內后，一兩年內便迅速成為研究熱點。它將慕課的網絡便利性與傳統課堂師生互動的雙重優勢融合起來，學生課下預先學習課程視頻，再帶著疑問在課堂上與老師進行面對面交流，將課堂由教師主講的一言堂變成師生互動、師生交流、信息相互交換、觀點相互討論，最終達到知識有效接受的教與學課堂。這種課堂還包括知識點的應用、答疑解惑等，從而實現傳統課堂的“翻轉”，充分提高學生的學習主動性和目標性，同時也提高學生積極思維和質疑能力，更加有效地增強教師、學生間教與學的相互配合。

圖2　CNKI中與翻轉課堂相關文獻數量變化

截止2017年7月，在CNKI數據庫中以“翻轉課堂”為關鍵詞共檢索到1084篇文獻，按照年份統計其數量變化趨勢如圖2所示。可以看出，這一教學模式的引入更晚一些，但從2012年起快速引起國內學者們的關注。從2015年開始，論文的發表數明顯增加，2015～2016年間學者們對翻轉課堂研究的關注度達到頂峰，2017年的論文數有所下降。

（三）SPOC

SPOC是英文Small Private Online Course的縮寫，又稱“私播課”，即“小規模限制性在線課程”。它是針對慕課的不足而提出的在線學習新形式，因其鮮明的區域性、彈性化和多元化授課的特色，SPOC平臺被稱為“下一代的教科書”[4]。SPOC最早由加州大學伯克分校的阿曼德·福克斯教授提出并使用。其中，Small和Private是相對于MOOC中的massive和open而言。SPOC通常只允許本校的學生參與，采用的是在線學習與線下課堂學習相結合的混合教學模式，在大學校園的課堂上利用MOOC的學習資源來實施翻轉課堂教學。

截止2017年7月，在CNKI數據庫中以“SPOC”“私播課”為關鍵詞共檢索到127篇文獻，按照年份統計其數量變化趨勢如圖3所示。可以看出，這一教學模式出現的最晚，從2014年開始出現，而且大部分文章均與慕課概念密切相關，論文的發表數呈逐年遞增的趨勢。

圖3　CNKI中與SPOC相關文獻數量變化

二　新型教學模式間的內在聯系

通過大量相關論文的檢索發現，上述三個概念中，“翻轉課堂”的關注度相對較高，“微課”次之，而SPOC由于出現最晚故關注度較低。追溯其源頭發現，這三種教學模式均屬于慕課的具體應用模式，都是針對慕課教學推廣過程中暴露出的不足而做出的改進與完善。

微課是針對單個知識點或教學環節而開展的教學活動，時長一般不超過10分鐘，因此下載方便，可以為慕課和翻轉課堂提供豐富的教學資源。

翻轉課堂顛覆了傳統的課堂教學理念，將教學過程調整為先學后教，使得學習的主動權回到學生手中，教師則起到輔助和引導的作用。隨著互聯網技術的迅速發展，智能手機的應用日益普遍，使得學習不再受時間和地點的限制，因此這種在線的學習方式將成為流行趨勢。“翻轉課堂”具有以下幾個明顯特征[5]：教學輔助視頻短小精煉；視頻內含信息明確清晰；重新構建學習過程：課前進行信息傳遞，課內完成吸收內化；復習檢查便捷。

相比之下，SPOC概念是最晚出現的，它是一種針對慕課的不足之處而提出的精細化教學模式，以滿足學生的個性化需求，有針對性地對學生進行教學和管理。由于慕課對于學生的先修條件和人員規模不加約束，導致在課程學習中學生的基礎參差不齊。完全在線的自主學習方式對學生本身的自律性要求很高，最終導致完課率很低，而SPOC對知識基礎、學員規模和教師的監督和指導均給出了明確的限制。雖然慕課和SPOC在學習資源、技術平臺和課程架構方面差異不大，但在具體的教學管理、運行和設計方面存在較大不同[6]。

對比上述三種慕課的應用模式可以發現，三者各有特色與側重點，微課重在精致簡捷，翻轉課堂倡導以學生為主導，而SPOC強調因材施教，它們都是信息、網絡技術與傳統課堂教學相結合的產物，彼此之間既有共通之處，也有各自的特點，但并未包涵慕課的全部應用模式，值得我們進一步研究與創新。

三　面向專業認證的新型教學模式改革

工程教育專業認證是針對工程技術領域相關專業的高等教育機構實施的專門性認證，旨在為工程技術人員參與從業提供預備的教育質量保證。《工程教育專業認證標準》對于畢業生的12種能力給出了明確要求，需建立教學過程質量的全面監控與畢業生的跟蹤反饋與評價機制。

專業認證的核心理念包括：以學生為中心的教育理念、以成果為導向的教育取向和持續改進的質量文化。首先，“以學生為中心”明確指出：教育目標應圍繞對學生的培養，教學設計應針對學生能力的培養，老師與各類教育資源應滿足學生學習效果的達成，評價的關鍵是對學習效果的評價，而不再像以往教師主導授課、學生只要突擊應付通過期末考試就算合格，使得浮在空中的教育真正落到實處；其次，“以成果為導向”的教育取向則全面闡述了學校定位、培養目標、畢業要求、課程體系、教學活動、師資及教學資源之間的關系，形成由上向下設計和由下向上支撐的過程；最后，持續改進的質量文化要求建立關于培養目標、畢業要求和教學環節的常態化評價機制，并對其不斷改進，持續改進的效果則最終通過學生的表現來體現。

微機原理與應用作為一門連接計算機理論和具體工程實踐的專業基礎課，是開展混合式教學改革以滿足“專業認證”需求的理想切入點。該課程主要以Intel 8086 CPU為主線，講授微型計算機的基本組成、工作原理、匯編語言和接口技術等內容。現有的傳統教學模式主要存在以下問題：課程內容涉及面廣且知識點多，學生普遍反映較難學習；實踐學時較少，難以鍛煉學生的實際編程與調試能力；考核方法不合理，影響學生學習興趣，大多數學生很難將所學內容與后續課程和專業研究銜接起來。因此，本文以工程教育專業認證為指引，對該課程進行教學模式改革，圍繞學生發現與解決工程問題能力的培養，從教學目標、教學流程和評價方式三個方面來闡述教學改革的新思路。

（一）教學目標

依據工程教育專業認證的標準，應針對不同的教學對象和相應的培養方案，設定適于不同專業的教學目標。目前本課程主要面向自動化與電氣工程學院和機械工程學院的三個不同專業開設，學生的基礎知識結構、思維方式和發展方向存在明顯差異，必須首先制定出分層式的教學目標，主要包括：課程總體目標、教學單元目標和學生分組目標，并授以不同的教學內容，真正做到因材施教。

（二）具體教學流程

針對微機原理課程的教學目標，開展基于微課的翻轉課堂教學探索，具體分為教學資源開發、在線預習、課堂內化和課后復習總結四大環節。

1　微課教學資源開發

教師在課前利用一些草根式的微課技術快速制作微視頻，將每兩個課時內容拆分出至多4個關鍵知識點，每段微視頻的時長控制在10分鐘以內，并配合相應的動畫實例或練習題。再放到平臺上供學生使用，并及時查看學生的反饋意見，針對不足之處盡快修正，來確保微課資源的質量。

2　課前在線預習

每次課前要求學生提前對先修知識點進行在線微課學習，并結合自身的理解完成習題測試。之后學生對自己預習學到的知識和存在問題進行總結，通過課程平臺反饋給老師。老師結合以往的授課經驗對問題進行拓展并確定下來，進而學生針對上述問題進行思考。由于學生的知識基礎和個性習慣不盡相同，為了實現優勢互補，將學生劃分為多個小組，每組6人，并設定組長來負責整個學習過程。各小組成員針對問題進行討論和整理，為后續的翻轉課堂做好準備。

3　基于主動啟發式的翻轉課堂

每次課上挑選部分小組代表上臺進行匯報講解，將自己課前學習的成果與大家分享，結束后由剩余的小組代表就不解之處主動提出疑問。在該過程中，老師需要宏觀掌控提問的方向和難度，并選擇合適的時機對重難點問題進行啟發式的拓展講解。最后，由老師對本次課進行系統梳理，并講解預習時留的練習題，讓學生達到對關鍵知識點的消化吸收。備案，實時給予學生合理的獎和罰，來逐步提高學生的自信心、榮譽感和集體感。

4　課后復習總結

課后老師需結合課上交流學習的結果對之前的微課資源進行修正和完善，針對學生掌握不準確的難點和重點再增加相應的課后練習，來達到鞏固知識點的目的。

同課程組的老師需定期召開研討總結會，就各自教學班在授課過程中獲得的良好成果與經驗進行分享，并就存在的不足之處找到改進方法，不斷完善后期的教學過程。

（三）教學評價方法

在工程教育專業認證的標準下，以成果為導向的教育理念強調學生的學業進步和個人成就，因此，以往單一的評價方式已不再適用，取而代之的是多元化的評價方式。一方面，改變以往只對學生進行打分的形式，形成教師評價、學生間相互評價和學生自我評價的開放模式，使得師生間、學習者之間建立起良性的反饋與互助機制；另一方面，最終的考試成績不再是一張試卷定結果，而是把平時的課程練習、課上匯報與問答、上機實驗和期末考試結合起來，降低期末考試在總成績中所占的比例，重視學生在其它三個環節的表現。微機原理及應用這門課共有64學時，其中實驗只有10學時，明顯不足以鍛煉學生的實際編程與調試能力，導致學生只會死板地背記一些程序段，不具備處理實際問題的能力。因此，我們針對本課程12章的內容重新設置實驗題目，將實驗學時提高到18個，并在最終的實驗考核單元從實際工程角度出發擬定一批考試題，要求學生在規定時間內現場編寫并調試程序，老師通過隨機提問和測試代碼來了解學生對知識點的實際掌握程度。

總之，目前工程教育專業認證標準對我國高等學校的工科專業教育質量提出了新要求，針對傳統大學課堂教學方式無法滿足新型人才培養需求的情況，以自動化學院的微機原理及應用課程作為試點開展教學模式改革，基于微課學習來實現主動啟發式課堂的翻轉，并在教學評價中引入多元化的評價機制，提高教學效率和學生的綜合素質，充分體現以成果為導向的核心理念，為促進工程教育專業認證的實施奠定基礎。

[1]中華人民共和國國務院.關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見[EB/OL].http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-07/04/content_10002.htm.

[2]張民選.關于高等教育認證機制的研究[J].教育研究,2005(2).

[3]Bradford S C.Documentation[M].London:Crosby Lockwood,1948.

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Small_private_online_course.

[5]何克抗.從“翻轉課堂”的本質看“翻轉課堂”在我國未來的發展[J].電化教育研究,2014(7).

[6]Fox，A.From MOOCs to SPOCs[EB/OL].[2016-06-06].http://cacm.acm.org/magazines/2013/12/169931-from-moocs-to-spocs/fulltext.