基于ADDIE 模式的UML 軟件建模實驗課程混合式教學設計

郭艷燕，婁蘭芳

（煙臺大學 計算機與控制工程學院，山東 煙臺 264005）

0 引 言

2018 年4 月教育部印發的《教育信息化2.0行動計劃》提出，要積極推進“互聯網+教育”的發展，強調教育教學與現代信息技術的深度融合和應用創新[1]。基于線上線下一體的混合式教學是“互聯網+教育”時代倡導的新型教學模式，學生通過學習時間的混合、學習空間的混合、學習活動的混合、學習方式的混合以及與教師交流方式的混合，高效優質地完成學習目標。

實驗教學在高校理工科專業教學過程中占據重要地位，如何提升實驗教學質量是教學改革的一項重要內容，如何將實驗教學與信息技術進行深度融合是開展實驗教學改革的重要途徑。實驗教學與理論教學一樣，都需要教學設計，圍繞內容、步驟、階段、評價等方面針對性設計教學，遵從“實驗設計→實驗實施→實驗評價”這一過程，達成能力培養目標。在混合式學習方式驅動下，如何依托信息技術重構實驗教學模式，系統科學地設計實驗課程混合式教學，值得我們研究。

1 ADDIE教學設計模式

ADDIE 教學設計模式是教學設計理論最經典的模式，蘊含了教學系統設計過程的5 個核心步驟，用于解決教學過程中的5 個核心問題，見圖1，以保證高效地實現教學設計與實施[2]。該模式的主要特點是，評估階段作為整個教學設計過程科學性、有效性的有力保障，貫穿于整個設計過程，隨時對其他階段進行反饋，且5 個階段不斷迭代，通過反復論證完善更新，最終形成完整的教學設計方案。ADDIE 教學設計模式充分體現了教學設計的內核和共同特征，特別適用于在線教學和網絡教學，因此在線上線下相結合的混合式實驗教學中使用ADDIE 模式進行教學設計，具有很好的適用性和可行性。

2 實驗課程混合式教學設計的總體框架

基于ADDIE 模式的混合式教學設計分為分析、設計、開發、實施和評估5 部分，總體框架見圖2。

圖1 ADDIE 教學設計模式

圖2 基于ADDIE 模式的實驗課程混合式教學設計

3 UML軟件建模實驗課程的混合式教學設計

3.1 分析階段

按照系統論的觀點，教學系統要有明確目的，課程體系要有整體性，要與學生有明確的相關性，并與教學環境相適應[3]。

（1）教學對象分析是通過了解學習者的共同特征、學習習慣、知識儲備、動機水平、能力水平、個人對學習的期望確定教學的起點。UML軟件建模實驗課程教學對象分析可以通過調查問卷形式獲取。

（2）教學目標分析可以基于布魯姆的教育目標分類理論，結合學科特點和地位，精確闡述教學目標，包括課程總教學目標和單元教學目標，為設計教學提供支持。UML 軟件建模實驗課程是本科軟件工程專業應用型創新人才培養體系中重要的實踐教學環節，是將面向對象分析與設計方法、面向對象編程語言和統一建模語言UML 知識融合后，將理論知識應用到實際問題的實踐過程，以此加深理解和掌握面向對象的思想、技術和方法，培養學生建立合理、科學、高質量的系統建模能力，達到提高軟件工程實踐能力的目的。

（3）教學內容分析的結果是確定教學知識的廣度和深度，劃分難點和重點，處理各知識點之間的聯系和區別。UML 建模實驗課程實驗內容的選取不能僅僅關注UML 各類模型本身的細節和建模技術，而是要系統地關注UML 模型在整個軟件開發過程中的作用和實踐應用，結合面向對象的分析設計原則，構建具有靈活性和可擴展性的高質量軟件模型。

（4）教學環境是教學目標實現的重要條件。UML 軟件建模混合式實驗教學環境包括網絡數字化在線學習環境和實驗室教學環境。

3.2 設計階段

設計階段以分析階段的結果為依據，確定教學問題的具體解決方案，根據教學目標確定教學模式、選擇教學媒體和教學策略、設計教學活動，確定知識傳遞的通道以及師生開展教與學活動的組織方式等，以實現利用最有效的教學手段把知識傳遞給學生或者引導學生自主學習。

3.2.1 教學模式的確定

教學模式是指在教育教學理論指導下，在一定環境下建立起來的，較為穩定的教學活動結構的框架和程序。UML 軟件建模實驗課程采用混合式教學模式。

3.2.2 教學策略的選擇

教學策略能夠體現教學理論的具體化和教學活動方式的概括化，具有一定的抽象性和靈活性。教學策略包括為實現教學目標而采用的教學活動的程序、方法、形式、技術支持等，按照功能可以分為教學傳遞策略、教學組織策略和教學管理策略[4]。

1）教學傳遞策略。

教學傳遞策略包括教學知識的媒體呈現形式和教學內容的組織傳遞順序兩方面。

UML 軟件建模實驗課程的教學傳遞策略：總體教學內容的組織順序基于“精細加工理論”[5]，以“整體—部分”“縱覽—細化”知識傳遞順序來組織教學內容，從UML 語言縱覽到各類不同UML 圖的建模技術，最后將各類UML圖進行整合，構建一個完整的軟件系統模型。單元教學內容的組織順序選擇布魯納的螺旋式教學順序，以“概念—原理—技術—應用”組織每個單元內的教學內容，如類圖的概述、類圖的組成元素、類之間的關系、類圖的正向工程與逆向工程、類圖的作用和具體應用。

2）教學組織策略。

教學組織策略指教學活動的組織策略，如集體學習、個體學習和小組協作學習。

UML 軟件建模實驗課程的教學組織策略：不同的實驗內容、實驗任務采用的組織形式不同，但都要充分體現學生的主體地位，激發學習動機，促進深度學習。課前實驗準備采取個體學習實現自主探究學習，課上根據實驗題目類型和難度，以任務驅動式學習進行個體學習或分組協作學習和討論式學習，如果是實驗注意事項、共性問題和疑難問題解答、實驗總結則實施集體學習。課后學習反思以及實踐能力鞏固和擴展，以個體學習或分組協作學習為主，通過真實任務驅動的研究性學習，實現創新能力培養。

3）教學管理策略。

教學管理策略包括教學進度、資源、活動的控制管理。

UML 軟件建模實驗課程的教學管理策略：教師是教學進度的把控者和教學資源的管理者。在混合式教學模式下，不同階段教學活動的主控者不相同，課前和課后學生是主控者，課上教師是主控者。教師作為整個混合式教學過程的指揮者和監督者，需要保證教學進度的順利進行、教學資源的高效使用、教學活動的有效開展。

3.2.3 教學過程的設計

教學過程是指教師組織教學的程序和環節，也是學生學習和認知的程序和環節。混合式教學包括課前、課上和課后3 個教學階段，既需要從總體上設計全局教學過程，對課內外學習活動、線上線下教學活動進行整合設計，又需要對每個階段進行局部教學過程的設計。

（1）全局設計：UML 軟件建模實驗課程的全局教學過程設計，借鑒了教學設計大師加涅根據認知加工模型并按照學習發生過程提出的九段式教學程序，抽取、整合和調整部分教學活動，形成新的教學程序流程，以“舊知復習，新知導入，新知呈現，新知鞏固，拓展訓練”主線程序開展。

（2）局部設計：UML 軟件建模實驗課程采用混合式教學模式，實驗課前線上自主學習完成實驗課上的準備工作；實驗課上教學過程的設計借鑒BOPPPS 教學模型[6]，強調從實驗引入、實驗目標、實驗前測、參與式實驗學習、實驗反饋和實驗總結6 個環節進行教學設計；實驗課后進行線上實驗過程交流、實踐能力拓展和創新。

3.3 開發階段

在混合式教學的開發階段，最重要的是完成在線課程的建設和實驗項目的設計。

1）在線課程建設。

在線課程的建設要從學習者便于理解和使用的角度，篩選原有的學習資源，開發新的可以支持學生自主學習和深度學習的教學資源，制作理論教學微視頻和實驗教學微視頻，建設教學案例庫和試題庫，制作教學課件，收集用于參考的電子書籍，設計課前學習任務單，鏈接與本課程相近的網絡課程，提供個性化學習的渠道，提供多種學習工具和建模軟件，并明確學習資源的使用方式。

UML軟件建模實驗在線課程建設情況見圖3。

圖3 UML 軟件建模實驗在線課程建設

2）實驗任務設計。

以“學生為中心”的實驗教學，需要將實驗案例學習向實驗案例設計轉變，學生只有親自設計動手實踐，才能掌握相關的技能和方法，教師的指導為學生知識體系的建構提供服務。

在UML 軟件建模混合式實驗教學中，要進行針對性技能訓練，按照“驗證性實驗→設計性實驗→綜合性實驗→拓展創新性實驗”這一漸進性步驟開展實踐教學。實驗題目分為兩種類型：一種是關注UML 軟件模型的閱讀和理解，一種是關注UML 軟件模型的繪制和實際應用。驗證性實驗關注如何使用軟件建模工具繪制各種UML 圖，以及如何實現正向和逆向工程。設計性實驗關注各類UML 圖在實際軟件分析與設計過程中的應用，將各種分析設計原則引入軟件建模。綜合性實驗強調知識的綜合應用，不僅關注描述同一系統多種UML 圖之間的關聯，而且要考慮軟件模型與數據庫、軟件體系結構、程序設計等課程知識的關聯。拓展創新性實驗強調知識的延伸和實踐能力的提升，可以通過自命題方式進行自主設計或團隊開發，或依托開放實驗室項目、“互聯網+”大賽等進行創新性實驗。

3.4 實施階段

實施階段指教學的實際傳輸，是將教學設計轉換為真實的、具體的教學行為和結果。教學實施策略的選擇既要符合教學內容、教學目標的要求和教學對象的特點，又要考慮在特定教學環境中的可行性。

UML 軟件建模實驗課程的混合式教學實施見圖4，分為實驗課前、實驗課上、實驗課后3個環節，采用任務驅動教學法、項目驅動教學法和行為導向教學法增強學生實驗過程的參與度，強調師生間、生生間的交流互動以及各個環節間的及時反饋。線上教學活動主要包括實驗情況問卷、實驗筆記博客、實驗作品互評、優秀實驗報告展示、實驗知識測試，實驗問題答疑等；線下教學活動主要包括實驗面對面指導、實驗總結、實驗點評、實驗線下討論等。驗證性實驗作為課前實踐任務，設計性實驗和綜合性實驗作為課上實踐任務，拓展創新性實驗作為課后拓展任務。

圖4 UML 軟件建模實驗課程混合式教學實施

3.5 評估階段

評估階段是教學設計的重要環節，通過評估不僅可以檢驗學生的學習效果是否達到教學目標，而且可以判別教師采用的教學方法、策略和活動是否有效。評估階段貫穿于整個教學過程，可以為其他教學設計階段的改進和完善提供依據。

UML 軟件建模實驗課程采用過程性評估和總結性評估相結合的方式。實驗的過程性評估貫穿于ADDIE 教學設計全過程，主要通過教學平臺的用戶日志、實驗情況問卷調查、階段性實驗知識測試、實驗作業情況、實驗課上觀察等方式，進行學習行為的分析和學習階段性效果的反饋，并以此為依據進行教學過程的動態調整。實驗的總結性評估在實施階段完成后進行，注重教學結果，從知識應用能力、綜合實踐能力和擴展創新能力多方面進行全面考察，從實驗作品、實驗答辯與實驗報告3 個方面對實驗效果進行評定。通過這兩種評估方式進行教學反饋，不斷迭代改進ADDIE 教學設計的各個階段，最終實現混合式教學的最佳實踐。

4 實驗教學的混合式教學設計與實施中應注意的問題

（1）遵循整體優先局部兼顧的原則：教學設計作為一個不可分割的整體，強調系統性，各個環節各盡其責，但又相互聯系、相互制約，良構的教學設計需要兼顧各個環節，而不能過于片面地強調某個環節而忽視整體目標。

（2）強調教學設計的彈性化：教學設計具有靈活性，每個具體步驟可以結合課程的實際需求和應用情景、教學策略、教學方法、教學模式加以實施，并在迭代實踐過程中可以根據評價反饋結果動態調整。

（3）強調實踐教學體系的重要性：能力培養不是一次性的，而是一個循序漸進、長期實踐、不斷探索的過程，因此需要一系列持續的、科學的、相關聯的實踐體系來支撐。

（4）提倡群體化實踐教學方法[7]：可以借助互聯網群體、互聯網資源和互聯網平臺，利用信息檢索技術等解決實踐教學中存在的答疑解惑反饋不及時、實驗異常錯誤難解決、實際復雜案例數量有限等問題。

5 結 語

實踐證明，在實驗教學中引入混合式教學模式，并基于ADDIE 進行混合式教學設計與實踐，將“以學生為中心”落實到具體的教學設計過程中，能夠系統有序地開展實驗教學過程，充分克服原有實驗教學存在學時不足、實驗前準備不充分、實驗課堂利用不充分、專業綜合應用能力欠缺、實際問題解決能力不足等弊端，從而使課程的教學體系更加完善，達到教學效果的提升。