基于OBE 教育理念的線上教學(xué)研究與互動(dòng)課堂設(shè)計(jì)

楊博雄，于營(yíng)

（1.三亞學(xué)院信息與智能工程學(xué)院，三亞 572022；2.三亞學(xué)院容淳銘院士工作站，三亞 572022）

0 引言

注重能力導(dǎo)向與目標(biāo)導(dǎo)向教學(xué)是OBE（Outcomes-Based Education）教學(xué)的核心理念[1]，是工程教育專業(yè)認(rèn)證遵循三個(gè)基本理念之一[2]。2020 年春學(xué)期，由于新冠肺炎疫情的影響，學(xué)生不能按期返回學(xué)校上課。為此，中國(guó)教育部組織全國(guó)高校開(kāi)展了一場(chǎng)與線下教學(xué)計(jì)劃完全一致的基于互聯(lián)網(wǎng)的線上教學(xué)活動(dòng)[3]。此次線上教學(xué)覆蓋范圍之廣、持續(xù)時(shí)間之長(zhǎng)、師生參與規(guī)模之多是史無(wú)前例的。

將以前處于輔助教學(xué)手段的線上教學(xué)一下子轉(zhuǎn)為主導(dǎo)地位，勢(shì)必對(duì)傳統(tǒng)的基于課堂的教學(xué)手段、教學(xué)方法帶來(lái)了沖擊，同時(shí)也需要對(duì)于各種OBE 教育理念的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，滿足基于線上教學(xué)的課程要求。

基于此，本文以《人工智能》這門課程為例，以學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)出發(fā)，從教學(xué)平臺(tái)選取、互動(dòng)課堂組織、教學(xué)目標(biāo)制定、課前課中課后要求等多個(gè)維度進(jìn)行了深入研究。

1 學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)與能力導(dǎo)向

（1）學(xué)習(xí)目標(biāo)

本課程要求學(xué)生掌握新一代人工智能技術(shù)的基本理論、關(guān)鍵技術(shù)、實(shí)現(xiàn)方法以及開(kāi)發(fā)平臺(tái)等，以數(shù)據(jù)分析與結(jié)果預(yù)測(cè)、圖像識(shí)別與理解、視頻分類等各種智能服務(wù)應(yīng)用為導(dǎo)向，充分利用Python 等人工智能開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和深度學(xué)習(xí)開(kāi)源框架，搭建人工智能應(yīng)用系統(tǒng)。

（2）能力培養(yǎng)

本課程重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生們的動(dòng)手實(shí)踐能力和自主創(chuàng)新能力，注重學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)，運(yùn)用多種手段建立和提升智能系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力等方面的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生能力、知識(shí)、素質(zhì)協(xié)同發(fā)展[4]。

（3）教學(xué)方法

由于本次課程全部采用線上教學(xué)方法，因此對(duì)傳統(tǒng)的線下教學(xué)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，特別在實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將先前利用AI 平臺(tái)進(jìn)行的方法全部改成基于PC 的真實(shí)案例教學(xué)。教學(xué)過(guò)程中充分采用案例教學(xué)法、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法等方法，加強(qiáng)教學(xué)的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，突出新型理論與熱點(diǎn)應(yīng)用的結(jié)合。

2 課程思維導(dǎo)圖

課程思維導(dǎo)圖是讓學(xué)生充分了解整個(gè)課程的目標(biāo)、內(nèi)容以及知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)的重要途徑，本文對(duì)《人工智能》課程思維導(dǎo)圖進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)，特別在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，遵循經(jīng)典理論與熱門應(yīng)用相結(jié)合，精心設(shè)計(jì)了8 個(gè)實(shí)驗(yàn)。選取了當(dāng)前基于機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)的經(jīng)典理論案例：線性回歸、曲線擬合。同時(shí)結(jié)合熱點(diǎn)應(yīng)用設(shè)計(jì)三個(gè)實(shí)驗(yàn)：泰坦尼克乘客死亡概率預(yù)測(cè)、股票預(yù)測(cè)、車牌識(shí)別。最后通過(guò)一個(gè)視頻分類做一個(gè)綜合實(shí)訓(xùn)。課程思維導(dǎo)圖如圖1 所示。

圖1《人工智能》課程思維導(dǎo)圖

3 線上教學(xué)平臺(tái)

要穩(wěn)定開(kāi)展線上教學(xué)課堂，必須選擇一個(gè)能承載海量用戶音視頻在線互動(dòng)的共享平臺(tái)，并且還具備教學(xué)所需要的課程發(fā)布、考勤、測(cè)試、提問(wèn)、屏幕分享等功能，讓全國(guó)各地包括海外的學(xué)生都能在一個(gè)固定的時(shí)間段中選擇一個(gè)可供幾十到幾百名師生的網(wǎng)絡(luò)虛擬課堂。因此，選擇一個(gè)能夠支撐大規(guī)模在線同步音視頻交互、具備一定的教學(xué)功能要求的平臺(tái)系統(tǒng)是開(kāi)展線上教學(xué)的首要條件[5-8]。

此次線上教學(xué)與以往任何形式的在線教育存在著很大不同，筆者根據(jù)此次授課形式的突發(fā)性、在線課堂的實(shí)時(shí)性與同步性、兼顧各種網(wǎng)絡(luò)條件下的兼容性、使用工具的一致性以及平臺(tái)使用的免費(fèi)性等各方面綜合考慮，深入研究并測(cè)試了在疫情這種特殊情況下可用的各種網(wǎng)絡(luò)授課平臺(tái)和教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)，挑選幾種有代表性線上教學(xué)平臺(tái)，分別從音視頻交互支撐、互動(dòng)效果、教學(xué)功能、操作難易程度、教學(xué)資源的豐富性等維度進(jìn)行一個(gè)分析和比較，具體如表1 所示。

表1 線上教學(xué)平臺(tái)比較

從表1 可以看出，當(dāng)前主流的幾個(gè)線上音視頻授課支撐平臺(tái)各具優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。為了能夠滿足本次教學(xué)要求，保證教學(xué)質(zhì)量，在不相互沖突的情況下，可以采用多種平臺(tái)混合復(fù)用的方式來(lái)開(kāi)展線上教學(xué)。疫情期間，騰訊會(huì)議免費(fèi)提供300 人的線上會(huì)議[9]，因此本課程選擇騰訊會(huì)議搭建線上課堂，通過(guò)QQ 課程群進(jìn)行教學(xué)資源分發(fā)，通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的教學(xué)微信服務(wù)號(hào)進(jìn)行隨堂考，采用Camtasia Studio 錄播軟件進(jìn)行錄制，將視頻資源發(fā)布到優(yōu)酷平臺(tái)供學(xué)生碎片化學(xué)等。

4 互動(dòng)課堂設(shè)計(jì)

為解決在線課堂無(wú)法監(jiān)督監(jiān)管、冷冰冰屏幕無(wú)溫度的短板，同時(shí)充分利用在線課堂在組織實(shí)施與翻轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)[10]。筆者以在“在線互動(dòng)”為第一原則，對(duì)《人工智能》線上授課進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，特別注重課前有預(yù)習(xí)，課中有反饋、課后有評(píng)測(cè)。

4.1 課前準(zhǔn)備

做好充分課前準(zhǔn)備是上好一節(jié)課的首先條件，一定要讓學(xué)生深深明白本門課程的學(xué)習(xí)意義、學(xué)習(xí)需要達(dá)到的目標(biāo)、在課堂體系的地位和先后關(guān)系、課程考核手段以及與本堂課所講述知識(shí)點(diǎn)的思維導(dǎo)圖以及學(xué)習(xí)重點(diǎn)等，并提前分發(fā)好教程、課件PPT、學(xué)習(xí)視頻、參考書目以及發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)等，所有的學(xué)習(xí)資源都采用電子版，可以直接通過(guò)事先早已建好的QQ 課程群，直接以文件分享的方式分發(fā)給全體學(xué)生。

《人工智能》課程有15 個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，原本是需要在智能工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，由于我們一直重視虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究與應(yīng)用，及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并提前將8 個(gè)詳盡的實(shí)驗(yàn)報(bào)告分發(fā)給學(xué)生，通過(guò)遠(yuǎn)程桌面手把手指導(dǎo)、群上公布問(wèn)題求解、演示視頻觀看、能力強(qiáng)同學(xué)幫助能力弱同學(xué)等各種方法，讓學(xué)生能順利完成6 個(gè)實(shí)驗(yàn)和1 個(gè)實(shí)訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

4.2 課中實(shí)施

在正式授課前，最好提前15 分鐘就開(kāi)通會(huì)議，進(jìn)行麥克風(fēng)、音箱、攝像頭準(zhǔn)備以及網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，學(xué)生可以提前進(jìn)入課堂，把音頻和視頻打開(kāi)，在沒(méi)有正式開(kāi)課前，大家可以在一起相互聊天，互相問(wèn)候，講講自己家鄉(xiāng)的疫情情況、分享一些有意思的故事等，一下子就拉近了彼此的距離，大家仿佛就在一間大教室上課一樣。同時(shí)，由于老師都能夠看到每個(gè)學(xué)生的面孔視頻，因此，也可以作為驗(yàn)證學(xué)生考勤真實(shí)性的依據(jù)。當(dāng)然，一旦進(jìn)入正式授課后，為了提高教學(xué)效率，最好是禁止全體學(xué)生的音頻和視頻，此時(shí)老師進(jìn)入主講環(huán)節(jié)，整個(gè)“教室”要相對(duì)安靜，圖5 所示。這個(gè)時(shí)候老師的形象、語(yǔ)音語(yǔ)速等要和真實(shí)課堂教學(xué)環(huán)境下一模一樣，這樣才能具備面對(duì)面教學(xué)時(shí)的真實(shí)感和藝術(shù)性。為了增強(qiáng)上課的互動(dòng)性和趣味性，本文一種知識(shí)搶答的方式，在授課的PPT 中，每當(dāng)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)講解完畢，會(huì)不經(jīng)意間拋出一個(gè)搶答題，制定好搶答規(guī)則，在聊天群中以彈幕方式進(jìn)行搶答，第一個(gè)搶答正確的學(xué)生將加10 分，并納入期末總評(píng)成績(jī)中的平時(shí)成績(jī)中來(lái)。由于有回答記錄，可以很快找到哪位學(xué)生是第一正確回答者。從搶答的情況下，學(xué)生踴躍參與，學(xué)習(xí)興趣濃郁。

4.3 課后考核

在下課前5 分鐘，本課程利用自己建立的教學(xué)微信服務(wù)號(hào)，采用“微信隨堂考”的方式對(duì)本次課程進(jìn)行當(dāng)堂測(cè)試，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果[11]。學(xué)生答題完成后，系統(tǒng)自動(dòng)反饋考試結(jié)果，并將成績(jī)記錄自動(dòng)記錄在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以此作為平時(shí)考試成績(jī)的依據(jù)。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程考核，由于時(shí)空限制，本課程著重強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題以及尋求解決的途徑等全部撰寫到實(shí)驗(yàn)報(bào)告，每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都有3-5 個(gè)思考題需要學(xué)生回答，根據(jù)學(xué)生回答的情況進(jìn)行評(píng)分。實(shí)驗(yàn)可以不需要在某個(gè)固定時(shí)間段完成，一周內(nèi)提交都可以。考核指標(biāo)以實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成情況、文檔撰寫的邏輯性與條理性、實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的創(chuàng)新性、思考題的回答等作為評(píng)分依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

線上教學(xué)為基于OBE 教育理念的學(xué)生學(xué)習(xí)和課程設(shè)計(jì)提出了全新的課題。本文以此為契機(jī)，遵循“理念不變方法變”的原則，圍繞著學(xué)習(xí)產(chǎn)生產(chǎn)出和成果目標(biāo)，充分挖掘線上教學(xué)的長(zhǎng)處，創(chuàng)新性調(diào)整教學(xué)思路和優(yōu)化教學(xué)方案，積極探索各種教學(xué)方法和手段，滿足教育部“停課不停學(xué)、停課不停教”的要求，最大限度降低延期開(kāi)學(xué)對(duì)教育教學(xué)的影響，并以此作為探索線上教學(xué)手段、提升教學(xué)質(zhì)量的契機(jī)。從本次課程的實(shí)施結(jié)果來(lái)看，學(xué)生對(duì)人工智能課程要求任務(wù)明確，知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)理解深刻，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高，在線課堂上師生交互性高，非常便于開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是選取當(dāng)前人工智能應(yīng)用熱點(diǎn)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣盎然，實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫詳實(shí)豐富有新意，整體教學(xué)取得了良好的效果。