OBE教學理念下“微課程”新型混合式教學模式的構建與實踐

果春煥 殷金玲 侯彥芬 張賀新 姜風春

（哈爾濱工程大學材料科學與化學工程學院 黑龍江·哈爾濱 150001）

0 前言

成果導向教育（Outcome Based Education，OBE）的核心是以學習成果為導向的教育理論，通過以學生為中心的多元個性化的教學實踐，使受教育者獲得學習成果，并利用學習者的學習成果反饋改進原有的課程設計和課堂教學。基于此，本研究是在OBE教育理論指導下探索一種基于“微課程”的新型混合式教學模式，并進行實踐。以《材料力學性能》課程為例，針對學校實際情況、學科類型、學生學習現狀、課程節奏，制作出利于學生發展、學科發展、學校發展的微課程資源，有效開展混合式教學，優化教學效果，提高人才培養質量。

1 現有課程教學方法的局限性

以《材料力學性能》教學為例目前課程教學過程中存在以下問題：（1）教師過于注重學科知識的傳授，“教師講，學生聽”的填鴨式教學方式在許多課程教學中依然存在。而在課堂上，學生極少參與課堂的教學活動，致使學生無法體驗學以致用的感覺，從而讓學生失去了學習的主動性。（2）課堂教學手段單一，現代化信息技術手段運用率較低，所講內容無法實現及時更新，教學目標與專業實際相脫節。（3）當前的教學模式極少存在課前導學的過程，導致學生學習的目標模糊，致使學生對所學知識的作用難以理解和吸收，也就無法促進學生主動學。

2 “微課程”新型混合式教學模式的優勢

微課程不同于微課，二者僅有一字之差，卻有著很大的差別。微課屬于一類新型的課件，而微課程則是課程的縮減版，即把原課程根據學生的學習規律，按照任務、目標、資源、方法、作業、交互及反思等一個個具體的內容體現出來的微型課程。微課程的特點：（1）教學內容要“精”，即微課程的內容設計須簡單明了。（2）時間短，微課程時長以10分鐘為宜。（3）“小”是微課程的另一個特征，一是指微課程文件的容量要小，有利于視頻的下載和觀看；二是指微課程的選題小，細致講解某一知識點、某個學習環節。（4）微課程的教學設計需完整且獨立，且還需包括學習目標、學習內容、交互式測驗、學習活動和評價反饋等環節。（5）交互功能，能夠實現自測。

混合教學模式是一種有效結合了傳統課堂教學與在線學習優勢的教學模式，而翻轉課堂則是實現混合式教學的有效途徑。翻轉課堂的基本理念是將傳統的教師在課堂上授課，學生課下完成作業的教與學的過程倒置，學生課前觀看并學習相關內容的課程視頻；課上完成與所看視頻相關的作業，且老師進行答疑；而課后則是個別輔助。在這種教學模式下，教師更需要精心設計或者選擇與一個特定課程最緊密聯系的視頻、任務、方法、作業、交互及反思等在內的資源。微課程恰可以滿足翻轉課堂的要求，做到與現有課程的教學對象、課程目標、教學難度和學生已有知識積累相匹配，這是有些MOOC無法做到的，因此微課程是翻轉課堂的堅強后盾。

此外，無論什么樣的改革，都要遵循教育規律，無論什么樣的教學模式都應該為學生的學習與發展服務，盡管“翻轉課堂”是一種趨勢，一門課程哪些知識點更適合“先學后教”，而哪些知識點更適合“啟發傳授”，翻轉什么、堅守什么，均應該由教學內容和學情而定。

3 具體實施操作

3.1 微課程的設計與開發

3.1.1 “微課程”的設計與開發

根據學生狀態、課程節奏，篩選適合做微課程的全部知識點，將《材料力學性能》這門課程，設計成一系列的符合學生發展、學科發展、院校發展的微課程資源，以便根據課程節奏，為全面開展該課程混合式教學模式實踐奠定基礎。

教師通過學情分析和主題資源篩選，開發創建符合學生需求的PPT、微視頻等系列微課程資源來指導學生自主學習。

3.1.2 “微課程”的設計與開發案例

在材料科學與工程專業領域，材料力學性能的好壞是判斷一種新型材料性能的標準之一，由此可見，材料的力學性能如何測試以及通過測試能夠獲得哪些性能與實際工程領域的關系，是該專業學習的重點。因此，根據《材料力學性能》這門課程與工程實際之間有著密不可分的關系，以這門課程中有關靜載拉伸試驗為例，基于思維導圖的模式設計和開發10分鐘左右的微課堂。梳理出這部分內容所包含的知識點有哪些？以及該部分內容在工程中的實際應用有哪些？具體的如圖1所示。

圖1：靜載拉伸試驗微課程設計方案

3.2 云課堂的搭建

云課堂指在網絡環境下，運用智能設備開展課堂內外即時反饋互動教學模式。借助云平臺，教師可以開展“線上+線下”混合式教學模式。

《材料力學性能》這門課程依托超星學習通平臺，構建新型混合式教學模式實施方案，以班級為單位，教師在平臺上為學生提供學習視頻、內容以及自評價題目，再就是在線答疑等環節；而學生利用超星學習通平臺，了解教師發布的通知，進行學習；與此同時，云平臺跟蹤并記錄學生的學習軌跡與學習進度并對學生學習進行自動評價。教師可以定期導出平臺數據（如按專業、學科、年級、章節等等），適當處理，尋找恰當的統計方法進行分析，并與對照班進行比較，以此作為評價新教學模式和改進的依據；篩選異常數據，做統計分析，以此為依據調控師生教與學的狀態，并作為實時評價新教學模式和改進的依據。

3.3 混合教學模式的構建

3.3.1 基于微課程的“線上學習+線下實體課堂”混合教學模式

教師將原有的課程按照學校實際情況、學科類型、學生學習現狀，創建成微課程資源，依托云平臺，實施基于微課程的“線上+線下”混合式教學。“線上+線下”混合式教學是借助翻轉課堂實現的，其前提須對課程中的知識點進行分類。

（1）適合翻轉的知識點：這些知識點符合學習規律，適合學生探究式學習，可以將這樣的知識點設計成微課程，進行翻轉課堂教學借助翻轉課堂實現“線上+線下”混合式教學：線上教學包括提供資源、發布內容、在線答疑、監控學習；線上學習包括自主學習、自我檢測、反饋問題、同伴互評；線下教學分為分析需求、制作課程、設計任務和反饋評價；線下學習分為成果展示、互動交流。

（2）不適合翻轉的知識點：這些知識點學生自學能力達不到要求，少不了教師的監管、引導和點撥，這樣的知識點要采用啟發傳授式教學。

3.3.2 翻轉課堂設計

以《材料力學性能》課程為例，為啟發學生學習的興趣，采取“翻轉課堂+啟發傳授”混合教學模式。根據圖1設計的有關靜載拉伸試驗的微課堂，其中有關作為例子，采取視頻的方式引導學生對《材料力學性能》課程的興趣，讓學生體會到這門課程學習的實際意義所在。如此，可有效減少一上來就講述拉伸試驗相關知識的突兀性。再根據拉伸試驗所需設備、試樣幾何尺寸以及試驗方法等內容，讓學生猶如身臨其境到試驗現場，體會靜載拉伸試驗過程。最后通過拉伸試驗機獲得拉伸曲線，介紹拉伸曲線中各個階段所代表的含義，此時結合拉伸試驗過程中試樣呈現出來的變形行為。以上知識點可通過視覺的方式，易于被學生所接受。以上內容，學生可在課前利用課下時間進行預習，先行了解靜載拉伸試驗的整個過程。

而對于靜載拉伸試驗過程的注意事項，以及拉伸試驗數據的處理則是需要課堂上進行講解或研討。比如圖2所示的曲線，該曲線是靜載條件下得到的試驗曲線，討論該曲線存在的不足之處，可以看到，曲線呈現出多階段的特性。請同學們考慮：

（1）這個曲線和教材上給出的應力-應變有什么區別？請分析曲線上產生區別的原因；

（2）根據所學的知識，計算一下該合金鋼的彈性模量是多少？和常見的合金鋼的彈性模量相近嗎？為什么有如此大的差別？

圖2：某高強鋼應力-應變曲線

3.3.3 混合教學模式研討

為有效地把工程實際問題與課堂知識結合起來，讓同學們思考了圖2所示的為某船體用高強鋼通過靜載拉伸試驗得到的應力-應變曲線，該曲線測試精度的高低直接影響在工程中的應用。主要是因為通過材料應力-應變曲線，可有效獲得材料的強度和塑性指標，這是工程領域結構件的設計過程中選材的標準。基于此，獲得有效的材料應力-應變曲線在工程領域具有十分重要的意義。針對圖2所示曲線中存在的兩個方面的問題，討論如下：

針對圖2的曲線與教科書中的異同。

同學A：通過微視頻和教材的學習，了解到對于一般具有塑性變形能力的材料，其應力-應變曲線具有的特點是：一是彈性變形階段，即應力-應變曲線的一開始階段，應力和應變為線彈性關系；一是塑性變形階段，該階段呈現出的非線性關系，應力和應變不再是單值性的關系。而圖2中給出的彈性變形部分呈現出的非線性關系，而是出現了兩個階段，第一階段的斜率與第二階段的斜率不同。

老師：同學A觀察得很仔細，并且微課堂和看書都很認真，充分發揮了混合式教學模式的作用。圖2所示的曲線確實是在彈性階段分成了兩部分，對于這兩段不同的線段，所表示的含義是什么呢？或者說為何出現這種現象呢？

同學B：這兩段都是發生彈性變形階段，二者的斜率不同，通過學習微課堂了解到彈性變形階段的斜率代表了材料的彈性模量，該參量是材料的一種固有參數。然而，圖2中的兩段線性關系的斜率差距很大，無法代表材料的彈性模量，很大程度上可理解為這種測試方法存在問題。至于產生這種現象的原因，還不太理解。

同學C：在學習了彈性變形的過程以及靜載試驗的整個過程，發現在靜載試驗過程中，應力-應變曲線的應變測量是采用拉伸試驗機的橫梁位移來獲得的，這說明從試驗機上獲得的應力-應變曲線上的應變，尤其是彈性變形部分，不僅包含了試樣在拉伸過程中的彈性變形，還包括了橫梁所發生的彈性變形。兩個方面的彈性變形疊加導致試樣拉伸試驗初期的變形太大，導致開始階段曲線的斜率較低。

老師：由同學B和C基本上說出了應力-應變曲線初始階段存在的問題，看來大家很認真的學習了相關的知識點。由這條曲線，包含了我們靜載拉伸部分的所有知識點，以及試驗過程中所需注意的事項。彈性變形部分之所以出現了兩部分，就是由于彈性變形部分疊加了橫梁上的變形所致。下面還有個問題就是，針對圖2的曲線，大家計算一下該材料的彈性模量。

同學D：按照曲線上給出的數據，計算的彈性模量僅有幾十MPa，這與實際材料的彈性模量200GPa，存在特別大的差距。原因我認為就像老師所說的，彈性變形部分含有了橫梁的變形，導致計算的彈性模量結果不準確。

老師：同學D說得非常好。對于這種情況下，我們如何獲得準確的彈性模量呢？目前，有關彈性模量的測試方法有很多種，比如大家在《大學物理》試驗課上測試過的楊氏模量，再就是拉伸試驗過程中加入引伸計，也就是把傳感器安放在試樣上，直接測試試樣的變形。另外還有一種無損檢測的方法，即超聲波測量儀，也就是利用了應力波在固體中傳播的原理來進行測試。如果大家對這方面特別感興趣，可以去數據庫查一些相關的文獻閱讀一下。

通過這樣的研討模式，可讓同學們一方面消化微課堂中所需的知識點，再就是結合實際的試驗過程，了解理論與實際之間的關系。進而起到加深學習印象，提高學習效果。并且采取這種混合式教學方法，還能讓同學們有一種學以致用的感覺，增強了自信心以及對材料科學與工程專業的更進一步的認識，為他們將來走向工作崗位或者進一步的學習都將會具有深遠的意義。

4 評價標準和激勵機制的建立

制定混合式教學模式的評價標準，包括課前評價標準、實體課堂評價標準、小組評價標準、互評評價標準等，積極建立健全利于開展混合式教學模式的實踐方案和師生激勵機制，真正實現對學生創新能力和學習能力的培養與提高。OBE教育理論中所涉及的十二條如下：

（1）工程知識：將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決復雜工程問題。（2）問題分析：應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。（3）設計/開發解決方案：設計針對復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的系統、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設計環節中體現創新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素。（4）研究：基于科學原理并采用科學方法對復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據、并通過信息綜合得到合理有效的結論。（5）使用現代工具：針對復雜工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能夠理解其局限性。（6）工程與社會：基于工程相關背景知識進行合理分析，評價專業工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任。（7）環境和可持續發展：理解和評價針對復雜工程問題的專業工程實踐對環境、社會可持續發展的影響。（8）職業規范：具有人文社會科學素養、社會責任感，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業道德和規范，履行責任。（9）個人和團隊：在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。（10）溝通：就復雜工程問題與業界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。（11）項目管理：理解并掌握工程管理原理與經濟決策方法，并能在多學科環境中應用。（12）終身學習：具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發展的能力。

表1：混合教學模式的評價標準及激勵機制

根據以上十二條，制定了《材料力學性能》實現“翻轉課堂+啟發傳授”混合教學模式的評價標準如下表1所示。

5 實施后效果和學生反饋

采用OBE教育理論中的評價標準以及“翻轉課堂+啟發傳授”混合教學模式，實施以后，很大程度上激發了學生的興趣，了解了所學專業在工程中的實際應用，真正意義上掌握了學以致用的含義。對比材料科學與工程專業2017級、2018級學生的《材料力學性能》的成績來看，學生的成績得到了大幅提高，尤其是在考試題中涉及與工程相結合的解決實際問題方面。98%以上的學生全面深入了解和掌握了《材料力學性能》這門課程中的知識點，僅有2%的學生因未及時完成微課堂的學習導致對知識點理解得不夠深刻，掌握得不夠全面。