冯磊华 李录平 田 红 胡章茂 张 巍

长沙理工大学能源与动力工程学院 湖南长沙 410015

近年来，随着第四次工业革命的到来，世界范围内新一轮的科技革命和产业变革对工程教育的改革和发展提出了新的挑战[1]。“新工科建设”的提出正是对上述挑战做出的积极回应。对于工科类本科教育，面向社会需求培养应用型人才，增强学生的创新能力和工程应用能力是新工科教育的根本目标[2]。

新工科教育以“卓越计划”为示范，通过对课程体系和教学内容的改革，完善新工科教育人才培养方案。在新工科教育的实施过程中，课程体系与教学内容的改革是关键环节，重点体现在理论教学与实践教学的深度融合问题，而理论教学的重点又主要体现在专业课程上。目前针对“卓越计划”实施的专业课程教学模式，存在诸多问题，较难调动学生学习的积极性[3]，更难满足新工科教育培养目标的要求。因此，对专业课程教学模式的研究与改革是新工科教育得以顺利实施的重中之重。

1 高校工程类专业课程教学现状

从近年高校工程类专业及“卓越计划”的教学过程可以发现，专业课程的教学在内容与方法上存在较多问题[4]。这些问题导致了工程类专业学生学习专业课程缺乏热情、专业课程的教学质量普遍不高等问题。具体而言，存在的主要问题有以下几方面：(1)专业课程教学目标模糊不清。新工科的专业课程教学应起到培养学生个人效能、知识能力、学术能力、技术能力和社会能力等五类核心能力的作用[5]。而当前的高校工程类专业课程普遍存在教学目标模糊不清等问题。(2)专业课程教学过程与培养目标严重脱节。目前，高校工程类专业课程的教学仍大多采用课堂讲授的方法，很难培养出具有创造性思维与人格的创新型人才[6]。(3)专业课程教学效果的考核不足以支撑培养目标。目前，工程类专业在专业课程教学效果考核方面存在考核方式单一死板，考核内容结构不合理，重知识细节考核、轻综合能力培养等一系列问题[7]。

上述问题的存在直接影响了学生综合素质和五类核心能力的培养，更不足以支撑新工科及“卓越计划”的培养目标。

2 高等工程类专业课程教学模式研究

在新工科培养目标的要求下，针对专业课程的教学特点，研究国内外近年出现的各种先进教学模式，探索出一套专门针对我国工程类专业的课程教学模式，更好地实现新工科背景下学生五类核心能力培养的总目标。

2.1 OBE教学模式

OBE教学是一种基于成果的教学(Outcome-Based Education，OBE)模式，已被世界各国不同层次的教育系统广泛采用[8]。OBE教育理念与新工科教育的专业课程教学过程相融合时，应做到以下几点：(1)以产出为导向，通过预测学习产出结果制订教学目标。(2)设计“以学生为中心”的反向教学模式。(3)构建持续改进的良性教学模式。

2.2 慕课教学模式

大规模在线开放课程(Massive Open Online Course，MOOC)平台，提供了更加丰富的教学资源[9]。慕课的学习者不受在线人数、时间、空间的限制，任何人均可以在世界的任何地方，用电脑或者手机终端选择学习课程[10]。慕课的大规模属性显示了其低成本、高效率的优势，但也存在学习效率低、面对面交流少等问题。

2.3 SPOC翻转课堂教学模式

小规模私有在线课程SPOC(Small Private Online Courses)是对MOOC的有益补充[11]。SPOC强调要针对学习者的个性化特点开展教学，并有针对性地对学习者进行管理和控制[12]。

翻转课堂与传统的教学模式比较，主要完成了两个方面的转换[13]：(1)教师任务与角色的转换：教师由主导地位变为辅导地位，学生进行自主学习，最后再由教师答疑解惑；(2)学生的任务与角色转变：学生由被动学习转为主动学习，学习过程由学生主导。

基于SPOC的翻转课堂教学模式，完美地将SPOC模式和翻转课堂模式相结合[14]，提高了教学效率和教学质量。

2.4 基于微信的“雨课堂+PowerPoint”教学模式

清华大学“学堂在线”推出的“雨课堂”是一种基于“微信+PowerPoint”进行授课和师生互动的移动网络教学模式[15]。雨课堂软件是以插件的形式与PowerPoint相融合的，再通过扫描二维码与微信相结合，不需要更新硬件教学设备，操作简单易学。

雨课堂的应用极大地便利了教师和学生，也很好地调动了学生学习的积极性，但其只是教学组织和管理工具，对于课堂中出现的专业软件和图像，目前还没有很好的解决方法。

3 基于OBE理念的“SPOC+雨课堂”混合式教学模式研究

针对目前我国高等工程类专业课程的教学特点及在教学过程中出现的主要问题，结合上述各种教学模式的特点和应用情况，本文提出一种基于OBE教学理念的“SPOC+雨课堂”的混合式教学模式，并将该模式应用到能源与动力工程专业2015级“卓越计划”班的单元机组集控运行专业课程的教学中。

本研究依据OBE教学理念、依托超星SPOC教学平台及清华大学“学堂在线”的雨课堂移动网络教学平台，构建的“SPOC+雨课堂”的混合式教学模式共包含基于OBE理念的教学内容设计与开发、教学策略的制订与实施、教学考核三部分内容，如图1所示。

图1 “SPOC+雨课堂”混合式教学模式

3.1 基于OBE理念的教学内容设计与开发

针对单元机组集控运行课程，采用基于OBE的教学理念进行开发，须明确四个对应关系：(1)明确培养目标与内外需求之间的关系；(2)明确毕业要求与培养目标之间的关系；(3)明确课程体系与毕业要求之间的关系；(4)明确教学内容与毕业要求之间的关系。通过对能源与动力工程专业“卓越计划”学生毕业要求的分解，将其逐个落实到单元机组集控运行课堂教学之中，进而明确教学内容，确保教学内容为毕业要求做出贡献。

具体设计内容主要包括如下几方面。

(1)课程内容的重构

基于上述课程目标，为了更好地实施混合式教学模式，本研究对课程内容进行了重构：将课程知识按照知识点的形式重新划分，每个知识点安排一定的任务由学生完成。

(2)教学阶段的划分

本研究将单元机组集控运行课程的教学过程分为基础导入、提高进阶、综合拓展等三个渐进的阶段，具体安排为如下。

①基础导入阶段：介绍基本概念和定义，并用实例说明机组的基本启停过程。

②提高进阶阶段：通过具体实例掌握机组的运行调节、运行控制和基本事故处理原则。

③综合拓展阶段：针对具体的事故案例，分析事故原因，并提出具体处理措施。

(3)教学资源的设计与开发

为了实现“SPOC+雨课堂”的混合式教学，教师需要在课前完成全部教学资源的设计与开发工作，针对每个知识点设计的教学资源见表1。

表1 单元机组集控运行教学资源设计

各类教学资源的设计与开发主要通过以下方法完成。

①学习任务单的设计：学习任务单为学生的课前学习提供了指引和方向，是翻转课堂有效实施的保障。本研究中的课前学习任务单主要包括课前学习内容、小组汇报主题与要求、课后作业与反思三部分内容。

②微视频的录制：本研究采用专业的屏幕录像软件Camtasia Studio 9.0将主要知识点录制成一个个短视频，每个视频长度为10分钟左右，便于学生利用碎片时间学习。

③作业和测验的设计：作业和测验既可以作为学生自测学习效果的工具，又可以作为教师评价学生学习的有效手段。教师可对作用和测验的内容提前设置好答案，再通过雨课堂推送到学生手机端。教师根据学生答题情况，再有针对性地在课堂教学中进行解答。

④实例素材包的搜集与制作：实例素材包主要包括典型机组启动案例、典型事故处理案例等，可通过网络或与电力企业联系搜集，部分内容进行自主开发。

上述教学资源中，学习任务单、作业和测验及PowerPoint课件可通过雨课堂推送给学生，微视频及实例素材包则可以上传到SPOC教学平台，形成一套完整的在线学习课程资源。

3.2 教学策略的制订与实施

为了更好地完成每一阶段的教学目标，本研究采用多种授课形式：在基础知识导入阶段，采用雨课堂讲授的方式；在提高进阶阶段，为了更好地锻炼自主学习的能力，采用翻转课堂的教学形式；在综合拓展阶段，为了让学生更快地掌握一些重要原理，并锻炼学生分析问题和解决问题的能力，采用“雨课堂讲授+研究性学习”相结合的教学方式。而对于具体的教学过程，本研究将其划分为课前、课中、课后三部分内容。

(1)课前部分

将25名学生共分成五组，每组学生在课前要根据雨课堂推送的学习任务单完成以下任务：①通过超星SPOC平台观看微视频、并学习实例素材包的内容；② 通过协作互助的方式制作PowerPoint汇报课件，准备课上展示与讲授。教师可以根据超星SPOC平台的信息反馈，分析学生的在线学习情况，并可对教学流程和方式进行适当调整。

(2)课中部分

在课堂上，采用雨课堂讲授和学生展示相结合的形式教学。学生展示是课堂上的主要形式，由任务组轮流展示和讲授，再由教师进行点评和指导。而对于一些难点知识，则需要由教师通过雨课堂给学生进行讲解，并可以利用雨课堂的弹幕互动、练习、测验等内容及时了解学生的学习情况。

(3)课后部分

课后，雨课堂会推送课堂总结至教师微信，教师根据总结情况给学生推送复习作业。学生在学习中遇到的问题也可以通过SPOC平台反馈给教师，教师可利用某一固定时间进行在线解答。

3.3 教学考核

对于“SPOC+雨课堂”的混合式教学考核，本研究采用过程性评价和总结性评价相结合的方式。其中，过程性评价部分占总成绩的50%，主要包括学生的视频观看情况、任务完成情况、课堂展示情况及学生互评成绩等内容；总结性评价占总成绩的50%，主要包括学生的期末测验和综合考核。

3.4 教学效果与问题反思

(1)教学效果

①激发了学生学习的积极性。

② 提高了课堂互动性。通过小组协作、任务展示与评价，提升了学生之间的互动；通过雨课堂的弹幕、习题推送、SPOC平台反馈，提升了师生之间的互动。

③提高了教学效率。采用“SPOC+雨课堂”的混合式教学模式，可以充分利用学生的课余时间，大大提升了课堂教学效率，学生对知识的掌握也更加牢固。

④锻炼并提升了学生的多种能力。课前预习，提升了学生的自主学习能力；小组协作与展示，提升了学生的语言表达能力、沟通能力和协作能力；综合拓展则充分锻炼了学生解决实际问题的能力。

(2)问题与反思

①雨课堂的功能不够完善，例如，对于主观题的测试，不能预先设置答案；每一次的课堂成绩评定不能够汇总在一起形成最后的总成绩等。

②仍有部分学生比较被动，在任务完成的过程中参与度较低。

4 结语

“新工科建设”背景下，高校工科教育改革发展存在诸多掣肘因素，其中，专业课程教学问题尤为突出，例如，专业课程教学目标模糊不清、专业课程教学过程与培养目标严重脱节、专业课程教学效果的考核不足以支撑培养目标等。

为了能够较好地解决上述问题，本文首先研究了各种先进教学模式，并在此基础上提出了一种基于OBE理念的“SPOC+雨课堂”的混合式教学模式。接着，分别从教学内容的设计与开发、教学策略的制订与实施和教学考核三个方面分别对该混合式教学模式的实施进行了具体研究。最后，通过教学效果的分析可以看出，本教学模式极大地激发了学生学习的积极性、提高了课堂互动性及教学效率、多方面锻炼和提升了学生的五类核心能力，可以较好地促进我国新工科教育的发展。