新工科背景下任务驱动式混合教学实践

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2019年3月总第309期

ISSN1672-1438

CN11-4994/T 新工科背景下任务驱动式混合教学实践

郑海永 任新敏 王 楠 俞智斌

中国海洋大学信息科学与工程学院 山东青岛 266100

摘 要：面对世界范围内新的科技革命和产业变革以及新经济所带来的挑战，新工科的建设刻不容缓。当前“中国制造2025”“互联网+”和“人工智能2.0”的冲击，同样对新工科背景下的工程教育提出了更大的挑战和更高的要求。以电气、电子、计算机等学科中电路类和程序类专业核心课程为例，就新工科背景下的工科课程教学进行了分析，基于“以学生发展、学生学习、学习效果为中心”的教学理念，开展了任务驱动式混合课程教学探索与实践研究。关键词：新工科；任务驱动式；混合教学

作者简介：郑海永，理学博士，副教授；任新敏，理学博士，副教授；王楠，工学博士，讲师；俞智斌，工学博士，讲师。基金项目：山东省本科高校教学改革研究项目“基于在线课堂平台的任务驱动式电路类课程教学探索与实践”(编号：2015M008)。

在我国深入实施“创新驱动发展”“一带一路”“中国制造2025”“互联网+”“人工智能2.0”等重大发展战略的大背景下，满足以新技术、新业态、新产业为特点的新经济发展要求，培养具备更高创新创业能力和跨界整合能力的工程科技人才，对于建设制造强国和创新性国家具有十分重要的现实意义和战略意义[1]。新工科建设是一项涉及面广、影响面宽、具有中国特色的复杂的系统工程[2]，对工科工程教育提出了更大的挑战和更高的要求，尤其是相关专业核心课程的工科课堂教学。

美国教育家杜威曾经说过：“如果我们按昨天的方式教今天的学生，就等于掠夺了他们的明天。”当前新工科建设的迫切需求使工科课程教学进入了同样的困境，尤其是当前教学中存在的教、学、用严重脱节问题。

新工科建设行动路线(“天大行动”)[3]提出“问学生志趣变方法，创新工程教育方式与手段”，落实以学生为中心的理念，改革教学方法和考核方式，形成以学习者为中心的工程教育模式；推进信息技术和教育教学深度融合，建设和推广应用在线开放课程。

相对于MOOC(Massive Open Online Course)、SPOC(Small Private Online Course)等在线课程教学模式而言，传统的课堂教学由于在学生发展、学生学习及学习效果等方面缺少相应的评价和反馈手段而逐渐成为高校教学改革的重中之重[4]。其中，在线课堂平台如THEOL 、课堂派、Piazza 、TeacherKit 等因其丰富的课堂管理、及时的在线问答、详尽的信息统计等功能逐渐成为“慕课”(MOOC)时代课堂教学的有力支撑和强大工具。因此，融合在线开放课程优势的混合式教学模式成为传统课堂教育改革的一个重要方向[5]。

电路类(包括电路分析、模拟电路、数字电路、高

频电路等)和程序类(包括高级语言程序设计、面向对象程序设计等)课程是电气、电子、计算机等相关学科的专业核心课程，在理论和工程方面都具有极其重要的地位，但因其工程性和实践性的特点，使得传统课堂理论教学难以改变学生“一听就懂，一做就错”的学习困境；尽管相关课程理论教学一般都配有相应的实验课，但目前的实验教学大多都采用固定实验的模式，教学过程中大大限制了学生学习的开放性和探索性。而且，随着信息技术的飞速发展，传统的“理论+实验”课程教学模式已经无法满足目前社会对电气、电子、计算机类相关专业本科生的能力要求以及学生本身日益增长的探索、实践需求。

为此，本文在新工科建设背景下，依托我校基于清华THEOL 的网络教学综合平台及其手机APP “优慕课”，提出了一种针对工科专业课程教学的任务驱动式混合课程教学模式，从教学设计、开放实践、反馈机制、评价体系四方面将传统课堂教学与在线课外讨论、课程理论教学与知识实践训练有机结合起来，使教学过程从课堂内延伸到课堂外，真正贯彻“以学生发展、学生学习、学习效果为中心”的教学理念，激发学生学习潜能，从而提高学生的知识水平和专业素养。

1 教学设计

本文提出的任务驱动式混合教学设计如图1所示。针对电路类、程序类等工程性和实践性强的课程，在教学方法方面，深度融合教育教学与信息技术，依托网络在线课堂平台，利用其强大的统计分析能力和便捷的移动终端工具加强教师与学生、学生与学生之间的沟通、讨论与交流，将教学过程从课堂内

2019年3月总第309期ISSN1672-1438

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延伸到课堂外，将课程学习从学生个体学习扩展到师生群体学习；课程设计方面，结合学生培养课程体系，将课程教学内容根据模块和难易划分为初级、中级和高级任务实践(电路仿真/程序设计)任务和终极项目任务；针对每位学生，初级、中级实践任务和终极项目任务为必做任务，高级实践任务作为选做任务可以进行额外加分，终极项目任务将课程所学与前沿研究结合起来，鼓励团队合作和科研探索，在教师指导下通过组队、方案设计、合作实施和汇报演示4个阶段分步执行，增强学生的团队意识和科研素养；考核方式方面，基于在线平台和课堂学习的活跃程度、必做任务和选做任务的表现等设计合理的奖惩体系和完善的考核机制，主要从平时表现、任务表现和考试表现进行全过程、全方位考核，并辅以完善的奖惩体系，以激发学生学习潜能，掌握课程知识并具备相应的工程实践能力。

图1　教学设计

2 开放实践

结合专业特点和人才培养要求，通过教学课程设计按周设置合理的实践任务，同时考虑学生空闲时间碎片化且不统一等问题，依托我校实验教学智能管理系统，建设12×7(每周7天、每天12小时)全开放实验，采用实验室网络预约管理体系，完善实验室管理制度，并进行实验项目微课化建设，形成实验课程学生考核评价机制，打造全新的智能化、网络化、自主化的实践实验教学模式。该实践实验教学模式通过课程设计的“任务式”和实验设计的“开放化”提高了学生工程实践学习的主观能动性，同时能够挖掘学生工程技术实战与探索方面的潜能。

3 反馈机制

工程专业认证提倡“以学生为中心”“持续改进”的人才培养理念，“以学生为中心”的内涵和重点应是“以学生发展、学生学习、学习效果为中心”，而其中教师教学过程中实时掌握学生的学习状况及学习效果尤为重要。在对课程知识点进行混合教学课程单元模块化设计的基础上，通过网络教学平台重点以学生每节课前预习任务单和学生每周学习难点表进行学生学习状态和学习效果反馈。

教师根据课程单元混合教学设计在课前通过网络教学平台发布课前预习任务单，由学生预习后填写并在课前提交反馈，教师结合学生预习任务单反馈信息及时对授课内容和形式等进行调整，进行针对性课堂教学；以周为单位，设计每周学习难点表，每周课程结束后通过网络教学平台发布，并于下周课程开始前汇总反馈情况，进而及时调整和完善下周课程教学安排，达到“温故而知新”。通过“课前→课堂→课后”的教学活动及其反馈，实时掌握学生的学习状况和学习效果，通过混合式翻转课堂的形式贯彻执行“以学生为中心”的教学理念。

4 评价体系

综合考虑混合式教学和任务化课程，有针对性地设计多元化的考核机制，并制订相应的奖惩策略，做到学生学习效果的全过程评价，进而帮助学生达到掌握课程内容和提升自我素养的目的。

具体来说，在课堂教学过程中，基于“课时+学时”任务驱动式的混合课程教学模式，设计多元化的考核方式包括平时表现、任务表现、考试表现和奖惩机制四部分，其中平时表现主要对学生课堂和课外学习状况及学习效果进行考核，任务表现主要考查学生的任务执行情况、写作能力(任务报告)和团队合作能力(分组任务)，考试表现则通过传统的闭卷考试方式对综合学习状况进行考核，奖惩机制则根据学生的具体表现对一些行为、做法等相应地进行鼓励和压制，以营造良好的学习氛围，提高学生学习的积极性和主观能动性。这4个方面所占的比重可根据课程情况进行适当的设置和调整，以达到最佳的教学效果。

5 教学实践

在电子线路、通信电子电路、高级语言程序设计、面向对象程序设计等多门电气、电子、计算机等

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