新工科背景下融合OBE的教学改革及其实践

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　　摘要：计算机专業的课程改革是高校新工科建设的内容之一。为了培养学生的工程素养，本文结合OBE（ Outcomes-based Education，成果导向教育）理念，从课程的建设目标、教学方法和持续改进等方面，探索以项目体验为核心的教学改革。教学以项目引导、以体验为核心、融合以学生为中心的混合式教学，能够提高学生的工程素养和思辨创新能力。经数据库系统等课程一轮教学的实践，取得了较好的教学效果。
　　关键词：新工科;教学改革;OBE;数据库系统
　　中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2020）08-118-03
　　0 引言
　　信息技术发展迅猛，催生了新科技、新经济、新业态。为主动应对新一轮的科技革命和产业变革，推动高等教育改革，教育部提出了“新工科”建设计划[1]。计算机类专业与国家战略性新兴产业紧密相关，人才需求旺盛，专业改革和建设势在必行[2]。其中，专业课程改革是一项重要内容。本文借鉴国内外一流工程教育高校的先进经验，在计算机核心课程教学中探索适合“新工科”建设的教学方法：立足“工科”的本质，结合OBE（ Outcomes-based
　　Education）理念，围绕新工科学生的核心素养，探索了以学生为中心、工程体验引导的混合式教学方法，并在专业基础课“数据库系统”、“Java程序设计语言”等课程中进行实践，经过一年的尝试取得了较好的成效。
　　1 相关工作
　　“新工科”是一种新的工科形态，强调工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系[3]。我国自2017年年初提出“新工科”建设[3]，已形成复旦共识、天大行动和北京指南，从专业建设、能力培养、教学方式、课程体系等多方面展开探索。例如，清华大学教育研究院对课程体系和课程建设进行了探讨Ⅲ;北京信息科技大学提出基于解决复杂工程问题能力的”多层次”实践教育体系[5];一些高校采用了CDIO（构思、设计、实施、操作）[6]、混合式教学等新模式[7]。
　　国外也在积极推动工程教育改革创新。麻省理工学院、斯坦福大学和剑桥大学等在工程教育上强调扎实的工程基础知识、重视通过多种形式的实践强化培养分析和解决问题的能力，以学生为中心实施教学和工程实践、与社会和行业建立长期合作关系[8]。伦敦大学学院通过多学科融合的、投入真实工程项目的沉浸式学习来强化知识在实践中的应用，发展学生的专业技能[8]。一些新兴院校的工程教育也颇具特色，如新加坡科技设计大学以基于设计的主动学习为基础，强调学生的探索和持续学习，并提供广泛的工程教育机会[8];荷兰的代尔夫特理工大学强调扎实的基础知识、以设计为中心的情境化学习和混合在线学习方法[8]。
　　2 新工科结合OBE的教学改革探索
　　OBE坚持成果导向、以学生为中心、持续改进的工程教育理念，对工科专业学生提出了12项毕业能力要求，为新工科的落实提供了参考。将OBE与“新工科”有机结合，利于更好地实施新工科建设。我们在“数据库系统”等课程教学中，通过分析OBE的7个认证标准，重点从课程的建设目标、教学方式和持续改进展开教学改革实践。
　　2.1 按需设定教学目标
　　我们通过调研多个行业企业的人才需求，调研BOSS直聘、前程无忧等大型招聘网站，结合学生的就业、考研、读博、出国深造等不同的个人发展方向，综合OBE提出的能力要求指标，分析新工科人才需要具备的素养和能力，并根据课程的特点，确定课程的建设目标和教学内容。
　　数据库系统是一门理论性与实践性并重的课程，在教学中需兼顾建立扎实的知识基础和切实的工程实践体验。我们从认知能力、创新能力、自我与人际能力三个维度确定培养目标，具体包括掌握基础知识，应用现代信息技术工具，知识融合和运用解决复杂工程问题的能力，批判性思维和创新能力，自我管理能力、协作能力和终身学习能力。
　　2.2 以项目为核心的体验式教学
　　教学以贯穿课程始终的开放式项目和工程问题为核心，营造工作环境，学生在学习基础知识的同时综合运用所学知识解决实际问题。课程开始就开展“身边的数据和数据库”的讨论，引导学生从身边的生活中去发现和理解数据库中的概念，体会数据库的各种应用;在讨论中自由建立小组，确定项目主题。随着教学内容的推进，逐步完成相应知识点所涉及的项目任务，包括：用数据模型描述项目数据需求，用SQL创建数据库并实施数据操作;分析所建数据库存在的问题，用规范化理论优化数据库结构，体会不同方案的优劣，感受性能的折中;讨论项目规模，运行场景、估算数据量、并发度、系统安全性，以及可能存在的风险，设计对应的策略;开发应用最终实现一个原型系统，体会数据库设计及其应用开发的全过程。
　　项目主题的设计、结果和整个过程都是开放的，不限定内容、目标、规模和约束。一年的教学实践中，学生较之前学习更主动、实现的项目选题多样、数据丰富、规模不一。以项目为核心不仅综合了数据库系统课程的全部知识点，还整合了软件工程、数据结构、高级程序设计语言、项目管理、软件测试等多门课程的知识。同时，围绕项目以任务驱动的方式促进了自主学习和反思;以体验为核心的方式潜移默化地培养了学生整合知识和运用知识以解决工程问题的能力，培养了计算思维能力。
　　2.3 以个性化主导的合作学习
　　思辨创新能力和自我管理与协助是工程教育的一项重要内容。教学过程大量采用群组教学，充分支持学生的个性，鼓励使用新技术新方法。每个教学活动都充分发挥学生的自主能动性，由同学自主分工、充分尝试、自由表达;整个过程既协作又评议，学生从中体验和收获了与不同观点不同方式的人们共同工作的经验。
　　一轮的群组教学实践中，不同观点的碰撞培养了学生分析问题、判断决策的能力和批判性思维。学生之间的协作、分歧、思辨、评议和反思贯穿始终，保护了个性的发展，也激发了主动思维和创造力。 　　2.4 以学生为中心的混合式教学
　　新工具的不断涌现为教学提供了更多的选择。我们采用混合式教学方法，充分运用在线学习资源和教学工具结合线上线下教学，以学生为中心，围绕项目实施翻转课堂。教师将教学内容分解为一系列主题，对每个主题，在课前提供学习要点、推荐网络资源和学习资料，学生完成在线学习;线下以翻转课堂的方式以学生群组为单位讨论和实现项目任务，教师引导和答疑;课后发布练习题进行回顾和测试。教学过程以学生为中心，学生像专业人员一样去面对和解决项目中的工程问题，同时总结、反思和完善。
　　2.5 持续改进
　　我校建立了持续改进的常态化机制，通过同行评议、督导评议、学生评议等多级评议体系对教学过程进行跟踪，广泛收集意见与建议;我们开发了一个教学质量联机分析系统，对课程教学目标的达成情况进行定量分析，为持续改进提供依据。教师建立课程组，坚持自我学习，保持与企业合作，保证教学效果，推进课程的持续改进。
　　3 教学改革效果分析
　　2019年进行了数据库系统课程新一轮的改革实践。通过本文开发的教学质量联机分析系统，对学生考试成绩从时间、班级、知识点等多个维度进行了比较分析。
　　2018学年和2019学年的期末卷面成绩分布图1所示。教学改革实施后，学生卷面成绩的不及格率从13.13下降到了9.8，60-79的低分区间明显下降，80分以上的比例明显提升。
　　根据数据库系统课程七个大的知识点统计学生的得分合格率，结果如图2所示，可以看出，实施教学改革后学生对知识点的掌握明显好于2018学年。
　　参照OBE工程认证标准，根据数据库系统课程支持的1-4、3-2、4-2、5-1四个指标点比较了课程指标点的达成率，如图3所示，实施教学改革后各个指标点的达成率都有所提升。
　　4 结束语
　　本文探索了计算机专业基础课程的教學改革方法，在推动教学理念和教学模式变革等方面进行了积极的尝试。通过数据库系统、Java程序设计等课程一年的教学实践，学生的主动学习和工程实践能力有较好提升。
　　一年的教学实践也为以后提供了需进一步思考和持续改进的内容。例如，第一轮教学改革后的不及格率依然偏高，个别知识点的掌握不够理想;学生的兴趣、自我管理能力有别，如何在体验式教学中更好的支持和引导学生依然是一个综合性的问题。这些都是新一轮教学中需要加强的。
　　参考文献（References）：
　　[1]吴岩.新工科：高等工程教育的未来——对高等教育未来的战略思考[J].高等工程教育研究，2018.6：1-3
　　[2]蒋宗礼.新工科建设背景下的计算机类专业改革[J].中国大学教学，2017.8：34-39
　　[3]吴爱华，侯永峰，杨秋波，郝杰.加快发展和建设新工科i动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017 .1：1-9
　　[4]林健.新工科专业课程体系改革和课程建设[J].高等工程教育研究，2020.1：1-13，24
　　[5]李睿，曹荣敏，于镝.培养解决复杂工程问题能力的新工科实践教学研究[J]教育教学论坛，2020.13：84-85
　　[6] Jia Yue. On OBE-CDIO into InquiW Teaching Reform[C].The 13th International Conference on ComputerScience & Education （ICCSE 2018） August 8-11，2018. Colombo， Sri Lanka：408-411
　　[7]李金忠，黄雪梅，夏洁武.新工科背景下融合CDIO和翻转课堂的Java程序设计课程教学改革[J]计算机教育，2019.11：58-63
　　[8] RUTH GRAHAM.The global state of the art in EngineeringEducation[R].2018.
　　基金项目：南京邮电大学教学改革研究项目（JG00419JX66）
　　作者简介：程春玲（1972-），女，陕西西安人，硕士，教授，主要研究方向：数据挖掘、数据管理。
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