MOOC环境下PBL教学模式在软件工程创新能力培养中的应用研究论文

　　引 言
　　信息技术快速发展，正渗透和改造着各行各业，在社会生产和经济发展中发挥着越来越重要的作用。软件产业发展对软件工程本科毕业生的素质提出了新的要求，是否具有创新能力已成为对人才评价的一项重要指标。对于如何培养大学生的创新能力，胡鹤玖[1]认为转变思想观念是先导、优化课程体系是根本、改革教学方法是切入点、营造创新环境是着力点。课堂教学是高校教学的主要形式，课堂教学质量的高低直接影响着大学生的创新能力培养。在MOOC资源日益丰富的条件下，谢迎娟等[2]将翻转课堂的教学方法应用于学生创新教育，探索提升学生实践创新能力的新途径。
　　1 研究背景分析
　　软件工程专业的大部分理论课程仍采用课堂讲授的方式授课，学生在教学过程中相对被动，没有充分激发学习的积极性和主动性。为了进一步提升学生创新能力培养效果，可以借助广泛的MOOC资源，将PBL教学模式和翻转课堂相结合，调动学生的学习积极性，促进学生的创新能力培养。
　　2 MOOC与PBL教学模式
　　2.1 MOOC
　　随着互联网技术的快速发展，借助多媒体资源提升学习效率的创新教育模式不断涌现。大规模开放在线课程（Massive Open Online Courses，MOOC）作为一种新兴的在线学习模式的快速发展，受到了全球高等教育界的广泛关注和大规模推广。MOOC以互联网开放资源为基础提供大规模互动参与的在线课程，即提供视频、教材、习题等传统的课程材料，并为学习者、教师和助教建立学习社区，将数以万计的学习者在共同学习目标、学习兴趣的驱动下组织起来。MOOC突破了传统课堂教育的时空限制，任何人在任何地方、任何时候都能免费或廉价地获得优质的教育服务。MOOC为学习者提供了更为灵活的个性化学习方式，学习者可以根据自身条件与兴趣，自主选择课程内容和安排学习时间。国际知名的三大MOOC平台Coursera、edX、Udacity上有近千门课程可供学习者选择。国内的网易云课堂、中国大学MOOC、MOOC中国、慕课网等MOOC平台也提供了大量免费课程供学习者选择。特别值得一提的是，在国内外的MOOC平台上，软件开发或计算机基础相关课程占了很高的比例，为软件工程相关知识、技术的学习提供了非常好的在线学习资源。
　　2.2 PBL教学模式
　　基于问题的学习（Problem-Based Learning，PBL）是一种教育策略，该策略指的是在引导学生学习的过程中，积极组织学生主动参与并自己寻找问题答案的教学模式[3]。PBL是基于建构主义教育理念而发展起来的教学模式，不同于传统以知识灌输为主的教学方式，PBL教学中教师提出真实且较为复杂的问题，学生小组通过团队学习创造性地解决问题并分享各自学习成果，教师对学习过程进行检查和评估以确定是否达到学习效果，并通过反思修正教学策略。在此过程中，通过互动讨论及概念辨证等方式，培养学生观察研判、探究思考、解决问题、归纳整合及沟通表达等实际应用能力[4]。PBL强调以学生为中心，学习过程是在老师的组织下由学生小组成员共同完成。问题、教师和团队学习是PBL教学的三大关键要素。问题设计的好坏对于PBL的成功至关重要，问题应当是复杂、劣构和开放的，而且必须真实且和学生的知识经验相协调。教师作为PBL活动的组织者和促进者，主要工作是定义问题、制定教学策略、记录和观察学习进程、评估学习效果。教师在整个PBL进程中要鼓励学生对自己的想法进行论证并在小组中公开演讲、答辩和自我反思，从而形成高级的思维技巧。PBL采用的是团队协作学习的模式，小组中的每个成员都是PBL的参与者，担任不同的角色，从不同方面促进问题的解决。发挥好问题、教师和团队学习这三个关键要素在PBL教学中的核心作用，对学生创新能力培养有很大帮助[5]。
　　3 MOOC环境下PBL教学模式应用
　　在软件工程专业课教学中，为了实现MOOC环境下PBL教学模式和翻转课堂教学方法的结合，从以下3个方面进行研究。
　　3.1 采用改进的3C3R模型进行问题设计
　　为了提高MOOC环境下PBL教学模式中问题设计的质量，可以参考3C3R问题设计模型，并根据软件工程专业特点和高等学校教学特点对其进行改进。3C3R问题设计模型由美国学者WoEi Hung于2006年提出，它为使用PBL模式开展教学提供了一套完整的问题设计概念框架。3C3R PBL问题设计模型如图1所示。
　　3C是3C3R模型的核心部分，指问题中包含的教学内容（Content）、问题情境（Context）和各变量间的联系（Connection）。其中，教学内容是核心部分的第一个要素，它以课程教学大纲为依据，确定问题中所包含知识的深度和广度；问题情境是核心部分的第二个要素，它将抽象的教学内容与具体的应用场景结合起来，不仅能激发和维持学生的学习兴趣，而且对学生在现实生活应用掌握的知识有很大幫助；各变量的联系是其核心部分的第三个要素，它将PBL教学过程中的各组成部分按照特定的形式联系起来，使孤立的组成部分结合成一个整体。3R是该模型的进程部分，指学生在问题解决过程中的研究进程（Researching）、推理进程（Reasoning）和反思进程（Reflecting）。其中，研究进程是其进程部分的第一个要素，它旨在帮助学生发掘问题中的求解目标和上下文关系，为进一步解决问题做好铺垫；推理进程是其进程部分的第二个要素，它旨在帮助学生将研究进程中提取的、相互孤立的教学内容进行提升，建立属于自己的解决问题的技能；反思是其进程部分的第三个要素，它旨在帮助学生对已经掌握的解决问题技能进行评价、改进和推广，适应更广泛的问题类型和问题情景，培养自主学习能力。
　　在深入分析WoEi Hung提出的面向3C3R问题设计模型的9步问题设计过程的基础上，按照以下7个步骤进行问题设计：① 设置教学目标：教师根据软件工程本科专业培养方案和专业课教学大纲确定教学内容的广度和深度，并提出对学生软件工程问题解决能力和自主学习能力的培养要求；② 教学内容分析：教师分解各项教学内容，将其归入到概念、原则、程序和事实这4个类别中并形成简单的由软件工程学科知识向实现教学目标过渡的教学流程；③ 确定问题情境：为了激发学生的学习兴趣，以电子商务、电子政务、工业控制、移动互联网、大数据分析、即时通讯、社交平台等典型的软件应用场景为设计问题的情境；④ 相关性分析：教师将确定的问题情境中包含的所有教学内容和对学生在探究和推理过程中的能力要求进行相关性分析，将教学内容和教学目标中包含的知识、能力、素质等相关要求进行相关性分析，以保证该问题情境能够有效而高效地落实教学目标；⑤ 校准分析：通过问题的相关性分析，教师可将同时包含软件工程学科教学内容和真实情境的问题表述出来，但是这仅仅是一个问题的雏形，还需要进一步从教学内容、问题情境、推理进程3个方面校准问题的有效性和高效性；⑥ 反思进程设计：反思是PBL教学模式的重要特征之一，在问题中加入反思可以帮助学生形成自主学习的能力和习惯；⑦ 检测3C3R模型各部分的内在联系：该步骤的任务就是对PBL问题中的6个要素进行检测，看它们是否相互联系、相互支持，形成一个完整的、满足PBL教学模式要求的问题。
　　以上的7步问题设计过程，层层推进，具备如下两个特点：重视软件工程学科的知识内容，以学科知识内容作为核心部分的第一要素；以学生为中心，从学生需要的角度指导教师设计问题。
　　3.2 实施PBL和翻转课堂相结合的教学方法
　　为了充分利用丰富的MOOC教学资源，发挥PBL教学模式和翻转课堂对学生创新能力培养的作用，将两种教学方式结合起来，建立一种融合式的教学方法。该教学方法的实施过程如图2所示。
　　教学过程中，先由教师设计每个单元的引导性问题。问题要具备丰富的内涵，涵盖教学内容、现实情境和教学指导等多个方面，特别要突出学生主动学习和创新能力培养。教师把设计的问题通过课堂教学向全体学习小组进行展示。各学习小组对问题进行分析，挖掘其内部包含的子问题，把解决问题需要掌握的知识点罗列出来。接下来，小组成员发挥主观能动性，围绕解决问题需要的知识点开展自我学习。在自我学习过程中，充分发挥MOOC资源对知识碎片化的特点和优势，灵活选取和掌握相关知识点。在学习过程中，各学习小组组织内部讨论，相互交流、促进和质疑，也可以利用MOOC平台的在线社区与教师和其他学习小组成员进行讨论。必要的情况下，教师可以组织面向问题分析和知识学习的全班讨论，解答疑难，推动各小组形成各自对问题的解决方案。最后，教师需要组织全班讨论，让各小组分享自己的问题解决方案，其他小组对方案进行分析、论证和评估。在小组分享解决方案的过程中，要突出展示方案形成过程中的学习方法和建立方案的思路，推动小组间全方面了解和相互学习。
　　PBL模式和翻转课堂相结合的教学过程重点在团队学习和评估反馈两个阶段。团队学习以各学习小组为主体，完全在寻求问题解决方案的驱动下进行，避免了教师对知识的被动灌输，小组成员有目标地通过MOOC资源等各种渠道主动学习。通过小组讨论、在线交流、形成方案等环节，把MOOC中碎片化的知识点连贯起来，形成解决特定问题的领域知识。在评估反馈阶段，各小组发挥各自所长，展示学习过程和学习成果，督促学生自我反省、博采眾长、不断进步。整个教学过程，以解决问题为主线，突出学生有目标的自我学习，通过不同范围的讨论，激发学习兴趣，培养创新能力。
　　3.3 建立多元化的学习效果考核体系
　　与融合式教学过程相匹配，建立注重学习过程的多元化考核体系，该考核体系如图3所示。考核内容包含在线学习、单元测试、小组讨论、在线讨论、课堂分享、期末测试等多个方面。在线学习考核以在线学习时间和各知识点测试结果为依据；单元测试以MOOC平台提供的单元测试结果为依据；小组讨论和在线讨论的研讨记录也作为考核依据；课堂分享的展示效果和讨论积极性作为对各小组和小组成员评价的依据；最后的期末测试考核每个同学对课程标准所要求知识的掌握程度。考核的主体也实现了多样化，包括个人自评、组内互评、组间互评、教师评测等。
　　多元化的学习效果考核体系关注MOOC环境下PBL教学模式和翻转课堂教学中的多个方面，从学习过程、讨论过程、课堂展示、学习结果等不同方面反映学生的学习能力和学习效果，注重学生的差别化评价，鼓励个性化发展和创新能力培养。
　　4 结 语
　　信息技术快速发展和广泛应用，迫切需要培养更多具有创新能力的实用型软件工程人才。充分利用内容丰富的MOOC教学资源，将PBL教学模式和翻转课堂教学方法结合起来，能够有效地调动学生的学习积极性和主动性。按照3C3R模型进行教学问题设计，能够提升问题的针对性和合理性，结合多元化的学习效果考核方法，为有效实施PBL教学提供了保障。