新工科背景下课程学习成果评价模型研究与实现

陆鑫　张凤荔　汤羽

摘   要：在新工科背景下，如何全面、客观、及时地评价大学课程学习成果是一个具有挑战性的问题。文章提出基于OBE工程教育理念，将新一代信息技术与教育教学进行深度融合，设计实现一种以学习成果目标为导向的课程学习成果评价模型及其课程学习平台系统，其目标是解决传统课程学习成果评价模型存在的能力目标不突出、可操作性差、学习反馈不及时等问题。实践应用表明，基于OBE工程教育理念的课程学习成果评价模型及其系统可有效支撑新工科背景下课程学习成果评价工作的开展，对提升课程教学培养质量有较大促进作用。

关键词：新工科;学习成果;评价模型;工程教育;OBE理念

中图分类号：G642.0 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2020）09-0033-04

新工科是新时代工程人才培养的专业发展需求，也是对高等工程教育持续改革提出的新要求。它具有五个特点：新理念、新模式、新方法、新内容和新质量[1]，其根本目标是提升高等工程教育的人才培养质量与水平，以适应国家新经济发展中的人才需求。在人才培养各个环节中，大学本科课程教学是基础，它不但承担了培养学生专业理论知识和专业技术能力的重要任务，同时也承载了培养学生终身学习能力、创新精神、工程素养、职业道德、社会责任等人才素质的使命。为此，在新工科建设中，开展课程教学改革，提高课程教学质量，成为课程教学持续改进的重要工作[2-3]。课程教学改革成效如何，必须通过课程教学质量评价来衡量。传统的课程教学质量评价主要是通过对教师的教学水平、教学方法、教学态度、课堂教学效果等方面进行评价。这种课程教学质量评价方式局限于课堂教学效果评价，不能全面反映课程教学质量情况，特别是忽略了学生课程学习实际收获情况，不符合“新工科”的新质量要求。课程教学质量的评价不能仅仅停留在对课堂教学的评价，还应包括课程学习后是否达成培养能力要求的评定[4]。以OBE（Outcomes-based Education，基于成果产出的教育）理念为代表的工程教育则强调通过评价学生的课程学习成果来衡量课程教学质量。课程学习成果是指学生通过课程学习所获得的各种能力，它可以作为评价课程教学成效与课程教学质量的重要指标[5]。因此，在开展新工科课程教学改革中，研究课程学习成果评价模型方法，并将其在课程学习系统中实现是十分必要的。一个完善的课程学习成果评价模型及其系统是实现全面客观评价大学课程教学质量与水平的重要保证。

一、新工科背景下课程学习成果评价需解决的问题

在新工科背景下，为了提高大学课程教学质量和水平，需要对课程教学模式、教学方法、教学内容、教学质量评价方式等方面进行改革与创新[6]。其中，课程教学质量评价方式需要从传统的“以教师为中心”的课堂教学质量评价转变到“以学生为中心”的课程学习成果评价[7]。在新工科人才培养要求下，还需要解决课程学习成果评价面临的如下问题：

（1）课程学习成果评价的目标是什么？传统课程学习评价目标基本是围绕课程知识体系的大纲要求对学生进行考评，缺少课程培养能力目标构建的针对性，会导致学生课程学习高分低能，难以达到高质量、高水平的工程人才培养要求。

（2）课程学习成果评价的结果是什么？传统课程学习成果评价结果大都只给出考核成绩。针对学生学习过程，缺乏全面的评价分析意见与学习建议。这种课程学习成果评价对课程教学持续改进的作用是非常有局限的。只有在具体测评点上给学生进行个性化反馈，并分析学生知识与能力掌握程度情况，提出学习建议，才能真正帮助学生掌握好课程知识和专业技能。

（3）課程学习成果评价的环节有哪些？传统课程学习成果评价环节较少，如只有平时作业和期末考试。这会导致学生对课程学习过程不够重视、学习驱动力不足等问题。此外，由于缺少课程过程学习的形成性评价，学生对课程过程学习需要掌握的知识与能力缺少判断与激励，其课程学习成果收获不大。

（4）课程学习成果评价的考核方式是什么？传统课程学习成果评价的考核方式主要采用课程笔试、课程报告、课程作业等方式。这些考核方式虽然是必要的。但在能力评价方面，这些考核方式存在局限，难以进行深度的、全面的测评分析。

（5）课程学习成果评价是否具有可操作性？由于课程学习成果评价通常涉及大量事务工作，传统课程学习成果评价主要依靠教师人工方式进行事务处理，通常需要较长时间才能给学生反馈学习成果评价信息，错过了对学生课程学习帮助的最佳时机。只有及时给学生反馈学习成果信息，并对他们欠缺知识点进行针对性答疑辅导，才能有效地帮助学生掌握知识与技能。此外，当一个教师承担课程大班教学或多门课程教学时，他能否有大量精力并且高质量完成课程学习成果评价是不确定的。

由此可见，在实施新工科课程教学改革中，课程学习成果评价方式面临着不少挑战性的问题，需要不断完善与创新课程学习成果评价方法，才能有效实现课程教学质量持续改进与教学水平提升[8-9]。

二、基于工程教育OBE的课程学习成果评价模型设计

从前面的问题分析来看，课程学习成果评价应围绕学生在开展学习经历后所获得的能力收获进行评价，其评价成绩才具有课程学习成果针对性。课程学习成果评价需要通过采用多元评价，才能全面地评估学生在课程学习中收获的能力[6][9]。在课程学习成果评价中，还需注重课程过程环节的学习评价，才能使学生逐步建立课程培养的能力。在课程学习成果评价反馈中，除反馈评价成绩外，还需要及时反馈课程学习成果情况，才可有效地帮助学生对课程知识与技能的掌握。为了达到这些要求，必须建立一个完善的、可操作的课程学习成果评价模型，并将其在学习评价系统中实现，才能实现新工科培养要求的课程教学质量评价。

OBE是一种以学习成果目标为导向的工程教育理念，它强调围绕设定的课程学习成果目标进行教学设计、教学实施、教学评价，并将评价结果用于课程教学持续改进。此外，OBE还强调个性化学习评价，根据每个学生个体学习结果差异，制定个性化学习评价反馈，从而可以有效帮助学生建立学习成果。为此，本文提出基于工程教育OBE理念的课程学习成果评价模型用于课程教学质量评价，如图1所示。

从图1所示的OBE课程学习成果评价模型可以看到，本评价模型是围绕课程的专业毕业要求、课程培养目标、学习成果项所表征的能力指标达成度进行课程学习成果评价。其中，专业毕业要求是最大粒度能力要求的学习成果指标[10]。课程培养目标其次，学习成果项为最小粒度能力要求的学习成果指标。每个课程将承载专业的若干毕业要求（GRi）的能力培养。每个GRi在一门课程中由1个或多个课程培养目标（COi）来支撑。每个COi又可细分为1个或多个学习成果项（SOi）。课程学习成果评价可以转化为课程的专业毕业要求GRi达成度、课程培养目标COi达成度和学习成果项SOi达成度来量化分析。在整个课程教学评价过程中，无论是在单元测验、半期测试、期末考试测评环节，还是课程作业、课程实验、课程设计评价环节，它们均可通过以上学习成果评价模型的能力评价指标对学生的课程学习进行评价。例如，在课程的单元测验环节中，评价模型采集各个学生的单元测验答题对应能力测评点得分数据，计算各个学生在单元测验中毕业要求、课程培养目标、学习成果项的达成度数据，从而可以量化反馈学生在单元测验评价环节的课程学习成果。同时也可以计算出课程班级在单元测验评价环节的课程学习成果分析数据。当这些课程过程学习成果数据及时反馈给学生和教师，对于学生的课程学习持续进步和教师的课程教学效果持续改进都是有帮助的。当课程学习的所有评价环节数据都进入评价模型系统后，可以量化出学生的总体课程学习成果数据。同样，也可量化出课程班级的总体学习成果数据。当各门课程的学习成果数据汇总统计后，可以反映出专业的课程教学成效与教学质量状况，从而可以支持专业人才培养的课程教学质量不断提升。

三、课程学习成果评价模型平台系统设计与实现

以上课程学习成果评价模型的操作运行，若仅仅依靠教师人工方式在课程教学中来处理，不具有可操作性。因为当一个课程班级学生人数较多、课程形成性评价环节较多时，会带来大量工作内容。即便一些E-learning课程学习系统可以支持学习评价，但这些E-learning课程学习系统也因技术条件限制，当面临一些非常规的复杂场景时，难以全面地、方便地、及时地实现课程学习成果评价。因此，必须借助新的信息技术手段与课程教学深度融合，建立相应的课程学习成果评价模型及其学习平台系统，才能解决新工科背景下课程学习成果评价难点问题。为此，我们采取新一代信息技术（微信小程序技术、移动互联网技术、大数据分析技术）与教育教学深度融合方法，研制开发一个支撑课程学习成果评价的课程学习大数据服务平台。学生、教师、教学管理人员用户可以通过手机微信小程序和电脑Web方式访问本平台功能系统，平台系统拓扑结构设計如图2所示。

在该平台中，采用微信小程序技术、移动互联网技术、大数据分析技术、E-learning课程学习技术实现课程学习成果评价模型及其学习平台系统，其平台功能结构设计如图3所示。

本平台围绕课程学习成果评价模型，设计了微课学习管理、课堂测验管理、能力测试管理、课程作业管理、课程实验管理、课程学习评价、课程大数据服务、课程信息管理等功能系统。这些系统除实现课程学习、课程测试、学习评价和课程信息管理环节的业务功能外，还对课程教学过程中所产生的各类教学活动进行自动化数据采集、数据集成、数据处理，并实现本课程学习评价模型的大数据分析处理。通过微信小程序方式为学生用户提供随时随地的课程学习、课程测试、学习评价和大数据服务。通过微信小程序方式和Web系统访问方式为教师用户提供课程信息管理、微课学习管理、课堂测验管理、能力测试管理、课程作业管理、课程实验管理、课程学习评价管理、课程大数据管理等服务。

1.课程学习测评题库功能

为了实现基于OBE工程教育理念的课程学习成果评价模型，首先需要开发实现课程题库管理功能模块。针对课程学习成果评价模型的指标点设计课程的测评试题。这些测评试题需要关联到课程的毕业要求、课程培养目标、学习成果指标点上，同时还需要标记试题对应知识点是否重点、掌握程度要求，并通过平台的题库管理系统对试题进行信息管理。

在本平台的题库管理功能模块中，可以针对不同课程、不同章节，定义不同类型的测评试题。测评试题类型既包括单选、多选、判断客观题型，也包括应用、编程、设计等主观题型，这些试题均是围绕课程学习成果评价指标来定义与管理，用于测评学生的课程学习能力收获。

2.课程学习评价功能

本课程学习大数据服务平台利用微信小程序技术的无线移动应用、跨手机操作系统、自动身份识别、位置定位、无需安装、即扫即用等特性，实现了学生用户便捷的课程测验、能力测验、上机测试、学习评价、大数据分析等服务功能模块。其中课程学习评价功能模块的学生用户典型功能界面如图4所示。

在本平台的课程学习评价功能模块中，可以为学生用户提供课程过程的形成性评价和课程总结性评价服务功能。在学习评价页面中，不仅给出各个环节的学习成绩，也给出各项能力建立情况，以及学习建议。

3.课堂单元测试功能

在课程过程形成性评价中，课堂单元测验是一个常用的测评手段。教师可以在课堂中花少量课程时间让学生使用本课程学习平台的课堂单元测验微信小程序进行单元测验。学生即刻便可获得本单元测验的课程学习成绩及评价数据。例如，2018—2019—2学期“系统分析与设计”课程班的“2017220302011”吴同学在CM5单元测验的基本小程序界面如图5所示。

4.课程学习成果分析功能

当完成课程单元测验后，教师即刻可了解课程班级在本教学单元中知识与能力掌握情况。同时，还可获得课程班级在本单元的学习成果分析数据。例如：2018—2019—2学期“系统分析与设计”E0901420.01课程班级在CM5单元的学习成果分析数据界面如图6所示。

在本平台实现的课程学习成果分析功能中，不仅仅单元测验可以分析学生课程学习成果数据，其它测试（如半期测试、期末测试、实验测试、能力测评等）也可生成课程学习成果分析图表数据。在课程学习成果分析中，既可以针对课程班级，也可以针对学生个体。其分析结果数据可以帮助学生及时了解课程学习知识与能力掌握情况，学习提高建议。分析结果还可帮助老师及时了解课程教学效果与质量情况，以便课程教学持续改进。

四、课程学习成果评价模型及学习平台系统应用效果

本课程学习成果评价模型及其学习平台系统已在本校软件工程专业多门课程教学中应用。通过与本专业其它课程教学对比，使用课程学习成果评价模型及其系统支持课程教学，可带来如下课程教学质量改进。

（1）本课程学习成果评价不再局限于简单的课程成绩分析，可以进一步细化到课程学习成果各个能力指标的达成情况量化分析。实现了基于OBE工程教育理念的课程学习成果评价全面客观分析，从而有利于促进课程教学质量的持续改进。

（2）本课程学习成果评价能够实现相同课程不同教师班级的学习评价一致性，有利于解决了不同班级教师的学习评价标准差异性，实现了大面积学生的课程学习成果统一评价。

（3）本课程学习成果评价较大程度减轻课程教师开展课程教学过程的形成性评价工作量，使教师有足够精力去为学生答疑解惑，而非花费大量时间进行数据采集和数据处理工作。

（4）本课程学习成果评价可以及时给教师反馈学生课程学习的状况，有利于教师针对学生的欠缺知识进行重点辅导与课程教学质量持续改进。也可及时给学生反馈课程学习的知识与能力掌握情况，可实现对学生课程学习过程的适时关注，有利于促进学生课程学习的持续进步。

五、结束语

課程学习成果评价是衡量课程教学质量与水平的重要手段。在新工科背景下，开展基于OBE工程教育的课程学习成果评价工作需要解决诸多难点问题，其中最关键问题是需要有科学合理的课程学习成果评价模型及其平台系统支持。

参考文献：

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[10]张义，唐友名，孙贵斌等.基于学习成果的课程达成度评价实践与研究[J].教育教学论坛，2017（39）：213-214.

（编辑：王晓明）