基于OBE 教育理念的线上教学研究与互动课堂设计

杨博雄，于营

（1.三亚学院信息与智能工程学院，三亚 572022；2.三亚学院容淳铭院士工作站，三亚 572022）

0 引言

注重能力导向与目标导向教学是OBE（Outcomes-Based Education）教学的核心理念[1]，是工程教育专业认证遵循三个基本理念之一[2]。2020 年春学期，由于新冠肺炎疫情的影响，学生不能按期返回学校上课。为此，中国教育部组织全国高校开展了一场与线下教学计划完全一致的基于互联网的线上教学活动[3]。此次线上教学覆盖范围之广、持续时间之长、师生参与规模之多是史无前例的。

将以前处于辅助教学手段的线上教学一下子转为主导地位，势必对传统的基于课堂的教学手段、教学方法带来了冲击，同时也需要对于各种OBE 教育理念的课程设计进行重新设计，满足基于线上教学的课程要求。

基于此，本文以《人工智能》这门课程为例，以学生学习目标出发，从教学平台选取、互动课堂组织、教学目标制定、课前课中课后要求等多个维度进行了深入研究。

1 学生学习目标与能力导向

（1）学习目标

本课程要求学生掌握新一代人工智能技术的基本理论、关键技术、实现方法以及开发平台等，以数据分析与结果预测、图像识别与理解、视频分类等各种智能服务应用为导向，充分利用Python 等人工智能开发语言和深度学习开源框架，搭建人工智能应用系统。

（2）能力培养

本课程重点关注学生们的动手实践能力和自主创新能力，注重学生科学素养和技术应用能力的培养，运用多种手段建立和提升智能系统开发能力等方面的培养，促进学生能力、知识、素质协同发展[4]。

（3）教学方法

由于本次课程全部采用线上教学方法，因此对传统的线下教学进行重新设计，特别在实验环境，将先前利用AI 平台进行的方法全部改成基于PC 的真实案例教学。教学过程中充分采用案例教学法、项目驱动法等方法，加强教学的实践性环节，突出新型理论与热点应用的结合。

2 课程思维导图

课程思维导图是让学生充分了解整个课程的目标、内容以及知识点之间的关联的重要途径，本文对《人工智能》课程思维导图进行重新的设计，特别在实验环节，遵循经典理论与热门应用相结合，精心设计了8 个实验。选取了当前基于机器学习与深度学习的经典理论案例：线性回归、曲线拟合。同时结合热点应用设计三个实验：泰坦尼克乘客死亡概率预测、股票预测、车牌识别。最后通过一个视频分类做一个综合实训。课程思维导图如图1 所示。

图1《人工智能》课程思维导图

3 线上教学平台

要稳定开展线上教学课堂，必须选择一个能承载海量用户音视频在线互动的共享平台，并且还具备教学所需要的课程发布、考勤、测试、提问、屏幕分享等功能，让全国各地包括海外的学生都能在一个固定的时间段中选择一个可供几十到几百名师生的网络虚拟课堂。因此，选择一个能够支撑大规模在线同步音视频交互、具备一定的教学功能要求的平台系统是开展线上教学的首要条件[5-8]。

此次线上教学与以往任何形式的在线教育存在着很大不同，笔者根据此次授课形式的突发性、在线课堂的实时性与同步性、兼顾各种网络条件下的兼容性、使用工具的一致性以及平台使用的免费性等各方面综合考虑，深入研究并测试了在疫情这种特殊情况下可用的各种网络授课平台和教学服务系统，挑选几种有代表性线上教学平台，分别从音视频交互支撑、互动效果、教学功能、操作难易程度、教学资源的丰富性等维度进行一个分析和比较，具体如表1 所示。

表1 线上教学平台比较

从表1 可以看出，当前主流的几个线上音视频授课支撑平台各具优点和缺点。为了能够满足本次教学要求，保证教学质量，在不相互冲突的情况下，可以采用多种平台混合复用的方式来开展线上教学。疫情期间，腾讯会议免费提供300 人的线上会议[9]，因此本课程选择腾讯会议搭建线上课堂，通过QQ 课程群进行教学资源分发，通过自主开发的教学微信服务号进行随堂考，采用Camtasia Studio 录播软件进行录制，将视频资源发布到优酷平台供学生碎片化学等。

4 互动课堂设计

为解决在线课堂无法监督监管、冷冰冰屏幕无温度的短板，同时充分利用在线课堂在组织实施与翻转的优点[10]。笔者以在“在线互动”为第一原则，对《人工智能》线上授课进行了重新设计，特别注重课前有预习，课中有反馈、课后有评测。

4.1 课前准备

做好充分课前准备是上好一节课的首先条件，一定要让学生深深明白本门课程的学习意义、学习需要达到的目标、在课堂体系的地位和先后关系、课程考核手段以及与本堂课所讲述知识点的思维导图以及学习重点等，并提前分发好教程、课件PPT、学习视频、参考书目以及发布学习任务等，所有的学习资源都采用电子版，可以直接通过事先早已建好的QQ 课程群，直接以文件分享的方式分发给全体学生。

《人工智能》课程有15 个学时的实验课，原本是需要在智能工程实验室进行的，由于我们一直重视虚拟仿真实验教学的研究与应用，及时调整实验内容，并提前将8 个详尽的实验报告分发给学生，通过远程桌面手把手指导、群上公布问题求解、演示视频观看、能力强同学帮助能力弱同学等各种方法，让学生能顺利完成6 个实验和1 个实训的实验报告。

4.2 课中实施

在正式授课前，最好提前15 分钟就开通会议，进行麦克风、音箱、摄像头准备以及网络测试，学生可以提前进入课堂，把音频和视频打开，在没有正式开课前，大家可以在一起相互聊天，互相问候，讲讲自己家乡的疫情情况、分享一些有意思的故事等，一下子就拉近了彼此的距离，大家仿佛就在一间大教室上课一样。同时，由于老师都能够看到每个学生的面孔视频，因此，也可以作为验证学生考勤真实性的依据。当然，一旦进入正式授课后，为了提高教学效率，最好是禁止全体学生的音频和视频，此时老师进入主讲环节，整个“教室”要相对安静，图5 所示。这个时候老师的形象、语音语速等要和真实课堂教学环境下一模一样，这样才能具备面对面教学时的真实感和艺术性。为了增强上课的互动性和趣味性，本文一种知识抢答的方式，在授课的PPT 中，每当某个知识点讲解完毕，会不经意间抛出一个抢答题，制定好抢答规则，在聊天群中以弹幕方式进行抢答，第一个抢答正确的学生将加10 分，并纳入期末总评成绩中的平时成绩中来。由于有回答记录，可以很快找到哪位学生是第一正确回答者。从抢答的情况下，学生踊跃参与，学习兴趣浓郁。

4.3 课后考核

在下课前5 分钟，本课程利用自己建立的教学微信服务号，采用“微信随堂考”的方式对本次课程进行当堂测试，检验学习效果[11]。学生答题完成后，系统自动反馈考试结果，并将成绩记录自动记录在后台数据库中，以此作为平时考试成绩的依据。

对于实验课程考核，由于时空限制，本课程着重强调学生实验报告撰写能力的培养，要求学生对实验过程、实验过程中出现的各种问题以及寻求解决的途径等全部撰写到实验报告，每个实验内容都有3-5 个思考题需要学生回答，根据学生回答的情况进行评分。实验可以不需要在某个固定时间段完成，一周内提交都可以。考核指标以实验内容完成情况、文档撰写的逻辑性与条理性、实现过程中的创新性、思考题的回答等作为评分依据。

5 结语

线上教学为基于OBE 教育理念的学生学习和课程设计提出了全新的课题。本文以此为契机，遵循“理念不变方法变”的原则，围绕着学习产生产出和成果目标，充分挖掘线上教学的长处，创新性调整教学思路和优化教学方案，积极探索各种教学方法和手段，满足教育部“停课不停学、停课不停教”的要求，最大限度降低延期开学对教育教学的影响，并以此作为探索线上教学手段、提升教学质量的契机。从本次课程的实施结果来看，学生对人工智能课程要求任务明确，知识点关联理解深刻，学生学习积极性高，在线课堂上师生交互性高，非常便于开展翻转课堂。由于实验内容都是选取当前人工智能应用热点，学生学习兴趣盎然，实验报告撰写详实丰富有新意，整体教学取得了良好的效果。