基于OBE理念闭环式“Python片上农业系统”课程教学设计

王宏坡，周红,通信作者，孙崧，边立云，王育欣，杨珍珠

（1.天津农学院 计算机与信息工程学院，天津300392；2.天津由合农业科技服务有限公司，天津 300380）

OBE（Outcome based education，产出导向教育）看重产出也就是成果，以产出为教学导向[1]。与传统由教学内容决定产出的正向模式不同，OBE采用由产出或成果反向决定教学设计模式，并同时强调“以学生为中心”和教学的“持续改进”[2-3]。随着中国加入《华盛顿协议》以及教育部大力发展新工科、新农科，以OBE为核心理念的国际工程教育认证对课程设置以及课程教学都提出了更高的要求和更新的思路[4]。要求将之前的“以教师为中心”改变为“以学生为中心”，将之前的满堂灌输式教学转变为有交流的开放式教学，将之前的注重教而忽略学习的“授人以鱼”方式转变为教之于学的“授人以渔”方式，将之前的教学过程中学生不思考或者被动思考转变为主动“学思联动”的方式[5]。同时，为了真正获取学生在知识掌握、能力提高以及素质培养方面的真实情况，还需要完整化、过程化、及时化的考核机制及反馈机制帮助教师调整教学内容、完善教学方式、改进教学模式，进而实现教学持续改进，完成闭环式教学，如图1所示。目前，众多的国内外院校对其专业的主要课程特别是核心课程建设与开展都很重视，但在课程内容建设、教育教学过程、教学评价等方面存在或多或少的问题[6]。

例如，课程内容的建设依然是按照教师授课思维进行，教学过程多为满堂灌输，教学模式多为填鸭式而非启发式，教学效果评价也多依据考生最后成绩而忽略了学习过程评价等[7-8]。本文针对以上问题，基于国际工程教育专业认证和新工科背景，结合OBE理念，针对“Python片上农业系统”课程在毕业要求指标支撑度、课程目标设置、教学大纲制定、实践教学设置、过程评价及持续改进方面进行探索研究。

1 Python片上农业系统对毕业要求指标点的支撑分析

天津农学院计算机科学与技术专业12条毕业要求制定是在充分分析国际工程教育认证标准的基础上，结合学校自身办学特色及定位进行的。每一条毕业要求都需要多个课程进行支撑，反过来一门课程也可以支撑多个毕业要求。“Python片上农业系统”作为一门计算机的专业课、必修课，它不仅包含计算机的知识而且还融合农业系统开发的内容，属于一门交叉性的专业课程，在培养方案中具有重要的地位，因此它可支撑毕业要求点中的第2-5条，如表1所示。

表1 Python片上农业系统支撑点分析

表1毕业要求指标点分解是针对整个专业的教学活动进行的，具体到Python片上农业系统课程可将其指标点细分为，2-1具有能够利用计算机软硬件系统中的知识，识别和判断复杂 Python片上农业系统工程问题关键环节和参数的能力，3-2具有能够根据复杂Python片上农业系统工程问题的需求确定基本思路和解决方案的能力，4-3具有能够建立Python片上农业系统的模型、设计实验、分析与解释数据的能力，5-1具有针对Python片上农业系统项目中的实际问题能够选择使用恰当的工具进行设计与实现的能力。

2 Python片上农业系统课程目标设置

在确定了Python片上农业系统对毕业要求指标点的贡献度后，依据指标点进行课程的目标设置，如表2所示。

表2 Python片上农业系统课程目标设置

3 依据课程目标制定课程教学大纲

教学实施要依据课程的目标来展开，因此课程教学大纲制定要在学校所规定的教学大纲实施管理办法框架下，根据课程目标，同时结合毕业要求指标点进行。它一般包括课程的性质、目的和培养目标，还有课程内容、要求及建议课时分配、教材及参考书等内容，其中课程的目的和培养目标应能够反应出毕业要求指标，同时课程的教学内容和过程应该能反应对课程目标支撑。Python片上农业系统课程大纲的课程目标、知识点以及对指标支撑情况（以基本知识为例）如表3所示。

从表3中可以看出，为了支撑课程目标的 4个点，课程的许多知识点都围绕它们展开，同时在大纲中对不同知识点按所需掌握的不同程度划分了等级，分别为了解、理解、掌握、应用和综合5个等级，最后对于课程目标达成也是依据此掌握程度来进行测试考核的。

此外，为了真正实现课程的“以学生为中心”，在Python片上农业系统课程教学大纲中特意规定了在课程授课上使用翻转课堂形式进行授课，以提高学生的自主学习能力和团队意识培养，同时也通过学生讲解和讨论来增强学习的能动性、主动性和学生的发散思维。具体在授课过程中，让学生每5～8人自由组成一组，各小组任意从课程中选择一个主题，然后自主分工完成资料查询、PPT制作、内容讲解和问题解答等，在此过程中，教师随时与各组进行沟通和协调工作。

4 Python片上农业系统实验设计

Python片上农业系统课程是一门注重学生实际开发能力培养的课程，通过实验不仅能够加强学生对该课程基本原理理解，而且还能够提高学生对问题关键的把握能力（支撑毕业指标点2-1）、设计出科学解决方案的能力（支撑毕业指标点3-2）、编排出合理的实验步骤能力（支撑毕业指标点 4-3）和合适的工具选择能力（支撑毕业指标点 5-1）等，因此该课程的实验也是教学中极为重要的一环。

与其他课程传统实验的单一、针对性差、彼此独立、方法陈旧等不同，Python片上农业系统课程实验的内容彼此相互关联，实验专业针对性较强，实验方法新颖，并在侧重于理论联系实际的同时加强对新技术和新方法引入。为此，Python片上农业系统课程的实验分为四部分，它们分别为：认知性部分、验证性部分、设计性部分和综合性部分，如图2所示。认知性部分主要让学生对该门课程实验所需设备进行直观认知；验证性部分主要是让学生验证课本上的一些理论知识点；设计性部分主要让学生在认知和验证的基础上，根据所学知识的原理进行相关实验设计；综合性部分主要让学生融会贯通所学知识，从方案设计到关键点把握以及实验方法编排，再到实验工具合理选择全部在这部分实验中进行。这四部分实验内容前两部分都是统一安排的，而后面的设计性部分和综合性部分给学生提供了多个不同的主题，由学生自主选择，此外实验要求在规定时间之内完成，且强调用时越少所获得的分值越高，这也极大地激发了学生的斗志。虽然这样的安排会大大增加教师的工作量，但却给了学生全面掌握知识以及应用知识的机会和场景，使学生的主动性和积极性得到极大提高。

图2 Python片上农业系统实验项目

5 对学习跟踪及评价

众所周知任何一门课程学习效果的好坏不仅取决于教师“教”，而且还和学生的“学”有极大关系，因此，对于学习效果的评价就显得极为重要。此外为了更直观和切合实际地反映出教学效果，对Python片上农业系统课程采用了动态跟踪及评价机制，而非一次性由期末考试决定。课程评价由教学督导、课程组教师、实验教师以及学生共同完成，跟踪评价内容包括理论教学过程、实验教学过程、课程考核、最终成绩设定与分析四部分。通过这种跟踪及评价机制，不仅可以实现课程的教学目标，而且还能确保学生能力得到有效提高，同时也为课程后续不断完善及改进提供完整的链式依据。

5.1 理论教学过程跟踪及评价

Python片上农业系统课程的理论教学过程主要涉及到线下和线上两部分。对于线下部分跟踪和评价主要由教学督导对教学过程进行监督检查，包括课程教案检查、教学进度检查、学生出勤率检查、学生学习情况检查以及批改学生作业检查等。由于Python片上农业系统课程已经创建了基于 SPOC的在线课程，所以线上部分检查主要由在线系统内部的学生登陆检查、学习进度检查、随堂小测及练习题测试等自动完成。通过结合线下和线上跟踪及评价能够真实地反应出学生理论课程的学习情况，教师可以根据这些反馈对教学过程及理论教学内容作相应调整。

5.2 实验教学跟踪及评价

实验教学部分不同于理论教学，它要求学生亲自动手完成实验设计，所以实验部分教学主要在线下进行。实验前要求学生先对实验内容进行预习，并结合所学的理论内容对实验进行分析和设计，同时撰写相应的预习实验报告。实验中要求针对自己设计的方案在实验室中进行验证，如果发现预习的方案不满足实际需求，则立即要同本小组人员进行分析及讨论，然后根据实际情况进行方案修正，直到最后完成实验内容。实验完成后根据实验情况撰写实验报告，在实验报告中翔实记录实验数据，并对实验结果进行详尽分析。在整个实验过程中，实验教师首先强调实验室的操作规范，然后对实验内容做简单介绍，并在小组讨论时给予适当指导，最后对学生的预习报告和实验报告进行批阅。实验教学跟踪及评价也是基于此进行的，包括学生实验设计评价、实验操作过程评价、实验规范性评价、实验报告撰写评价及实验结果和数据分析评价等，通过这些方面能够真实有效地反映出学生的实验过程。

5.3 课程考核跟踪及评价

因为课程是由理论和实验两部分构成，所以课程考核也是由理论试卷和实验试卷两部分构成。课程考核跟踪主要是根据学校的试卷相关规定对命题内容、试卷审核、阅卷及试卷分析等进行审核评价。特别是针对试卷考核内容进行评价，主要从教学目标的反映度、教学大纲的紧密度、知识要点的培养度、基础内容的掌握度及复杂内容的综合应用度等多个角度进行。另外对于实验试卷内容还需要特别注意与实验课的考核内容区分开，实验试卷考核的内容应该侧重于实验方案设计，而实验课程的考核则应该侧重于实验方案验证及实施。课程最后的成绩按理论试卷成绩占70%，实验试卷成绩占 30%，最后形成课程的期末考核成绩。最后的试卷分析，要对理论部分和实验部分分别进行，从而发现相应部分的问题，为后续的持续改进提供依据。

5.4 成绩评定与分析

课程最终的成绩也不是单纯依靠期末的课程考核一项来决定，它依然采用的是过程化方式来形成最终成绩，即总的成绩由平时、实验和期末三部分成绩构成，其中平时成绩主要包括线上线下出勤、作业提交、线上线下测试、线上视频观看等多个环节，占总成绩的 20%；实验成绩主要是线下实验时所得成绩，占总成绩的 30%；期末成绩即课程最后考核的成绩，占总成绩的 50%。通过这种方式能够客观、科学地反映学生学习Python片上农业系统情况。课程考核结束后，教师除了将教学过程中的各个文档进行归档外，还要对课程教学作最后分析和总结，该分析要包含教学全过程，同时对结果进行相应评判，并指出是否存在相关问题，如存在问题则给出相应的整改建议。

6 课程教学过程监控及持续改进闭环系统

除了对学生进行跟踪和评价外，根据OBE的教育教学理念，也需要将持续改进的理念贯穿入Python片上农业系统课程教学的整个过程。为此，天津农学院建立了完整的教学质量监控、教学考核审核和课程目标评价三方面的过程监控机制，以尽可能且最大化地发现问题，然后分析问题并最后解决问题，周而复始以实现迭代式持续改进教学。

6.1 教学质量监控机制

在Python片上农业系统教学过程中，学校和学院的两级督导、教务处以及学校团委的学生监督员所组成的三方面人员对课程进行不定期反馈，从而形成教学督导督导、教务处评教和学生监督员监督三位一体的教学质量监督机制。

（1）教学督导的督导机制。每个学期学校和学院都会安排相应的校级督导和学院督导对本学期所开设的课程进行定期查课、听课和不定期随堂听课等一系列活动，在听课时详细记录教学内容的开展情况、教师的言谈举止、学生的学习面貌等信息，并在听课结束后，同任课教师进行相关讨论，对教学过程中的问题进行沟通反馈，对教学中的特色或优点给予肯定和推广。

（2）教务处的评教机制。每个学期教务处要求期中时所有系主任与学生代表进行期中教学评价，期末时任课教师向学生发起一次课程评教，同时教务处也会对所有学生发起一次课程评教活动，从而多方位得知所有学生对课程教学的满意程度。

（3）学生监督员的监督机制。对于教学进程中的日常问题，则主要由学生监督员来完成，他们在学校团委的统一部署下，随时将教学过程中的管理情况和学习情况向团委汇报，如遇到重要的急需解决的问题，学生督导员可以直接同教师进行沟通汇报，也可以上报团委，再由团委转报到教务处。教务处获取到信息后对信息进行审核，并及时将处理结果予以反馈，从而最大化保障教学质量。

6.2 课程考核审查机制

由前可知，课程考核占据期末成绩的比重很大，因此对于Python片上农业系统课程而言，课程的考核内容需要通过审查之后才可以用于考试。具体审查首先是由任课教师按教学大纲审查考核内容是否有超出大纲范围的，若有则进行修改，然后再根据培养目标审查考核内容是否满足教学培养目标，紧接着根据毕业要求审核考核内容是否符合毕业要求，若不符合或不满足则进行修改；任课教师审查完后，再由系主任进行二次审查，系主任除了审查上述几项外，还要审查考试过程规范程度，发现的问题反馈给任课教师进行调整，进而保证考核内容的合理性和科学性。

6.3 课程目标达成度评价机制

众所周知，支撑学生能力培养以及毕业要求达成度的核心内容就是课程，而课程培养目标的好坏直接决定所培养学生的质量[9-10]。因此在本科培养人才全过程中，评价课程目标达成度成为其中最重要、最核心的环节，对于Python片上农业系统课程而言更是如此。课程的目标达成度评价要在课程教学活动结束后由任课教师自行完成，评价包含定性评价和定量评价两种，定性评价更多的是通过问卷调查或者访谈形式进行，这里不对定性方式进行赘述。在这里重点介绍一下定量达成度评价，定量评价的流程图如图3所示。

图3 课程目标达成度分析及反馈流程

若课程目标T的达成度由N个考核点支撑，设第i个考核点的总分为Si，学生平均分为Ai，权值为Wi，则课程目标T的达成度评价按公式（1）进行计算：

7 结束语

总而言之，在高教课程大变革的环境下，采用OBE闭环理念所构建的以学生为中心、以产出成果为导向兼以教学评价的教学模式不仅在教学目标设定上要基于产出的毕业要求指标点，而且在教学大纲组织和教学内容编排上亦要如此，以扁平化的知识点方式进行教学，打破了传统的线形知识点传播方式，进而更利于学生能力提高，同时再辅助过程化教学监督及跟踪机制，在有效确保毕业要求指标点能够得到满足的同时，还为后续课程优化及持续改进提供了闭环环境。通过这种变革，不仅调动了学生学习Python片上农业系统课程的兴趣，而且也激发了教师教学的斗志和积极性，经过两轮的课程实践也验证了它的优越性，受到了广大师生的一致好评。当然 Python片上农业系统课程课题组不会满足于此，这仅仅是个开始，未来课题组会继续以OBE闭环理念为指导思想，进一步深化及探索新的教学方法和手段，进而不断提高教育教学质量。