基于PBL-SPOC的留学生工程类课程教学模式探索
作者: 何延龙 黄海 蔡文斌 杨兵 谷潇雨 秦国伟
摘 要:石油工程专业的留学生主要来自发展中能源国,留学生具有不同的文化背景和学习背景,对工程情景和案例等方面的学习需求度高。学生在工程类专业课程的学习过程中单一的线上、线下教学模式教学效果不理想。该文提出基于PBL-SPOC的混合教学模式,开展SPOC基础理论教学内容与资料的建设和线下PBL工程问题及案例的建设,通过合理的教学设计,实现线上SPOC基础理论和线下PBL工程问题和案例的贯通与互馈,为“一带一路”倡议新时代背景下来华留学生工程类专业课程教学提供新模式。
关键词:采油工程;PBL;SPOC;混合式教学模式;留学生
中图分类号:G640 文献标志码:A 文章编号:2096-000(2024)25-0011-05
Abstract: International students majoring in petroleum engineering mainly come from developing energy countries, with different cultural and learning backgrounds. They have highly demand for learning engineering scenarios and cases. The single online and offline teaching mode in the learning process of engineering courses is not effective for students. This paper proposes a hybrid learning model based on PBL-SPOC, which involves the construction of basic teaching content and materials for SPOC, as well as the construction of offline PBL engineering problems and cases. Through reasonable teaching design, the integration and feedback between online SPOC basic theory and offline PBL engineering problems and cases can be achieved, providing a new model for the teaching of engineering courses for international students in the new era of the "the Belt and Road".
Keywords: petroleum production engineering; PBL; SPOC; hybrid teaching mode; international students
在“一带一路”倡议新时代背景下,来华留学生教育被赋予了新的时代使命:服务国家对外关系和国际战略,为企业的国际化发展提供必要的人才支撑,推动高等教育的国际化发展[1]。目前,我国已成为亚洲最大、世界第二大的留学目的地国,其中近八成的来华留学生来自发展中国家[2-3]。近年来,在国内石油与天然气高对外依存度和非常规油气资源勘探开发力度逐步加大的背景下,我国各石油企业进一步扩大了对国际化经营合作与国际化专业技术人才的需求,使得更多的发展中能源国留学生来华进行交流学习。
西安石油大学被教育部列为“来华留学示范基地”建设院校,是全国石油石化类和陕西省属高校中唯一入选单位,学校先后与中塔(塔吉克斯坦)、中吉(吉尔吉斯斯坦)、中乌(乌兹别克斯坦)石油公司开展了国际化人才培养项目;与哈萨克斯坦曼格什套石油公司、中国石油集团等中外石油行业企业联合共建实习基地、实施“双导师”培养。与泰国教育部、中非共和国矿业部、塔吉克斯坦教科部和巴基斯坦开伯尔省教育厅等发展中能源国政府和组织开展了来华留学生联合培养项目,同时承担了土库曼斯坦“鲁班工坊”的建设任务,为我国“一带一路”企业“走出去”提供了有力的人才支撑。围绕丝绸之路经济带建设,依托学校“石油工程”等国家级一流专业和特色专业,积极开展来华留学生教育,不仅在全国较早成立“丝路能源学院”,还牵头成立了“丝路能源教育科技产学研联盟”,面向丝路沿线能源领域,搭建起教育科技于一体的产学研联盟,加快了丝路能源国际合作。
自学校开设石油工程专业留学生项目以来,该专业留学生的授课模式以传统线下的课堂教学为主,同时由于留学生来源国广泛,课程组教师也通过直播、录课等多种授课模式积极开展了线上授课模式的探索,为留学生混合教学模式的改革提供了充分的教学资源与经验积累。本文以西安石油大学石油工程专业的核心专业课程采油工程为例,结合学校留学生的学情,提出了线下PBL(Problem-based Learning)与线上SPOC(Small Private Online Course)相融合的课程教学模式改革,探索“一带一路”背景下,来华留学生工程类专业课程授课的新模式。
一 学情分析
与我国的留学生来源特点相似,加之学校的石油石化行业特色,使得学校吸引了更多发展中国家的留学生来西安石油大学留学,石油工程专业90%以上的留学生均来自亚洲和非洲等发展中能源国,该专业的来华留学生存在较强的特殊性:①留学生来源国的专业教育实力相对较弱,且相关行业在该国家的发展相对缓慢,造成学生对行业和专业基础知识的了解度普遍较低;②留学生具有不同的文化背景和学习背景,思维开放程度强,对不同文化更加包容和理解;③对于许多留学生来说,所学专业为该国急需的专业,留学不只是为了取得更高的学历,还为了通过更多“工程化”的教学内容与环节,获得专业知识和经验,让他们更能迎接未来的职业挑战,并为自己的职业未来打下基础,获得更好的职业发展。
采油工程是石油工程专业的核心课程,具有较强的“工程化”特点:课程涉及面广,综合性和针对性强,各种措施的相对独立性强,基本概念和计算方法多,等等。课程主要系统介绍采油工程中涉及的基础理论与专业技术,具体包括油井流入动态、井筒流动动态和系统节点分析方法,有杆泵采油、无杆泵采油和气举等主要的人工举升技术,水力压裂、酸化和其他增产措施,以及注水和其他维护措施等。由于留学生来自不同的国家,且以发展中国家的留学生为主,学生的受教育背景和语言掌握类型与程度具有较大差异,使得课程授课效果差异大,尤其是英语教学过程中,非英语母语国家学生的授课效果不理想。传统线下授课过程中,由于每届授课班级中学生数量少(近年每届学生在15人以内),师生难以形成有效互动,影响学生的课堂学习效果,同时课程涉及的学科内容较多,包括物理、化学、力学和机械等,专业词汇较多,授课过程中学生的初次理解程度较低,课后由于学生对知识点的理解不深刻,造成作业的针对性和实效性差,学生抄袭现象严重,教师很难通过线下授课各环节全面掌握学生的学习状态和效果,无法起到学生及时巩固课上学习成果、教师及时了解学生掌握情况的目的。同时课程组教师也加强了直播、录课、课程网站和APP等教学资源的建设,通过上述资源开展了线上授课,直播授课方式除受到留学生所在国家时差的影响外,更重要的是受到相关国家基础设施(网络、上课环境)和社会稳定性(战争)等方面的影响,而课程网站、APP及录课等非实时线上教学资源的授课方式,又存在学生主动性、互动性差等问题。总体而言,大部分学生对课程的工程情景和案例等方面的教学需求度高,单一教学模式无法满足留学生对石油工程核心主干课程的理解,而影响其对后续课程的学习。
二 PBL和SPOC教学的特点
PBL(Problem-based Learning)教学模式,是一种基于建构主义学习理念的教学方法,是由加拿大麦克马斯特大学的神经病学教授Howard Barrows首次提出,该教学模式更加关注学生在整个学习过程中的主体性角色,通过设定有意义的“问题”情景,让学生通过合作探究的方式,分析解决实际问题,提高学生对实际问题背后课程知识点的学习效果,从而提高学生解决实际问题的技能,强化学生的自主学习和综合判断能力[4-6]。PBL模式以“实际问题”为导向,通过调动学生的主观能动性,使学生在掌握基础理论知识的基础上,加深学生对相关知识点、实际问题/案例的理解,提高学生对关键课程内容的学习效果。与传统的教学模式相比,PBL教学模式更有利于提高学生对基础知识点和实际案例的学习兴趣,强化学生的团队协助、自主学习和综合分析能力,从而提升学生对课程内容的学习效果[7-9]。在整个教学模式中,教师主要扮演着问题提出者、课程设计者、过程引导者及结果评估者的角色,必须具备较强的课堂掌控能力和引导能力。而学生是整个教学模式中的行为主体,主要围绕教师提出的实际问题,通过发现、探索、关联和解决多个环节,将课程内容与实际问题相结合,有利于学生自主学习能力和创新能力的培养。对于工程类专业的课程学习,以工程案例为导向的PBL授课模式,能够较好地适应留学生对工程情景和案例的学习需求[10-11]。
SPOC(Small Private Online Course)是一种在MOOC(Massive Open Online Courses)教学模式基础上进行创新改革,针对小规模特定人群,融合线上、线下课堂教学的混合教学模式。SPOC教学模式最早由美国加州大学伯克利分校的电气工程学教授Armando Fox提出[12],其中“S”特指学生规模小,“P”特指达到限制性条件的学生才能被纳入SPOC教学环节。SPOC教学模式既传承了MOOC教学模式开放性、共享性的特点,又避免了MOOC大规模开放教学投资成本高、完成率低等弊端。通过设定限制性条件,兼顾了线上教学的课堂完成率和通过率,以及线下教学的师生互动。使得授课教师能够有更多的精力去解决学生的问题,注重学生创新能力的培养和差异化教学效果,有利于全面培养学生分析与解决实际工程问题的能力,提高学生学习的积极性和主动性和教学效果[13-14]。
三 基于PBL-SPOC的教学模式设计
SPOC教学模式通过限制性条件提高留学生对采油工程基础知识点学习效果的同时,解决了留学生由于教育背景和语言掌握类型与程度差异等原因造成的线下授课效果不理想的问题。留学生可以通过多次学习,提高对基础理论知识的学习效果。进一步通过下线PBL环节,学生可以通过结合文献调研、“师生”及“生生”间高效互动讨论,将SPOC环节的知识内容与教师设计的工程实际问题相结合。
在石油工程专业留学生采油工程的课程教学目标、教学重难点和学情分析的基础上,开展SPOC基础理论教学内容与资料的建设和线下PBL工程问题及案例的建设,包括教材和参考书的选用,符合SPOC教学要求的多媒体、教学视频和教学动画的制作,以及习题、随堂测验题库的建设,工程案例和工程问题库的建设等。通过合理的教学设计(线上环节,任务点;线下分组讨论、文献调研等)和教学平台(超星学习通、腾讯课堂等),实现线上SPOC基础理论和线下PBL工程问题和案例的贯通与互馈(图1)。
四 基于PBL-SPOC的教学模式探索
SPOC基础理论教学内容和PBL工程问题和案例的建设是融合式教学改革的基础,通过线上平台和线下教学设计实现融合式教学改革是项目研究的核心,基于SPOC和PBL的融合教学模式主要包括三大环节(课前准备、课中实施和课后反馈),其中课前准备环节是重要前提,课中实施环节是核心,课后反馈可为整个教学模式和教学内容的调整提供一定的指导(图2)。
(一) 课前准备环节
教师端教学准备:结合采油工程课程特点和教学大纲,进行教材、课程重难点及教学目标分析。针对授课班级进行学情分析,开展课程教学资源的准备,包括线上教学资源的完善补充,SPOC“讲间”任务点的设置,线下题库和PBL工程案例库的完善。