段斌 曾曉琳 蔣萌 劉澤濤

[摘 要]在線上課堂火熱開展之際，教師如何保證線上教學與線下課堂教學效果實質等效，實現(xiàn)基于產(chǎn)出導向的翻轉課堂是值得探究的。文章以湘潭大學2017級通信工程專業(yè)信息安全課程的第四次探究式學習作業(yè)為例，介紹“以學生為中心，產(chǎn)出導向”的線上課堂如何融合“互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”技術實現(xiàn)專業(yè)與工程倫理學習任務的演進與交互，結合學生信息安全違規(guī)事件證據(jù)推理實驗的學習成果，展示教師如何構建面向產(chǎn)出的課程教學“智能+”評價。

[關鍵詞]產(chǎn)出導向;專業(yè)課程;教學案例設計;課程質量評價

[中圖分類號] G640 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）01-0049-06

2020年5月28日，教育部印發(fā)的《高等學校課程思政建設指導綱要》明確要求，工學類專業(yè)課程，要注重強化學生工程倫理教育，要在課程教學中把馬克思主義立場觀點方法的教育與科學精神的培養(yǎng)結合起來，提高學生正確認識問題、分析問題和解決問題的能力[1]。而如何實現(xiàn)工科類專業(yè)學生的工程倫理教育，如何將工程倫理準則內化為學生從事職業(yè)活動的行為準則是工程倫理教學中迫切需要解決的問題。本文將探究如何在工程倫理教學中建構產(chǎn)出導向教學情境。

產(chǎn)出導向（Outcome-based Education， OBE）自被提出以來就備受教育學界的普遍認可和高度重視，其核心要義是認為教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程所取得的學習成果（產(chǎn)出），即以預期學習產(chǎn)出為中心來組織、實施和評價教育的結構模式[2]。雖然OBE這一教育理念已有數(shù)十年的研究和踐行歷史，各層次的高等教育院校從不同角度進行了不同程度的教學改革，然而教學效果仍不甚理想，以教師為主導的傳統(tǒng)講解式教學方式仍未得到根本轉變[3]。

例如為了實現(xiàn)教學方式由“以教師為主導”轉變?yōu)椤耙詫W生為主導”，OBE課堂多采取互動式、研究型教學和情境教學，以提高學生的主觀能動性。情境教學法是指教學實施過程中，教師結合教學目標、內容、對象等特點，有目的地引入或創(chuàng)設與授課內容相近的場景，生動具體地展示講授內容，引導學生積極參與課堂活動，進而使得學生更好地理解教學內容，提高學習興趣，激發(fā)學生主觀能動性[4]。而如何實現(xiàn)產(chǎn)出導向的教學情境建構以及如何促進OBE理念在課程和課堂教學中落實，體現(xiàn)以學生為中心的教育價值，一直是教育工作者頗感困惑的一大難題。

鑒于此，本文針對教師如何在課程和課堂教學方面踐行OBE理念，提出頗有前沿性的多重任務演化的專業(yè)工程倫理交互教學設計。以一堂“信息安全行為準則違反發(fā)現(xiàn)的人工智能方法”的在線課堂為例，介紹教師如何基于“以學生為主導”的理念采用情景教學法組織學生翻轉課堂，介紹 “互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”技術如何輔助實現(xiàn)工科類專業(yè)學生專業(yè)與工程倫理學習任務的演進與交互，實現(xiàn)師生在線課堂高效互動。

一、OBE理念教學設計

在傳統(tǒng)教學中，教學內容往往高于教學目標并占主導地位;而在OBE教育中，教學目標高于教學內容并占主導地位，教學設計、實施、評價等活動都圍繞預期目標展開。在OBE結構體系中，教學目標的確定要落到課程教學目標的制定上，按照自上而下的反向設計路徑，以培養(yǎng)目標為最高導向，逐層分解，映射得到[2]?？梢?，OBE教育的核心和基石始終是課程和課堂教學。而要使課程目標真正發(fā)揮“制導”作用，就必須協(xié)同考慮教學系統(tǒng)的組成部分，逐層細化，控制每一個環(huán)節(jié)，最終與評價標準實現(xiàn)接軌。

（一）多重任務演化工程倫理教學設計

本文以湘潭大學2017級通信工程專業(yè)信息安全在線課程為例，此次課程貫穿“以學生為中心，產(chǎn)出導向”的教學理念，整合入侵檢測技術專業(yè)知識和信息安全工程倫理學習內容，采用多重任務演化的教學設計，完成網(wǎng)絡安全技術教學目標：運用入侵檢測知識和人工智能技術分析信息安全違規(guī)事件問題，評價信息安全違規(guī)行為。如圖1所示，通過底層教學任務Aj達成教學目標，即學生學習成果Cj，在學生完成每項教學任務期間保存學生學習的表現(xiàn)數(shù)據(jù)Dpj和場景數(shù)據(jù)Dsj，學生與任務之間的產(chǎn)生關聯(lián)信息OIj，這些數(shù)據(jù)都均可以作為評估學習成果達成度的證據(jù)。隨著課程的推進，學生的學習成果由淺入深，左邊學習項目的達成結果數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)會對右邊學習任務產(chǎn)生影響，即右邊學習任務建立在左邊學習任務達成的基礎之上，最終達成網(wǎng)絡安全技術教學目標要求。

多重任務演化的教學設計中，采用了兩種教學法——直接教學法和間接教學法。直接教學法包括角色扮演、學生討論、舉出正例反例、完成活動、獲得新知識、完成技能、進行實踐等，其根本邏輯是讓學生直接體驗，自己得出結論;間接教學法包括道德榜樣、典型事件、進行指導、改變氛圍、可視化技術等，其根本邏輯是教師安排學長、學姐或助教演示，由學長、學姐或助教得出結論，學生間接領會掌握知識。在實際教學中，直接教學法和間接教學法都十分重要，應該配合使用[5]。對于直接教學法，學生從來不隨意推翻和忘記自己得出的結論;而對于間接教學法，不同的案例對學生的刺激程度不同，越是學生熟悉的刺激程度越高。

為達到讓學生具備分析信息安全違規(guī)事件問題能力的目標要求，本文采取“教師在對問題的研究中教，學生在對未知的探索中學”的模式，設置4個教學任務（A1～A4），4個教學任務在知識、能力和素質等方面呈現(xiàn)遞進的能力關系。具體如下：

（1）教學任務A1利用線上平臺慕課中SPOC精品課程講解宏觀網(wǎng)絡安全預警、入侵檢測等基礎知識點，引導學生了解網(wǎng)絡安全預警技術的概念、常見網(wǎng)絡安全預警模型、入侵檢測技術的概念和指標參數(shù)，掌握安全預警系統(tǒng)的結構、安全預警系統(tǒng)功能模塊結構、預警技術的主要功能以及入侵檢測技術的分類方法;通過課件學習使學生達到領會層面的學習效果。

（2）教學任務A2引入朋輩示范，邀請往屆學姐引入前沿技術——人工智能問題（風電場異常停機威脅發(fā)現(xiàn)）錄制抖音視頻，簡單介紹證據(jù)推理的基本原理與操作步驟，引導學生掌握如何選擇底層觀察事件，如何進行誘導推理、演繹推理以及使用Disciple-EBR軟件歸納推理，培養(yǎng)學生高階性學習能力，讓學生面向工程問題在運用層面產(chǎn)生學習效果。

（3）教學任務A3引入工程倫理（自動駕駛倫理問責推理）以及科研成果，分析德國《自動駕駛道德準則》中與網(wǎng)絡通信相關的條例，構建自動駕駛情境下的問責倫理問題，詳細介紹基于證據(jù)辨析的學徒代理推理方法和推理軟件（Disciple-EBR）的使用，引導學生遷移運用人工智能技術分析新情境問題（工程倫理問題），在分析層面產(chǎn)生學習效果，培養(yǎng)學生遷移學習能力。

（4）教學任務A4不同于前面3個任務的間接教學法，本任務采用直接教學法，布置研討任務——信息安全行為準則違反發(fā)現(xiàn)的人工智能方法，提供學生5個有國際影響力的信息安全行為準則或規(guī)范資料，學生可結合教學任務A1～A3的學習，使用學徒代理工具軟件（Disciple-EBR），設定底層觀察事件，以及選定領域的工程倫理原則和規(guī)范，實施推理，構建推理樹，發(fā)現(xiàn)對該領域工程倫理原則和規(guī)范的違反，并做出倫理道德決策。通過學生實踐，實現(xiàn)知識能力素質相結合，引導學生運用人工智能技術解決專業(yè)與工程倫理交互問題，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力，將工程倫理準則內化為學生從事職業(yè)活動的行為準則，在綜合評價層面產(chǎn)生學習效果。

（二）面向產(chǎn)出的“智能+”評價機制

為了保證教學活動始終不偏離教學目標并促進目標的更好達成，專業(yè)必須建立面向產(chǎn)出的評價機制——以教學目標為依據(jù)，運用有效的技術手段對教學過程和結果進行收集、分析和解釋的活動。如果說課程是OBE教學體系中的薄弱一環(huán)，那么課程評價就是薄弱中的薄弱[2]。傳統(tǒng)教學評價大多依賴于紙筆測試，常常忽略學生自身的思維能力和判斷能力，并且教師常常對學生學習效果的關注不夠，對課程目標實現(xiàn)情況缺乏分析。在產(chǎn)出導向教學情境中，雖然大多數(shù)教師能夠從學生個體和整體的角度對課程目標達成度進行評價，但是仍然不知道“能力”到底應該如何評價。伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”技術的高速發(fā)展，如何利用“智能+”技術實現(xiàn)教師對學生解決復雜工程問題的能力的評價以及課程目標實現(xiàn)情況的問題分析是當前研究的難點。

本文中，教師從教學目標出發(fā)，對每一個教學任務設計具體、明確和能夠觀測和衡量的考核觀測點。對學生“達成”考核觀察點的情況，設計了標準細化、明晰并能體現(xiàn)層次差別的“智能+”評價機制。在教學任務A1到A4中，因為教學側重點不同，每次學生任務的達成情況也會有所不同，相應的評價機制細節(jié)也會有所調整。本文以湘潭大學2017級通信工程專業(yè)信息安全課程的第4次探究式協(xié)作學習任務A4——“信息安全行為準則違反發(fā)現(xiàn)的人工智能方法”為例，教師依據(jù)教學任務A4提出教學目標，把教學目標當作頂層假設層層分解出子假設，最底層的子假設即為考核觀察點，繪制推理樹，并使用Disciple-EBR軟件完成歸納推理，構建“智能+”評價機制。

假定該班共有25人，每組學生團隊5人，共5組，分別為A、B、C、D、E組。本文針對教學任務（A4）制定8個考核觀察點，根據(jù)考核觀察點，制定證據(jù)索引表（見表1），演繹推理，構建推理樹（見圖2）。

課前，學生團隊需要在教師的指導下，按照要求填寫每個考核觀察點的時間戳。在該組作品展示前，教師將該組展示團隊填寫了時間戳的證據(jù)索引表文檔轉換為可在線協(xié)作編輯文檔，并利用線上平臺分發(fā)給非該組展示學生;在學生作品展示過程中，教師和非該組展示學生觀看該組學生作品視頻，填寫該組的證據(jù)索引表分數(shù)，但該組學生不可進行此次證據(jù)索引表打分。具體打分規(guī)則如下：

Rule1：非該組展示學生及教師，對展示作品索引表的證據(jù)相關性和可靠性進行打分，兩項指標分值區(qū)間均為1-5分。其中，證據(jù)的相關性是指證據(jù)是如何與試圖證明或反駁的假設聯(lián)系在一起的，可靠性是指該證據(jù)所述內容的真實性[6]，分值越高，表示證據(jù)的相關或可靠程度越高;

Rule2：教師單獨為一組，即教師填寫一份證據(jù)索引表相當于一組人（此處為5人）填寫證據(jù)索引表;

Rule3：打分結束后，教師收集填寫完畢的證據(jù)索引表，將分值進行分析處理。

二、OBE理念教學實施

（一）學生學習成果展示

對于第4次探究式協(xié)作學習任務A4——“信息安全行為準則違反發(fā)現(xiàn)的人工智能方法”，每組學生結合前期A1到A3入侵檢測技術、風電異常停機威脅發(fā)現(xiàn)、自動駕駛倫理問責推理以及信息安全工程倫理的學習，針對教師給出的5個有國際影響力的信息安全行為準則或規(guī)范資料，選擇其中一個，使用學徒代理推理工具軟件（Disciple-EBR），依據(jù)信息安全領域重大事件或自行設定一個觀察事件E*，構建推理樹，開展實驗，實施倫理推理，發(fā)現(xiàn)事件對工程倫理原則和規(guī)范的違反，并做出倫理道德決策。課堂使用“智能+”評價機制對學生團隊的作品進行評價。

以A組選題——美國“棱鏡門”事件對信息安全國際行為準則違反的研究”為例：借助Disciple-EBR工具，A組學生基于聯(lián)合國第69屆會議中，中國聯(lián)合5個國家?guī)ь^發(fā)布的信息安全國際行為準則文件中第2、第3和第4條準則[7]，對美國信息安全事故“棱鏡門”事件進行證據(jù)推理，設計了如下實驗[6]：

Step1：以美國“棱鏡門”事件違反信息安全國際行為準則作為底層觀察事件E*。

Step2：向上誘導推理尋找能夠解釋底層觀察事件E*的假設H11和H12。

Step3：繼續(xù)向上誘導推理，尋找能夠解釋假設H11的假設H21和H22，重復上述操作，層層遞進，繪制推理二分樹。

Step4：對頂層假設進行演繹推理，搜集的證據(jù)得出新的可觀察現(xiàn)象：美國“棱鏡門”事件違反第2、第3和第4條準則，表現(xiàn)在6個方面。其中違反第3條準則具體表現(xiàn)在兩個方面：“破壞美國經(jīng)濟”和“破壞他國知識產(chǎn)權”，推理樹繪制見下圖3所示。

Step5：根據(jù)推理樹以及證據(jù)的相關性和可靠性，借助Disciple-EBR軟件進行歸納推理，推理出每一個假設成立的可能性，表2詳細列出了違反第3條準則的具體表現(xiàn)——“破壞美國經(jīng)濟”和“破壞他國知識產(chǎn)權”兩方面的證據(jù)相關性、可靠性的概率設置情況，違反第3條準則的歸納推理實驗仿真的結果如圖4所示。

對于證據(jù)的可靠性概率設置，由于A組學生團隊以在全網(wǎng)搜集的有關美國“棱鏡門”事件的新聞報道作為證據(jù)，按照“該證據(jù)所述內容的真實性”這一標準，所有證據(jù)的相關性均設置為“certain”。對于證據(jù)的相關性概率設置，學生團隊基于Python平臺使用自然語言處理中的BM25算法[8]，將證據(jù)與假設之間的相關性進行量化，得出證據(jù)與假設間的相關性分數(shù)，并將分數(shù)歸一化到[1，5]。最后以1為間隔，把分數(shù)從低到高劃分成5個概率等級：no support、likely、very likely、almost certain和certain。

分析實驗仿真結果：美國“棱鏡門”事件違反準則2的推理力為very likely，違反準則3的推理力為almost certain，違反準則4的推理力為almost certain，違反信息安全國際行為準則的推理力為almost certain，這表明美國“棱鏡門”事件對信息安全國際行為準則文件中第2條準則的違反情形是極大可能的，第3條準則和第4條準則的違反情形是幾乎確定的。

（二）學生學習成果的“智能+”評價

A組學生團隊展示結束后，教師收集非該組同學填寫完的索引表，將分值按照“智能+”評價機制進行如下處理：

Step1：統(tǒng)計非該組展示學生及教師填寫的索引表中證據(jù)i的相關性相應分值j的概率[P（xi ， j）]以及可靠性相應分值j的概率[P（xi ， j）， i[1，6]， j [1，5]];

Step2：求取每一項證據(jù)i的相關性、可靠性加權平均分的四舍五入值，如式（1）、（2）所示：

[xi=j=15（PYxi ， jY × j）+12]? ? ? ? ? （1）

[yi=j=15（PYxi ， jY × j）+12]? ? ? ? ? （2）

例如教師及學生對證據(jù)1的相關性、可靠性打分情況如下圖4、5所示，則有：

[x1=4.68+0.5=5]

[y1=4.72+0.5=5]

對其他證據(jù)進行同樣分析，可得由B組的所有索引表整理出的證據(jù)評價結果如下表4所示。

Step3：將所得四舍五入值按照表2中的規(guī)則，設置為Disciple-EBR軟件證據(jù)推理實驗中證據(jù)的相關性和可靠性;

Step4：根據(jù)推理樹、相關性和可靠性，對每個小組的索引表中的各項證據(jù)均使用Disciple-EBR軟件歸納推理;

Step5：將歸納推理結果按照表3的規(guī)則變換，得到該組的評價分數(shù)。

Disciple-EBR軟件仿真實驗結果見下圖6，得到A組展示作品的評價結果為“certain”，即A組展示作品分數(shù)為5分（優(yōu)秀）。

以往教師對學生的思政考評，大多著重對學生的政治覺悟、道德品質、理想信念等抽象內容進行總體評定，這些指標難以量化，因而一般進行質性評價方法[9]。而本文在工科類課堂背景中，教師充分融合了“互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”技術，對學生專業(yè)工程倫理掌握程度的質性評價進行量化處理。如圖6所示，使用Disciple-EBR仿真軟件依據(jù)表4證據(jù)的相關性和可靠性分數(shù)，對教學目標的達成情況進行證據(jù)推理實驗，可得A組學生對教學目標“專業(yè)知識與工程倫理交互”達成度是“certain”，得出其專業(yè)知識與工程倫理交互（思政）考評結果是優(yōu)秀。

A組學生團隊通過該任務的學習，掌握證據(jù)推理方法和證據(jù)推理仿真實驗技能，掌握遷移學習等高階思維能力，促進學生將工程倫理準則及規(guī)范內化為自己從事職業(yè)活動的行為準則。而A組學生團隊的學習成果評價表明，教師的多重任務演化教學設計不但促進了學生對工程倫理準則及規(guī)范的內化，而且讓學生真切感受到隨著中國的強大，中國在國際舞臺上彰顯大國風采，發(fā)揮著越來越重要的作用，促進學生“四個自信”的增強。

“個體工程倫理與職業(yè)道德的形成機理”是當前工程倫理教學的難點內容。而如何教導學生有效增強工程倫理意識、掌握工程倫理規(guī)范、維護和遵守行業(yè)基本道德規(guī)范和職業(yè)規(guī)范，是高校培養(yǎng)新工科人才的重要環(huán)節(jié)。此次教學任務的創(chuàng)新性主要表現(xiàn)在：不同于通常思政課程案例教學模式的全文科特征，本教學任務融入OBE教學理念，構建專業(yè)知識與工程倫理學習任務交錯演化的教學情境，設計面向產(chǎn)出的“智能+”評價機制，幫助學生提升工程能力顯性知識、工程思維隱性知識的同時，將工程倫理準則內化為自我的工程實踐規(guī)則。

三、結語

本文充分利用在線教學平臺，融合“互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”等技術，以信息安全違規(guī)事件分析為例，實現(xiàn)產(chǎn)出導向的教學情境建構，提出專業(yè)與工程倫理交互的多重任務演化教學設計案例，促進OBE理念在課程和課堂教學中落實，提升學生課堂參與度，加強師生間互動交流，實現(xiàn)高效的互動性。

本文結合證據(jù)推理和Disciple-EBR仿真軟件，構建面向產(chǎn)出的課程教學“智能+”評價機制，并借助此方法對學生團隊A組進行評價，驗證了此方法的合理性和有效性。

針對工程倫理嵌入社會主義核心價值觀的教學任務，本文不同于傳統(tǒng)案例教學模式的全文科特征，提出了多重任務演化的工程倫理學習途徑。專業(yè)與工程倫理學習任務的交錯、演化，有效地促進了學生培養(yǎng)目標達成，使其適應社會需求，提高了學生學科知識水平與能力素質。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 中華人民共和國教育部. 高等學校課程思政建設指導綱要[Z].2020-05-28.

[2] 王永泉，胡改玲，段玉崗，等.產(chǎn)出導向的課程教學：設計、實施與評價[J].高等工程教育研究，2019（3）：62-68，75.

[3] 劉小杏，劉曉萌.產(chǎn)出導向下大學英語SPOC翻轉課堂教學模式構建與實踐[J].昭通學院學報，2019（5）：94-98，114.

[4] 項鳳濤，張萬鵬.基于產(chǎn)出導向的情境教學方法研究探索[J].高教學刊，2020（6）：74-76.

[5] 郭勇.直接教學模式和間接教學模式的比較研究[J].新課程研究（中旬刊），2013（6）：103-105.

[6] Tecuci G， Marcu D， Boicu M， et al. Knowledge Engineering： Building Cognitive Assistants for Evidence-based Reasoning[M]. Cambridge University Press， 2016.

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[8] Jones K S， Walker S， Robertson S E. A probabilistic model of information retrieval： development and comparative experiments： Part 2[J]. Information processing & management， 2000（6）： 809-840.

[9] 張耀榮.信息化教學環(huán)境下高校思政課考核評價的科學化思考[J].教育觀察，2019（39）：120-122.

[責任編輯：劉鳳華]

作者簡介及聯(lián)系方式

作者簡介：段斌（1966—），男，湖南人，博士，教授，研究方向：認知智能。

研究項目：1、湖南省新工科研究與實踐項目（20209012）;2、湖南省學位與研究生教育改革研究思政項目（2020JGSZ016）。

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