網(wǎng)絡教學融入高校工科專業(yè)基礎(chǔ)課的實踐
——以“光電子技術(shù)”課程為例

賈國瑞，趙慧潔，郭　琦，劉慧蘭

(北京航空航天大學　儀器科學與光電工程學院，北京　100191)

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網(wǎng)絡教學融入高校工科專業(yè)基礎(chǔ)課的實踐
——以“光電子技術(shù)”課程為例

賈國瑞，趙慧潔，郭琦，劉慧蘭

(北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院，北京100191)

摘要：高校工科專業(yè)基礎(chǔ)課在教學目標上具有“理論與應用結(jié)合，知識與能力并重”的特點。但由于班容量大、課時有限，目前的課堂教學以“教”為主、“重知識、輕能力”的問題比較普遍。以《光電子技術(shù)》課程為例，進行了網(wǎng)絡教學與課堂教學相結(jié)合的方法設(shè)計，開展了利用課程網(wǎng)站、在線答題、QQ/微信群等網(wǎng)絡教學工具支撐課堂研究型教學的實踐探索，使得教學模式向課堂和網(wǎng)絡相結(jié)合的方向轉(zhuǎn)變?；趯W生反饋和考核成績的教學效果評價表明：學生能夠適應也愿意接受這種以學生為“主體”的教學模式，不斷提高自身的學習能力和實踐能力。

關(guān)鍵詞：工科專業(yè)基礎(chǔ)課；教學模式；課堂教學；網(wǎng)絡教學

一、引言

當代學生在發(fā)達的網(wǎng)絡環(huán)境下成長，利用網(wǎng)上資源解決疑惑甚至自學新知識已經(jīng)成為很多在校大學生的習慣。隨著網(wǎng)絡公開課[1]、慕課[2]、微課[3]等形成熱潮，如何將網(wǎng)絡教學這種現(xiàn)代教育手段和網(wǎng)上大量優(yōu)質(zhì)教學資源引入高校課程教學，已在高等教育領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注和討論。但是，上述討論大多仍停留在理論探討層面，目前公開的實踐范例很少，網(wǎng)絡學習總體上仍是學生的自發(fā)行為。

高校工科專業(yè)基礎(chǔ)課是基礎(chǔ)理論向?qū)嶋H應用過渡的橋梁性課程，主要講授相應專業(yè)中典型器件與系統(tǒng)的概念、原理、基本分析和設(shè)計方法，往往具有專有名詞多、指標分析多、知識結(jié)構(gòu)零散等特點[4]。而在實際教學中多為百人的大班授課，并且課堂學時有限，因此課堂講授中“滿堂灌”的現(xiàn)象比較普遍[5-6]，學生參與度總體較低。引入網(wǎng)絡教學手段，提高此類課程的教學效率，同時增強學生“聯(lián)系相關(guān)理論，分析和解決實際問題”的能力，具有強烈而緊迫的現(xiàn)實意義。

本教學團隊針對北京航空航天大學信息工程專業(yè)“光電子技術(shù)”課程，進行了“課堂和網(wǎng)絡相結(jié)合”教學模式的一些實踐探索，以期為網(wǎng)絡教學實際融入高校工科專業(yè)基礎(chǔ)課的教學過程提供參考。

二、網(wǎng)絡教學的任務定位分析

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，目前的在校大學生中，智能手機等移動上網(wǎng)終端的普及率已經(jīng)超過90%，上網(wǎng)已經(jīng)成為大學生日常生活中的重要組成部分[7]。同時，廣大高校中移動通信網(wǎng)絡和校園無線網(wǎng)的高覆蓋度，也為大學生隨時隨地上網(wǎng)提供了非常便利的條件。例如，我校的校園無線網(wǎng)已實現(xiàn)了對重點區(qū)域(包括所有教室、圖書館、宿舍、操場)的全覆蓋。這些為網(wǎng)絡教學融入課程提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

“光電子技術(shù)”的主要分析對象為光電探測器和光電探測系統(tǒng)，涉及光學、電子學、信號處理、自動控制等學科的交叉[8-9]。在本校目前的信息工程專業(yè)培養(yǎng)計劃中，本課程安排在大三下學期。在該學期，學生還需修另外5門專業(yè)基礎(chǔ)課、2門專業(yè)課和1門實驗課，此外每屆都有一定比例的學生是該學期舉行的?！榜T如杯”科技實踐競賽的主力參賽選手。綜上，學生在該學期的學習和實踐內(nèi)容較飽滿，尚不具備實施將大部分學習內(nèi)容安排在課下自學的“翻轉(zhuǎn)教學”[10]的條件。

因此，目前將網(wǎng)絡教學的任務定位為課堂教學的輔助和拓展：一方面，利用在線答題中心等網(wǎng)絡教學工具，實現(xiàn)課堂全體學生參加的即時問答及其基礎(chǔ)上的教學效果統(tǒng)計，從而提高師生互動效率；另一方面，利用課程網(wǎng)站、QQ/微信群等學生喜聞樂見的平臺，提高學生進行課前預習、課后復習和拓展閱讀及思考的積極性。相應地，對課堂教學的內(nèi)容和形式進行調(diào)整，使其與網(wǎng)絡教學成為一個有機結(jié)合的整體。

三、“課堂與網(wǎng)絡相結(jié)合”的方法

本課程充分利用已有的網(wǎng)絡平臺資源，在開課學期初開設(shè)包含教學大綱、通知、資源、討論區(qū)、調(diào)查等模塊的課程網(wǎng)站，建立包含所有上課學生的微信群。在持續(xù)一個學期的教學過程中，通過以下幾方面的努力，將課程網(wǎng)站和微信群的運用與課堂教學融為一體：

(一)充分利用課程網(wǎng)站，引導學生課前預習

在學期初就將課程所有PPT上傳至網(wǎng)站，為學生自學提供條件。每節(jié)課前一周，發(fā)布預習指引(包括應在課程網(wǎng)站上閱讀的PPT、思考問題等)，引導學生在上課前對所要學習的核心知識點有所了解，帶著問題上課。對于自學能力強的學生，可以利用課程網(wǎng)站上的資源，實現(xiàn)自主學習。由此，真正把學習的主動權(quán)交給學生。

(二)將在線答題引入課堂，實現(xiàn)教學效果的過程中監(jiān)測

在線問答和實時反饋是慕課等網(wǎng)絡課程提高教學效率的一個有效途徑。在不開展“翻轉(zhuǎn)教學”的情況下，我們也設(shè)法將其引入課堂。每講完一個核心概念或原理后，隨即在微信群中推送1-3道選擇題的在線答題鏈接，要求學生通過手機實時作答，并通過多媒體教學設(shè)備實時公布答題正確率等統(tǒng)計結(jié)果。

這種課堂在線問答起到了兩個方面的作用：其一，提醒并幫助學生辨析本次課中的重點、難點知識；其二，檢測學生對當次課中核心知識點的理解掌握情況，以便及時調(diào)整講課進度。

(三)通過微信群，實現(xiàn)7×24H教學互動

微信已經(jīng)成為當代大學生日常生活的一部分。不在課下找老師當面答疑，而在微信上抒發(fā)自學或作業(yè)中產(chǎn)生的感想，已成為很多大學生的一個共性習慣。與此相適應，我們通過微信群，在每節(jié)課后發(fā)布復習材料(含本節(jié)作業(yè)題、相關(guān)知識和發(fā)展趨勢的擴展閱讀材料、以往作業(yè)參考解答等)，引導學生完成課內(nèi)知識的鞏固并與其他課程和課外知識融會貫通，潛移默化地激發(fā)學生的學習欲望、擴展其科技視野。

另外，微信群的存在還促進了微信答疑的運用。我們分工配合，在微信上實現(xiàn)了7×24小時在線，對學生的疑問及時反饋。這種形式貼近學生的交流習慣，有效地拉近了師生間的心理距離，為改善教學效果奠定了“群眾基礎(chǔ)”。

(四)對課堂教學內(nèi)容和方法做相應調(diào)整

在將網(wǎng)上自學納入課程教學過程的情況下，在課堂教學中挖掘深度、拓展廣度、提高學生參與度就成為必然要求。因此，我們對課堂教學內(nèi)容和方法進行了相應的調(diào)整：一方面，通過簡明扼要的理論講解和實時在線問答，使學生在更短的時間內(nèi)掌握課程的核心知識點；另一方面，利用與課程內(nèi)容對應的實際生活和工程中的具體案例，開展啟發(fā)式和案例式教學，讓學生得到光電探測系統(tǒng)的分析和設(shè)計過程的親身體驗。

例如：在“光電成像探測器件”章節(jié)，首先，在課前安排學生自學CCD和CMOS器件的工作原理；然后，課上提綱挈領(lǐng)地講解CCD的電荷耦合工作機制、CCD成像器件的分類和主要性能參數(shù)、CMOS在工作原理和結(jié)構(gòu)方面的不同之處；之后，以設(shè)計一臺監(jiān)控成像儀為例，從原理、系統(tǒng)所需達到的功能和性能、核心器件性能指標、配套光學/機械/電子學系統(tǒng)、整機體積、功耗、價格等角度，組織學生在觀看圖片、視頻或現(xiàn)場演示的基礎(chǔ)上，對比分析CCD和CMOS成像系統(tǒng)，并分組討論幾種設(shè)計方案的優(yōu)缺點。這種理論聯(lián)系實際的教學過程，不僅大大激發(fā)了學生的參與熱情，而且?guī)椭涓笍氐乩斫馑鶎W內(nèi)容的實際應用，有助于增強學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新信心。

(五)對學生考核方式的調(diào)整

傳統(tǒng)的“課后作業(yè)+實驗報告+考試”的考核方式主要檢驗學生對知識的掌握程度。而將網(wǎng)絡與課堂相結(jié)合之后，教學模式由課堂講授為主轉(zhuǎn)變?yōu)檎n下學生自學和課上學生參與相結(jié)合。在此過程中，學生可得到更多的展現(xiàn)其探索精神、邏輯思維、動手實踐等能力的機會。相應地，學生的主動性對教學效果也將產(chǎn)生更顯著的影響。

這就要求我們在豐富教學形式、設(shè)法提高教學互動性的基礎(chǔ)上，建立對學生平時參與積極性和參與效果的評價方法，使考核方式與教學模式相適應，以對學生主動學習、積極思考產(chǎn)生正向激勵?？傮w上，考核方式應向“平時表現(xiàn)占比更大”的方向轉(zhuǎn)變，同時，學生參與形式的多樣化還要求對其平時表現(xiàn)的考核更加多面和細致。

我們嘗試將學生課堂在線問答參與度與正確性、完成課后閱讀與思考題的主動性及正確度、案例教學中的積極性與創(chuàng)造性等多種平時表現(xiàn)納入平時成績，使課程總成績中平時成績(包括課堂在線答題、課后作業(yè)、階段測驗、實驗表現(xiàn)及報告等)和考試成績各占50%，引導學生把工夫花在平時，著力提高自己的各項能力，而不僅僅滿足于考試分數(shù)。

四、教學效果評價

上述“課堂和網(wǎng)絡相結(jié)合”教學模式經(jīng)過兩個輪次的試點實踐，參與學生達到160余人。從基于調(diào)查問卷的學生反饋意見收集、實施前后不同屆學生的考核成績對比、對課外科技實踐的支撐作用等方面，分析該教學模式的效果及存在的不足，以支持進一步優(yōu)化。

(一)學生反饋

針對參與“課堂和網(wǎng)絡相結(jié)合”教學模式實踐的學生，設(shè)計了包含課下學習用時、教學模式滿意度評價、學習效果自我評價等方面的調(diào)查問卷。實際發(fā)放問卷81份，收回44份，其中有效問卷43份。

調(diào)查問卷結(jié)果揭示了以下信息：

1.學生能夠在現(xiàn)有培養(yǎng)計劃對應的學習節(jié)奏下適應本教學模式

如表1所示，多數(shù)(67%)學生除了規(guī)定的上課和實驗時間外，平均每周在本課程上所花時間(包括做作業(yè)、看參考資料、預習復習等)為0.5-1.5小時，而培養(yǎng)計劃規(guī)定的本課程每周課堂教學時間為3學時，說明本教學模式未給學生增加過多的課外學習時間。而表2和表3表明，在這種教學進度下，多數(shù)學生感覺可以適應。

表1　課下學習用時調(diào)查結(jié)果

表2　課程講授速度滿意度調(diào)查結(jié)果

表3　習題講解與答疑模式滿意度調(diào)查結(jié)果

2.學生有信心完成對基礎(chǔ)理論的自學，希望通過上課增強理論聯(lián)系實際的能力

如表4和表5所示，分別有將近一半(48.8%)和超過四分之一(25.6%)的學生希望進一步增大課堂講授和實驗中實際應用分析設(shè)計的比例，這對教學模式的優(yōu)化提出了需求。

表4　課堂講授中基礎(chǔ)理論和應用實例的比例滿意度調(diào)查結(jié)果

表5　實驗設(shè)置滿意度調(diào)查結(jié)果

3.學生對課程重點難點把握度的自我評價仍不夠理想，最大的困擾仍然是知識結(jié)構(gòu)零散

鑒于絕大多數(shù)(90.7%)學生仍不敢肯定已明確重點難點(見表6)，以后的教學中應進一步加強在課堂講授中對課程知識體系的梳理(見表7)和重點難點的強調(diào)。

表6　自我感覺對課程重點難點的把握度調(diào)查結(jié)果

表7　自我感覺影響重點難點把握度的原因調(diào)查結(jié)果

(二)考核成績

統(tǒng)計教學模式實施前、后各兩年學生成績的分布情況(如圖1)發(fā)現(xiàn)，“課堂與網(wǎng)絡相結(jié)合”的教學模式引起了以下變化：

由于考核方式比以往更加強調(diào)學生的主動參與教學過程的綜合能力，而不僅僅考核學生對知識的記憶程度，取得“良好”(80-89分)和“中等”(70-79分)成績的學生比例有所提高。

利用網(wǎng)絡媒介增加教學過程中師生間的互動，在調(diào)動學生參與熱情的同時，增加了教師評估階段性教學效果并調(diào)整教學進程的機會，因而減少了總評“不及格”的學生比例。

學生成績分布的趨勢逐漸逼近正態(tài)分布，印證了調(diào)查問卷得到的“多數(shù)學生能夠適應本教學模式”的結(jié)論。

(三)對學生課外科技實踐的支撐

課外科技實踐活動需要學生綜合運用所學知識解決實際問題。因此，科技實踐中的表現(xiàn)，是對學生綜合能力的有效評價，同時也是對課程教學在傳授知識和能力培養(yǎng)兩方面取得效果的評價指標之一。

我們在教學模式改革實踐過程中對課程教學實驗進行了補充完善，增加了“隨環(huán)境光變化自動開啟/關(guān)閉的照明”、“防入侵紅外檢測”等設(shè)計性、應用型實驗，以啟發(fā)學生針對日常生活和工程實際中存在的具體問題，綜合運用多門課程所學知識和能力，通過團隊合作完成相應光電系統(tǒng)的設(shè)計、分析與制作。

在后來課外科技實踐中，學生進行了“抗霧霾的圖像監(jiān)控系統(tǒng)”等選題，體現(xiàn)了學生理論聯(lián)系實際和自主思考創(chuàng)新的能力，也體現(xiàn)了課程教學對課外科技實踐的支撐作用。下一步我們將繼續(xù)加強對學生課外科技實踐的啟發(fā)和引導，促進課程教學和課外科技實踐在學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面的銜接。

圖1　2012-2015年學生成績各分數(shù)段所占比例

五、結(jié)語

近年來不斷升溫的網(wǎng)絡教學模式給予了學生很強的主動權(quán)，允許學習過程具有較豐富的多樣性和較高的發(fā)散度，有助于提高學生的自主學習能力。針對信息工程專業(yè)“光電子技術(shù)”課程，通過將課程網(wǎng)站、QQ/微信群在線答題/答疑等網(wǎng)絡教學工具與課堂教學相結(jié)合，以符合當今大學生信息獲取習慣的形式吸引他們更主動地參與教學過程，形成了課下、課上一體的高效互動，提高了教學效率，騰出的時間用以開展理論聯(lián)系應用的研究型教學，培養(yǎng)學生的學習能力和實踐能力。在此教學模式下，學生在教學過程中的“主體”地位進一步凸顯。

從基于調(diào)查問卷的學生反饋意見收集、實施前后不同屆學生的考核成績對比、對課外科技實踐的支撐作用等方面，開展了教學效果的初步評價。結(jié)果表明，學生能夠適應也愿意接受這種 “課堂與網(wǎng)絡相結(jié)合”的教學模式。

下一步應繼續(xù)朝“增強學生理論聯(lián)系實際能力”的方向優(yōu)化教學模式，打通課內(nèi)實驗與課外實踐的銜接通道，為學生發(fā)揮其創(chuàng)造性提供正向激勵，使專業(yè)基礎(chǔ)課真正成為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)體系的重要一環(huán)。

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(責任編輯：陳勇)

Practice on Integration of Online Teaching into Engineering Majors’Basic Courses inColleges and Universities:Exemplified by the Course “Opto-electronics Technology”

JIA Guo-rui，ZHAO Hui-jie，GUO Qi，LIU Hui-lan

(SchoolofInstrumentationScience&Opto-electronicsEngineering,BeihangUniversity,Beijing100191,China)

Abstract:Engineering Majors’ Basic Courses in Colleges and Universities take “theory combined with application，knowledge equally important with ability” as teaching objective. But as a result of big class capacity and limited class hours，it is now an ordinary phenomenon that classroom teaching is mainly composed of lecture and focuses more on knowledge than capability. This paper takes the course Opto-electronics Technology as an example，to design the combining method for the classroom teaching and online teaching，to practise research-oriented classroom teaching based on online teaching tools such as course website，on-line answer，and QQ/WeChat group. It makes teaching mode change to classroom-web-combined. Teaching effect assessment based on the students’feedback information and scores show that students could and are willing to adapt to the new teaching mode，in which students are subjects，to improve their own learning and practicing abilities.

Key words：engineering major basic course; teaching mode; classroom teaching; online teaching

中圖分類號：G642.4

文獻標志碼：A

文章編號：1672-8874 (2016) 01-0096-05

收稿日期：2015-10-29基金項目：北京航空航天大學精品課建設(shè)項目(43133601)，北京航空航天大學2013年教改項目

作者簡介：賈國瑞(1984-)，男，山西文水人。北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院講師，博士，碩士生導師，主要從事高光譜遙感、光電子教學研究。