基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式在虛擬儀器課程中的探索

沈冰夏 焦瑞莉 厲夫兵 宋沛然

摘 要：針對虛擬儀器課程內(nèi)容豐富、課時量少、選課學(xué)生較多和學(xué)生基礎(chǔ)差異較大等問題，結(jié)合現(xiàn)代化教學(xué)手段，充分利用大型開放網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，將傳統(tǒng)的“以教師講授為中心”的教學(xué)模式翻轉(zhuǎn)為“以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心”的混合式教學(xué)模式，通過“翻轉(zhuǎn)課堂”將部分理論知識的學(xué)習(xí)放到課前，讓學(xué)生通過聽取在線課程或查看技術(shù)文檔等方式獲取基本知識，課上主講重點難點，解答學(xué)生疑問，提高實驗學(xué)時，增加課上師生互動的機會與時間，經(jīng)過一學(xué)期的探索與實施，通過學(xué)生參加課外開實驗報名情況及參加校級和全國虛擬儀器大賽的獲獎情況可以認證教學(xué)效果有一定程度的提高。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；混合式教學(xué)模式；在線開放課程；以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）20-0093-03

Abstract： In view of the rich content of virtual instrument courses， less class time， more students in the class， and large differences in student bases， combined with modern teaching methods， making full use of large-scale open network teaching resources， the traditional "teaching as the center" teaching mode Flip into a "student-centered" hybrid teaching mode， through the "flipping classroom" to put some of the theoretical knowledge into the class， let students get the basic knowledge by listening to online courses or viewing technical documents， etc. Through the Flipping Classroom， arrange part of theoretical knowledge learning under the class， and let students obtain basic knowledge by listening to online courses or viewing technical document. In class， mainly give lectures on key and difficult points， answer students' questions， improve the experimental hours and increase the opportunities and time for teachers and students to interact with each other. After a semester of exploration and practice， the teaching effect could be considered improved to a certain extent by the students participating in the extracurricular experiment and the awards-winning of the School and National Virtual Instrument Competition.

Keywords： flipping classroom； blending learning； online open course； student-centered learning

一、概述

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)教育的發(fā)展，大規(guī)模開放在線課程（Massive Open Online Courses，MOOC）概念的興起和在線教育資源的不斷完善，為現(xiàn)代高等教育改革提供了廣闊空間，掀起了一股教育改革浪潮[1-3]，同時針對現(xiàn)代高校教育對象——95后學(xué)生群體普遍線上活躍、線下沉默的特點，高校課堂也亟需此類改革實踐探索。

2014年6月，“開啟MOOC學(xué)習(xí)新時代”主題論壇在北京舉行，從中國高校MOOC建設(shè)實踐與思考的角度，論壇基本形成了五點共識[4]，其中很重要的一點即為：認可翻轉(zhuǎn)課堂、O2O（Online to Offline）的混合學(xué)習(xí)模式?；诜D(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式探索之路方興未艾[5-9]，本文以“虛擬儀器”課程作為載體，將教學(xué)活動劃分為課前、課中、課后三個階段，結(jié)合MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂，設(shè)計線上、線下相結(jié)合，理論、實踐相結(jié)合，學(xué)習(xí)、討論相結(jié)合的混合教學(xué)模式，根據(jù)學(xué)習(xí)效果評價及課程效果評價，不斷改進教學(xué)設(shè)計。目前的探索取得了初步成效，希望能對其他課程的改革有一定的參考價值與借鑒意義。

二、課程面臨的問題與挑戰(zhàn)

“虛擬儀器”課程[10，11]是筆者所在學(xué)校電子信息工程專業(yè)二年級學(xué)生的專業(yè)選修課程，具有較強的理論和實踐價值。該課程使用圖形化開發(fā)工具LabVIEW軟件，易于編程、功能豐富，可以應(yīng)用于程序設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，縮短軟件開發(fā)時間，并提高開發(fā)與生產(chǎn)效率。課程自2005年開設(shè)以來，深受學(xué)生歡迎，每年選修人數(shù)均達上限（90人）；并且與虛擬儀器課程相關(guān)的開放實驗項目、校級/國家級虛擬儀器競賽都得到學(xué)生們的積極參與。其中全國虛擬儀器競賽由儀器儀表學(xué)會和儀器科學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員委主辦，緊密貼合教學(xué)要求與社會發(fā)展，近年來增設(shè)了“互聯(lián)網(wǎng)+”、“創(chuàng)意孵化”、“前沿工程應(yīng)用”等組別，吸引了全國多所高校師生的廣泛參與。

而筆者在授課、指導(dǎo)課內(nèi)實驗及指導(dǎo)全國虛擬儀器大賽的過程中，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)采用“以教師講授為主”的單向信息傳輸?shù)慕虒W(xué)模式，無法解決現(xiàn)有課程內(nèi)容豐富、課時量少、選課學(xué)生較多和學(xué)生基礎(chǔ)差異較大等問題，此外，虛擬儀器課程的教學(xué)內(nèi)容與全國比賽的目標尚存在較大差距。

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)[12]，為了照顧大多數(shù)同學(xué)的理解能力，尤其是有限的課時導(dǎo)致課堂上只能講授基礎(chǔ)的知識與方法，而較困難的選學(xué)及擴展部分只能留到課下由學(xué)生獨自完成。而缺乏有效指導(dǎo)的實踐過程往往讓學(xué)生感到沮喪、知難而退，所以將簡單的基礎(chǔ)知識放在課下由學(xué)生自學(xué)完成，將難點和問題放到課上討論和解決才能進一步提高教學(xué)效果。

三、應(yīng)對的思路與方法

翻轉(zhuǎn)課堂是指在信息化環(huán)境中，教師以授課視頻的形式向?qū)W生提供學(xué)生學(xué)習(xí)資源，學(xué)生在課前通過教學(xué)視頻中的學(xué)習(xí)資料自主學(xué)習(xí)，在課中教師針對學(xué)生的問題進行解答疑惑，在課后教師對授課內(nèi)容進行評價與提升。簡單地說，翻轉(zhuǎn)課堂是將傳統(tǒng)課堂“以教為主”的形式翻轉(zhuǎn)為“以學(xué)為主”，具體翻轉(zhuǎn)的內(nèi)容包括：學(xué)習(xí)與作業(yè)、思考與討論、理論與實踐。而混合式教學(xué)，則是將線上、線下相結(jié)合，理論、實踐相結(jié)合，學(xué)習(xí)、討論相結(jié)合，充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源與現(xiàn)代豐富的教學(xué)平臺，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。教學(xué)過程設(shè)計與持續(xù)改進流程如圖1所示。

（一）學(xué)生課前通過MOOC學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識點

虛擬儀器課程具有入門快，但內(nèi)容量巨大的特點，由此導(dǎo)致老師在課堂上的講解不可能面面俱到，并且過多的理論講解也會令學(xué)生感到枯燥乏味。95后學(xué)生追求自由、異見性強、注意力集中時間有限，線上活躍、線下沉默、主要通過網(wǎng)絡(luò)獲取信息，而具有時長較短、針對性強、學(xué)習(xí)時間自由等特點的MOOC正是針對95后學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的一種行之有效的方式。利用視頻教學(xué)的另外一個優(yōu)點，就是便于學(xué)生隨時學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)與鞏固。

目前，“學(xué)堂在線”網(wǎng)站上已有由虛擬儀器官方美國國家儀器公司發(fā)布的LabVIEW基礎(chǔ)及進階課程，知識點全面、權(quán)威、免費開放。而針對學(xué)生課前線上學(xué)習(xí)效果的評價可以通過發(fā)布課前自測題目來實現(xiàn)，利用“課堂派”平臺導(dǎo)入測試，學(xué)生在線答題，生成測試分析，掌控全班學(xué)習(xí)情況，并在課中針對錯誤率較高的題目進行講解，實現(xiàn)學(xué)習(xí)與作業(yè)的翻轉(zhuǎn)。

（二）重新構(gòu)建學(xué)習(xí)流程，在課上進行答疑解惑

學(xué)生的學(xué)習(xí)過程通常分為兩個階段：第一階段是“信息傳遞”，通過教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間的溝通和互動來實現(xiàn)，這部分通常在課上完成；第二個階段是“吸收內(nèi)化”，是由學(xué)生在課后獨立完成的。課后，由于缺乏老師和同學(xué)的幫助，內(nèi)化階段往往讓學(xué)生感到困難和沮喪，從而放棄課后階段的學(xué)習(xí)與提升機會?！胺D(zhuǎn)課堂”重新調(diào)整了以上兩個學(xué)習(xí)階段：通過MOOC實現(xiàn)學(xué)生在課前獨自完成“信息傳遞”過程；將“吸收內(nèi)化”過程安排至課中，通過在課堂上與教師和其他學(xué)生的互動來完成，教師可以在課前通過自測問題提前了解學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，并在課堂上提供有效的輔導(dǎo)并組織學(xué)生之間的互動與交流，實現(xiàn)思考與討論的翻轉(zhuǎn)。

（三）增加實踐環(huán)節(jié)的比例，以學(xué)生自主編程為核心

虛擬儀器課程屬于編程實踐類課程，在電子信息工程專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中同時包含軟件和硬件的開發(fā)，遵循“翻轉(zhuǎn)課堂”以學(xué)生為中心的指導(dǎo)思想，設(shè)計由基礎(chǔ)到進階、由軟件到硬件的多種創(chuàng)新性實驗，由學(xué)生自主編程，遇到問題可以在課堂上進行分組討論、集中講解，或針對不同的學(xué)生進行單獨指導(dǎo)。通過實踐加深學(xué)生對理論知識的理解，增加對虛擬儀器課程的興趣，提高編程、創(chuàng)新及動手實踐能力。在筆者所在學(xué)校的2016版電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)方案及教學(xué)大綱修訂中，將虛擬儀器課程學(xué)時由原來的16（理論）+16（實驗）調(diào)整為12（理論）+20（實驗），實現(xiàn)理論與實踐的翻轉(zhuǎn)。

（四）設(shè)計開放實驗項目，指導(dǎo)虛擬儀器競賽

為對虛擬儀器技術(shù)感興趣并且學(xué)有余力的同學(xué)在課后提供開放實驗項目，提供硬件資源及實驗環(huán)境。并依據(jù)開放實驗項目的完成情況進行作品及成員的篩選，指導(dǎo)其進一步完善作品，參加校級、國家級虛擬儀器競賽。尤其是國家級比賽，學(xué)生可與全國知名高校的同學(xué)同臺競技，既是檢驗自己也是互相學(xué)習(xí)的機會。學(xué)生自選實踐環(huán)節(jié)可以作為本課程的出口，以更為嚴格的標準作為評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果的手段。

四、實踐探索的初步成效

混合式教學(xué)模式在筆者所在學(xué)校電子信息工程專業(yè)2015級學(xué)生中試行取得了一定的階段成果：

第一，及格率及學(xué)生評教滿意度有所上升，選課人數(shù)91人，試卷及格率為89.01%，總評及格率為96.70%，學(xué)生評教滿意度為96%。

第二，學(xué)生對課外開放實驗課題的興趣與覆蓋面大幅提升，對比以往10～15人的報名人數(shù)，本年度虛擬儀器開放實驗課題的報名人數(shù)達到30人，占選課人數(shù)的30%。

第三，校級及全國虛擬儀器大賽成績優(yōu)秀。2016年校級虛擬儀器大賽，8支隊伍參賽，獲一等獎6項、二等獎2項；2017年校級虛擬儀器大賽，10支隊伍參賽，獲一等獎5項，二等獎5項；2017年全國虛擬儀器大賽，6支參賽隊伍提交作品，4支入圍復(fù)審，一支隊伍入圍決賽并獲得前沿工程應(yīng)用組全國一等獎，學(xué)校獲得優(yōu)秀組織獎，獲獎證書及獎牌如圖2所示。獲獎作品“混色3D打印系統(tǒng)”受到大賽評審、NI公司及各家媒體的廣泛關(guān)注[13，14]。

五、結(jié)束語

本文針對虛擬儀器課程的特點進行了教學(xué)改革的嘗試，提出了將MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂、實踐教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，并進行了初步的探索和實踐，取得了一定的階段性成果，對其他課程具有借鑒意義。對課程的教學(xué)內(nèi)容體系、個性化學(xué)習(xí)策略、多樣化教學(xué)活動、線上/線下課程評價體系進行研究，并形成持續(xù)改進機制，不斷完善課程教學(xué)任務(wù)及學(xué)習(xí)要求。通過翻轉(zhuǎn)課堂，將理論知識放到課前由學(xué)生自學(xué)，將較難的“吸收內(nèi)化”過程放到課上進行答疑解惑，并且提高實踐教學(xué)比例（12理論+20實驗），增加課堂互動，提高學(xué)生的參與度、學(xué)習(xí)興趣、動手能力。因材施教，通過課上及課后開放實驗項目篩選有興趣、有能力的同學(xué)，進一步指導(dǎo)，參加校級、國家級虛擬儀器競賽。但對于學(xué)生課下學(xué)習(xí)情況的約束還缺乏直接有效的手段，在下一輪的教學(xué)實踐中將針對在線課程學(xué)習(xí)監(jiān)控平臺進行研究與探索。

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