以問題為引導(dǎo)的混合式教學(xué)模式研究

馬東堂 張曉瀛 趙海濤 熊俊

[摘 要] 混合式教學(xué)既是線下面對面教學(xué)和在線教學(xué)的混合，更是一種“以學(xué)生為中心”的教學(xué)與輔導(dǎo)方式的混合。針對傳統(tǒng)“通信原理”教學(xué)中存在的學(xué)生課后學(xué)習(xí)時間不足、課堂注意力難以長時間集中，以及理論教學(xué)和實踐應(yīng)用脫節(jié)等問題，以國家精品在線開放課程“通信原理”為依托，形成了以問題為引導(dǎo)的混合式教學(xué)模式。從線上線下課時安排、教學(xué)組織、教師分工和學(xué)習(xí)成效考核方式等方面進行了探索。實踐表明，該混合式教學(xué)模式在“通信原理”教學(xué)中取得了良好效果，可為其他類似課程開展混合式教學(xué)提供參考。

[關(guān)鍵詞] 混合式教學(xué);以問題為引導(dǎo)的教學(xué);小規(guī)模限定性在線課程

[基金項目] 2018年度國防科技大學(xué)本科教育教學(xué)研究課題“基于‘通信原理在線開放課程的混合式教學(xué)模式研究”（U2018101）

[作者簡介] 馬東堂（1969—），男，安徽靈璧人，博士，國防科技大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事智能通信與網(wǎng)絡(luò)、物理層安全、通信基礎(chǔ)理論研究。

[中圖分類號] G642.0? ? ?[文獻標識碼] A? ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）08-0116-04? ? ?[收稿日期] 2020-08-17

一、引言

“以學(xué)生為中心”是工程教育專業(yè)認證的核心理念，也是當前教育教學(xué)改革的目標導(dǎo)向。麻省理工學(xué)院的拉斐爾·萊夫校長在《麻省理工學(xué)院教育的未來》報告中就強調(diào)，“我們必須要打造以學(xué)生為中心的教育”。在線教育被認為是現(xiàn)代教學(xué)改革的催化劑，而如何貫徹“以學(xué)生為中心”的理念，并將線上和線下教學(xué)深度融合，構(gòu)建能夠適應(yīng)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求的教學(xué)模式仍是需要進一步研究和探討的課題。

以問題為引導(dǎo)的教學(xué)（Problem-Based Learning，PBL）是“以學(xué)生為中心”的教學(xué)方式，1969年由美國的Barrows教授在加拿大的麥克馬斯特大學(xué)首創(chuàng)，目前已成為國際上較流行的一種教學(xué)方法。其精髓在于發(fā)揮問題對學(xué)習(xí)過程的指導(dǎo)作用，調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性?；旌鲜浇虒W(xué)（BlendedLearning，BL）既是線下面對面教學(xué)和在線教學(xué)的混合，更是一種“以學(xué)生為中心”的教學(xué)與輔導(dǎo)方式的混合。目前，混合式教學(xué)已成為教育教學(xué)領(lǐng)域的研究熱點，并將成為未來教育的“新常態(tài)”[1]。馮曉英等學(xué)者對國內(nèi)外混合式教學(xué)的研究現(xiàn)狀進行了述評[2]，指出“互聯(lián)網(wǎng)+”混合式教學(xué)模式將是研究重點;李逢慶認為掌握學(xué)習(xí)理論、首要教學(xué)原理、深度學(xué)習(xí)理論和主動學(xué)習(xí)理論是混合式教學(xué)的理論基礎(chǔ)[3];湯勃等學(xué)者對“互聯(lián)網(wǎng)+”混合式教學(xué)進行了深入研究[4];史俊偉等學(xué)者以“工程制圖”課程為例，從教學(xué)目標設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計、教學(xué)活動設(shè)計、考評方式設(shè)計等方面進行了探索[5]。本文以“通信原理”課程為例，針對線上和線下教學(xué)中存在的問題，以知識圖譜為索引，以知識點為基本教學(xué)單元，兼顧知識的系統(tǒng)性和知識點碎片化的特點，以國防科大開設(shè)的國家精品在線開放課程“通信原理”和中國大學(xué)MOOC的“慕課堂”為依托進行了SPOC教學(xué)實踐和探索，形成了“課前線上線下預(yù)習(xí)+線上學(xué)習(xí)情況講評+重難點研討和講解+課堂測試和解析+知識擴展”的以問題為引導(dǎo)的混合式教學(xué)模式。

二、混合式教學(xué)的內(nèi)涵與發(fā)展

混合式教學(xué)研究源于2000年“美國教育部教育技術(shù)白皮書”中提到的混合式學(xué)習(xí)。其內(nèi)涵的演變可分為技術(shù)應(yīng)用、技術(shù)整合和“互聯(lián)網(wǎng)+”三個階段[2]。

2000—2006年為技術(shù)應(yīng)用階段，重點強調(diào)技術(shù)在教與學(xué)中的核心作用，混合式教學(xué)被視為從面對面教學(xué)到在線教學(xué)的過渡階段。

2007—2013年為技術(shù)整合階段，混合式教學(xué)被視為一種獨立而不是過渡性的教學(xué)模式。重點關(guān)注“交互”，強調(diào)學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師、學(xué)生與內(nèi)容、學(xué)生與外部資源之間的交互。由“教師為中心”轉(zhuǎn)向“以學(xué)生為中心”。

2013年至今是“互聯(lián)網(wǎng)+”階段，強調(diào)“以學(xué)生為中心”。研究熱點是教學(xué)環(huán)境構(gòu)建、教學(xué)設(shè)計和效果評價，突出信息技術(shù)與課程教學(xué)的深度融合。

三、傳統(tǒng)“通信原理”教學(xué)存在的問題

（一）面對面教學(xué)存在的問題

第一，學(xué)生課后學(xué)習(xí)時間有限。目前國內(nèi)的電子信息類專業(yè)本科生培養(yǎng)方案普遍存在著課程門數(shù)和課堂教學(xué)學(xué)時過多的問題，而且有些學(xué)校（如軍事院校、航空學(xué)校等）體能訓(xùn)練會占用大量課外時間，導(dǎo)致學(xué)生課后學(xué)習(xí)的時間非常有限，因而需要在混合式教學(xué)設(shè)計中充分利用有限的課外時間，設(shè)法提高教學(xué)效率。

第二，課堂上難以長時間集中注意力聽講。研究表明，成年人的注意力高度集中的時間約為20分鐘?！巴ㄐ旁怼钡恼n堂教學(xué)內(nèi)容理論性強，教學(xué)內(nèi)容豐富[6]，以教授為主的傳統(tǒng)課堂容易出現(xiàn)打瞌睡、開小差等現(xiàn)象。解決此問題可以借鑒MOOC教學(xué)的做法，將課堂講授內(nèi)容縮短，穿插一些測試和研討。

第三，理論教學(xué)和實踐應(yīng)用脫節(jié)。傳統(tǒng)“通信原理”教學(xué)中，存在著“重理論，輕實踐”“重驗證，輕設(shè)計”和貼近實際應(yīng)用不夠的問題，導(dǎo)致理論教學(xué)和實踐應(yīng)用脫節(jié)，難以滿足培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的要求。

第四，考核方式單一，對持續(xù)改進支撐不夠。傳統(tǒng)的“通信原理”教學(xué)一般采用期末卷面考試+實驗報告的考核形式。而“通信原理”是一門實踐能力要求很強的課程，需要建立一套形成性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合的多元化考核機制，引入非標準答案考核模塊，并通過考核分析支持課程教學(xué)的持續(xù)改進。

（二）在線教學(xué)存在的問題

2013年以來，以MOOC為代表的在線課程發(fā)展迅速，對傳統(tǒng)課堂的教學(xué)有一定的沖擊和影響。MOOC為學(xué)習(xí)者提供了更大的自主性和靈活性，也提供了更多的線上交流和互動的機會。我們先后在中國大學(xué)MOOC網(wǎng)站開設(shè)了八期“通信原理”課程，選課人數(shù)超過10萬。在開設(shè)過程中發(fā)現(xiàn)一些問題，一是教學(xué)模式相對單一，不能適應(yīng)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求，難以適應(yīng)學(xué)生分布式認知和高階思維能力的培養(yǎng)。二是MOOC教師無法起到言傳身教的作用。盡管MOOC支持多種形式的線上互動，但還是無法達到師生面對面交流的效果。三是評估考核結(jié)果可信性問題。極個別學(xué)習(xí)者為了獲得證書在完成作業(yè)和在線考試中的作弊行為很難杜絕。四是完成率和通過率低的問題。雖然注冊人數(shù)眾多，但能夠完成MOOC學(xué)習(xí)的人數(shù)卻很少。在沒有監(jiān)督的情況下完成MOOC的全部學(xué)習(xí)內(nèi)容確實不是一件容易的事。更多的時候MOOC被在校學(xué)生學(xué)習(xí)“通信原理”時當作線上輔導(dǎo)的資料。

四、以問題為引導(dǎo)的混合式教學(xué)設(shè)計

近年來，我們先后多次在中國大學(xué)MOOC上開設(shè)“通信原理”小規(guī)模在線課程（SPOC），進行以問題為引導(dǎo)的混合式教學(xué)探索。教學(xué)設(shè)計借鑒了MOOC教學(xué)的特點，以課程知識圖譜為索引，以知識點為基本教學(xué)單元，整個課程教學(xué)分為課前線上線下預(yù)習(xí)、問題匯總和預(yù)習(xí)情況講評、重難點問題討論和講解、隨堂測試和答案解析、拓展思考和課后作業(yè)、分組專題研討6個環(huán)節(jié)。具體內(nèi)容如下。

（一）課時安排和教學(xué)組織

課內(nèi)學(xué)時為54學(xué)時，其中重難點問題的講解和研討36學(xué)時，分組專題研討10學(xué)時，實驗8學(xué)時。學(xué)生課外完成基于線上線下資源的預(yù)習(xí)、分組討論、提出問題、復(fù)習(xí)和測試、作業(yè)等，約54學(xué)時。

以一節(jié)課為例，各環(huán)節(jié)的時間安排和教學(xué)組織如下：第一，課前線上線下預(yù)習(xí)15～20分鐘。根據(jù)前一節(jié)課的布置，學(xué)生根據(jù)線上發(fā)布的視頻、課件、討論題和線下的教材進行預(yù)習(xí)，各小組（每個小組3～5人）針對預(yù)習(xí)內(nèi)容提出具體的重難點問題，提前反饋給教師。第二，問題匯總和預(yù)習(xí)情況講評3～5分鐘。主講教師收集問題后，進行分析和提煉，確定重難點問題。預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)是對學(xué)習(xí)評價的一部分，預(yù)習(xí)情況會記錄在運行平臺上。第三，重難點問題討論和講解15～20分鐘。教師講授為主，以提問的方式讓學(xué)生參與，一方面檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，另一方面激發(fā)學(xué)生在課堂上積極思考。第四，隨堂測試和答案解析8～10分鐘。測試題量為3～5道，難度適中，主要針對所討論知識點的基本概念和原理而設(shè)計，測試成績是線上考核成績的一部分。第五，拓展思考和課后作業(yè)，課內(nèi)3～5分鐘，課后15～20分鐘。課堂上由教師提出需要進一步拓展思考的問題，布置學(xué)生課后要完成的作業(yè)和下節(jié)課程需要預(yù)習(xí)的內(nèi)容。課后，學(xué)生結(jié)合線上線下資源進行復(fù)習(xí)，并完成單元測試和課后作業(yè)。第六，分組專題研討，主要是根據(jù)創(chuàng)新性能力培養(yǎng)、探究性和個性化的需要，針對核心知識點設(shè)計研討課題，從前沿課題中提煉與課程緊密相關(guān)的多個教學(xué)案例（軟件無線電系統(tǒng)的寬帶信號采樣、無線局域網(wǎng)中的均衡算法、部分響應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)用、QPSK調(diào)制解調(diào)、OFDM接收機設(shè)計、多載波傳輸系統(tǒng)的同步、無線光通信中的復(fù)用技術(shù)等），以小組為單位完成研討課題的資料查閱、方案設(shè)計、理論分析、算法仿真和成果總結(jié)。每個小組選擇完成一個研討課題，需要用課內(nèi)10學(xué)時，主要用于各小組匯報設(shè)計方案、研討問題和研究結(jié)論。以各小組提交的最終研究報告和匯報情況為考核依據(jù)，提出有新意的解決方案并能進行初步仿真驗證者評價為優(yōu)秀，正確理解研討問題并給出基本解決方案者評價為合格，未能完成預(yù)定目標者評價為不合格。研討課題屬于無標準答案考核方式，根據(jù)各小組完成情況評分。在小組評分的基礎(chǔ)上，根據(jù)小組內(nèi)各成員的貢獻和組內(nèi)協(xié)作情況對每個成員進行評價。

（二）教師分工

主講教師全面負責(zé)混合式教學(xué)過程，包括課堂環(huán)節(jié)的設(shè)計、線上線下學(xué)習(xí)情況和問題匯總、重難點問題講解、研討課題的發(fā)布、評價和指導(dǎo)。助教負責(zé)線上線下答疑、研討課題指導(dǎo)、練習(xí)庫習(xí)題設(shè)計、作業(yè)批改和課程實驗指導(dǎo)、形成性考核分數(shù)統(tǒng)計等工作。

（三）學(xué)習(xí)成效考核方式

采用形成性考核和終結(jié)性課程考試相結(jié)合的考核方式。期末考試成績占60%，實驗成績占15%，平時成績占25%。平時成績包括線上學(xué)習(xí)（含作業(yè)、單元測試、課堂測試、參與討論和線上學(xué)習(xí)投入等）成績、課堂表現(xiàn)和課程研討報告成績。其中，線上學(xué)習(xí)成績占70%，課堂表現(xiàn)占10%，課程研討成績占20%。

線上學(xué)習(xí)成績中，作業(yè)占20%，隨堂測試占15%，單元測驗占15%，討論占10%，學(xué)習(xí)投入占10%。圖1為某學(xué)期平時成績記錄。

五、教學(xué)實例與教學(xué)效果分析

（一）教學(xué)實例

這里以部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)為例來說明線上線下課程實施過程。問題：如何構(gòu)建和實現(xiàn)部分響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)？目標是讓學(xué)生掌握部分響應(yīng)的基本原理、波形構(gòu)建和實現(xiàn)方法，提高工程設(shè)計和分析能力。教學(xué)實施過程如下。

第一，前一節(jié)課下課前，主講教師通過“慕課堂”發(fā)布預(yù)習(xí)要求和本節(jié)課堂教學(xué)的主要內(nèi)容。學(xué)生基于SPOC上發(fā)布的視頻、課件、討論題和配套教材[6]進行預(yù)習(xí)（預(yù)習(xí)情況會在平臺上留下記錄），約20分鐘。主講教師根據(jù)從各小組收集的問題準備課上重點講解的內(nèi)容和3道隨堂測試練習(xí)題（從助教錄入的練習(xí)庫中選擇），測試題的設(shè)計注重前后知識點的聯(lián)系和知識的綜合運用，分別涉及第I類部分響應(yīng)概念、傳輸帶寬和差錯傳播問題。

第二，學(xué)生在“慕課堂”平臺上簽到后，主講教師對預(yù)習(xí)情況進行簡單講評。然后，引出課前匯總的5個重難點問題（第I類部分響應(yīng)波形的引入、構(gòu)建、可控制的碼間串擾、差錯傳播問題）。

第三，重難點問題講解和討論。在討論部分響應(yīng)波形的引入時，讓學(xué)生參與思考并理解第I類部分響應(yīng)波形為何兼具理想傳輸特性和升余弦滾降譜特性的優(yōu)點。在討論“可控制的碼間串擾”時，通過提問加深學(xué)生對這一概念的理解。

第四，隨堂測試和答案解析，學(xué)生使用手機登錄“慕課堂”完成測試，約5分鐘，答案解析大約需要5分鐘。該測試一方面是檢查和加強學(xué)生對第I類部分響應(yīng)的理解，另一方面是為了解決學(xué)生聽講時間過長出現(xiàn)精力不集中的問題。

第五，拓展思考和課后作業(yè)，提出需要進一步拓展思考的問題（部分響應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)用和奈奎斯特第三準則），布置學(xué)生課后要完成的作業(yè)（完成SPOC課程第五單元測試）。課后，學(xué)生結(jié)合線上線下資源進行復(fù)習(xí)，并完成單元測試和課后作業(yè)。

第六，分組專題研討，依托自行開發(fā)的軟件無線電教學(xué)平臺對“部分響應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)用”課題進行分組專題研討和應(yīng)用，深入探討碼間串擾、頻帶利用率和部分響應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)性。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)成績對比

通過采用問題導(dǎo)向的混合式教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生利用碎片化時間，提高自主學(xué)習(xí)意識，重點和難點內(nèi)容得到加強。學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力得到增強，教學(xué)效率顯著提升。表1給出了未實施混合式教學(xué)班（平行班）與實施混合式教學(xué)班（實驗班）的期末考試成績對比。由此表可見，實驗班的平均分為79.9分，比平行班的平均分高8.8分。

六、結(jié)語

本文以知識圖譜為索引，以知識點為基本教學(xué)單元，兼顧知識的系統(tǒng)性和知識點的碎片化特點，通過分組專題研討培養(yǎng)學(xué)生解決通信中的復(fù)雜工程問題的能力。設(shè)計了“課前線上線下預(yù)習(xí)+線上學(xué)習(xí)情況講評+重難點研討和講解+課堂測試和解析+知識擴展”的以問題為引導(dǎo)的混合式教學(xué)模式，較好地解決了學(xué)生難以長時間集中精力聽講和課堂參與度不足的問題，杜絕課堂打瞌睡現(xiàn)象，提高了課堂教學(xué)效率。教學(xué)和科研緊密結(jié)合，將科研過程中提煉的基礎(chǔ)問題引入“通信原理”教學(xué)中，可解決理論教學(xué)與技術(shù)應(yīng)用脫節(jié)的問題。

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