試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理課程混合式教學(xué)改革和實踐

薛長國，閔凡飛

(安徽理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南232001)

傳統(tǒng)課堂教學(xué)以教師講授為主，教師講授知識和學(xué)生聽課是整個課堂教學(xué)的重點和中心。這樣的教學(xué)過程中，教師對學(xué)生的教學(xué)實施，是一種單向的“培養(yǎng)”活動。課堂上教師的教和學(xué)生的學(xué)主要的工作是完成教案中所設(shè)計好的教學(xué)內(nèi)容，以教定學(xué)，以本為本，教路單一，不能實時和學(xué)生互動。傳統(tǒng)的教學(xué)方式通過注入式等的教學(xué)方式向?qū)W生輸入知識而忽視了對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)[1-2]。

伴隨著教學(xué)理念提升和信息化技術(shù)的進步和發(fā)展，不斷涌現(xiàn)的教學(xué)新模式已經(jīng)深刻地影響著課堂教學(xué)的開展和效果?！盎旌鲜浇虒W(xué)模式”已經(jīng)成為課堂教學(xué)的熱門，這種模式整合了線上教育與線下課堂教學(xué)各自的優(yōu)勢，使授課教師能夠因材施教，對不同專業(yè)的學(xué)生可以進行分類教學(xué)或者遠程授課[3-5]。本文在線上和線下混合式教學(xué)的基礎(chǔ)上，進行了基于超星泛雅平臺的試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理的混合式教學(xué)模式的探索與研究。以課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的混合教學(xué)為主，以學(xué)生為中心，主要開展材料試驗的優(yōu)化設(shè)計、材料數(shù)據(jù)的正交試驗的數(shù)據(jù)分析、回歸分析和用Excel處理實驗數(shù)據(jù)等內(nèi)容，以提高學(xué)生分析問題和解決實際問題的能力。

1 傳統(tǒng)課堂教學(xué)中存在的問題

授課模式主要是以教師講課過程為中心，“填鴨式”的教學(xué)模式，學(xué)生在整個教學(xué)課堂中處于被動的地位，難以與當(dāng)前學(xué)生培養(yǎng)方向相適應(yīng)，無法達到理想的教學(xué)目標(biāo)；在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，不注重過程性考核，學(xué)生在課程考試中突擊復(fù)習(xí)幾天，依舊是60分萬歲的理念，學(xué)生的能力無法提升。課程內(nèi)容過于陳舊，一些新的實驗方法都沒有及時傳授給學(xué)生，新的知識不及時更新，會導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)知識片面化。如何提高聽課學(xué)生的積極性、主動性和參與性，教師要充分發(fā)揮指引和協(xié)助的作用，建立師生間有效的雙向鏈接，提升教學(xué)效果。對于學(xué)生來講，如何能更好地利用“碎片化”的空閑時間進行消化、吸收和鞏固課上知識，傳統(tǒng)教學(xué)模式中理論知識往往缺少一些實際的教學(xué)案例做支持，也使得學(xué)生解決實際問題的能力即創(chuàng)新能力得不到培養(yǎng)和提高。

2 課程內(nèi)容與資源建設(shè)及應(yīng)用情況

針對通常課堂教學(xué)存在的問題，利用超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺和課堂教學(xué)結(jié)合起來，進行“試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程的混合式課堂的實施。利用教學(xué)平臺和大數(shù)據(jù)技術(shù)拓展“教”的范圍與“學(xué)”的時間，不斷修正課堂教學(xué)的不足和問題。利用超星網(wǎng)絡(luò)平臺開展線上互動教學(xué)，選擇基于“建設(shè)課程、發(fā)布通知、在線學(xué)習(xí)、作業(yè)測試、交互答疑、督導(dǎo)督學(xué)”的超星“六步教學(xué)方法”[6-7]。課堂教學(xué)中通過采用實時選人回答、搶答、多屏互動、主題討論等諸多功能以及體驗式教學(xué)活動，既活躍了課堂氣氛，又提高了課堂的趣味性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性[7]。

3 課程教學(xué)內(nèi)容及組織實施情況

3.1 學(xué)情分析

授課教師首先要根據(jù)不同專業(yè)的教學(xué)對象進行課程前期準備工作，明確教學(xué)目標(biāo)，并對試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計出針對性強和參與程度高的教學(xué)資源。基于超星平臺在線課程授課方式的方便靈活性，改變了傳統(tǒng)單一的授課模式，提高了聽課學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2 教學(xué)設(shè)計

教學(xué)設(shè)計包括課程教學(xué)內(nèi)容梳理和設(shè)計及教學(xué)過程具體組織方法和形式。設(shè)計和實施混合式教學(xué)模式中所需要的教學(xué)資源，包括課程的教學(xué)大綱教學(xué)計劃、課程課件、作業(yè)題以及每個單元的微視頻和拓展資源等。針對不同專業(yè)的學(xué)生，采用不同教學(xué)案例進行數(shù)據(jù)處理內(nèi)容的體驗式教學(xué)。為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和課外拓展提供了豐富的資料，滿足了課程理論教學(xué)和實踐教學(xué)的需求，教學(xué)團隊已經(jīng)利用超星平臺上傳了教學(xué)大綱、課件、視頻、教材等線上教學(xué)資料，為深入開展線上教學(xué)奠定了基礎(chǔ)。詳見圖1。

圖1 線上線下混合式教學(xué)模式設(shè)計

(1)發(fā)掘?qū)I(yè)課中的思政元素。在講述試驗設(shè)計歷史時，以中國科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院王元院士和方開泰研究員于1978年根據(jù)七機部三院的三個不同型號的導(dǎo)彈的指揮儀數(shù)學(xué)模型的要求而首創(chuàng)的試驗設(shè)計方法均勻?qū)嶒灋槔?。該方法多年來在我國航天工業(yè)產(chǎn)學(xué)研中起到了重大的作用, 因此獲1988年國家科技進步特等獎，目前在中國知網(wǎng)以“均勻設(shè)計”為關(guān)鍵詞進行搜索，就有9 738條相關(guān)結(jié)果。思政元素的滲入，增強學(xué)生的民族自豪感，也讓學(xué)生拓寬視野。

(2)創(chuàng)新方法與實踐教學(xué)、專業(yè)競賽活動融合，實現(xiàn)“競爭式”學(xué)習(xí)過程。這樣可有效提升學(xué)生參與大學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動的熱情，積極參加大學(xué)生課外科技競賽活動、專業(yè)競賽活動融合可作為創(chuàng)新教育在實踐體驗性教學(xué)案例。以此為基礎(chǔ)，實現(xiàn)學(xué)生的“競爭性”學(xué)習(xí)過程，并有效培養(yǎng)其綜合素質(zhì)。

(3)建立體驗式教學(xué)案例。在課堂上建立基于一系列的教學(xué)演示儀測量案例的教學(xué)案例。利用接觸角教學(xué)演示儀進行潤濕性的檢測，在課堂上得到接觸角數(shù)據(jù)，并建立不同實驗案例下接觸角指標(biāo)和材料影響因素的關(guān)系。實現(xiàn)對試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理的教學(xué)中實踐教學(xué)和參與式教學(xué)；建立上述教學(xué)案例的教學(xué)演示程序，從而使教學(xué)更好地和實踐相結(jié)合，滿足對材料專業(yè)人才日益增長的要求。

(4)教學(xué)評價以過程性考核為重點。過程性評價指利用超星泛雅平臺收集的大數(shù)據(jù)進行學(xué)生在線學(xué)習(xí)情況的統(tǒng)計和分析，如課程視頻觀看時長、討論參與次數(shù)、作業(yè)完成質(zhì)量和課堂互動情況等。成績考核采用線上與線下相結(jié)合的方式，其中線上考核占50%，線下考核占50%。線上考核50%包括作業(yè)20%、簽到10%、課程音視頻5%、章節(jié)學(xué)習(xí)10%和討論5%，可以根據(jù)上課時候側(cè)重點重新選取權(quán)重。重視過程的考核方式有效地督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)，很好地激發(fā)學(xué)生積極的參與課堂討論學(xué)習(xí)熱情，課堂氣氛活躍度較高，課后作業(yè)完成率較高等。

4 教學(xué)效果

以在2017資源循環(huán)專業(yè)班級使用混合式教學(xué)模式、2016級資源循環(huán)專業(yè)班級使用傳統(tǒng)教學(xué)模式為例。兩種教學(xué)模式的期末學(xué)生成績對比如圖2，采用混合式教學(xué)模式的班級成績優(yōu)秀和良好率大幅度提升。說明在使用線上線下混合教學(xué)方法后，學(xué)生參與度、學(xué)習(xí)積極性和實際數(shù)據(jù)分析處理能力均有一定程度提高。

圖2 混合式教學(xué)模式(2017級)和傳統(tǒng)教學(xué)模式(2016級)之學(xué)生期末成績對比

將TRIZ創(chuàng)新方法應(yīng)用于混合教學(xué)模式后，所帶專業(yè)班級學(xué)生獲得了2019年國家挑戰(zhàn)杯大賽三等獎和2020年第九屆中國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計劃競賽銅獎，顯示本專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力得到了一定的提高。課程改革實施過程中獲得了教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目，安徽省高等學(xué)校省級重點教學(xué)研究項目，安徽理工大學(xué)一流本科課程建設(shè)項目等諸多項目的支持。教學(xué)團隊基于此課程建設(shè)項目獲得了安徽省教學(xué)成果獎三等獎3項，獲得了同行專家的認可。

5 結(jié)語

采用線上線下混合式教學(xué)方法，可以有效地將超星平臺的線上豐富的課程資源和線下面對面的講授相融合。在線學(xué)習(xí)和做相應(yīng)習(xí)題使學(xué)生可以有效利用碎片化時間進行課程學(xué)習(xí)，通過布置作業(yè)、討論等活動的開展，有效地提高了學(xué)生自學(xué)在線知識的興趣。與傳統(tǒng)的授課模式相比，教學(xué)資源更加豐富，明顯提高了學(xué)習(xí)效率。通過該課程學(xué)習(xí)，學(xué)生具備獨立完成科學(xué)研究試驗方案設(shè)計的能力，具有結(jié)合專業(yè)知識對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的能力。