基于混合式教學(xué)模式的虛擬儀器設(shè)計課程探索與實踐

趙金才 劉國彥 衛(wèi) 勇

（天津農(nóng)學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院，天津 300384）

0 引言

混合式教學(xué)是學(xué)生、教師與學(xué)習(xí)資源之間面對面交互和以技術(shù)為媒介交互的系統(tǒng)性教學(xué)活動，能夠有效地將在線教學(xué)的優(yōu)勢與傳統(tǒng)課堂教學(xué)群體學(xué)習(xí)的優(yōu)勢融為一體，授課形式更加靈活與多元，實現(xiàn)了真實教學(xué)環(huán)境與網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境相結(jié)合、師生間課堂交流與網(wǎng)絡(luò)交流相結(jié)合，以及網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、接受式學(xué)習(xí)與發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)等多種學(xué)習(xí)模式相結(jié)合。既能夠發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性[1]。虛擬儀器是當(dāng)前儀器與測量技術(shù)發(fā)展的一個重要方向，虛擬儀器設(shè)計課程是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，也是對學(xué)生已學(xué)多門理論課程知識的融合，同時也是將理論與實踐結(jié)合、鍛煉學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的重要一環(huán)。不僅實踐性強(qiáng)，而且需要較多前期課程知識的支撐，但傳統(tǒng)虛擬儀器設(shè)計課程教學(xué)中存在以下問題[2]：

（1）傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)模式易使學(xué)生產(chǎn)生倦怠感，學(xué)習(xí)興趣不強(qiáng)；

（2）受課程學(xué)時限制，課上實踐課時有限，分析、解決實踐問題不夠完整，缺乏系統(tǒng)性；

（3）實踐內(nèi)容缺乏開放性，無法發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，不利于學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

為此，將混合式教學(xué)模式引入虛擬儀器設(shè)計課程的教學(xué)中，進(jìn)行基于混合式教學(xué)模式的虛擬儀器設(shè)計課程探索。

1 教學(xué)組織

傳統(tǒng)教學(xué)模式下，由于受教學(xué)任務(wù)、時間和地點(diǎn)的限制，教學(xué)過程以教師講授為主，學(xué)生處于被動接受狀態(tài)。這與工程教育認(rèn)證的核心理念——以產(chǎn)出為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)的工程教育理念不相符，應(yīng)嘗試探索傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革，在教與學(xué)的過程中實現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的理念。因此，引入混合教學(xué)模式對虛擬儀器設(shè)計的課程教學(xué)進(jìn)行了線上與線下相結(jié)合的組織模式改革。

1.1 線上教學(xué)模式

采用“智慧樹”平臺建設(shè)虛擬儀器設(shè)計SPOC課程，基于LabVIEW虛擬儀器設(shè)計與開發(fā)環(huán)境，針對LabVIEW的VI創(chuàng)建、程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、圖形顯示、文件操作、數(shù)據(jù)采集、信號分析與處理、通信接口等內(nèi)容分別錄制并制作講課視頻，關(guān)聯(lián)電子資料、單元測試題目等線上資源。根據(jù)課程授課計劃通過智慧樹發(fā)布作業(yè)的功能定時發(fā)布作業(yè)及預(yù)習(xí)要求，使學(xué)生在課前自主選擇時間進(jìn)行線上學(xué)習(xí)，完成單元作業(yè)。

另外，結(jié)合章節(jié)進(jìn)展在智慧樹平臺發(fā)布開放式設(shè)計題目，為學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮提供條件，利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。根據(jù)設(shè)計任務(wù)的難易程度可設(shè)置分組討論與教學(xué)，將一個比較大的設(shè)計任務(wù)分解為若干個子任務(wù)，每個小組完成一項內(nèi)容，這個過程，既鍛煉學(xué)生的溝通與協(xié)作能力，又培養(yǎng)學(xué)生的問題分析、分解及解決能力。

1.2 線下教學(xué)與實踐模式

在線下實踐環(huán)節(jié)，一方面對線上開放式設(shè)計題目的結(jié)果進(jìn)行驗證、討論和總結(jié)，另一方面針對作業(yè)、單元測試中出錯較多的知識點(diǎn)進(jìn)行錯誤剖析并輔以實例進(jìn)行講解及現(xiàn)場演示。同時，根據(jù)課程進(jìn)度，適當(dāng)安排隨堂測試，以便督促學(xué)生的線上學(xué)習(xí)并及時了解學(xué)生真實的學(xué)習(xí)效果。

2 混合式教學(xué)課程的成績構(gòu)成

目前，學(xué)校已出臺相關(guān)文件鼓勵積極開展線上線下混合式教學(xué)模式改革，但對于混合式教學(xué)的成績評定還沒有出臺詳細(xì)規(guī)則，目前仍采用3∶7的平時、期末成績構(gòu)成比例。對于傳統(tǒng)教學(xué)模式，這種成績構(gòu)成比例已顯現(xiàn)不足，對于線上線下混合式教學(xué)則更不適合。

在期末成績占70%的情況下，學(xué)生突擊式備考現(xiàn)象背后是不良的學(xué)習(xí)習(xí)慣和重結(jié)果忽略過程的評價方法。在“以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的教育理念下，要加強(qiáng)促進(jìn)學(xué)生基本技能和綜合素質(zhì)提升的過程性考核評價占比，加強(qiáng)學(xué)習(xí)過程管理，嚴(yán)格過程考核，加大過程考核成績在課程總成績中的比重，完善學(xué)生學(xué)習(xí)過程監(jiān)測、評估與反饋機(jī)制[3]。

鑒于上述情況，在虛擬儀器設(shè)計課程的考核中，充分挖掘平時成績的可用之處，將出勤簽到成績由正值加分改為負(fù)值減分，即出勤不加分但缺勤會減分。這樣能充分利用占比30%的平時成績?nèi)ピu判作業(yè)、參與討論、單元測試及實踐項目比賽等中間培養(yǎng)過程環(huán)節(jié)，有效激發(fā)和調(diào)動學(xué)生的參與積極性，起到強(qiáng)化過程培養(yǎng)的效果。

3 取得的成效及存在的問題與對策

在經(jīng)歷了2020年“疫情”特殊時期的線上教學(xué)及返校后的線下教學(xué)經(jīng)歷，以及2021年一個真正意義上的混合式教學(xué)過程，在虛擬儀器設(shè)計的混合式教學(xué)中取得了以下3個方面的成效：

（1）學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性有了較大提升，教學(xué)效果有了明顯改善。

（2）學(xué)生的理論知識和實踐技能能夠得到更好的訓(xùn)練和運(yùn)用，分析、解決復(fù)雜問題的能力得到有效鍛煉。

（3）開放式設(shè)計項目為學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新能力提供了機(jī)會，也利于工程意識的養(yǎng)成。通過線下分配器材自擬題目、設(shè)計儀器功能、分解任務(wù)及分工合作等環(huán)節(jié)有效訓(xùn)練了學(xué)生對于工程問題的解決思路與能力；利用線上平臺便于項目資料的匯總、整理以及過程材料和總結(jié)材料的保管、存放；利于學(xué)生工程素養(yǎng)和工程意識的養(yǎng)成。

盡管混合式教學(xué)取得了上述成效，但也存在如下問題：

（1）目前線上線下混合式教學(xué)的成績構(gòu)成仍采用傳統(tǒng)教學(xué)模式下的3∶7比例，盡管混合式教學(xué)更側(cè)重過程培養(yǎng)與考核，但30%的成績占比不足以強(qiáng)化學(xué)生的重視程度。目前這種混合式教學(xué)模式并未大面積推廣，對于學(xué)生而言還處于比較新穎的階段，興趣也比較濃厚，但這種新鮮感難以維持長久，或多門課程采用這種混合式教學(xué)后，學(xué)生的參與積極性很難保持。因此，需要設(shè)計更為符合混合式教學(xué)模式的過程評價機(jī)制和成績構(gòu)成，在引導(dǎo)學(xué)生積極參與的同時達(dá)到培養(yǎng)過程與培養(yǎng)結(jié)果并重的預(yù)期效果。

（2）在線教學(xué)管理平臺缺位。目前線上教學(xué)平臺主要依托第三方平臺，教學(xué)資源和教學(xué)數(shù)據(jù)存儲在第三方平臺就屬于非學(xué)校教學(xué)資產(chǎn)，大規(guī)模在線教學(xué)客觀上只是應(yīng)急的權(quán)宜之計，不能為在線教學(xué)常態(tài)化發(fā)展增加決策數(shù)據(jù)[5]。

4 結(jié)論

在經(jīng)歷了2020年春季學(xué)期“疫情”下的線上教學(xué)后，線上教學(xué)顯現(xiàn)出了其優(yōu)勢，但現(xiàn)階段也存在難以完全取代線下教學(xué)的不足。通過在虛擬儀器設(shè)計這門課程中運(yùn)用混合式教學(xué)模式表明，混合式教學(xué)不僅能夠調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、有效培養(yǎng)學(xué)生理論與實踐的結(jié)合和運(yùn)用能力，而且對培養(yǎng)學(xué)生的組織協(xié)作、創(chuàng)新與探索精神十分有利；同時，教學(xué)資源得到最大化利用，學(xué)生能夠根據(jù)自己的基礎(chǔ)和知識能力自己掌握學(xué)習(xí)進(jìn)度，實現(xiàn)教學(xué)的差別化、個性化，實現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教育理念。