以工程體驗為核心的在線教學平臺構建與實踐

魏青軒　王淑鴻　劉建東　王鵬

[摘 要] 新冠肺炎疫情防控背景下，針對應用型本科院?！坝嬎銠C程序設計基礎”課程強實踐性的特點，在充分分析大學生居家線上學習存在問題的基礎上，構建了基于“云班課+微信”的“輕直播+”在線教學平臺，并以本科工程教育中符合“三個是否”界定標準下的工程體驗為核心進行了教學過程設計，采用問卷調(diào)查方式開展在線教學效果分析與評價。評價結果表明，學生對課程內(nèi)容安排、授課方式、互動反饋以及聽課感受等方面的滿意度均較高，課程的在線教學取得了良好效果。

[關鍵詞] 疫情防控;在線教學;工程體驗;教學設計

[基金項目] 2020年度北京石油化工學院教育教學改革與研究重點項目“計算機程序設計基礎”（ZD20200304）;2021年度北京石油化工學院重要科研成果培育項目“大尺寸篷布自動化柔性生產(chǎn)關鍵技術及應用”（BIPTACF-013）

[作者簡介] 魏青軒（1983—），男，山西大同人，博士，北京石油化工學院信息工程學院講師，主要從事計算機程序設計，復雜工業(yè)過程智能測控理論教學與研究;王淑鴻（1973—），女，遼寧沈陽人，碩士，北京石油化工學院信息工程學院講師（通信作者），主要從事計算機基礎類課程教學理論與實踐研究;劉建東（1966—），男，河北張家口人，碩士，北京石油化工學院信息工程學院院長，教授，主要從事教育技術學與信息交互安全研究。

[中圖分類號] G642[文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）08-0019-05 [收稿日期] 2021-05-25

2020年初，教育部應對新型冠狀病毒感染肺炎疫情工作領導小組辦公室印發(fā)《關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》，要求各高校積極開展在線教學活動，保證疫情防控期間教學進度和教學質(zhì)量;根據(jù)校情學情制定疫情防控期間在線教學實施方案，保證在線學習與線下教學質(zhì)量實質(zhì)等效[1]。北京石油化工學院深入貫徹落實教育部、北京市委市政府加強新型冠狀病毒感染的肺炎疫情防控工作要求，制定了詳細的延期開學情況下本科教學工作實施方案，要求任課教師充分利用信息技術，按照“周周有任務、周周有答疑”的基本要求開展在線教學。

計算機程序設計能力是所有工科專業(yè)能力素質(zhì)培養(yǎng)目標中非常重要的一項，其重要性不僅僅體現(xiàn)在一般意義上的程序編制，更體現(xiàn)在面對復雜工程問題時，從程序設計角度思考和解決問題的能力。“計算機程序設計基礎”正是一門從工程應用角度培養(yǎng)學生程序設計能力的課程，是電氣信息類專業(yè)用于培養(yǎng)、支撐計算機編程能力的一門重要的專業(yè)技術基礎課，具有較強的實踐性。

工程體驗是聯(lián)系工程學習與工程專業(yè)實踐的橋梁，更是實現(xiàn)工程師培養(yǎng)的核心環(huán)節(jié)。在本科工程教育以及新工科建設背景下，“工程體驗”有著極其豐富的內(nèi)涵和多樣的界定[2]。本文針對應用型本科院校“計算機程序設計基礎”課程強實踐性的特點，以在本科工程教育中符合“三個是否”[3]界定標準下的工程體驗為核心，探索疫情防控期間課程的在線教學平臺構建與教學設計，以期為促進有效的在線教學提供有益實踐。

一、疫情防控期間大學生居家線上學習存在的問題

新冠肺炎疫情的暴發(fā)，使得在線教學首次覆蓋了全國范圍內(nèi)各學段的所有學科[4]。線上學習具有課程資源豐富，能夠在同步或異步環(huán)境中進行學習等優(yōu)點[5]。但將大學生線上學習置于疫情防控、居家環(huán)境下，又存在諸多新的問題，這些問題直接或間接影響著教與學的效果[6]。

準確分析疫情防控期間大學生居家線上學習存在的問題，是教師設計和實施有效在線教學的關鍵。通過文獻梳理和理論分析發(fā)現(xiàn)，疫情防控期間大學生居家線上學習主要存在以下問題。

（一）無監(jiān)督下的自由學習，自主學習意愿降低

疫情防控期間，學生一方面處于無監(jiān)督環(huán)境下的自由學習狀態(tài)，自主學習意愿較低;另一方面，由于教學對象為電氣信息類專業(yè)本科一年級學生，絕大多數(shù)學生的程序設計基礎與工程實踐能力非常薄弱，使得學生自信心較弱，對學習內(nèi)容存在畏難情緒，也進一步降低了自主學習意愿。

（二）學習環(huán)境松散，缺乏上課氛圍

與傳統(tǒng)的課堂聽課不同，學生線上學習處于居家環(huán)境下，由于不需要課堂聽課時飽滿的精氣神和嚴格的紀律性，導致學習環(huán)境松散，時間點不明晰，缺乏教室中緊張的學習氛圍。

（三）聽課效果受網(wǎng)絡質(zhì)量影響大

網(wǎng)絡質(zhì)量的高低，直接影響著學生在線聽課效果。在教學平臺軟硬件不變的前提下，如何在教師端直接或間接降低線上教學過程對高質(zhì)量網(wǎng)絡的依賴，使線上教學過程更加流暢，進而提高學生在線學習的體驗和效果，成為亟待解決的問題。

（四）情緒易波動，消極情緒影響學習與生活

心理學認為，人的心理情緒易受社會與生活環(huán)境影響，包括所處空間和活動范圍的大小，所處環(huán)境的改變會造成相應的心理波動和情緒反應。

在線教學期間，開學時間不確定，大學生將“長期宅家”，豐富多彩的大學校園生活也被迫擱置，加之居家學習主動性不足，使其更易產(chǎn)生悲觀、消極等負面情緒，極易影響大學生正常的學習和生活。

二、基于“云班課+微信”的“輕直播+”在線教學平臺構建

（一）在線教學平臺構建思路

在線教學平臺為學生端與教師端交互搭建了橋梁。平臺的構建主要考慮了以下兩方面因素。

1.大規(guī)模并發(fā)數(shù)據(jù)對教學平臺的影響。教育部統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2019年我國有各級各類學校53.01萬所，專任教師1732.03萬人，在校學生2.82億人[7]。疫情防控期間，全國有數(shù)億學生要進行在線學習，必須考慮單一教學平臺“卡頓”時的替代方案，確保在“卡頓”發(fā)生時能夠快速、平滑銜接，提升學生聽課體驗。

2.在線教學對師生、生生間溝通的要求。疫情防控期間，師生、生生之間處于不同空間環(huán)境，缺乏面對面、直接高效的溝通交流，若不能對學生學習過程中遇到的問題、困惑予以及時解答、指導，很可能降低學生的學習積極性，導致學生被小問題“卡住”而停滯不前。因此，在線教學平臺還需具備暢通的交流、討論和答疑功能。

（二）在線教學平臺構建

為減少“卡頓”對在線教學的影響，克服單一在線教學平臺缺點，以及暢通師生、生生間的互動交流，構建了基于“云班課+微信”的“輕直播+”在線教學平臺，拓展了云班課“輕直播”的功能，如圖1所示。

“輕直播+”教學平臺利用云班課特有的“輕直播”功能和豐富的線上互動活動，避免了直播教學并發(fā)數(shù)據(jù)量大、交互不深等問題，學生能夠隨時反復觀看輕直播內(nèi)容，有利于學生加深對重難點知識的理解;融合微信強大的即時通信能力，與云班課形成有效互補，能夠可靠地實現(xiàn)在線教學、精準互動、準確溝通、即時答疑等教學活動。

1.基于云班課開展教學活動，主要包括：教師提前錄制教學短視頻，以“輕直播”方式進行在線授課;開展形式多樣、內(nèi)容豐富的互動活動等。

2.基于微信開展教輔活動，主要包括：建設課程微信群，增強溝通便捷性與信息發(fā)布及時性;當輕直播“卡頓”時，快速平滑切換至課程微信群，有效提升在線教學過程可靠性;在云班課開展互動活動期間，借助課程微信群發(fā)布互動活動的過程信息（如測試排名等），增強學生參與感與互動體驗。

三、以工程體驗為核心的教學過程設計

結合教學目標與教學內(nèi)容，以工程體驗為核心，在充分考慮疫情期間學生居家線上學習存在問題以及學生特點基礎上，優(yōu)化在線教學策略，細化教學過程設計;同時，注重課程思政與教學過程的統(tǒng)一，并融入了疫情防控期間對學生的人文關懷。

（一）優(yōu)化在線教學策略

1.針對無監(jiān)督下的自由學習，自主學習意愿降低的問題。通過合理利用隨堂測試、頭腦風暴、問卷調(diào)查等教學手段，開展內(nèi)容豐富的線上互動活動，提高學生學習興趣，檢測、鞏固學習效果，也為過程性考核提供真實有效的數(shù)據(jù)支撐，使得無監(jiān)督下的自由學習，逐漸轉變?yōu)闊o監(jiān)督下的自主學習，培養(yǎng)學生在無監(jiān)督環(huán)境下的自主學習能力。

2.針對學習環(huán)境松散，缺乏上課氛圍的問題。通過在課前10～15分鐘發(fā)布提示信息的方式，為學生營造出時間點清晰明確、稍顯緊張的課前氛圍，并在即將開始上課時，再次提醒學生即將開課，引導學生做好聽課準備。

3.針對聽課效果受網(wǎng)絡質(zhì)量影響大的問題。一方面，以知識點或小節(jié)為單位錄制教學視頻，在保證內(nèi)容清晰的前提下，盡可能減小視頻體積，避免因視頻文件較大導致的上傳慢、打開慢、觀看“卡頓”等影響學生聽課體驗的情況發(fā)生;另一方面，在云班課與微信群多點同時發(fā)布教學視頻，降低單一平臺下單點發(fā)布可能出現(xiàn)的加載緩慢問題。

4.針對情緒易波動，消極情緒影響學習與生活的問題。一方面，采用延長簽到時間、制定簽到備用方案、建立補簽制度等措施，消除學生因無法正常線上簽到產(chǎn)生的焦躁情緒;另一方面，制作抗疫安全教育短視頻，向學生宣傳抗疫安全知識的同時，幫助學生樹立樂觀、積極的學習與生活態(tài)度，為學生加油打氣，達到激發(fā)學生學習動力、消除學生消極情緒、營造積極向上氛圍的目的。

（二）以工程體驗為核心細化教學過程設計

主要從授課內(nèi)容和課后任務兩方面，通過引入與學生所學專業(yè)聯(lián)系緊密的工程案例以及工程實踐中涉及的程序設計思路與方法、儀器設備作用與應用場景、工程倫理、安全與協(xié)作意識等內(nèi)容，給予學生豐富的工程體驗，不僅有助于學生明確本課程在其專業(yè)體系中的位置與重要意義，拓寬學生專業(yè)視野，激發(fā)學生學習興趣與主觀能動性，而且有利于培養(yǎng)學生的工程思維與素養(yǎng)。

1.針對性設計授課內(nèi)容，給予學生早期工程體驗。引入專業(yè)領域的前沿技術以及認知度高的程序類軟硬件產(chǎn)品，引導學生建立程序設計概念，理解程序設計在現(xiàn)實生活中的應用，明確本課程的作用與意義;介紹并演示一些趣味性強、實用直觀的信息處理技術，比如圖像去噪、圖像二值化、最小二乘等算法，使學生能夠非常直觀地感受實際應用場景下程序設計的魅力;配合工業(yè)現(xiàn)場照片、視頻，講解工程案例，并適當延伸、拓展專業(yè)知識，幫助學生理解所學知識，樹立團隊協(xié)作等工程意識。

2.精心設計課后任務，強化學生工程體驗。一方面，設計契合學生所學專業(yè)、難度適中、有工程背景的課后任務，從而有效激發(fā)學生的參與熱情，增強任務完成過程的工程體驗。比如在完成選擇結構程序設計的教學后，通過作業(yè)/小組任務的方式，向學生布置了設計加熱控制器仿真程序的任務，要求學生根據(jù)控制要求編寫程序，實現(xiàn)加熱控制過程的仿真。學生不僅實踐了選擇結構程序設計方法，還了解了加熱控制器的控制思路，體驗了電氣控制領域中非常典型的溫度控制過程。另一方面，以完成一個貼近工程實際的綜合性程序設計項目為目標，將項目分解為多個子任務，多個子任務之間難度逐漸增加、功能逐漸豐富，學生通過逐一完成子任務，最終完成了項目，進一步強化了學生在完成任務過程中的工程體驗。同時，學生能夠更深刻的體會“分而治之”“自頂向下”等重要程序設計思想的作用。

四、教學評價

本學期，“計算機程序設計基礎”有三個教學班，共100名學生，累計開展在線教學活動158個。其中，作業(yè)/小組任務20次，累計提交2081個結果;測試62次，涉及255道題目，累計交卷4582份;投票問卷4次，涉及8個題目，收獲有效投票751票;頭腦風暴4次，累計發(fā)表299個觀點。

開課2周后，利用頭腦風暴獲得了學生對授課方式和聽課感受的反饋數(shù)據(jù)，共81位學生（占班級總人數(shù)的81%）參與了反饋。其中，有59人（72.8%）給予了積極肯定的評價，有27人（33.3%）提出了教學過程中存在的一些問題。（見表1）針對學生反饋較為集中的隨堂測試時間短的問題，學校做了相應調(diào)整。

開課最后一周，參照教育部高教司《高校學生在線學習情況調(diào)查問卷》第四部分（在線學習效果），采用匿名制，設計了本課程在線教學整體評價調(diào)查問卷，共收到有效問卷93份。其中，80.7%的學生對“教學安排合理且明確”和“學習效果整體較好”表示非常同意;79.6%的學生對“教學平臺使用支持及服務到位”表示非常同意;78.5%的學生對“互動反饋及答疑順暢”表示非常同意。（見表2）統(tǒng)計結果表明，學生對本課程在線教學整體效果滿意度較高。

在充分分析疫情防控期間學生居家線上學習存在問題的基礎上，構建了基于“云班課+微信”的“輕直播+”教學平臺，提出了以工程體驗為核心的教學過程設計方案，對疫情防控期間“計算機程序設計基礎”課程的在線教學做了有益探索。隨著疫情防控常態(tài)化，在遵循遠程教育的理論和方法，堅持以學生為中心的基礎上，在線教學勢必向更加科學、有效和常態(tài)化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。

參考文獻

[1]教育部應對新型冠狀病毒感染肺炎疫情工作領導小組辦公室.關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見[A/OL].（2020-02-04）[2021-01-13].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202002/t20200205_418138.html.

[2]CHEN W， SHAH U V， BRECHTELSBAUER C. A framework for hands-on learning in chemical engineering education—training students with the end goal in mind [J].Education for chemical engineers，2019，（28）：25-29.

[3]李肖婧.工程體驗教育模式研究[D].杭州：浙江大學，2019.

[4]鄭勤華，秦婷，沈強，等.疫情期間在線教學實施現(xiàn)狀、問題與對策建議[J].中國電化教育，2020（5）：34-43.

[5]VANDANA S， ALEXANDER T. How many ways can we define online learning？ A systematic literature review of definitions of online learning （1988-2018）[J]. American journal of distance education，2019，33（4）：289-306.

[6]謝晨，胡惠閔.學情分析中“學情”的理解[J].全球教育展望，2015，44（2）：20-27.

[7]教育部.2019年全國教育事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報[A/OL].（2020-05-20）[2021-01-14].http：//www.moe.gov.cn/jyb_sjzl/sjzl_fztjgb/202005/t20200520_456751.html.

Abstract： Under the background of COVID-19 prevention and control， in view of the strong practical characteristics of the course of Foundations of Computer Program Design in application-oriented universities， based on the full analysis of the problems existing in the online learning of college students， a “l(fā)ight live +” online teaching platform based on “cloud class + WeChat” was constructed， and the teaching process was designed based on the engineering experience that was in accordance with the “three whethers” standard. The online teaching effect was analyzed and evaluated in the form of questionnaire survey. The evaluation results show that students are highly satisfied with the content arrangement， teaching methods， interactive feedback and listening experience of the course， and the online teaching of the course has achieved good results.

Key words： COVID-19 prevention and control; online teaching; engineering experience; teaching design