基于線上線下混合的《智能檢測技術(shù)》課程教學(xué)改革探討

邱憲波 苗桂君

(北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 北京 100029)

《智能檢測技術(shù)》課程是高等院校理工科電子信息類專業(yè)和自動化專業(yè)的一門專業(yè)選修課程，是從事現(xiàn)代電子技術(shù)、信息科學(xué)技術(shù)研究的重要工具。它是在學(xué)生預(yù)修完“電路原理”“模擬電子技術(shù)”“數(shù)字電子技術(shù)”“檢測技術(shù)與儀器”“傳感器原理”等課程的基礎(chǔ)上所開設(shè)的一門綜合性理論課程，主要介紹智能檢測技術(shù)的基本原理、方法以及相應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)。該課程講授智能檢測技術(shù)的硬件、軟件、算法及平臺技術(shù)，通過傳感器及儀器案例來分析儀表智能化的設(shè)計策略與實現(xiàn)方案。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展和教育信息化的普及，高校的傳統(tǒng)授課模式也逐漸向“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)”模式轉(zhuǎn)變，并不斷深入[1-3]。例如：大規(guī)模在線開放課程（MOOC）為全球?qū)W習(xí)者提供了免費的學(xué)習(xí)機會。在MOOC 中，每個學(xué)生或?qū)W習(xí)者通過網(wǎng)絡(luò)平臺可以完成對課程材料的學(xué)習(xí)與互動，并使用自動化測試來檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況[4]。除了MOOC 平臺外，還有雨課堂、ZOOM、騰訊會議、釘釘?shù)戎С种辈サ脑诰€教學(xué)平臺，部分高校還自建了在線教學(xué)平臺，包括清華大學(xué)的“雨課堂”、同濟大學(xué)的“同濟大學(xué)云課堂”、吉林大學(xué)的“吉大在線學(xué)堂”等，各種直播、錄播、慕課等形式的在線課程應(yīng)運而生。邢婷婷等人提出基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的智能手機微課堂進行教學(xué)的新思路，在高職課程改革中獲得良好的效果[5]。馬玉潔等人以財務(wù)分析為例，構(gòu)建線上交互學(xué)習(xí)、線下實踐創(chuàng)新的混合式金課建設(shè)路徑，顯著提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[6]。祁玉鑫指出線上教學(xué)和線下教學(xué)相互包含、相互補充、相互支持、相互融合，作為統(tǒng)一的整體而存在[7]。因而，怎樣選擇合適的網(wǎng)絡(luò)平臺，制作線上課程資源，如何實現(xiàn)線上、線下教學(xué)的深度融合顯得尤為重要。該文通過分析析智能檢測技術(shù)課程傳統(tǒng)課堂教學(xué)的缺點和不足，聚焦社會人才的實際需求，依托在線課程，提出基于線上線下的混合式教學(xué)模式，并進一步探討在該教學(xué)模式下的課堂和實驗教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核評價方法，為培養(yǎng)綜合運用理論知識和實際解決問題能力的高級工程技術(shù)型人才做出有意義的探索和嘗試。

1 智能檢測技術(shù)課程傳統(tǒng)教學(xué)

《智能檢測技術(shù)》作為一門學(xué)科交叉課程，具有涉及知識面廣、內(nèi)容豐富等特點，作為一門應(yīng)用性技術(shù)學(xué)科，該課程對理論基礎(chǔ)和實踐性要求都很高，需要培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于工程實踐中，解決實際工程中出現(xiàn)的問題。所以，傳統(tǒng)課堂教學(xué)主要分為理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩個部分。

在傳統(tǒng)理論教學(xué)中，主要存在以下幾點問題：（1）學(xué)內(nèi)容側(cè)重于各種傳統(tǒng)測量技術(shù)、控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論講解，知識點多且分散，內(nèi)容枯燥與抽象，并且教學(xué)內(nèi)容陳舊，未涉及最新的智能檢測技術(shù)，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；（2）教學(xué)方式也相對單一，主要采用課堂講授的方式，課堂教學(xué)以教師為主體，教師通過多媒體課件的形式進行講解，這種教學(xué)模式導(dǎo)致理論教學(xué)和實踐教學(xué)相互獨立，學(xué)生過度依賴課堂講授，難以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力；（3）在課堂講課中對于部分疑難知識點，學(xué)生和教師的思維不能同步，不能達到理想的教學(xué)效果。

智能檢測技術(shù)課程傳統(tǒng)的實驗教學(xué)存在的主要問題如下：（1）實驗內(nèi)容主要以驗證性實驗為主，實踐內(nèi)容偏少，存在重原理、輕實踐的現(xiàn)象；（2）實驗操作過于流程化，教師首先講解實驗原理、實驗步驟，然后進行實驗操作演示，最后學(xué)生按照實驗操作手冊復(fù)現(xiàn)實驗過程，然而僅僅進行實驗復(fù)現(xiàn)學(xué)生容易失去實驗的興趣；（3）如果學(xué)生自我約束力差，沒有提前預(yù)習(xí)，對知識點掌握不熟練，導(dǎo)致實驗操作可能跟不上進度，實驗中間遇到困難無法獨立解決，很難達到預(yù)期的實驗教學(xué)效果。這種被動接受的實踐教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生缺乏深入思考，無法實現(xiàn)知識點的綜合理解和融會貫通，學(xué)生的動手實踐能力也得不到提高，并且不利于學(xué)生創(chuàng)新性、研究性思維的培養(yǎng)。

針對上述傳統(tǒng)教學(xué)中存在的普遍問題，為培養(yǎng)符合社會需求的創(chuàng)新型智能檢測技術(shù)人才，筆者從理論課和實驗課教學(xué)中的教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法兩個方面進行深入分析和改革，借助于現(xiàn)代教育技術(shù)和線上教學(xué)平臺，構(gòu)建一套線上、線下深度融合的、完整的教學(xué)體系和方法，最大限度地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和興趣，達到“學(xué)以致用”“素質(zhì)提高”的目的。

2 基于線上線下混合的教學(xué)模式

針對《智能檢測技術(shù)》課程中傳統(tǒng)教學(xué)的難點和不足，依托在線課程教學(xué)平臺，提出基于線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，實現(xiàn)傳統(tǒng)線下教學(xué)和線上教學(xué)的深度融合，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。圖1是基于線上線下的混合式教學(xué)的模式框架圖，該教學(xué)模式可劃分為課前、課中、課后和平時成績評價這四大部分，其中實線框代表線上教學(xué)環(huán)節(jié)，而虛線框代表線下教學(xué)環(huán)節(jié)。

圖1 基于線上線下的混合式教學(xué)模式框架圖

2.1 課前階段

課前的主要任務(wù)是學(xué)生通過線上資源進行課前預(yù)習(xí)，包括觀看預(yù)習(xí)微視頻、觀看預(yù)習(xí)PPT、完成預(yù)習(xí)小測驗等內(nèi)容，課前階段主要涉及線上教學(xué)環(huán)節(jié)。教師需要提前制作簡短精悍的微課小視頻和預(yù)習(xí)PPT等線上資源，幫助學(xué)生理解該次課程的主要內(nèi)容，突出教學(xué)的重點難點，提高學(xué)生預(yù)習(xí)效率。通過合理設(shè)計預(yù)習(xí)小測驗的題目，可以達到三方面的目的：一是收集學(xué)生的問題信息，用于確定講課重點，指導(dǎo)教師的課堂講課，可以對學(xué)生存在的問題進行有針對性的講解；二是通過淺顯易懂的小視頻，引導(dǎo)學(xué)生由易到難掌握課程知識點，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性；三是將測驗當(dāng)成一次打卡，通過測驗掌握學(xué)生預(yù)習(xí)完成情況，也可當(dāng)作平時成績評價的依據(jù)。

2.2 課中階段

課中階段主要分為課堂教學(xué)和實驗教學(xué)兩個階段，且在課堂教學(xué)和實驗教學(xué)中都涉及了線上教學(xué)環(huán)節(jié)和線下教學(xué)環(huán)節(jié)。在課堂教學(xué)中，除了采用多媒體教學(xué)進行傳統(tǒng)的理論教學(xué)外，還可結(jié)合課程及企業(yè)需求設(shè)置專題研討課，由學(xué)生分組完成資料收集、需求分析、方案制訂等學(xué)習(xí)任務(wù)，并進行現(xiàn)場答辯陳述。在課堂教學(xué)過程中，為了吸引學(xué)生的注意力，可以通過雨課堂、問卷星手機軟件等實現(xiàn)隨堂抽查和測試。

在實踐教學(xué)過程中，學(xué)生通過線上平臺觀看實驗原理視頻及實驗操作流程微視頻，對于仿真型的實驗，學(xué)生在操作過程中遇到問題可以反復(fù)觀看，直至問題解決。在線下實驗課時，進行實驗結(jié)果檢查，學(xué)有余力的學(xué)生還可以進行創(chuàng)新性實驗設(shè)計，該教學(xué)模式在提升實驗教學(xué)效果的同時也大大提高了實驗室的利用率。

2.3 課后階段

課后階段，學(xué)生在線下完成作業(yè)并撰寫實驗報告，將電子版作業(yè)及報告上傳到線上教學(xué)平臺。并完成復(fù)習(xí)測試，對此次課的知識點進行梳理和鞏固，達到查漏補缺的目的。針對課程中的問題，學(xué)生可以在在線平臺或課程微信群中進行在線答疑或交流討論，學(xué)生的問題可以得到及時有效的解答。任課老師可以在后臺批閱學(xué)生作業(yè)，根據(jù)學(xué)生的測試情況和在線答疑情況，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握情況，將出錯率較高的知識點在下次課中進行再次講解。

2.4 平時成績評價

針對基于線上線下的混合式教學(xué)模式設(shè)計了多元化平時成績評價機制，成績評價體系的合理化可以進一步激發(fā)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)積極性。成績評價由課前測驗、隨堂測試、實驗檢查、作業(yè)/實驗報告、復(fù)習(xí)測試等幾部分構(gòu)成，每項可占一定比例。甚至通過訪問專業(yè)教學(xué)資源后臺可以獲取學(xué)生觀看微課的時長、在線答疑及交流討論的活躍度等，教師可以根據(jù)上述平時成績評價機制，結(jié)合創(chuàng)新性實驗設(shè)計和期末考試，進行期末總成績的量化。該評價機制可給予學(xué)生有效監(jiān)督，在一定程度上提高學(xué)生自學(xué)能力和積極主動性。

3 基于線上線下混合的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法改革

3.1 教學(xué)內(nèi)容改革

線上線下混合式教學(xué)不是簡單地移植線下教學(xué)的內(nèi)容，而是需要根據(jù)在線平臺的優(yōu)勢、特征和教學(xué)內(nèi)容的特點，打造出滿足師生需求的線上、線下混合式教學(xué)模式。在教學(xué)內(nèi)容的改革中要注意以下問題。

3.1.1 進行教學(xué)內(nèi)容細(xì)化與重組

通過對選課學(xué)生做調(diào)研，了解學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)需求，結(jié)合企業(yè)需求及本專業(yè)最新技術(shù)組織教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)進一步細(xì)化教學(xué)內(nèi)容到各個知識點，區(qū)分重、難點，將知識點劃分到課前預(yù)習(xí)、課堂授課（線上、線下）、課后復(fù)習(xí)等各個環(huán)節(jié)，通過知識點列表清晰展示課程脈絡(luò)及串聯(lián)起完整的課堂教學(xué)。

3.1.2 教學(xué)內(nèi)容做到及時更新，保持與時俱進，根據(jù)科技發(fā)展和社會需求進行教學(xué)內(nèi)容更新與重組

該課程在分析《智能檢測技術(shù)》的常規(guī)課程內(nèi)容基礎(chǔ)上，加入人工智能檢測技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，將BP（Back Propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于智能檢測及智能儀表的理論教學(xué)與實踐。指導(dǎo)學(xué)生基于MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，應(yīng)用人工智能算法實現(xiàn)核酸檢測儀器的檢測數(shù)據(jù)分類建模，搭建合理的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)核酸檢測儀檢測數(shù)據(jù)的訓(xùn)練與分類，引導(dǎo)學(xué)生由易到難完成模型搭建與調(diào)試，提高核酸檢測儀器的檢測靈敏度與特異性。

3.1.3 科研轉(zhuǎn)化教學(xué)，運用科研項目實例貫穿整個教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

可以以國家自然科學(xué)基金項目對流PCR 核酸擴增與檢測儀器的研發(fā)為例，將新型傳感器、人工智能技術(shù)等應(yīng)用結(jié)合到教學(xué)過程中，讓學(xué)生根據(jù)實際需要劃分項目模塊，并設(shè)計合理的解決方案，不僅使學(xué)生了解該學(xué)科的最新發(fā)展動態(tài)，掌握了傳感器和人工智能算法的具體應(yīng)用，還加深了知識的學(xué)習(xí)與理解，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.1.4 引入課程思政，實現(xiàn)全方位育人

智能檢測技術(shù)作為一門工科課程，不僅要培養(yǎng)學(xué)生具備理論知識與實踐動手能力，還要提高學(xué)生的人文素養(yǎng)。在線上教學(xué)過程中通過向?qū)W生發(fā)送勵志的科學(xué)家小故事、思政小視頻等方式，實現(xiàn)潤物細(xì)無聲的思政教學(xué)，幫助學(xué)生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀，培養(yǎng)學(xué)生努力拼搏和刻苦鉆研的大國工匠精神。

3.2 教學(xué)方法改革

制定線上、線下混合式教學(xué)模式適用的教學(xué)方法，主要從以下5個方面進行描述。

第一，教學(xué)內(nèi)容、方法需要緊扣預(yù)期學(xué)習(xí)效果，注重線上、線下教學(xué)各個環(huán)節(jié)的銜接和多維融合。作為一門綜合性理論課程，教學(xué)內(nèi)容從傳感器、智能檢測系統(tǒng)的架構(gòu)、智能信息處理的算法設(shè)計到相應(yīng)軟硬件平臺的搭建與調(diào)試，教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜、涉及知識面廣，關(guān)鍵是設(shè)計一條教學(xué)主線，將教學(xué)內(nèi)容中的一個個核心知識點、設(shè)計方法等像一顆顆珍珠一樣，巧妙地串聯(lián)起來。

第二，線上、線下教學(xué)要分工明確。線上教學(xué)主要以學(xué)生為主導(dǎo)地位，根據(jù)線上資源及任務(wù)列表完成預(yù)習(xí)、測評、操作學(xué)習(xí)等，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率及培養(yǎng)自學(xué)能力。線下課堂主要以教師為引導(dǎo)，負(fù)責(zé)基礎(chǔ)授課、教學(xué)重難點講解與專題研討、實驗檢查等，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力、團隊協(xié)作能力及動手實踐能力。

第三，線上和線下教學(xué)要相輔相成、相互貫穿。線上教學(xué)和線下教學(xué)是不可分割的統(tǒng)一整體，要做到無縫銜接、有機結(jié)合。學(xué)生通過線上預(yù)習(xí)、線上操作指導(dǎo)等內(nèi)容，進行初步學(xué)習(xí)并反饋學(xué)習(xí)結(jié)果，教師根據(jù)反饋的內(nèi)容調(diào)整線下課堂的教學(xué)內(nèi)容，進行針對性講解。只有認(rèn)識到“自學(xué)大于教學(xué)”“組織大于上課”“交流大于作業(yè)”“反饋大于評價”，才能利用好混合式教學(xué)這把雙刃劍，切實提升教學(xué)水平與教學(xué)效果。

第四，利用在線平臺的優(yōu)勢開展分層教學(xué)，針對不同水平學(xué)生進行個性化教學(xué)。在該課程的實踐教學(xué)中，針對每一個實驗增加創(chuàng)新性實驗設(shè)計環(huán)節(jié)，將實驗項目分為基礎(chǔ)掌握、提高進階和拓展創(chuàng)新這3個層次。分層次教學(xué)可以兼顧基礎(chǔ)薄弱和需要進階的學(xué)生，讓不同水平的學(xué)生在課程的學(xué)習(xí)中都能保持強烈的求知欲望，提高他們對課程的學(xué)習(xí)和研究興趣，從而做到從根本上提高自然科學(xué)素養(yǎng)。

第五，在教學(xué)過程中探索研討式、混合式、項目式等多種教學(xué)方式，充分利用在線教學(xué)平臺的優(yōu)勢與特征，讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識和技能的基礎(chǔ)上，進一步實現(xiàn)知識的融會與創(chuàng)生。只有在教學(xué)實踐中反復(fù)探索創(chuàng)新，才能最終解決工科一流人才培養(yǎng)中的瓶頸問題，實現(xiàn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升。

4 教學(xué)成效與存在問題

基于線上、線下混合的教學(xué)模式，非常適合《智能檢測技術(shù)》課程的教學(xué)，新媒體技術(shù)的引入能夠改變傳統(tǒng)課堂的枯燥和乏味，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，在一定程度上提高教學(xué)效果；課程內(nèi)容的改革上引入人工智能檢測技術(shù)的相關(guān)知識，學(xué)生能快速地掌握人工智能的方法和理論，并實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模和應(yīng)用，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動手實踐能力。將創(chuàng)新思想貫穿于課程的始終，授課中引用的設(shè)計實例，通過課堂講解與討論和實驗課驗證得到切實可行的解決方案，感興趣的同學(xué)作為課題將其成功申報學(xué)校的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，并在該項目中將產(chǎn)品設(shè)計進一步完善和優(yōu)化，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到激發(fā)，綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力得到進一步提升。

線上、線下混合式教學(xué)集線上教學(xué)和線下教學(xué)的優(yōu)點于一體，但也容易遇到以下問題。

一是線上學(xué)習(xí)缺乏有效監(jiān)管的情況下，學(xué)生在線學(xué)習(xí)的自主性和管理較難把控，學(xué)生很容易因為興趣缺乏或者遇到困難后中途放棄，影響課前預(yù)習(xí)和課中的學(xué)習(xí)效果。二是線上教學(xué)資源（包括PPT、預(yù)習(xí)視頻、課程微視頻、操作演示視頻等）內(nèi)容豐富，線上資源保持與時俱進、及時更新需要任課教師投入大量精力。因此，需要制定合理的教學(xué)目標(biāo)，明確教學(xué)任務(wù)，借助在線教學(xué)平臺或“問卷星”等手機App軟件設(shè)置中途小作業(yè)或提出問題等方式，提高學(xué)生線上學(xué)習(xí)的自覺性和完成率。三是需要制定與混合式教學(xué)相配套的課程評價體系，對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行合理化管理和評價，甚至可以考慮將在線視頻觀看時長、線上答疑的活躍度等納入課程評價中去，提高學(xué)生課程參與的積極性。四是除了上述提到的線上教學(xué)資源的設(shè)計、教師的在線教學(xué)設(shè)計、作業(yè)的在線管理及師生互動等問題，在線教學(xué)是否成功還在于保障工作是否到位。例如：學(xué)習(xí)設(shè)備問題、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性及網(wǎng)速、線上平臺的技術(shù)支持服務(wù)、選擇容量足夠、教學(xué)功能完善的教學(xué)平臺等，均影響在線教學(xué)的整體效果。

5 結(jié)語

智能檢測技術(shù)是自動化專業(yè)的核心專業(yè)課，如何在有限的學(xué)時內(nèi)讓學(xué)生在掌握理論知識的同時，創(chuàng)新實踐能力得到提升一直是困擾任教師的難題。筆者在分析傳統(tǒng)教學(xué)不足的基礎(chǔ)上，提出基于線上、線下相混合的教學(xué)模式，將傳統(tǒng)教學(xué)與線上教學(xué)進行了深度融合，從教學(xué)內(nèi)容的選擇以及教學(xué)方法的改革等方面進行了詳細(xì)的分析和探索，提出了相應(yīng)的改革舉措?；诰€上、線下相混合的教學(xué)模式，為高校的智能檢測技術(shù)課程提供了新的教學(xué)舞臺，給高校教師提供了廣闊的教學(xué)發(fā)揮空間，可針對學(xué)生設(shè)計個性化教學(xué)，能大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量，對當(dāng)今智能檢測技術(shù)的教學(xué)具有有益的參考價值。