面向智慧教學的“檢測技術(shù)及儀表”線上線下混合式教學探索＊

白玉廷，許繼平，趙峙堯，蘇婷立

(北京工商大學人工智能學院，北京 100048)

0 引言

新時代信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，智慧教學成為人才培養(yǎng)和教師發(fā)展的新需求。智慧教學可利用的技術(shù)手段豐富，具有不同的應用模式和場景，如何對智慧教學進行實踐是專業(yè)教師面臨的迫切問題。同時，線上線下混合式教學經(jīng)過多年發(fā)展已形成較好的基礎(chǔ)，但在實踐中同樣面臨資源統(tǒng)籌、交互方式等具體問題。針對具體的專業(yè)課程，為提升教學水平和學生的學習效果，應以人才培養(yǎng)為核心目標，積極探索新技術(shù)手段和新教學方式的應用，同時在實踐中需要注意不同教學手段的具體應用問題。

為此，本文以智慧教學為核心，從線上線下混合式教學的角度，對“檢測技術(shù)及儀表”課程改革進行思考，并提出具體的教學計劃與應用模式，以期推進自動化專業(yè)課程的智慧化改造，滿足新時代新工科人才的培養(yǎng)需求。

1 課程改革趨勢分析

⑴智慧教學成為新時代教學的發(fā)展趨勢

隨著各類信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的課堂教學方式正在發(fā)生巨大變化，從計算機多媒體的應用，到慕課（MOOC）、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等教學形式的出現(xiàn)，教學的信息化改革從未停止。同時，從人才培養(yǎng)角度來看，培養(yǎng)具有自主探索和創(chuàng)新能力的人才成為教育教學的重要目標，這就需要提升學生的學習主動性，對傳統(tǒng)教學手段提出了新的挑戰(zhàn)?？梢?，無論是從信息技術(shù)發(fā)展角度，還是從教師教學和學生學習模式角度，具有智慧特征的新教學模式成為必然發(fā)展趨勢。

相關(guān)研究指出，智慧教學具有全向交互、按需推送、科學高效的特征[1,2]。這些教學目標的實現(xiàn)需要依托于多種信息技術(shù)，實現(xiàn)課程及相關(guān)學習資源的便捷獲取，實現(xiàn)教師與學生的無障礙溝通互動，并實現(xiàn)學生學習效果的跟蹤反饋與優(yōu)化。如何合理選擇和應用多類型技術(shù)手段，從人才培養(yǎng)的根本目標上實現(xiàn)教學方式改革，是智慧教學探索中需要解決的核心問題。

⑵線上線下混合式教學具有充足進步空間

線上線下混合式教學已有二十余年的發(fā)展歷程，“混合式”主要指將依托于網(wǎng)絡的線上教學和傳統(tǒng)的線下教學進行結(jié)合。相關(guān)研究和實踐表明[3-5]，線上線下混合式教學將成為未來教育的必然發(fā)展趨勢。自2020 年新型冠狀病毒疫情暴發(fā)以來，靈活多變的線上線下混合式教學成為教育教學的剛性需求，線上線下混合式教學成為未來教育環(huán)境下的必然發(fā)展趨勢。

經(jīng)過近年研究與實踐，線上線下混合式教學也暴露出一些明顯問題。一方面，混合式設(shè)計水平不足，線下教學與線上內(nèi)容沒有得到很好融合，甚至出現(xiàn)線下和線上教學分別實施、教學過程存在分離的現(xiàn)象；另一方面，線上教學資源豐富但水平不一，近年來各級教育部門及院校建設(shè)了豐富的線上課程資源，但錄制的課程與各高校教學實際之間存在一定差異，需要結(jié)合實際對線上資源進行統(tǒng)籌應用。理想的線上線下混合式教學必須是從學生培養(yǎng)實際出發(fā)的，需要將線上資源與線下教學活動有機結(jié)合。

⑶課程建設(shè)應與技術(shù)發(fā)展相匹配

課程教學活動應以立德樹人為根本任務，教學內(nèi)容的設(shè)置需要與時俱進，進而培養(yǎng)出適應于時代發(fā)展的人才。以“檢測技術(shù)及儀表”課程為例，數(shù)字化和智能化技術(shù)發(fā)展對自動檢測技術(shù)提出了新要求[6]，在講授傳統(tǒng)檢測傳感器的同時，應有意識地對課程內(nèi)容進行更新?？梢胛锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)、智能檢測等內(nèi)容，合理分配基礎(chǔ)知識與新型技術(shù)的教學比例，保持教學內(nèi)容的全面性和先進性。

2 智慧教學設(shè)計與線上線下混合式教學實踐

2.1 課程體系設(shè)置

“檢測技術(shù)及儀表”是面向自動化專業(yè)本科三年級學生的專業(yè)必修課，以傳感器和檢測技術(shù)為核心，設(shè)置“基礎(chǔ)測量”“現(xiàn)代技術(shù)”“系統(tǒng)應用”三個層次的教學內(nèi)容。課程內(nèi)容既包括基礎(chǔ)概念與經(jīng)典傳感技術(shù)，又涉及現(xiàn)代智能檢測技術(shù)與系統(tǒng)應用，具有“夯基礎(chǔ)、重前沿、強應用”的遞進式培養(yǎng)體系，課程知識體系如圖1所示。

圖1 “檢測技術(shù)及儀表”課程知識體系

按照我校2020級自動化專業(yè)本科生的培養(yǎng)方案，“檢測技術(shù)及儀表”共48 學時，3 學分，其中課堂教學40 學時，實驗教學8 學時。在講授傳感原理等技術(shù)基礎(chǔ)上，將數(shù)字化與智能化新技術(shù)引入教學內(nèi)容，強化系統(tǒng)應用與實踐，形成基礎(chǔ)與前沿并重的遞進式培養(yǎng)體系。

2.2 智慧教學手段設(shè)計

本課程探索采用線上線下混合式教學方式，積極將智慧教學手段引入到課程教學中。本課程擬采用的智慧教學手段主要包括錄制課程線上學習、專家在線講座、工程案例云參觀、課堂教學線上直播等。打破線上課程照搬線下內(nèi)容的傳統(tǒng)混合式教學模式，對線上和線下教學內(nèi)容分別進行設(shè)計，將課堂面授教學與學生線上自主學習科學結(jié)合，實現(xiàn)課程內(nèi)容與教學方式的有機統(tǒng)一。

⑴錄制課程線上學習

利用我校智慧教室自動錄課功能，在線下授課過程中同時開展課程錄制，學生可通過我校一體化教學平臺觀看錄制的課程。錄制課程一方面可滿足學生課后復習、考前強化等實際需求，另一方面可為后續(xù)MOOC建設(shè)積累素材，推進“金課”建設(shè)。

⑵專家在線講座

檢測技術(shù)隨著智能信息技術(shù)不斷發(fā)展，為增強課程的前瞻性，在相關(guān)章節(jié)講授中邀請專家開展前沿檢測技術(shù)方面的在線遠程講座。在線講座通過智慧教室進行，可從內(nèi)容上可有效補充課堂教學知識點，同時可避免專家行程沖突、疫情防控不易入校等實際問題。

⑶工程案例云參觀

前期教學發(fā)現(xiàn)，學生對相關(guān)專業(yè)知識在實際中的應用缺乏直觀感受。為此，借助智慧教室的多媒體功能，邀請燕山石化、機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所等單位做工程案例云講解，實現(xiàn)學生在智慧教室可觀看工程現(xiàn)場，并可與工程師在線互動交流。云參觀將有效打破時空界限，降低傳統(tǒng)參觀的組織成本和安全風險，提高學生的工程應用學習水平。

⑷課堂教學線上直播

在新冠肺炎疫情常態(tài)化防控的趨勢下，借助智慧教室和一體化教學平臺強大的技術(shù)支撐，開展課堂教學的線上直播。教師在智慧教室進行直播、學生通過一體化教學平臺觀看，相較于現(xiàn)有雨課堂、騰訊會議等傳統(tǒng)網(wǎng)課模式，該方式可提高學生的認同感和參與感，同時有助于教師更好地展現(xiàn)教學內(nèi)容，提高線上教學質(zhì)量。

2.3 混合式教學實踐

根據(jù)上述智慧教學方式的設(shè)計，將智慧教學理念應用于實際過程，考慮不同章節(jié)特點采用相應的智慧教學方式，具體應用設(shè)計如圖2所示。

圖2 智慧教學手段應用設(shè)計

基于智慧教學的線上線下混合式教學活動具體包括以下幾方面：

⑴2022 年秋季學期的全部課程實現(xiàn)錄制，并上傳至一體化教學平臺，本人在前期教學中已嘗試了在智慧教室進行課程錄制，效果良好（如圖3所示）；

⑵邀請行業(yè)專家就激光傳感器、視覺檢測等章節(jié)做2-3次線上講座；

⑶針對最后兩章設(shè)計云參觀，以燕山石化、儀綜所等現(xiàn)有系統(tǒng)為對象，工程師在遠程進行直播講解，學生在智慧教室進行遠程互動交流；

⑷教師利用智慧教室適時開通線上直播，改變騰訊會議等傳統(tǒng)網(wǎng)課模式。上述錄制的課程、專家講座、工程案例直播回放等將共同構(gòu)成線上示范資源，并部署于我校的一體化教學平臺（如圖4所示）。

此外，還將考慮對線上線下混合式教學模式進行評價，對該教學模式的實際效果進行跟蹤，進而為后續(xù)優(yōu)化教學模式提供參考。具體執(zhí)行中利用教學質(zhì)量管理平臺收集結(jié)構(gòu)化評價意見（如圖5 所示），學生可對每章教學內(nèi)容和課程整體情況進行多維度評價，教學平臺可自動形成統(tǒng)計圖表，輔助教師全面了解學生的學習情況。

圖5 利用教學質(zhì)量管理平臺進行課程與教師評價

2.4 章節(jié)教學示例

下面對課程教學過程中具體的教學設(shè)計做一個示例說明，對智慧教學的實踐進行詳細說明。以“視覺傳感器檢測系統(tǒng)”為例，該節(jié)屬于本課程“現(xiàn)代技術(shù)篇”中第八章“視覺傳感器”的第二節(jié)內(nèi)容。

線下教學在智慧教室開展，可靈活實現(xiàn)師生互動、多媒體展示等；線上教學依托于我校一體化教學平臺，面向遠程學生實現(xiàn)直錄直播。本部分主要講授視覺傳感器檢測系統(tǒng)的組成和原理，教學內(nèi)容包括：①通過北京冬奧會開幕式智能視覺表演等實例，回顧上一節(jié)的視覺傳感器基礎(chǔ)知識，引出本節(jié)所講的視覺傳感器檢測系統(tǒng)；②結(jié)合冬奧會智能視覺表演實例，講解視覺傳感器檢測系統(tǒng)的硬件組成；③講授視覺傳感器檢測系統(tǒng)中的圖像處理過程與技術(shù)進行重點講解；④回顧引例中總結(jié)視覺傳感器檢測系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計方法。

本節(jié)課程通過多種形式的授課方式，達到如下目標：①學生掌握視覺傳感器檢測系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，逐步建立系統(tǒng)工程思維；②學生了解視覺傳感器檢測系統(tǒng)的一般設(shè)計方法；③強化學生面向自動控制系統(tǒng)“檢測感知—自動控制—反饋優(yōu)化”的專業(yè)理論體系。同時，引導學生了解我國機器視覺技術(shù)的發(fā)展情況，培養(yǎng)學生科技強國的理想信念。

3 預期效果分析

結(jié)合我校自動化專業(yè)學生特點，對“檢測技術(shù)及儀表”課程開展線上線下混合式教學探索，通過智慧教學手段的應用擬達到如下目標和效果：

⑴通過豐富線上資源不斷優(yōu)化課程知識體系

在現(xiàn)有課程內(nèi)容基礎(chǔ)上，重點考慮新時代社會經(jīng)濟和新型技術(shù)發(fā)展需求，以模塊化為思路，設(shè)置“基礎(chǔ)測量”“現(xiàn)代技術(shù)”“系統(tǒng)應用”三個層次的教學內(nèi)容。同時，利用專家講座、工程案例云參觀等方式拓寬知識來源，將將數(shù)字化與智能化新技術(shù)引入教學內(nèi)容，強化系統(tǒng)應用與實踐，綜合提升課程體系的前瞻性和科學性。

⑵建立理論與應用結(jié)合的線上線下混合式教學模式

本課程根據(jù)不同章節(jié)特點選用相應的教學手段，引入工程應用案例等線上資源，將課堂面授教學與學生線上自主學習活動科學結(jié)合，實現(xiàn)課程內(nèi)容與教學方式的有機統(tǒng)一。實際應用內(nèi)容的增強將有利于自動化專業(yè)學生的工程認知能力培養(yǎng)，也可為專業(yè)工程認證等提供支撐。

⑶滿足新時代多樣化教學與學習需求

在數(shù)字化和智能化技術(shù)高速發(fā)展、自主學習需求增加、疫情防控常態(tài)化等多重復雜背景下，對傳統(tǒng)課堂教學模式進行創(chuàng)新探索，通過線下課堂教學、線上直播、課程錄制、專家講座線上資源等多種形式，打破教學的時空限制，為學生提供豐富的、體系化的學習資源，滿足不同的教與學需求。

4 結(jié)束語

智慧教學為教師教學和學生發(fā)展提供了新機遇，線上線下混合式教學是實現(xiàn)智慧教學的一種有效途徑。從實踐角度來看，專業(yè)課教學應合理設(shè)計教學手段，將多種教學方式科學地應用于線上和線下教學，實現(xiàn)混合式教學的有機統(tǒng)一。本文以“檢測技術(shù)及儀表”課程為例，對具體教學手段和方式進行闡述，可為其他課程的智慧教學改革提供參考思路。