新工科背景下線上線下混合式教學方法探索

齊飛 高書苑 周子云 潘海軍

摘?要：新工科背景下對高等教育教學的改革勢在必行，盡管目前“互聯(lián)網(wǎng)+”線上教學在一定程度上能夠滿足日常教學任務和目標培養(yǎng)的需求，但其授課效果差、課程活躍度低且缺少師生間的互動交流，嚴重影響教學質(zhì)量和培養(yǎng)效果。本文以機械電子工程專業(yè)學生為例，綜合分析目前線上線下教學模式的優(yōu)勢和不足，提出了一種基于目標導向的線上線下混合式教學方法，有效融合線上教學和線下專題訓練的優(yōu)勢，培養(yǎng)學生自主學習和解決實際工程問題的能力，進一步推動我國高等教育教學模式的改革和發(fā)展。

關鍵詞：新工科；線上教學；混合式教學；機器人學

在新時期下，為實現(xiàn)我國從“制造大國”到“制造強國”的轉(zhuǎn)變，國家宏觀層面相繼制定了《中國制造2025》《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》等一系列重大戰(zhàn)略。為適應制造業(yè)的發(fā)展需求，在“新工科”背景下高等教育教學模式正經(jīng)歷一系列前所未有的變革和創(chuàng)新。新的教學理念、教學方法和教學思路正逐步打破傳統(tǒng)的教育模式，對高等學校的人才培養(yǎng)模式和教育方法均提出新的要求［1］。在這種形勢下，如何有效地融合線上教學和線下教學的優(yōu)勢及互補性，保證新時期下的教學質(zhì)量和培養(yǎng)目標是高校教師所面臨的嚴峻問題和挑戰(zhàn)［2］?！皺C器人學”是機電、電氣等機械專業(yè)的選修課，是一門多學科交叉融合的綜合性學科。在新工科背景下對其教學方法進行研究有助于該課程理論知識和實踐訓練的有機結合，充分發(fā)揮其優(yōu)勢互補，相輔相成的教學特點。

1?新時期下高等教學的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

1.1?線上教學的機遇與挑戰(zhàn)

在新工科的大背景下，高校的教育方式發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變和改革。傳統(tǒng)線下授課方式主要由教師采用多媒體和板書等相結合的方式進行知識點的講解、作業(yè)練習等，然后通過期末試卷檢測學生的學習質(zhì)量，最終將教學資料（作業(yè)、隨堂測試及期末試卷等）提交教務處存檔。而線上教學則打破了傳統(tǒng)課程的教學格局，促進高校教師學習互聯(lián)網(wǎng)線上授課模式和課程設計方法，有力推動了我國線上教育模式的快速發(fā)展。

線上教學具有傳統(tǒng)教學方式所不具備的優(yōu)勢。首先，教學場地靈活多變，線上教學不需要專門的授課場地，教師可以通過互聯(lián)網(wǎng)教學平臺進行授課，如騰訊會議、釘釘直播、超星課堂、中國大學生慕課等［34］。其次，教學資源豐富，線上授課可以利用網(wǎng)絡上豐富多彩的教學資源，激勵教師學習線上新穎的教學方法和課程設計技巧。截至2022年2月底，中國大學生慕課上線課程數(shù)量已達5.25萬門，注冊用戶達3.7億，幾乎涵蓋了所有學科門類［5］。另外，過程教學質(zhì)量檢測及考核方便。線上教學考核能夠直觀地看到學生簽到情況、作業(yè)情況及成績分析情況等，通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)能夠便捷地保留學生的學習情況和記錄，如視頻學習時長、作業(yè)成績及試卷水平等，便于后續(xù)的統(tǒng)一整理和存檔。

線上教學并非完美，在教學過程中也暴露出諸多問題和挑戰(zhàn)。首先，傳統(tǒng)教學方式在全國各高校內(nèi)根深蒂固，難以短時間內(nèi)徹底轉(zhuǎn)變，教師的線上教學能力、課程設計水平參差不齊。其次，線上課程技術水平有待進一步提高，我國各地網(wǎng)絡質(zhì)量不齊，軟硬件設備欠缺及偏遠山區(qū)無法進行線上上課。另外，線上教學師生互動欠缺，課堂氛圍差，難以調(diào)動學生主動學習的積極性［6］。線上教學，教師無法實時監(jiān)控學生的學習狀態(tài)和心理動態(tài)，缺乏與學生的課堂交流，對學生知識的掌握情況和理解程度無法監(jiān)控。

1.2?線上線下混合式教學現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

如何有效地實現(xiàn)線上、線下教學優(yōu)勢的有機銜接，線上教學打破傳統(tǒng)教學時間、空間限制，線下教學能夠加強與學生間的互動和溝通，兩者相輔相成，最終實現(xiàn)其優(yōu)勢互補的目標是高等教育改革發(fā)展的機遇和挑戰(zhàn)［78］。線上線下混合式教學不僅鍛煉教師傳統(tǒng)課堂的教學質(zhì)量和課程設計水平，而且逐漸改變教師的授課方式和學生的學習心態(tài)，極大地推動教育模式的改革和發(fā)展。但目前線上線下混合式教學模式仍處于初級階段，其發(fā)展過程中暴露出一些瓶頸問題有待進一步解決。

1.2.1?課程設置不合理及教學內(nèi)容單一

目前大多數(shù)線上教學仍采用線下課堂教學的內(nèi)容和方案，學生長時間盯著電腦屏幕觀看視頻容易產(chǎn)生疲勞感，難以保證課堂的學習氣氛和教學質(zhì)量［9］。同時，教師由于前期線上教學技巧和水平有限，線上課堂教學設計和內(nèi)容準備不足，常將線下課堂教學的PPT直接通過騰訊會議、釘釘?shù)戎辈テ脚_在線播放和講解，造成學生學習興趣差，理解和掌握程度低。

1.2.2?缺乏合理有效的考核和評價機制

教學質(zhì)量的考核和評價是提高教師業(yè)務素質(zhì)和教學水平的有力途徑，是高等教學研究和改革的依據(jù)和數(shù)據(jù)來源［10］。傳統(tǒng)教學考核基本通過布置作業(yè)、隨堂測驗、專題訓練和期末考試等形式對學生的學習情況和掌握程度進行考核和評價。而學生的線上學習狀態(tài)和掌握情況難以監(jiān)控和評價，線上學習積極性遠不如線下課堂學習，缺乏教師對學生學習過程的監(jiān)控。另外，學?；?qū)W院暫無出臺線上教學監(jiān)管文件，線上教學紀律未得到充分保證，缺乏合理有效的考核方式和評價機制。

1.2.3?線上線下混合式教學的銜接問題

目前線上線下混合式教學流于形式，未能真正實現(xiàn)相輔相成、優(yōu)勢互補的目標。大多數(shù)線上線下混合式教學僅僅將線上學習資源和線下課堂教學簡單連接，未曾融合線上線下教學思想、技巧和理念，特別是對于實驗性和實踐性較強的理論課程，涉及較少。同時教師難以把握學生線上學習狀態(tài)和線下復習程度，無法有效地銜接好線上線下教學內(nèi)容和知識邏輯結構，造成學生學習效率和質(zhì)量的嚴重下降。另外，高等教育教學模式的改革和轉(zhuǎn)變，使得線上線下教學內(nèi)容、教學思維和教學理念的有機融合和銜接顯得格外重要。

2?線上線下混合式教學模式在“機器人學”課程中的探索

“機器人學”是我校機械電子工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，是一門集機器人設計、建模、運動規(guī)劃、傳感器及控制等學科交叉融合的綜合性課程，是面向國家智能制造2025及新工科人才培養(yǎng)的基礎課程。該課程內(nèi)容涉及的基礎理論部分理解難度較大，線上講解不易呈現(xiàn)，效果較差；而有些章節(jié)需要運動仿真訓練，可借助于互聯(lián)網(wǎng)教學資源和虛擬仿真平臺進行在線學習，這樣線上線下混合式教學模式就尤為重要。為此，本文針對目前混合式教學模式存在的若干問題和挑戰(zhàn)，以“機器人學”課程教學為例，提出了以下三點教學思考和建議。

2.1?課程的合理化設計和優(yōu)化

首先，應重新對線上線下課程學時比例進行合理分配，充分考慮線上線下課程教學的優(yōu)勢及課程教學內(nèi)容的相互對接，有效利用線上豐富的音頻、視頻和動畫等網(wǎng)絡資源進行理論知識點的講解。而在線上教學部分則重點以“機器人運動學仿真，控制程序編程”等內(nèi)容進行直播教學，使同學們直觀形象地看到機器人的運動狀態(tài)和操作情況。其次，根據(jù)不同學生的理解能力、基礎知識掌握情況，在課堂設計過程中采用多樣模塊化的教學內(nèi)容，使學生能夠分點分面逐步學習和掌握。同時根據(jù)學院教學基礎和學生專業(yè)背景，開設不同的機器人相關的知識競賽，如創(chuàng)意設計競賽、三維設計和運動操作競賽等，開闊學生的眼界，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

2.2?合理有效的考核方式和評價機制

首先，教師能夠充分利用線上新技術、新方法和新理論，并將其融入到日常課堂教學過程中。比如“機器人學”課程中，教師利用網(wǎng)絡上的視頻、圖片和動畫等資源將機器人的實際應用案例、操作過程生動直觀地帶入到課堂上，增加學生的學習興趣和帶入感。同時可以在教學過程中通過分組討論、專題研究或個人調(diào)查報告等形式進行過程化考核，增加師生間的交流和溝通。其次，教師應提升教學設計水平及與學生的互動能力，充分融合傳統(tǒng)線下考核方式與線上評價優(yōu)勢，引導學生自主學習和自我評價并反饋。比如機器人是如何工作的問題，以鼓勵學生自我在線學習和搜集資料，教師通過分析學生提交的視頻、音頻和報告等材料進行評價，并對教學質(zhì)量進行跟蹤和反饋，以便及時調(diào)整教學內(nèi)容和教學方式，形成完善合理的閉環(huán)考核和評價機制。

2.3?線上線下混合式教學課堂的融合和銜接

“機器人學”是一門理論性較強的綜合性課程，涉及機械設計、建模、軌跡規(guī)劃、傳感器和編程控制等一系列內(nèi)容。對于初次學習該課程的學生來說，有些概念和公式推導過程顯得過于復雜和難以理解，尤其對于居家在線學習的學生。而線下課堂教學中，教師能夠通過學生的眼神或表情等反應就能感知學生的理解程度和學習狀態(tài)。為實現(xiàn)線上線下混合式教學的融合和靈活銜接，根據(jù)“機器人學”課程教學內(nèi)容的特點和布局，在教材目錄基礎下重新進行知識點的整理和劃分。如將機器人相關的概念、知識點等內(nèi)容化為一個專題，將機器人坐標系定義、參數(shù)轉(zhuǎn)化和運動學建模推導、動力學分析等內(nèi)容化為另外一個專題，按照此方法重新整理成若干個子課題后進行教學，這樣可使學生分點分片逐步學習和掌握相關知識點，若有遺漏，可以及時查漏補缺，集中而學。線上教學應結合實際案例和以解決實際問題為導向的提問式教學法進行授課，使得學生對機器人技術有更為深入的了解和認識。線下課堂教學應以專題訓練及各個模塊內(nèi)容間的聯(lián)系和邏輯關系進行講解，最終彌補線上教學的不足和缺陷，提高學生解決實際工程問題的能力。另外，教師也可通過QQ、微信或郵箱等方式加強與學生一對一的溝通和交流，以彌補線下課程教學時間和空間上的不足，從而發(fā)現(xiàn)線下教學中的不足和問題，進而對混合式教學模式進行優(yōu)化和改進。

3?混合式教學效果分析與對比

為驗證混合式教育教學方法的效果和質(zhì)量，作者以2021年機電181班級和2022年機電191班級學生為例，分別采用不同的教學模式進行“機器人學”課程的授課。機電181班級采用傳統(tǒng)的線上授課方式，機電191班級采用混合式教學方法進行授課，最終通過對比線上課堂教學班級的期末綜合成績驗證混合式教學方式的正確性和有效性。

由下表和下圖可知，混合式教學班級成績明顯優(yōu)于線上教學班級成績，混合式教學班級成績成正態(tài)分布，且學生成績主要集中在80分以上，達到良好、優(yōu)秀的水平。成績優(yōu)秀的學生占比高達12.5%，說明混合式教學能夠更好地提高優(yōu)秀學生的學習興趣和主動性，對其個人素質(zhì)和自學能力具有很大的促進作用。同時混合式教學班級學生與從傳統(tǒng)線上教學班級相比，及格（60～70分）的學生人數(shù)在減少，良好與優(yōu)秀人數(shù)在增加。這表明混合式教學模式對基礎薄弱、自控能力差的同學具有監(jiān)督促進作用，進一步驗證了混合式教學方式的優(yōu)越性和可行性，以上的研究成果為高等教育的改革和發(fā)展奠定了一定的理論基礎和實踐經(jīng)驗。

總而言之，國家制造業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略需求有力推動了高等教育教學模式的探索和改革，還進一步促進了線上線下教育模式的融合和優(yōu)勢互補。這種混合式教學模型不僅是傳統(tǒng)教育模式和線上教育模式在時間、空間上的融合，更多的是在教學理念、教學方法等方面的有效銜接和融合。以上研究成果和經(jīng)驗對高等教育教學模式的改進和提高具有一定的促進作用和指導意義。

結語

新時期下，對高等教育教學模式的改革和發(fā)展提出了新的要求。本文以機械電子工程專業(yè)學生為例，通過“機器人學”課程研究了一種線上線下混合式教學模式，該模式綜合分析線上教學的不足，融合線下專題訓練的優(yōu)勢，提出了一種基于目標導向的線上線下混合式教學方法，有效促進了線上線下教育內(nèi)容和目標的融合和銜接，培養(yǎng)學生自主學習和解決實際工程問題的能力，進一步推動我國高等教育教學模式的改革和發(fā)展，取得了不錯的教學成果。本文所提方法對線上教育和線下教育等教學理念、方法的融合和改進具有一定的參考意義。

參考文獻：

［1］楊麗，何紅霞.MOOC環(huán)境下的混合式教學研究——以“數(shù)據(jù)庫原理及應用”為例［J］.

電化教育研究，2017，38（11）：6.

［2］王懷波，李冀紅，楊現(xiàn)民.高校混合式教學中深淺層學習者行為差異研究［J］.電化教育研究，2017，38（12）：7.

［3］劉威童，汪瀟瀟.混合式教學滿意度影響因素研究［J］.現(xiàn)代教育技術，2019，29（1）：107113.

［4］李利，高燕紅.促進深度學習的高?；旌鲜浇虒W設計研究［J］.黑龍江高教研究，2021，039（005）：148153.

［5］胡科，劉威童，汪瀟瀟.混合式教學課堂中生師互動的影響因素分析［J］.高教探索，2021（3）：8.

［6］金石，王璐露，宛敏.線上線下混合式教學的反思與策略優(yōu)化［J］.中國大學教學，2022（11）：7277.

［7］初紅霞，王希鳳，謝忠玉，等.混合式教學模式在自動控制原理教學中的實踐研究［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2021（11）：4750.

［8］李海東，吳昊.基于全過程的混合式教學質(zhì)量評價體系研究——以國家級線上線下混合式一流課程為例［J］.中國大學教學，2021（5）：6571+91.

［9］吳青，王文慶.新工科背景下智能人才培養(yǎng)體系的探究與實踐［J］.計算機教育，2021（11）：4650.

［10］吳愛華，楊秋波，郝杰.以“新工科”建設引領高等教育創(chuàng)新變革［J］.高等工程教育研究，2019（1）：17+61.

基金項目：本文系常州大學校級教育教學研究課題（項目編號：JXJY2020004、JXJY2020009、JXJY2020010、GJY?2021069）

作者簡介：齊飛（1990—?），男，漢族，河南新鄉(xiāng)人，講師，研究方向：混合式教學模式；高書苑（1989—?），女，漢族，江蘇常州人，講師，研究方向：混合式教學模式；周子云（1987—?），女，漢族，遼寧沈陽人，講師，研究方向：線上教學模式；潘海軍（1988—?），男，漢族，河南周口人，講師，研究方向：混合式教學模式。