高職在線開放課程實踐教學(xué)體系的構(gòu)建和驗證

瞿惠琴，吳孔培

高職在線開放課程實踐教學(xué)體系的構(gòu)建和驗證

瞿惠琴，吳孔培

（無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 控制技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214121）

為了提高在線開放課程實踐教學(xué)的質(zhì)量，提升課程學(xué)習(xí)者的職業(yè)技能，在調(diào)研了“自動檢測與傳感技術(shù)”課程前期的教學(xué)效果及分析學(xué)情的基礎(chǔ)上，重構(gòu)進(jìn)階型課程實踐教學(xué)體系，優(yōu)化實踐教學(xué)資源，提供專業(yè)實驗室、虛擬仿真和自主實踐等多種項目實踐方案，采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略和評價方法，引導(dǎo)和輔助學(xué)習(xí)者從簡單到綜合、從仿真到實物操作進(jìn)階式實踐學(xué)習(xí)。連續(xù)兩期課程教學(xué)實施效果表明：實踐教學(xué)在線開放課程選課人數(shù)、活躍度、滿意度、課程評價都得到提高，學(xué)習(xí)者的職業(yè)素養(yǎng)和實踐能力也獲得提升。

在線開放課程；實踐教學(xué)；教學(xué)體系；虛擬仿真

在新時代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的形勢下，在線開放課程的建設(shè)和應(yīng)用已經(jīng)成為深化教學(xué)改革、提高教學(xué)質(zhì)量的重要抓手。高等職業(yè)教育的辦學(xué)定位是培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才，因此須以“應(yīng)用”為主旨構(gòu)建高職在線開放課程的教學(xué)體系，注重實踐教學(xué)，傳承技術(shù)技能。目前在線開放課程中的實踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計主要基于虛擬仿真技術(shù)或?qū)I(yè)實驗室，由于線上學(xué)習(xí)條件的限制，課程的大多數(shù)學(xué)習(xí)者是借助虛擬仿真完成實驗，缺乏實物操作的體驗和技能訓(xùn)練；少部分在校學(xué)生有機會進(jìn)入線下實驗室實操訓(xùn)練，但實驗室設(shè)備環(huán)境一旦與線上視頻相差較大，又會給學(xué)生的實踐學(xué)習(xí)帶來新的障礙。因此在線開放課程的實踐教學(xué)設(shè)計已成為課程建設(shè)的一個難點，如何提高在線課程的實踐教學(xué)質(zhì)量，高校教師和教學(xué)研究人員提出了多種設(shè)計方案：江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院的平震宇等通過構(gòu)建嵌入式虛擬仿真環(huán)境，讓慕課（MOOC）學(xué)習(xí)者完成預(yù)定實踐項目，由于對應(yīng)課程偏重于軟件設(shè)計，所以虛擬仿真基本能滿足實踐學(xué)習(xí)需求[1]；清華大學(xué)的林蔚然等提出實踐教學(xué)在線化改革須從實踐內(nèi)容、師生互動、評價方式三方面入手，要瞄準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)，組織規(guī)劃實踐內(nèi)容，整合實踐資源[2]；山東大學(xué)的顧黎等認(rèn)為由真實實驗、虛擬仿真等多種形式構(gòu)成的實驗體系是我國在線實踐教學(xué)的最佳選擇，虛擬仿真雖無法完全取代真實實驗，但慮及在線課程的教學(xué)特點，虛擬仿真實驗確實是真實實驗很好的補充[3]。借鑒以上在線開放課程實踐教學(xué)的研究成果，再結(jié)合高職“自動檢測與傳感技術(shù)”課程的教學(xué)特點，綜合專業(yè)實驗室實驗、虛擬仿真、線下自主實踐等多種實驗形式，重構(gòu)在線開放課程實踐教學(xué)體系，通過“進(jìn)階型”實踐練習(xí)，提升在線開放課程學(xué)習(xí)者的職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技能。

一、前期實踐教學(xué)狀況

“自動檢測與傳感技術(shù)”作為高職電子信息類的專業(yè)課程，其對應(yīng)的在線開放課程也主要服務(wù)于高職院校電子信息類專業(yè)的學(xué)生及自愿學(xué)習(xí)傳感和檢測技術(shù)的社會學(xué)習(xí)者。課程自立項為江蘇省在線開放課程后，主要以MOOC形式在中國大學(xué)MOOC平臺開課[4]。在線開放課程建設(shè)初期，課程結(jié)構(gòu)的設(shè)計依據(jù)是傳感器的檢測對象，因此課程分為傳感器基礎(chǔ)知識、壓力測量、位移檢測、振動測量、溫濕度檢測、聲光檢測、接近檢測等模塊，再把不同類型的傳感器添加到對應(yīng)課程模塊中，依次講解各傳感器的工作特性及應(yīng)用案例，例如在壓力測量模塊，主要講解電阻應(yīng)變片和壓電傳感器的原理及應(yīng)用，實踐教學(xué)是借助實驗室的傳感器實驗臺完成壓力和振動實驗。以上課程教學(xué)設(shè)計結(jié)構(gòu)清晰，但知識點分散，難以實現(xiàn)傳感器的綜合應(yīng)用，并且受實驗臺條件限制，實驗室的實驗以輔助驗證性為主，難以開展自主設(shè)計和創(chuàng)新實驗。通過課程的問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，半數(shù)以上的學(xué)習(xí)者希望通過多做實驗提高技能水平，近80%的學(xué)習(xí)者傾向于學(xué)習(xí)新型、智能傳感裝置的應(yīng)用知識?，F(xiàn)今人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機器人等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動了傳感和檢測技術(shù)的進(jìn)步，新型傳感器層出不窮，而傳統(tǒng)的課程內(nèi)容與飛速發(fā)展的傳感技術(shù)相差較遠(yuǎn)，尤其是實踐教學(xué)，由于驗證性實驗數(shù)量有限，且側(cè)重理論分析，與實際應(yīng)用聯(lián)系較少，所以無法有效提升高職學(xué)生的工程思維和實踐技能。

綜合以上學(xué)情分析和教學(xué)反思，要提高課程教學(xué)質(zhì)量，課程教學(xué)項目需重新設(shè)計，項目要緊密聯(lián)系工程應(yīng)用，并且引入傳感新技術(shù)，實踐教學(xué)不只限于驗證實驗，要提供給學(xué)習(xí)者多種項目實踐操作的方案，使學(xué)習(xí)者能根據(jù)現(xiàn)有條件和掌握程度選擇實踐方式，完成實踐練習(xí)。

二、實踐教學(xué)體系重構(gòu)

貫徹“德技并修”的育人機制，修定課程標(biāo)準(zhǔn)，確定課程目標(biāo)為：學(xué)習(xí)者能根據(jù)檢測要求和各類傳感器的工作特性正確選擇傳感器；能基于傳感器及其應(yīng)用電路的工作原理，設(shè)計和裝調(diào)簡單測量裝置；能按照傳感器使用規(guī)范和電子產(chǎn)品裝調(diào)標(biāo)準(zhǔn)，正確裝配、調(diào)試和維護(hù)小型自動檢測系統(tǒng)。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，以“傳感器選型和應(yīng)用—檢測系統(tǒng)裝調(diào)”的工作過程為導(dǎo)向，把課程重新劃分為檢測系統(tǒng)與傳感器的基礎(chǔ)應(yīng)用、檢測與傳感技術(shù)的提升應(yīng)用、檢測與傳感技術(shù)的綜合應(yīng)用、智能傳感器的創(chuàng)新應(yīng)用4個“進(jìn)階型”學(xué)習(xí)項目，每個學(xué)習(xí)項目再分解成多個學(xué)習(xí)任務(wù)，在學(xué)習(xí)任務(wù)中融入相關(guān)傳感器的工作特性、應(yīng)用電路、檢測系統(tǒng)的裝調(diào)等知識點和技能點，學(xué)習(xí)任務(wù)的綜合程度和完成難度也遵循“進(jìn)階”模式，課程結(jié)構(gòu)如圖1所示，除了極少數(shù)偏重理論的學(xué)習(xí)任務(wù)，其余每個學(xué)習(xí)任務(wù)都對應(yīng)一個實踐項目，課程重構(gòu)必然也促進(jìn)了實踐教學(xué)體系的重構(gòu)。

圖1 課程及實踐教學(xué)體系重構(gòu)圖

三、實踐教學(xué)資源優(yōu)化

實踐教學(xué)體系由前期的并行模式調(diào)整為進(jìn)階模式，對應(yīng)的實踐教學(xué)資源也需調(diào)整和優(yōu)化。由于傳感技術(shù)與單片機應(yīng)用緊密聯(lián)系，工程應(yīng)用中又常以傳感器、單片機、執(zhí)行設(shè)備等組成小型檢測裝置，所以課程在優(yōu)化實踐項目時，也多以單片機為控制核心，搭配傳感器組成自動檢測系統(tǒng)，完成信號采集和處理。為了簡化單片機程序設(shè)計，減少單片機控制技術(shù)在課程教學(xué)中占用的時間，選用Arduino開發(fā)板作為系統(tǒng)的控制模塊。Arduino購買方便、簡單易用，尤其適合搭配傳感器組建檢測和控制裝置[5]，并且支持Arduino仿真的軟件也較多，因此無論是仿真還是實物制作檢測裝置，Arduino都比較適合。實踐教學(xué)資源以視頻為主，文本和動畫為輔，教學(xué)內(nèi)容由專業(yè)實驗室實驗、仿真實驗和自主實踐等組成，實踐操作難度逐級提高，輔助學(xué)習(xí)者進(jìn)階式學(xué)習(xí)。

（一）專業(yè)實驗室實踐資源

在線開放課程建設(shè)初期借助專業(yè)實驗室制作的實踐教學(xué)資源，大部分是驗證性實驗，涉及電阻應(yīng)變片、電感、電渦流、電容、壓電、霍爾、熱電偶、熱電阻、光電等傳感器，通過實驗?zāi)軒椭鷮W(xué)生理解傳感器的工作特性和測量誤差的分析處理，由于校內(nèi)學(xué)生有條件進(jìn)入實驗室開展實驗，所以這部分實踐資源仍然保留，既作為校內(nèi)學(xué)生線下實驗的預(yù)習(xí)資料，也作為其他線上學(xué)習(xí)者了解傳感器工作特性的拓展資料。

（二）虛擬仿真實踐資源

虛擬仿真技術(shù)為在線開放課程的實踐教學(xué)提供了可選擇的解決方案[6]，仿真不受限于實驗條件，是所有學(xué)習(xí)者都可以參與的實踐方式。通過調(diào)研多個仿真平臺和工具，再結(jié)合課程中每個實踐項目的技術(shù)要求，最終確定基于“實驗空間”、Tinkercad和Proteus這3種仿真平臺或工具來制作仿真實踐教學(xué)資源。

“實驗空間”是國家虛擬仿真實驗教學(xué)課程共享平臺，平臺開放共享了豐富優(yōu)質(zhì)的虛擬仿真實驗資源，其中電子信息類項目有100多項。“實驗空間”使用無門檻，只需簡單注冊就可免費使用平臺資源[7]，適合虛擬仿真實驗的課程化應(yīng)用。本課程中“傳感器的選型”“測量誤差分析與處理”和“家居燃?xì)庑孤﹫缶餮b調(diào)”3個學(xué)習(xí)任務(wù)就基于“實驗空間”的“多傳感器互動藝術(shù)裝置”“激光光聲危險氣體傳感”和“高毒害氣體檢測傳感器設(shè)計與測試”3個虛擬仿真實驗項目制作了實踐教學(xué)資源，學(xué)習(xí)者在完成這3項學(xué)習(xí)任務(wù)時，要通過在線開放課程學(xué)習(xí)仿真操作的技能點，然后登錄“實驗空間”，完成實踐練習(xí)。

除了“實驗空間”， Tinkercad和Proteus是課程使用較多的仿真平臺和工具，這兩個仿真平臺都支持Arduino仿真。Tinkercad是免費的在線軟件工具集合，集成了電路設(shè)計和代碼編寫功能，可用于電子電路設(shè)計和仿真，操作便捷，Tinkercad的器件庫中含有光電、壓力、紅外、超聲、人體感應(yīng)、溫濕度、氣體等多種傳感器，通過Tinkercad可以實現(xiàn)“超聲測距儀設(shè)計制作”“電機振動測量”“智能家居溫濕度計制作”“室內(nèi)人體感應(yīng)電路裝調(diào)”“庭院小夜燈制作”“智能聲光控制器制作”等仿真實驗。

由于Tinkercad器件庫的限制，仍有部分仿真項目無法通過Tinkercad實現(xiàn)，這些項目可借助Proteus仿真工具來完成。Proteus軟件功能強大，相比于Tinkercad，Proteus的器件庫更加全面豐富，仿真功能也更完善，但Proteus不能在線仿真，需要安裝軟件，并加載傳感器及Arduino器件庫后才能工作。Proteus軟件的操作難度要高于Tinkercad，因此對應(yīng)Proteus仿真的實踐項目主要是“智能傳感器的創(chuàng)新應(yīng)用”，這個項目是進(jìn)階型學(xué)習(xí)的最高級，而這個階段的學(xué)習(xí)者已經(jīng)具備基本的仿真操作技能，能適應(yīng)高階仿真實踐。

（三）自主實踐資源

虛擬仿真具有結(jié)果理想化、單一化、可拓展性較差的特點，而真實實驗過程受多種因素干擾，往往實驗結(jié)果是多樣的、有誤差的，甚至是意想不到的，這樣復(fù)雜的實驗過程虛擬仿真卻無法全面展現(xiàn)，所以仿真弱化了學(xué)習(xí)者對電路和儀器設(shè)備的真實感受，降低了學(xué)習(xí)者實踐技能訓(xùn)練的強度，不利于學(xué)習(xí)者提升解決實際問題的能力[8]。因此課程在仿真實驗的基礎(chǔ)上，補充了真實的項目實踐教學(xué)，通過實物裝配和調(diào)試檢測系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者由仿真到實操“進(jìn)階”式學(xué)習(xí)。

為了提高實踐教學(xué)質(zhì)量，在每個學(xué)習(xí)任務(wù)對應(yīng)的實踐項目中配套了仿真和實物操作的教學(xué)視頻，使學(xué)習(xí)者跟隨課程指導(dǎo)可以完成仿真和實物操作兩種實踐訓(xùn)練。仿真時，根據(jù)項目技術(shù)特點使用了多種仿真平臺和工具，但實物操作時，為了便于學(xué)習(xí)者獲取實驗器材和工具，統(tǒng)一使用Arduino開發(fā)板作為處理器，傳感器和執(zhí)行設(shè)備選用線上線下市場上易于獲得的典型模塊。由于在線課程的學(xué)習(xí)者大多數(shù)是學(xué)生，所以未選用價格昂貴的工業(yè)傳感器產(chǎn)品，只需購買低價的傳感器套件即可組建實物裝置，如果是本校學(xué)生，則可以到實驗室借用實驗套件和工具。因為仿真和實物操作的是同一個實踐項目，學(xué)習(xí)者先通過仿真熟悉傳感器的工作特性，理解檢測系統(tǒng)的工作原理，再通過組建實物裝置，了解傳感器的使用規(guī)范，掌握傳感器應(yīng)用電路的組建方法，熟悉檢測系統(tǒng)的裝配和調(diào)試流程，提升專業(yè)技能。

四、實踐教學(xué)實施與評價

實踐教學(xué)體系的合理性以及教學(xué)資源的適用性，還需教學(xué)實施來驗證。實踐教學(xué)方式要根據(jù)教學(xué)對象來調(diào)整，在線課程的學(xué)習(xí)者主要分為在校學(xué)生和社會學(xué)習(xí)者兩類，面向在校學(xué)生可采用線上線下混合式實踐教學(xué)，面向社會學(xué)習(xí)者采用線上引導(dǎo)和輔導(dǎo)自主學(xué)習(xí)的教學(xué)方式。

以課程項目“智能傳感器的創(chuàng)新應(yīng)用”為例說明實踐教學(xué)實施和評價的步驟。本項目的學(xué)習(xí)重點是傳感器的綜合應(yīng)用及檢測系統(tǒng)的設(shè)計裝調(diào)，學(xué)生經(jīng)過前三個項目的知識積累和技能訓(xùn)練，已經(jīng)適應(yīng)課程的實踐教學(xué)方式。校內(nèi)學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，課前通過在線開放課程接收學(xué)習(xí)任務(wù)、查找資料、觀看操作視頻、小組合作完成系統(tǒng)仿真；課堂上領(lǐng)用材料、根據(jù)仿真電路選用傳感器、裝配電路、組裝小車、調(diào)試裝置；課后小組總結(jié)、查漏補缺、排除故障。有了前期實踐學(xué)習(xí)的積累，本項目鼓勵學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計，所以在設(shè)計學(xué)習(xí)視頻和資料時，未明確給出答案，而是引導(dǎo)學(xué)生去思考遙控環(huán)境偵察小車該如何組裝、需要檢測哪些環(huán)境量、檢測系統(tǒng)如何設(shè)計等問題，教師做好個性化輔導(dǎo)，并根據(jù)各學(xué)習(xí)小組的項目完成度，給出過程評價。社會學(xué)習(xí)者不具備校內(nèi)實訓(xùn)條件，但如果自行購買了實驗器件，就可以跟隨在線課程裝配和調(diào)試實物，如果沒有實驗器件，則可以通過軟件仿真完成項目，圖2是實踐教學(xué)實施與評價流程圖。

圖2 實踐教學(xué)實施與評價流程圖

評價實踐學(xué)習(xí)效果，主要考察學(xué)習(xí)者在職業(yè)素養(yǎng)、專業(yè)技能、知識運用等方面的水平，評價方式包括線上測試和線上線下過程考核。線上測試側(cè)重評價學(xué)習(xí)者的知識運用能力，學(xué)習(xí)者通過自學(xué)線上實踐資源，完成相應(yīng)測試；實踐項目完成效果主要評價學(xué)習(xí)者的職業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技能水平，對在校學(xué)生采用線下教師評價、學(xué)生互評等方式，對社會學(xué)習(xí)者采用教師線上評價的方式，學(xué)習(xí)者把仿真測試過程或?qū)嵨镎{(diào)試過程以視頻方式提交到在線課程平臺，教師點評。仿真和實物制作都完成較好的學(xué)習(xí)者，獲得的實踐評分也較高。

五、實踐教學(xué)效果及反思

經(jīng)過體系重構(gòu)和資源優(yōu)化，“自動檢測與傳感技術(shù)”在線開放課程的實踐教學(xué)效果得到提升。具有新課程體系的在線開放課程已上線運行兩期，每期課程選課人數(shù)比前一期增加約23%，從選課人構(gòu)成來看，社會學(xué)習(xí)者占選課人數(shù)的比重逐漸提高，達(dá)到近60%。根據(jù)課程后臺統(tǒng)計的視頻學(xué)習(xí)情況，近兩期開課每期線上視頻學(xué)習(xí)總時長比前期增加了約1倍，而課程中實踐教學(xué)視頻無論是學(xué)習(xí)人數(shù)還是人均觀看量都高于理論教學(xué)視頻，尤其是實物操作的教學(xué)視頻，視頻點擊率相對最高。根據(jù)學(xué)習(xí)者線上測試和提交作業(yè)的結(jié)果，校內(nèi)學(xué)生實踐作業(yè)完成度要高于社會學(xué)習(xí)者，社會學(xué)習(xí)者受限于實驗材料，大多數(shù)提交的是項目仿真作業(yè)，僅有30%左右提交了實物作業(yè)。課程論壇討論回帖數(shù)增加了近2倍，論壇回帖數(shù)的增加反映出課程的活躍度得到提高。課程的滿意度調(diào)查表明學(xué)習(xí)者對課程內(nèi)容的滿意度約為9分，課程的總體評價分也比前期提高了0.2分。

作為職業(yè)教育數(shù)字化的載體之一，在線開放課程的建設(shè)與應(yīng)用拓展了教學(xué)時空，擴大了優(yōu)質(zhì)教育資源的受益面[9]。職業(yè)教育的高質(zhì)量發(fā)展必定帶動高職院校在線開放課程的質(zhì)量提升，而作為職業(yè)教育特色的實踐教學(xué)改進(jìn)，對提高在線課程質(zhì)量，提升課程學(xué)習(xí)者的職業(yè)素養(yǎng)和技能發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在線開放課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改進(jìn)不是一蹴而就的，從實踐教學(xué)體系重構(gòu)、實踐教學(xué)資源建設(shè)到教學(xué)實施驗證，繼而再一輪調(diào)整改進(jìn)，至少經(jīng)歷兩期開課后才能平穩(wěn)運行?！白詣訖z測與傳感技術(shù)”在線開放課程教學(xué)實施結(jié)果表明：“進(jìn)階式”的實踐項目設(shè)計有助于學(xué)習(xí)者從認(rèn)知、模仿實踐到自主創(chuàng)新實踐能力的提升；聚焦新技術(shù)和工程應(yīng)用的實踐訓(xùn)練能促進(jìn)學(xué)習(xí)者工程思維和職業(yè)素養(yǎng)的融合；項目實踐方式（仿真、實物操作）的靈活選用降低了線上實踐學(xué)習(xí)的門檻，即使不具備實驗條件，學(xué)習(xí)者也能完成實踐操作，獲得專業(yè)技能的提升。

[1]平震宇,李培峰,顧曉燕.MOOC環(huán)境下嵌入式系統(tǒng)虛擬仿真平臺的實現(xiàn)與應(yīng)用[J].實驗室研究與探索,2020,39(4):91- 94+159.

[2]林蔚然,徐偉國,陳凱,等.實踐課程在線教學(xué)改革探索——以智能追光光伏發(fā)電裝置實踐單元為例[J].實驗技術(shù)與管理,2022,39(4):178-180+185.

[3]顧黎,周明華.國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目共享服務(wù)平臺對現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育實驗教學(xué)的啟示[J].成人教育,2022,42(5): 47-52.

[4]瞿惠琴,吳孔培.“雙高計劃”下在線開放課程質(zhì)量評價和提升[J].武漢交通職業(yè)學(xué)院學(xué)報,2022,24(1):91-95.

[5]張芳.高職院校基于Arduino的傳感技術(shù)課程教學(xué)研究[J]. 科技資訊,2020,18(12):23+25.

[6]王東梅,龔正君,閆玲,等.基于共享虛擬仿真實驗教學(xué)資源的固體廢物處理與處置實驗課程教學(xué)模式研究[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2022,20(5):95-99.

[7]董桂偉,趙國群,王桂龍,等.高等工程教育虛擬仿真實驗教學(xué)的分析與思考——基于278項國家級虛擬仿真實驗教學(xué)項目的描述性研究[J].實驗技術(shù)與管理,2022,39(12):199-204.

[8]劉長欣,郭改文.利用虛擬仿真技術(shù)提升實踐教學(xué)的 時效性[J].河南教育學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2019,28(4):64-67.

[9]徐曉飛,張策.我國高等教育數(shù)字化改革的要素與途徑[J]. 中國高教研究,2022(7):31-35.

G423.07

A

1672-1047（2023）05-0058-04

10.3969/j.issn.1672-1047.2023.05.15

2023-09-12

江蘇省高等教育教改研究課題“在線開放課程的質(zhì)量評價和提升策略研究”（2021JSJG635）。

瞿惠琴，女，江蘇建湖人，工學(xué)碩士，講師。研究方向：在線開放課程建設(shè)，傳感器應(yīng)用技術(shù)。

[責(zé)任編輯：劉良瑞]