新工科背景下的分级混合式教学体系研究与实践

新工科背景下的分级混合式教学体系研究与实践

程立志  姚瑶  许焰  长沙学院  长沙  410022

【摘要】根据分级教学思路，将混合式教学层级分为基础应用级、创新拓展级和研发提升级，通过混合式教学引入小翻转、大翻转和大混合等多样化教学方法，有利于激励学生的主动学习意识和创新意识，培养满足“新工科”内涵要求的工程人才。

【关键词】分级 混合式 翻转课堂 雨课堂

一、引言

当前，国家推动创新驱动发展，对工程科技人才提出了更高要求。“新工科”更注重与行业的紧密对接，构建产教融合、科教融合的协同育人模式。因而课程的开发要突破传统的学科界限，坚持问题导向，围绕解决复杂工程问题所需要的知识、能力和素质，综合多学科知识，进行教学内容的调整和教学方法的改革^[1]。

随着现代科学技术和互联网的迅猛发展，技术的革新逼迫学校进行课堂教学的改革，混合式教学（Blended-learning）也就在这样一种背景下发展形成的，是国际教育界通过对“E-learning”的实践反思后提出的概念 ^[2]。因此 “新工科”背景下的高等教育需要构建良好的学习生态环境，促进学生个性化发展，全方位开发学生的创新甚至研发能力。只有协同地方企业搭建针对不同学生的分级混合教学体系才能更好的激发学生的主动创新学习能力，培养学生的研发意识，在提高教学质量的同时实现结果导向的目的，为企业输送能提高生产力的新鲜血液。

二、混合式教学现状分析

自“复旦共识”与“天大行动”以后，“新工科”作为工程教育的新理念、新模式已经引起教育界的广泛重视，围绕“新工科”建设的内涵、目标、路径等问题的探讨方兴未艾。“新工科”的提出是现代工程教育发展的必然结果，课程与教学内容的改革是无法回避的核心问题^[3-4]。

因此混合式教学的发展和推进越来越受到许多一般高校的青睐。混合式教学是在线（online）和离线（offline）教学的一种整合，它是面对面课堂教学和网上交互辅助教学形成的一种混合模式^[5]。可见，它是介于完全的传统课堂教学和完全的在线授课的一种中间形态，是二者优势互补的一种教学，也是加快传统工科专业到“新工科”升级的助推剂^[3]。然而，混合式教学在许多一般高校课程建设中还处于开始和探索阶段，它所蕴含的发展意义还需要得到大学教师的充分认识。

当前的混合式教学改革，一部分教师的做法是将课程内容以网络的形式体现出来，将教学课件上传到网上，用于学生提前预习或课后复习，教师上课时依然采用传统的以讲授为主的教学方法，不同之处是较多地采用提问的方法，促使学生将预习的结果说给教师与同学听，教师再进行补充完善^[6]；另一部分教师采用的做法是将采用MOOC+SPOC来进行知识点的熟悉，并给出与知识点有关的问题，让学生带着问题自主学习课件或微课程的内容，然后上课时教师引导学生就知识点题一一展开讨论。整个学习的过程还是以理论知识点为中心，在提高学生的整体创新能力以及与地方企业对接方面仍然存在短板^[7]。同时部分教师所理解的混合式教学就是“校园课堂教学+网络平台资源”或“校园课堂教学+网络平台资源+网上作业和测试”等^[8-9]。真正意义上的混合式教学必须要有真实的离线和在线教学活动的发生，不是简单意义上的上传一些可以给学生看的资料，或利用平台发布通知和布置作业等。教师可以在建设混合式教学体系的过程中有根据学生的实际情况以及地方企业的需求设计教学内容。如果仅是利用平台给学生提供学习资料等简单的活动，学生的学习体验是没有根本性的变化，这样就失去了混合的意义。当前，高校的混合课程建设还大多停留在较低层次的一些网络辅助教学和网络辅助教学管理的水平^[10]。

针对大多数学校工科类学科基础学科的教学现状，有以下问题亟待解决：

（1）传统理论知识的可接受性较差，在工科专业（如机械类、电子类、计算机类专业）专业基础课开展时，学生对于理论知识的理解不好。学生主观上觉得课程与专业的相关性不好，因此，一遇到问题就不想深入学习。

（2）基础理论课实践环节的安排与地方企业的产业结构脱节，课程就失去了原有的意义，脱离了在地方企业的实践应用，工科理论基础课教学无疑成为了纸上谈兵。

（3）现代地方产业发展迅速，无论在生产力还是设备的更新方面随着人类科技的进步日新月异，理论教学中要不断的更新内容，培养学生的创新能力，突破传统教学的束缚才能培养出满足地方需求的学生。

综上所述，目前各高校工科类专业课程在教学内容、教学方法、考核指标等构成的教学体系均与“新工科”的内涵要求脱节严重，不利于培养学生的创新能力和解决问题的能力，已经不能满足现代科技发展对于工程人才能力的需求，教学内容和方法的改革已经成为教师面临的十分紧迫的任务。

三、分级混合式教学体系研究内容

分级混合式教学体系如图1所示，分为分级和混合两大模块，其内涵和内容设计详细论述如下。

图1 分级混合式教学体系

（一）混合式教学分级体系内涵研究

根据分级教学思路，将混合式教学层级分为基础应用级、创新拓展级和研发提升级，从以下方面对各级的内涵进行研究：

1.基础应用级的课程以基础理论为主要内容，以工程项目为驱动，主要为学生今后在工程应用中能解决该类专业相关技术问题奠定理论基础；

2.创新拓展级课程主要根据专业课程所涵盖的知识体系，综合3个以上的知识点，以企业真实项目为驱动，达到课程理论知识的灵活运用；

3.研发提升级课程以相关学科内容为依托，以创新产品、各工科大赛为驱动，甚至参加到教师科研课题中去，实现企业需求与课程培养无缝对接。

（二）分级混合式教学体系研究及教学内容设计

通过对长沙学院工程类专业开设有机电类、电气控制类、计算机类等专业课程内容的分解，任课教师根据培养计划课时数要求，在教学大纲中确定基础应用级的课程，以工程模型为内容，微课、雨课堂等信息化手段分析即时学情，以问题为导向进行启发式的小翻转教学，培养学生工程意识；

根据学生对课程群理论知识掌握程度及专业基础高低的实际进度差异，确定学生所属的创新拓展级，以企业实际案例、各类MOOC资源等为内容，以课立方为手段，以需求为导向进行研讨式的大翻转教学，培养学生创新意识；

根据OBE的理念和企业对产品的设计或工科创新设计大赛的需求，对相关学科群进行协同整合，以开发小组、工作室等形式确定研发提升级，以开放实验、企业第三课堂为主要形式，形成头脑风暴，产品孵化，以产出为导向进行探究学习的大混合教学，培养研发协作意识；

分级混合式教学体系可以动态调整，如学生有兴趣并确实达到上一级开课要求，可以提出申请进入高一等级学习，以达到提高学生专业水平的目的。

四、分级混合式教学体系实践

（一）混合式教学分级体系实施

以机电类、电气控制类、计算机类等专业课程内容为例进行分解，任课教师根据培养计划课时数要求，在教学大纲中确定基础应用级的课程；根据学生对课程群（如机电一体化、PLC可编程控制器、液压传动等）理论知识掌握程度及专业基础高低的实际进度差异，确定学生所属的创新拓展级；根据企业对产品的设计（如机器人）或工科创新设计大赛（如机械设计创新大赛）的需求，对相关学科群（如机械类、电子类、计算机类等）进行协同整合，以开发小组、工作室等形式确定研发提升级。

（二）混合式教学方法和内容实施

①小翻转教学的实施

小翻转课堂主要包含“前置学习—反馈分析—总结提升”这三个教学环节.首先，教师通过课程中心或微信等互联网手段发布教学视频及学习要求，学生通过前置学习掌握最基本的理论知识，教师采取网络在线辅导或者学生之间相互讨论等方式完成任务并提交预习客观题。课中，教师通过学生所提交的预习客观题对学生的学习情况就有了初步了解，教师根据学生的学习进展，学习中出现的问题等进行归纳，并通过反馈分析的结果以工程模型设计课堂内容，用微课、雨课堂等信息化手段分析即时学情，以问题为导向进行启发式的小翻转教学，解决个性化问题，发展学生的高阶认知，引导学生总结知识的学习，培养学生工程意识。

②大翻转教学的实施

大翻转课堂引入企业工程师针对相关产业正在研发的项目进行靶向性教学模式，在提高学生设计和解决实际能力的基础上，激发学生的创新能力。在基于项目化教学的教改基础上，结合翻转课堂的教学模式开展个别课程的教学活动。以《单片机原理及接口技术》和《传感与检测技术》课程群为例：以项目为知识学习与技能训练的载体，以解决实际项目的思路和操作为教学主线，贯穿多个知识点.要将理论体系所包含的内容和实践教学内容进行重构，基于CDIO的工程教学模式，从实际工作任务出发，课程共设计了9个项目，项目之间是递进和包容的关系，同时在设计时考虑学生的认知规律，即由简单到复杂，由易到难依次排列。以并行输入输出端口P1的使用为例，利用项目化教学结合翻转课堂教学的教学设计，课堂上引入智能按需过马路、生产车间良品率智能电子看板等设计环节，理论结合实践。

在智慧教室课堂上，以企业实际案例、各类MOOC资源等为内容，以课立方为手段，以需求为导向进行研讨式的大翻转教学。针对不同层次的学生开展教学活动，需要采取分组的形式，采取小组汇报结合组内研讨，通过学生之间的沟通解决学生差异化问题，并找出共性问题，组内成员都不明白的问题可以提高到组间研讨的级别，如果全班同学都不明白的问题，则需要增加教师讲解分析的环节。通过小组讨论、组间讨论、师生讨论的形式将问题逐一击破，通过该种教学方法有利于提高学生的自学能力和学习兴趣，增强学生的自信心，培养学生创新意识。

③大混合教学的实施

在总结翻转式课堂教学成果的基础上，根据企业对产品的设计（如机器人）或工科创新设计大赛（如机械设计创新大赛）的需求，加入课堂直播的教学改革模式：将原有的校企合作培养由简单的引入企业导师现场指导和学生去企业进行现场实践转化成企业相关项目负责人直接以直播的形式在课堂上和学生互动提出当前项目中需要解决的问题让学生提供方案。将系统化的教学设计分为分析、设计、开发、实施和评价等五个步骤，以保证高效地进行产品设计与实施。

与地方企业更紧密的合作，对相关学科群（如机械类、电子类、计算机类等）进行协同整合，以开放实验、企业第三课堂为主要形式，将学生学习和研发实践相结合。改变传统混合式教学的课前线上预习、课中线下教学以及课后线上交作业的简单混合模式，使线上线下在整个教学过程中成为一个整体，以产出为导向进行探究学习的大混合教学，培养研发协作意识，更加充分的体现出与地方产业相结合的混合式教学模式的优势。

五、结束语

目前分级混合式教学体系已经在我校机电工程学院试行了三个学期，效果突出。打破了当前高校的混合课程建设大多停留在较低层次的一些网络辅助教学的模式，通过学生分级和小翻转与大翻转的教学混合，引领学生们将注意力转移到具体的学习过程，培养学生的创新能力和解决问题的能力。通过大混合的教学模式，培养了学生的研发协作意识，满足了新工科背景下现代科技发展对于工程人才能力的需求。

参考文献：

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