線上線下混合實驗教學(xué)模式研究

馬 超,曽 紅,王宏祥

(遼寧工業(yè)大學(xué) 機械工程與自動化學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

0 引 言

MOOC(Massive Open Online Course)即大規(guī)模開放在線課程是在互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)興起的背景下發(fā)展起來的，是一個面向眾多學(xué)習(xí)者的開放、互動的學(xué)習(xí)平臺[1-2]。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，依靠教師講授為主的傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式難以滿足學(xué)習(xí)者日益豐富的要求，而項目式、驅(qū)動式、混合式、翻轉(zhuǎn)課堂等新穎的教學(xué)模式逐漸受到教育者的重視[3]。MOOC 對我國高等教育變革提供了新的思路，為高等教育的發(fā)展提供了積極的影響：①給學(xué)習(xí)者提供了公平的學(xué)習(xí)平臺；②提高了教育與學(xué)習(xí)方式的靈活性；③打破了學(xué)習(xí)的空間、時間限制；④促進了教學(xué)理念和方法的進步。但是隨著對MOOC研究與應(yīng)用的發(fā)展，越來越多的研究者認識到，作為一種純線上的學(xué)習(xí)方式，MOOC也存在著自身的短板：①由于缺少硬性的約束，且學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力參差不齊，導(dǎo)致課程的完成度較低；②完全依靠線上平臺來完成課程，缺乏師生的面對面交流；③不太適用于實踐教學(xué)環(huán)節(jié)[4]；④學(xué)習(xí)過于碎片化，教師的系統(tǒng)教學(xué)不可或缺。

在《國務(wù)院關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+ ”行動的指導(dǎo)意見》中提出：“鼓勵學(xué)校利用數(shù)字教育資源及教育服務(wù)平臺，對接線上線下教育資源，探索教育的新方式[5]”，這給高等教育的探索提供了新的政策導(dǎo)向。本文立足于自身學(xué)校的特點和師生的實際情況，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性、實際動手能力和創(chuàng)新意識為目標，提出將MOOC的線上教學(xué)與課堂的實驗教學(xué)相結(jié)合的思路，構(gòu)建線上線下混合教學(xué)模式。

1 MOOC在實驗教學(xué)中的可行性分析

MOOC課程具有教學(xué)視頻內(nèi)容精煉、碎片化教學(xué)、線上互動方便、輔助教學(xué)信息化等特點，這些特點與實踐性課程尤其是實驗教學(xué)契合度較高。

(1)實驗教學(xué)的主要教學(xué)目標是讓學(xué)生動手操作，驗證與綜合應(yīng)用課堂中學(xué)習(xí)的理論以及基于理論開展更深的研究，要求理論講授的內(nèi)容簡短精煉、重點突出，這與MOOC視頻的知識凝煉的特點是吻合的。所以，可以把實驗原理、器材介紹、操作過程等內(nèi)容制作成視頻，讓學(xué)生在線上進行學(xué)習(xí)，就能給課堂教學(xué)留下充分的時間讓學(xué)生們進行討論和交流。

(2)實驗教學(xué)所對應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容基本上都屬于學(xué)科的重點理論知識，各個實驗中相關(guān)的理論知識相對獨立，與MOOC碎片化教學(xué)的特點是吻合的。

(3)實驗教學(xué)教學(xué)過程中需要廣泛的互動。在學(xué)生動手實驗時，需要操作實驗設(shè)備來完成數(shù)據(jù)的測量和記錄，或者對實驗現(xiàn)象進行觀察，在整個實驗的過程中，可能會遇到一些小問題，或有一些新發(fā)現(xiàn)，這就需要教師與之相溝通，學(xué)生之間也要相互交流。而在實驗完成后，學(xué)生們會根據(jù)教師的安排撰寫總結(jié)、開展拓展性實驗，這都需要一個平臺來完成，與MOOC平臺互動方便的特點相吻合。

2 線上線下混合實驗教學(xué)模式的構(gòu)建與實施

根據(jù)建構(gòu)主義教學(xué)理論，學(xué)習(xí)應(yīng)該是以學(xué)生為中心，發(fā)揮學(xué)生的能動性，對知識展開主動探索、主動發(fā)現(xiàn)，讓學(xué)生成為所學(xué)知識的主動建構(gòu)者和問題的解決者[6-8]?；谶@種理念，教育者在教學(xué)方法上應(yīng)立足于以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的理念，設(shè)法激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)意識，引導(dǎo)他們帶著問題去探索課程中的知識，通過相互溝通和協(xié)作找到問題的答案?；诖?，本文提出了線上線下混合實驗教學(xué)模式(見圖1)。一方面要發(fā)揮MOOC資源豐富、互動方便的優(yōu)勢[9]，另一方面也要發(fā)揮實驗課堂教育在培養(yǎng)學(xué)生實際操作方面不可替代的優(yōu)勢，這種教學(xué)模式的思路，把學(xué)習(xí)過程分為4個階段：①課前預(yù)習(xí)階段。學(xué)生利用課前時間線上觀看教師制作好的視頻，建立對實驗的基本認識，還可以利用MOOC平臺進行必要的討論和交流；②課堂教學(xué)階段。教師不再對實驗原理、操作等內(nèi)容進行講解，而是協(xié)助學(xué)生自主完成實驗，并在此過程中組織深入的討論，答疑解惑；③課后分析階段。學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)完成實驗報告和課后的思考題，并對課程的內(nèi)容、形式等進行反饋，方便教師對課程進行總結(jié)和改進；④課后的拓展訓(xùn)練階段。讓學(xué)生基于實驗的知識來進行創(chuàng)新方面的練習(xí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力。

圖1 線上線下混合實驗教學(xué)模式

2.1 課前預(yù)習(xí)

課前預(yù)習(xí)是實驗教學(xué)中的重要的環(huán)節(jié)，在這個環(huán)節(jié)，不僅要讓學(xué)生掌握實驗的基本過程，熟悉實驗器材的操作，更為關(guān)鍵的是通過MOOC平臺培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。在傳統(tǒng)的實驗預(yù)習(xí)中，學(xué)生只能依靠教材去了解實驗的相關(guān)知識，很難對實驗形成深刻的認識。而在MOOC教學(xué)模式中，學(xué)生可以預(yù)先下載相關(guān)的微課視頻，根據(jù)自己的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)能力來制定學(xué)習(xí)進度，而且視頻相比于靜態(tài)的文字更加直觀，形式更多樣，也更容易讓信息時代的學(xué)生所接受并形成深刻的印象。

(1)微視頻制作。研究表明，10 min以內(nèi)的短視頻能夠有效降低學(xué)生在線學(xué)習(xí)時注意力不集中的現(xiàn)象，有助于提高學(xué)習(xí)效果[10]。因此，MOOC由若干段時長5～10 min的短視頻組成，每段視頻都只針對一個知識點講授，從而做到信息集中而豐富。學(xué)生可以在線觀看，也可以下載后學(xué)習(xí)，能夠自我控制節(jié)奏和進度，方便回顧任何知識點。此外，還可以自主選擇微課中的輔助資源，如練習(xí)、測驗、實踐等環(huán)節(jié)來加強對知識點的理解和掌握。例如在機械設(shè)計課程的帶傳動實驗預(yù)習(xí)中，主要的線上視頻學(xué)習(xí)內(nèi)容由實驗原理、實驗?zāi)康?、儀器操作、注意事項等微視頻組成，內(nèi)容設(shè)置見表1。學(xué)生通過對這些視頻的學(xué)習(xí)，能夠在實驗前就對實驗儀器的構(gòu)造、原理建立感性認識，對實驗中所涉及到的理論知識建立學(xué)習(xí)的目標，還能對實驗中可能產(chǎn)生的問題加以注意。在視頻中，除了采用動畫等更為活潑的形式來對內(nèi)容講解外，還要注意在視頻中要針對實驗內(nèi)容提出一些問題，或者在微課視頻中嵌入測驗節(jié)點，讓學(xué)生們帶著問題去線上平臺討論，再到實驗室操作儀器進行驗證。

表1 帶傳動實驗視頻內(nèi)容

(2)線上虛擬實驗預(yù)演。虛擬實驗是伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計算機技術(shù)的發(fā)展而興起的新型教學(xué)手段[11-13]，將實驗的器材以虛擬仿真的形式搬上了網(wǎng)絡(luò)，豐富了實驗的條件與方法，促進了實驗手段的完善。機械學(xué)院已經(jīng)建立了“機械基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室”，包含了7個模塊：平面連桿機構(gòu)、二維凸輪機構(gòu)、三維凸輪機構(gòu)、二維齒輪范成、三維齒輪范成、軸系部件設(shè)計與減速器拆裝虛擬仿真模塊。前5個模塊的網(wǎng)絡(luò)化功能通過Java Applet實現(xiàn)，后2個模塊利用ActiveX技術(shù)將三維CAD軟件SolidWorks網(wǎng)絡(luò)瀏覽器eDrawings內(nèi)嵌在網(wǎng)頁中，提供了一個網(wǎng)絡(luò)虛擬模型實驗環(huán)境。借助虛擬實驗室，學(xué)生可以在實驗前就直觀地看到實驗器材，甚至在虛擬環(huán)境中進行模擬實驗，當他們進入現(xiàn)實的實驗課堂時就能更熟悉實驗的環(huán)境，更熟練地操作實驗器材。例如在“減速器拆裝實驗”中，實驗?zāi)康氖亲寣W(xué)生掌握透氣器、檢查孔等10余種附件的作用及結(jié)構(gòu)特點，掌握減速器拆裝的方法及正確的軸系結(jié)構(gòu)。但是在傳統(tǒng)實驗中，學(xué)生們在實驗前只能根據(jù)書本上的文字及圖片去開展預(yù)習(xí)，在實驗操作的時候由于實驗內(nèi)容較多，實驗時間有限，往往手忙腳亂、顧此失彼。在引進虛擬實驗后，學(xué)生們能夠不受時間和空間的限制，隨時登錄系統(tǒng)，在虛擬實驗室中完成預(yù)做，查遺補漏，大大提高了現(xiàn)場實驗的效率和完成的效果。圖2為減速器拆裝虛擬仿真模塊的操作界面，在這個界面中，可以調(diào)用5種減速器的三維虛擬模型，不僅能查看各種減速器的外形，還能對減速器進行虛擬的安裝、拆卸、動態(tài)剖切等多種操作。

(3)營造線上互動的氛圍。線上互動也是預(yù)習(xí)的重要組成部分，這種互動可以用3種形式來開展：①測驗式互動。學(xué)生在觀看微視頻后完成教師設(shè)定好的問題，對預(yù)習(xí)情況進行評價；②協(xié)作式互動。學(xué)習(xí)者建立交互性的學(xué)習(xí)圈或組成學(xué)習(xí)小組，在平臺上與同學(xué)們交流討論，共同開展預(yù)習(xí)；③答疑式互動。學(xué)生不可避免地會有各種各樣的問題，教師把問題匯總歸類后分別進行答疑。

2.2 課堂教學(xué)

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師要完成實驗原理的講解、儀器介紹、預(yù)習(xí)情況檢查、實驗操作等多項講解，學(xué)生則按照計劃好的安排按部就班的操作。這種教學(xué)模式是以教師為中心來開展的，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性和創(chuàng)造性。“線上線下混合”教學(xué)模式中，學(xué)生對實驗的熟悉工作已經(jīng)在自主預(yù)習(xí)的過程中完成，對學(xué)生而言，有了充分的準備，在實驗課堂中有足夠的時間去操作儀器完成實驗任務(wù)。對教師來說，不再需要對微視頻的內(nèi)容重復(fù)講解，能夠把更多的精力投放到課堂的組織中去，對學(xué)生們在線上最突出的問題進行集中講解，引導(dǎo)學(xué)生在課堂環(huán)境中進行熱烈地討論[14-15]。課堂實驗教學(xué)可以由以下步驟進行：①實驗開始前，教師提出若干問題。這些問題可來源于學(xué)生在預(yù)習(xí)中出現(xiàn)的一些疑問，以引導(dǎo)學(xué)生帶著問題在實驗中探索。②學(xué)生進行實驗。在演示、驗證型的實驗中，讓學(xué)生結(jié)組或獨立完成實驗。而在設(shè)計型、綜合型實驗中，以2人結(jié)組的方式，自行討論實驗設(shè)計和操作的方案，教師完善并確定后再實施。在整個過程中，教師要全程參與，規(guī)范學(xué)生的操作，解答學(xué)生的疑難問題，保障實驗的效果。③實驗結(jié)束后，學(xué)生們對教師提出的問題交流發(fā)言、分析討論，教師再進行總結(jié)歸納，給定正確的答案和理論。如在“帶傳動實驗”中，要求學(xué)生根據(jù)實驗記錄的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)繪制T—ζ、T—η曲線。從數(shù)據(jù)中可看出T—ζ曲線的規(guī)律是越來越大的，而T—η曲線卻是先大后小。為什么兩種規(guī)律曲線并不一致？影響滑動率和效率的因素有哪些？這些都是非常值得學(xué)生去思考的問題，在傳統(tǒng)教學(xué)中，由于時間的局限性，很多學(xué)生們并不能深刻地對這些問題進行分析。而在新的模式中，學(xué)生們在思想上有所準備，就更有能動性，他們把實驗場所變成探究學(xué)習(xí)的平臺，分析、討論、交流更容易開展，對問題的理解也更透徹。在最后，教師對問題的解釋能起到畫龍點睛的作用，能讓分析正確的學(xué)生更有成就感，也能讓分析有偏差的學(xué)生找到正確的方法，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情也得到提升。

圖2 減速器拆裝虛擬仿真模塊

2.3 課后分析

在這個環(huán)節(jié)學(xué)生要完成3部分的工作：①整理實驗數(shù)據(jù)，撰寫實驗報告，對實驗的過程展開反思和總結(jié)，對學(xué)習(xí)的過程進行自我評價；②完成線上的課后思考題，從被動的角度檢驗學(xué)生對知識的理解程度。③學(xué)生對實驗過程及教學(xué)內(nèi)容進行反饋，給教師提供優(yōu)化改革方案的意見和建議。這個過程需要借助MOOC平臺的互動優(yōu)勢，教師通過平臺可以與學(xué)生簡單方便地交流，深入了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，還能夠通過數(shù)據(jù)分析對學(xué)生進行客觀地評價，激勵學(xué)生在自由的學(xué)習(xí)環(huán)境中保持學(xué)習(xí)的信心與動力。

2.4 拓展訓(xùn)練

在以往的實驗中，學(xué)生上交了實驗報告就意味著完成了實驗活動，缺少對學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。在混合教學(xué)模式中，教師可以通過MOOC平臺發(fā)布與實驗相關(guān)的拓展資源，這些資源可以是一些典型的案例，也可以是一些可基于實驗來完成的研究項目或設(shè)計任務(wù)。學(xué)生根據(jù)自己的能力和興趣自主選擇。例如，在機械設(shè)計實驗教學(xué)中，根據(jù)實驗類型的不同，設(shè)定不同的教學(xué)目的，制定與實驗相對應(yīng)的拓展練習(xí)內(nèi)容和目標，見表2。

表2 機械設(shè)計實驗分類及微課設(shè)定

3 實施中的注意要點

(1)微視頻的制作應(yīng)靈活。在制作微課視頻的過程中應(yīng)該注重于內(nèi)容的建設(shè)，而不拘泥于固定的形式，提倡多采用學(xué)生們喜聞樂見的錄像、動畫、案例等資源，此外還應(yīng)該注意在課程的講解中多引用啟發(fā)性、案例性的資源素材，給學(xué)生打造趣味的知識課堂。對于教學(xué)內(nèi)容要合理分解，每個視頻對應(yīng)一個教學(xué)目標進行講解，實現(xiàn)對內(nèi)容的精講。從學(xué)生的需要出發(fā)來制作腳本，添加字幕來提高講解的準確性。

(2)考核評價機制要合理。考核是檢驗教學(xué)效果、對知識掌握程度的重要手段，也給教師及時完善教學(xué)方法和內(nèi)容提供了準確的信息。不同的考核方式,也會產(chǎn)生不同的教學(xué)效果。以往的實驗教學(xué)一般以實驗報告為主要考核依據(jù)，這種方法存在一定片面性，使學(xué)生輕過程重結(jié)果,不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。應(yīng)該根據(jù)課程的特點，建立更全面的考核機制。表3為機械設(shè)計實驗的考核評分標準。

表3 機械設(shè)計實驗的考核評分標準

4 實施效果

線上線下混合教學(xué)模式應(yīng)用在機械設(shè)計課程的實驗教學(xué)中，受到了教師和學(xué)生的好評和歡迎，提高了學(xué)生對實驗的興趣，加強了學(xué)生對知識的理解，也培養(yǎng)出學(xué)生們的自學(xué)能力，為實驗教學(xué)改革提供了新思路。

(1)提高了學(xué)生動手實踐的能力和創(chuàng)新的能力。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，很多學(xué)生對工科基礎(chǔ)課實驗尤其是驗證性的實驗重視度不夠，實驗的態(tài)度也不認真。采用混合教學(xué)模式后，線上線下的學(xué)習(xí)氣氛更加熱烈，學(xué)生們在豐富的學(xué)習(xí)資源中對專業(yè)的興趣更濃，學(xué)習(xí)風氣大有好轉(zhuǎn)，學(xué)會了主動去思考問題，努力去創(chuàng)新爭先。在全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計競賽、全國大學(xué)生機器人大賽、“挑戰(zhàn)杯”等各項競賽中，我校學(xué)生的機械設(shè)計作品多次獲獎。

(2)增強了師生之間的了解。教師與學(xué)生、學(xué)生相互之間在互動環(huán)節(jié)能夠更全面、更密切的交流，讓教師更容易了解到學(xué)生的需求，從而優(yōu)化教學(xué)目標，打造以學(xué)生為中心的教學(xué)環(huán)境，逐步實現(xiàn)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)。

(3)提高了教師的微課制作水平。對實驗教學(xué)進行MOOC模式授課對教師來說也是一次提高信息化教學(xué)水平的機會。在視頻資料的制作中，教師也會遇到各種各樣的困難，比如微課的錄制、編輯、發(fā)布，都得從零學(xué)起的。隨著時間的推移，教師微課制作的水平有了明顯的提高，在教育教學(xué)信息化大獎賽、全國高校教師微課比賽中多人獲獎。

5 結(jié) 語

結(jié)合MOOC教學(xué)和實驗課堂教學(xué)的優(yōu)勢，構(gòu)建了線上線下混合實驗教學(xué)模式，讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，發(fā)揮自我能動性，自己去規(guī)劃安排學(xué)習(xí)計劃、制定學(xué)習(xí)方案、完成自主學(xué)習(xí)，真正成為學(xué)習(xí)的主體，逐漸養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣和能力。實踐結(jié)果證明，線上線下混合實驗教學(xué)模式更容易被學(xué)生所接受和認可，促進學(xué)生對實驗和理論知識的掌握和理解，能夠提高學(xué)生的動手實踐能力、創(chuàng)新能力。