機械測控綜合實驗線上線下混合教學實踐

（上海理工大學機械工程學院 上海 200093）

在信息化爆發式發展的趨勢下，遠程在線教育的跨時空、跨因地域等方面造成的教育資源不平衡，使教育資源共享化的特點和優勢逐漸凸顯出來。遠程在線教育受到越來越人的認可，許多學校也紛紛嘗試開展網絡遠程教學來取代以往傳統在教室上課模式。理論課程涉及大部分內容可以通過PPT展示，遠程網絡教學實施相對比較容易；而實驗課程涉及多種實驗設備和相關儀器，學生無法實際現場操作實驗儀器，也很難通過PPT展示儀器操作使用，且實驗儀器和設備操作過程較為復雜，給實驗課程網絡遠程教學帶來很大困難。

目前，陳章寶針對西南大學教育藥學專業網絡遠程實踐教學難點，分析研究教育藥學專業課程特征，通過建設網絡信息平臺及實驗項目視頻課件，實驗教學互動平臺、虛擬仿真實驗操作等網絡資源培養學生的操作技能，結合各種現場社會實踐教學培養學生的動手實踐能力。洪煒寧等基于網絡平臺對物理實驗多維教學模式研究，構建了虛擬教學與實際操作相結合、網上學習成績與課堂實驗成績有機結合的多維教學模式，大大提供了該物理實驗課程的教學質量。我校的《機械測控綜合實驗》也是一門綜合實踐類課程，要求學生基于Labview虛擬仿真平臺，采用模塊化實驗設備、工業使用的傳感器實現伺服電機、氣動元件及機械組件的測試與控制。讓學生接觸實際工業應用對象，自己動手搭建實驗平臺進行設計組合，將理論知識與工程實踐相結合，培養學生的創新思維和動手實踐能力。該課程是我校機械類學生的必修課，而如何實施遠程網絡教學來培養學生實踐能力是此類課程遇到的難題之一。

根據我校一部分在校學生，該部分學生可以開展線下實驗教學模式，而另一部分不在校學生進行線上教學模式。針對《機械測控綜合實驗》課程要求理論、創新設計及動手實踐的教學特點，開展該實驗課程線上線下混合教學模式實踐，充分利用線下學生上實驗課程的各種資源，將實驗設備，實驗儀器和實驗操作通過網絡遠程讓線上同學學習掌握，而線上同學將做好的程序案例遠程給線下同學進行線下現場演示并查找問題，形成線上線下學習互動效果，線上同學充分學習了解線下同學的現場操作，而線下同學又可以利用線上同學的案例進行現場演示，從而彌補線下線上教學的不足，充分利用線上線下混合教學各自的優勢，極大地提高了學生互動學習的積極性和網絡教學的效率，已達到學生動手能力和創新思維的培養。

1 實驗課程多場景模式教學

根據遠程在線教育的開展，《機械測控綜合實驗》實驗課程采用一部分學生線下教學模式，更多學生則是線上教學模式。考慮到該實驗課程用到的實驗設備較多，操作流程較為復雜，且難以實現虛擬教學，所以針對該課程的這些特殊難點，本課程在實施線上線下混合教學過程中采用網絡多場景線上教學模式。如下圖1所示，該實驗課程實施采用騰訊會議作為多場景網絡授課平臺，其中包括教師授課PPT屏幕共享、實驗室環境全景、實驗講解及程序演示場景和實驗設備操作近景。線上學習同學可以全方位的了解上課講解內容，實驗室整體環境，具體實驗室設備和線下同學具體操作過程，并可以隨時進行各種場景的切換及與線下同學或老師問題探討與互動。

首先，教師上課電腦桌面屏幕共享，讓線上學生實時關注教師在電腦上的操作PPT和資料文件，方便學生了解上課內容的最新信息，緊跟老師講解過程，避免出現線上同學與老師實際講課步調不一致現象。其次實驗室整體設備環境和線下學生實驗學習狀態通過“實驗室環境全景”實時共享給線上同學，讓線上學生實時了解實驗室各種實驗設備及線下學生學習過程，通過網絡虛擬與線下真實場景結合讓線上同學有親身經歷實驗室的感受，通過“實驗室環境全景”模式讓線上同學與線下同學具有同樣身在實驗室的感受。結合“實驗講解及程序演示場景”使線下線上同學更深入學習實驗課程內容及涉及的軟件程序內容，通過該場景使線上同學可以通過PPT投影內容及教師演示程序內容，學習整個實驗具體方案設計。最后，通過將線下學生具體操作實驗設備的“實驗設備操作近景”實時共享給線上同學學習和掌握，并將一些實踐操作問題與線上同學進行交流，讓線上學生與線下同學相互探討共同完成實驗操作任務。通過多場景實驗教學模式開展，極大豐富了線上同學學習方法，增強了線上同學與線下學習交流互動，大大促進了實驗課程教學質量。

圖1：多場景線上實驗教學模式

圖2：多種網絡平臺的線上線下交流互動平臺

2 線上與線下交流互動教學

考慮到線上同學在實驗課程學習中無法直接操作設備，避免實驗學習過程中過于單調而缺乏學習積極性。在本實驗課程線上線下混合教學過程中，充分考慮了線上與線下交流互動的方法及相關實施，分別包括：線上同學與教師交流互動，線下同學與教師交流互動，線上同學與線下同學交流互動。隨著現在網絡技術發展，單一的網絡軟件平臺都有自己的特色和局限性，因此，為有效實施線上線下交流互動教學開展，本實驗課程借助于遠程會議如騰訊會議或welink視頻對話，微信交流平臺及QQ遠程控制等多種網絡技術途徑，打破線上同學與線下同學的空間距離，實現身臨其境的線上與線下交流互動感受。

其中線上同學與教師互動，是保證線上同學學習質量的重要一環。與以往線下授課不同，線上授課教師無法實時看到線上同學學習狀態，當線上同學在有些問題沒有聽懂的情況下，非常容易產生懈怠或去做其他與課程無關的事情，這需要教師實時掌握學生學習動態，調整實驗課程進度及教學方法來保證整個教學質量。隨著目前互聯網技術發展，如騰旭會議的屏幕共享，視頻語音通話，微信的多人會談模式，QQ的遠程協助功能的豐富，給教師與線上同學共同學習交流互動提供了多樣的技術保證。教師可以隨時通過視頻語音與線上同學進行相關問題進行探討；如果學生遇到《機械測控綜合實驗》中復雜程序問題，教師可以通過電腦屏幕共享功能或QQ遠程協助（teamview，向日葵遠程等其他遠程協助軟件）對線上同學問題進行無距離查看和講解，或者通過微信工具開啟多人會談模式，將一些共有的問題進行多人探討交流。

表1：線上線下混合教學綜合評價體系

根據線上線下混合教學模式，教師也要充分考慮與線下同學的交流，基于上述多場景的布局，教師與線下同學的交流互動會同步傳輸給線上同學，從而使線上同學可以隨時了解線下同學遇到的問題及解決辦法，所以教師在與線下同學交流互動的時候要充分考慮線上同學的學習效果，特別是操作一些測控軟件的時候要比以往線下交流速度要慢一些，讓線上同學有充足的反應時間學習。在教師指導線下學生提出的問題時，要充分利用實驗室環境全景、實驗講解及程序演示場景和實驗設備操作近景環節，保證線上同學同步學習過程。

由于線上線下混合教學過程中，線上同學的數量遠遠大于以往正常線下授課的人數，這也導致教師無法在短時間內與所有線上同學進行同時交流互動，而線下同學因為教師與線上同學溝通交流而比正常實驗課程空余時間多很多，所以應增加線上與線下同學之間交流互動，來彌補教師與線上同學交流不足，同時也能保證線下同學更全面深入與線上同學學習交流。如果線上同學對于一般難度不大的問題或關于現場實驗儀器操作的簡單問題，就可以不同網絡平臺與線下同學取得聯系并針對相關問題進行交流和探討，大大提高線下同學的學習興趣，也同時緩解教師與線上同學之間交流互動的壓力。

3 實驗方案結果遠程驗證與線下協助

根據《機械測控綜合實驗》課程特點，學生主要工作是測試程序方案設計、程序編寫及程序結果實驗驗證，還有部分工作是將傳感器與測試設備的連接。其中程序方案設計和程序編寫，線上同學可以在自己電腦上完成，而程序結果驗證往往需要與線下設備進行連接后才能進行，這個程序結果驗證工作對線上同學提出了很大挑戰。作為實驗教學課程一個重要環節，將實驗設計方案結果進行實驗驗證是保證線上同學教學質量，順利完成相關實驗任務的關鍵。

針對程序結果驗證這一難題，我們提出了利用QQ遠程協助平臺，把線上同學做好的案例程序遠程安裝到線下同學的實驗設備計算機中進行遠程運行驗證，而相關傳感器與實驗設備連接工作則由線下同學協助完成的模式。借助于上述提到多場景教學平臺及線上線下交流互動平臺來完善相關遠程驗證中的一些問題，如線上同學將設計完成的溫度采集控制軟件通過QQ遠程協助下載到要執行相關實驗驗證的線下計算機上，線上同學可以通過遠程方式控制操作線下計算機程序來進行各種操作，于此同時可能涉及硬件傳感器及采集設備的調試工作，這就需要線上同學與線下同學進行溝通交流，相關硬件操作需要線下同學協助完成，同時線上同學可借助多場景模式來觀察學習線下同學具體操作過程，最大程度上學習掌握整個實驗過程。

通過上述過程可以看出，實驗方案結果遠程驗證過程是整個實驗過程的核心，需要線上同學借助遠程協助平臺進行遠程驗證，同時需要線下同學進行線下傳感器硬件協助，線上同學利用上述多場景平臺觀察整個線下操作過程，遇到相關技術問題需要利用線上線下交流互動。這個過程的完成充分發揮網絡技術的優勢，同時需要線下同學和教師的密切配合才能有效將線上同學的各項實驗任務圓滿完成。

4 線上線下混合教學綜合評價體系

我校《機械測控綜合實驗》是一門獨立學分課程共有2個學分，線上線下同學經過這門課程學習需要了解掌握各種傳感器使用及信號測試方法，對于建立線上線下混合教學綜合評價體系對體現學生學習效果的重要措施。以往傳統教學模式，教師往往需要在課堂上根據每個同學的態度及實驗過程表現可以給出相應比例的平時成績，再根據學生提交的實驗報告給出相應的報告成績，然后根據平時成績與報告成績所占比例匯總計算出最后的課程總成績。而隨著疫情爆發而導致實驗課程線上線下混合教學模式的開展，對以往傳統教學評價體系提出了很多挑戰甚至有些環節不再適用，如線上授課時候教師無法觀察到每個學生實時聽課的狀態及在任務方案設計及實時過程的細節，這需要線上授課過程中教師需要使用更加科學完善的教學綜合評價方法。

針對線上線下混合實驗教學過程中所遇到各種問題，本課程綜合評價方式及成績比例如下表1所示，其中與以往傳統教學模式不同之處在于更注重過程考核，主要包括出勤、課堂表現、回答問題、團隊合作。出勤考核我們利用網絡大數據技術對線上同學學習過程進行多源數據融合，數據處理分析線上同學有效學習時間而不只是網上簽到，考慮線上同學學習過程中可能離開或者沒有專注課堂學習，網絡大數據技術可有效解決線上同學出勤考核問題。課堂表現主要通過教師抽查線上同學實驗方案設計，程序編寫及實驗結果遠程驗證等過程表現進行綜合打分。回答問題則主要是教師針對線上同學提出不同問題進行隨機提問，再根據線上或線下同學回答問題情況進行打分。團隊合作是考核線上線下互動交流的重要指標，這主要取決于線上線下分組合作過程中對相關實驗方案的討論設計、方案實施及結果驗證，特別是遇到各種線上線下問題時團隊合作解決問題的能力。最后一項是實驗報告，與傳統教學模式不同，線上線下混合教學過程中的實驗報告全部是以電子版形式上交，考慮到線上線下混合教學過程中，更多學習資源的共享及分組同學共同完成同一項工作任務，同學在完成實驗報告過程中存在部分內容相同的情況，實驗報告成績占總比分30%，低于傳統教學模式。

通過開展線上線下混合教學綜合評價體系建設，有助于教師和學生了解課堂的學習情況，對過程化教學模式加強，更加注重線上線下同學學習過程中遇到的各種實際問題，建立線上線下學生共同學習動態的反饋機制，保證整個實驗課程正常開展及達到預期教學效果。基于大數據網絡化管理及資源共享平臺，教師和教學管理部門可根據線上線下混合教學過程中遇到的問題給予過程性干預，實施精細化管理，提高教學質量和教學管理整體水平。

5 總結

隨著網絡通信技術的發展，以往傳統線下教學模式逐漸向線上教學進行發展，線下線上混合教學改革勢在必行；而互聯網與云計算技術為新時代教學改革提供了平臺保障，進一步推動了線下線上混合教學模式的發展進程。針對我校《機械測控綜合實驗》實驗課程涉及傳感器設備儀器特點，無法簡單按照理論課程線上授課方式，我們開展了該實驗課程線上線下混合教學模式實踐，利用現代網絡科技與傳統教學互補的方式進行探索，取得了很好的實驗教學效果。

該實驗課程開展過程特色主要有：（1）利用多場景教學模式拉近線下與線上教學之間的空間距離，使線上同學可以實時了解線下教學過程及實驗設備操作及演示過程。（2）基于多種互聯網技術平臺開展線下線上互動交流，使線上同學與教師及線下同學針對關心的問題和難點進行互動探討，增加彼此學習積極性，可極大促進實驗教學效果。（3）實驗方案結果遠程驗證是本次課程的一大亮點，基于遠程協助平臺和線下同學協助，線上同學可以遠程完成相關軟件調試及驗證工作，為該實驗課程順利開展打下了堅實基礎。（4）建設線上線下混合教學綜合評價體系，對過程化教學模式加強，更加注重線上線下同學學習過程中遇到的各種實際問題，建立線上線下學生共同學習動態的反饋機制，保證整個實驗課程正常開展及達到預期教學效果。

通過上述線上線下混合教學模式及各種教學方法實踐，順利完成該《機械測控綜合實驗》的實驗課程開展，線上同學能通過互聯網平臺克服各種線上教學遇到的實際問題，課堂反應積極和對課程滿意度高，借助于互聯網大數據學習平臺可順利完成涉及多種實驗設備及復雜實驗過程的教學任務，對提高相關實驗課程在線教學質量具有重要意義。