基于微課的“交通工程系統分析”課程線上線下混合教學分析與實踐

廉冠 覃千航 謝練

摘 要：“交通工程系統分析”是以系統工程原理及方法應用于交通領域的一門課程，傳統的課堂教學模式對于當代大學生的吸引力在逐步下降。在該課程中引入微課教學法，結合趣味性、科教協同法及競賽型微課教學設計，設計線上線下混合式教學方案，激發學生的學習興趣，提升教學質量，為交通工程專業課程的教學改革提供實踐經驗。

關鍵詞：交通工程系統分析;微課;線上線下混合教學;科教協同

信息技術的高速發展一定程度上改變了我們的教學方式及理念，隨著網絡通信技術的普及化以及教育技術不斷更新，線上教學已成為提升學生綜合能力的重要教學手段之一。微課作為線上教學手段之一，可以對不同教學主題進行情景化、精細化教學設計，激發學生學習興趣。交通工程系統分析課程作為交通工程專業的基礎課程，旨在交通系統運行效率優化、綜合成本優化、高效決策等方面對學生進行能力培養，然而其理論性較強、學習難度偏大的特性一直是交通工程專業學生的一大阻力，教師可充分發揮微課的優勢，將其靈活運用于課堂之中[1]。

1 “交通工程系統分析”課程特點與存在問題

“交通工程系統分析”是將系統工程、運籌學等原理及方法應用于交通領域的一門課程。是交通工程專業基礎課之一，主要內容包括系統概念、線性規劃與特殊類型線性規劃、非線性規劃及其應用、圖與網絡系統、排隊論及其應用、交通預測方法、決策方法和工程經濟分析。該課程與運籌學比較相近，但一般側重于交通工程系統的應用性講解而非原理性講解，使學生以系統工程理論和方法來解決工程實際問題[2]，在教學過程中，存在一些問題難以解決：

1.1 多重學科交叉，先驗知識繁多

“交通工程系統分析”各部分內容相對獨立，授課可不必嚴格按照教材內容順序展開，然而各章節內容涵蓋范圍極廣，包括高等數學、線性代數、運籌學、系統工程、圖論、排隊論、計算機應用等知識[2]，許多章節的講授需要學生提前復習或學習先驗知識，例如：學習排隊論知識需要復習高等數學“級數”相關理論，學習特殊類型線性規劃知識需要復習線性代數相關理論。由此導致學生對這門課望而卻步，在現場講授過程中，學生較難跟上理論學習進度。

1.2 理論性較強，學生缺乏興趣

由于該課程理論難度大，當前一般教學方式以“案例問題導入”法來帶入課堂，嘗試著吸引學生，幫助學生理解該課程所解決的問題。然而，由于該課程原理性知識只有偏數學類專業才會具體講解，對于交通工程專業的學生基本都是簡單帶過，學生的學習過程基本可以歸納為“依葫蘆畫瓢”，學生缺乏學習興趣及熱情，導致知識保存期限較短。

1.3 實驗課程講授難度大

“交通工程系統分析”實驗課程該課程的應用實踐環節。教師在教授理論課時，多以原理性的數學推導及解題步驟敘述為主，例如排隊運行指標推導計算、圖與網絡系統中Dijkstra算法步驟描述。相應地在實驗課中，學生需要在理論方法基礎上學習采用計算機工具（例如Lingo、Matlab等）對大規模工程問題進行求解，達到學以致用的目的。然而，該實驗課程涉及程序設計，需要消耗較多時間來講解，多數學生無法在課堂上即時掌握相應知識，急需線下補充練習。

1.4 純線上教學效果較差

當前線上教學多采用多媒體教學方式，優點是節約板書時間，但是缺點也尤為明顯：公式推導效果較板書相差甚遠，與學生之間互動及學生的即時反饋情況難以把握等。實際實踐過程中也發現，純線上教學會引起學生兩極分化等現象。這很大原因是部分老師將線上教學演變成為“學生自學”，教師不斷地推卸教育責任，而且線上教學很難得到學生學習情況的及時反饋情況。

綜合上述存在問題可見，當前“交通工程系統分析”教學方法難以激發學生學習積極性，純線上教學又難以達到教學目的。“微課”可以通過包含趣味性的微視頻、動畫等方式，對知識點進行講解，因此，采用基于微課的線上線下混合式教學方法可以有效解決這些問題。

2 微課教學的特點與存在的問題

微課是當前信息化教學的產物，在教學過程中將教學設計、素材課件、教學反思等教學內容以圖、文、聲、視等元素進行集成，形成一個主題式的課堂教學視頻[3-4]，其具有如下優點：

（1）教學設計短而精。相對于傳統以45分鐘為一節課的教學課例來講，微課一般為5—8分鐘，利于吸引學生的注意力。微課所包含的知識點往往是重、難點，以視頻、動畫形式對知識點進行講解，在一定程度上可以增加課程的趣味性和理解性。

（2）主題突出、形式豐富。“微課”選取的教學內容一般要求主題突出、指向明確、相對完整。它將教學設計、多媒體素材和課件、教學反思等內容進行教學整合，形成一個主旨鮮明、類型豐富、結構緊湊的教學單元。為達到不同的教學目的，根據課程重、難點以及學生對知識掌握情況，微課教學設計可以有多種形式，例如針對不同層次，可以分為科普型、重點強調型、難點突破型等。

（3）趣味創作、制作簡便。交通工程系統分析課程的抽象概念繁多，傳統授課方式需要耗費大量的時間進行解釋和剖析，而微課則可以生動、形象、趣味化地進行內容講解，結合動畫或者搭建情景的方式讓學生快速理解知識點。由于微課以實用作為宗旨，可以使用多種途徑和設備進行制作，教師只要將教學內容合理地設計，便可以快速制作。

目前微課教學也存在一些問題，例如當前的微課形式表現還比較單調，更多的仍是以課堂錄制、攝像機拍攝為主，缺乏生動、活潑的多樣化表現形式[5]。同時不少教師對微課的設計都是為了教學競賽等事項，對于微課的設計開發和使用方法、教學相長方面都還沒有清晰的認識，這些問題使微課在教學過程中的成效大打折扣。

3 基于微課的線上線下混合教學策略

基于微課的線上線下混合教學策略可以分為4個教學設計環節，結構如下圖所示。

3.1 趣味性微課教學設計

微課的授課形式決定了其內容安排的多樣性。微視頻、動畫等形式是吸引學生注意力和提高學習積極性的高效途徑。除此之外，以仿真動畫形式導入課堂，誘導學生去思考其中原理，為后續課程開展提供基礎。例如可以通過編程制作仿真動畫，模擬出行者在網絡圖中不同路徑的出行成本，或者模擬不同排隊形式為顧客帶來等待時間、等待隊長的差異變化。為了進一步吸引學生注意力，可在課前對微課中仿真參數選擇發起投票，把握學生的興趣點。以微課引導出教學內容后，應結合線下板書教學進行原理講解，以彌補線上教學效果差的缺點。

3.2 科教協同微課教學設計

科研項目是學生學習的動力與催化劑，而微課的元素多樣性（例如圖、表）更容易對科研項目中的關鍵信息進行表達。在目前的教育環境下，學生基本以應試為目的，這就導致學生考完即丟的現狀。若結合老師的與之相關的科研項目，將項目背景及科學問題以微課形式進行課堂小結，一方面可以引導學生去思考，另一方面激發學生對科研的熱情。線下配合課堂作業，將微課所拋出的問題抽象為課程中所學模型，進而進行求解，例如，以機場滑行路徑優化研究來引導出圖論的最短路徑問題。

3.3 競賽型微課教學設計

大學期間各種競賽已經成為學生的“加分利器”，競賽型微課是激發學生熱情的有效方式。許多大學生競賽（例如數學建模大賽）試題都是與“交通工程系統分析”課程密切相關，例如2019年全國大學生數學建模大賽試題C“機場的出租車問題”，就可以抽象為排隊論問題，其問題（3）則可以抽象為最優化問題。因此，有能力的教師可以這些試題為背景制作成微課，并輔以解答，作為學生的課外學習資料，成為本課程練兵的一把“利刃”。

3.4 翻轉課堂教學模式

以學校校內網為載體，將微課視頻和相關課外材料放在網絡上，學生可以預先進行下載和學習[6]。學生們通過課下學習，帶著問題進課堂，提高師生互動率，培養學生自主學習能力，也避免了一味地被動灌輸知識，提高課堂學習效率。

4 結語

通過將微課引入到“交通工程系統分析”的教學實踐，在班級群中推送微課視頻及學習任務等資料，并在線下課堂給予學生一定的討論實踐，進而對提出的問題及關鍵知識點進行深入講解，學生的學習興趣和主動學習能力有了極大提升。通過對微課的趣味設計、科教協同設計及競賽型設計，也有助于教師因材施教，逐步增強學生的知識掌握能力。通過這些實踐，學生的成績以及完成科研項目的能力都有了一定的提升，證實了“交通工程系統分析”課程引入微課式教學對提高教學質量有著很好的效果，為交通工程專業課程的教學改革提供了實踐經驗。

參考文獻：

[1]張純良，張桂菊，曹義蓮.微課在“航空航天概論”教學中的應用研究[J].科技風，2020（12）：76-77.

[2]李燕.“交通系統分析”課程教學方法改革與探索[J].中國電力教育，2012（25）：61-62.

[3]胡鐵生.“微課”：區域教育信息資源發展的新趨勢[J].電化教育研究，2011（10）：61-65.

[4]孟祥增，劉瑞梅，王廣新.微課設計與制作的理論與實踐[J].遠程教育雜志，2014，32（06）：24-32.

[5]臧新.微課程建設存在的問題及其對策研究[J].課程教育研究：學法教法研究，2016（10）：58-59.

[6]徐瑞鋒.基于翻轉課堂的短視頻腳本設計[J].網絡安全技術與應用，2020（09）：44-46.

基金項目：桂林電子科技大學教育教學改革項目（JGB202026;JGB201843）;廣西高等教育本科教學改革工程項目（2020JGB187）

作者簡介：廉冠（1989— ），男，河南焦作人，博士，講師，研究方向為交通規劃與大數據。