以問題為引導的混合式教學模式研究

馬東堂 張曉瀛 趙海濤 熊俊

[摘 要] 混合式教學既是線下面對面教學和在線教學的混合，更是一種“以學生為中心”的教學與輔導方式的混合。針對傳統“通信原理”教學中存在的學生課后學習時間不足、課堂注意力難以長時間集中，以及理論教學和實踐應用脫節等問題，以國家精品在線開放課程“通信原理”為依托，形成了以問題為引導的混合式教學模式。從線上線下課時安排、教學組織、教師分工和學習成效考核方式等方面進行了探索。實踐表明，該混合式教學模式在“通信原理”教學中取得了良好效果，可為其他類似課程開展混合式教學提供參考。

[關鍵詞] 混合式教學;以問題為引導的教學;小規模限定性在線課程

[基金項目] 2018年度國防科技大學本科教育教學研究課題“基于‘通信原理在線開放課程的混合式教學模式研究”（U2018101）

[作者簡介] 馬東堂（1969—），男，安徽靈璧人，博士，國防科技大學電子科學學院教授，博士生導師，主要從事智能通信與網絡、物理層安全、通信基礎理論研究。

[中圖分類號] G642.0? ? ?[文獻標識碼] A? ? ?[文章編號] 1674-9324（2021）08-0116-04? ? ?[收稿日期] 2020-08-17

一、引言

“以學生為中心”是工程教育專業認證的核心理念，也是當前教育教學改革的目標導向。麻省理工學院的拉斐爾·萊夫校長在《麻省理工學院教育的未來》報告中就強調，“我們必須要打造以學生為中心的教育”。在線教育被認為是現代教學改革的催化劑，而如何貫徹“以學生為中心”的理念，并將線上和線下教學深度融合，構建能夠適應學生個性化學習需求的教學模式仍是需要進一步研究和探討的課題。

以問題為引導的教學（Problem-Based Learning，PBL）是“以學生為中心”的教學方式，1969年由美國的Barrows教授在加拿大的麥克馬斯特大學首創，目前已成為國際上較流行的一種教學方法。其精髓在于發揮問題對學習過程的指導作用，調動學生的主動性和積極性?；旌鲜浇虒W（BlendedLearning，BL）既是線下面對面教學和在線教學的混合，更是一種“以學生為中心”的教學與輔導方式的混合。目前，混合式教學已成為教育教學領域的研究熱點，并將成為未來教育的“新常態”[1]。馮曉英等學者對國內外混合式教學的研究現狀進行了述評[2]，指出“互聯網+”混合式教學模式將是研究重點;李逢慶認為掌握學習理論、首要教學原理、深度學習理論和主動學習理論是混合式教學的理論基礎[3];湯勃等學者對“互聯網+”混合式教學進行了深入研究[4];史俊偉等學者以“工程制圖”課程為例，從教學目標設計、教學內容設計、教學活動設計、考評方式設計等方面進行了探索[5]。本文以“通信原理”課程為例，針對線上和線下教學中存在的問題，以知識圖譜為索引，以知識點為基本教學單元，兼顧知識的系統性和知識點碎片化的特點，以國防科大開設的國家精品在線開放課程“通信原理”和中國大學MOOC的“慕課堂”為依托進行了SPOC教學實踐和探索，形成了“課前線上線下預習+線上學習情況講評+重難點研討和講解+課堂測試和解析+知識擴展”的以問題為引導的混合式教學模式。

二、混合式教學的內涵與發展

混合式教學研究源于2000年“美國教育部教育技術白皮書”中提到的混合式學習。其內涵的演變可分為技術應用、技術整合和“互聯網+”三個階段[2]。

2000—2006年為技術應用階段，重點強調技術在教與學中的核心作用，混合式教學被視為從面對面教學到在線教學的過渡階段。

2007—2013年為技術整合階段，混合式教學被視為一種獨立而不是過渡性的教學模式。重點關注“交互”，強調學生與學生、學生與教師、學生與內容、學生與外部資源之間的交互。由“教師為中心”轉向“以學生為中心”。

2013年至今是“互聯網+”階段，強調“以學生為中心”。研究熱點是教學環境構建、教學設計和效果評價，突出信息技術與課程教學的深度融合。

三、傳統“通信原理”教學存在的問題

（一）面對面教學存在的問題

第一，學生課后學習時間有限。目前國內的電子信息類專業本科生培養方案普遍存在著課程門數和課堂教學學時過多的問題，而且有些學校（如軍事院校、航空學校等）體能訓練會占用大量課外時間，導致學生課后學習的時間非常有限，因而需要在混合式教學設計中充分利用有限的課外時間，設法提高教學效率。

第二，課堂上難以長時間集中注意力聽講。研究表明，成年人的注意力高度集中的時間約為20分鐘?！巴ㄐ旁怼钡恼n堂教學內容理論性強，教學內容豐富[6]，以教授為主的傳統課堂容易出現打瞌睡、開小差等現象。解決此問題可以借鑒MOOC教學的做法，將課堂講授內容縮短，穿插一些測試和研討。

第三，理論教學和實踐應用脫節。傳統“通信原理”教學中，存在著“重理論，輕實踐”“重驗證，輕設計”和貼近實際應用不夠的問題，導致理論教學和實踐應用脫節，難以滿足培養學生解決復雜工程問題能力的要求。

第四，考核方式單一，對持續改進支撐不夠。傳統的“通信原理”教學一般采用期末卷面考試+實驗報告的考核形式。而“通信原理”是一門實踐能力要求很強的課程，需要建立一套形成性考核和終結性考核相結合的多元化考核機制，引入非標準答案考核模塊，并通過考核分析支持課程教學的持續改進。

（二）在線教學存在的問題

2013年以來，以MOOC為代表的在線課程發展迅速，對傳統課堂的教學有一定的沖擊和影響。MOOC為學習者提供了更大的自主性和靈活性，也提供了更多的線上交流和互動的機會。我們先后在中國大學MOOC網站開設了八期“通信原理”課程，選課人數超過10萬。在開設過程中發現一些問題，一是教學模式相對單一，不能適應學生個性化學習的需求，難以適應學生分布式認知和高階思維能力的培養。二是MOOC教師無法起到言傳身教的作用。盡管MOOC支持多種形式的線上互動，但還是無法達到師生面對面交流的效果。三是評估考核結果可信性問題。極個別學習者為了獲得證書在完成作業和在線考試中的作弊行為很難杜絕。四是完成率和通過率低的問題。雖然注冊人數眾多，但能夠完成MOOC學習的人數卻很少。在沒有監督的情況下完成MOOC的全部學習內容確實不是一件容易的事。更多的時候MOOC被在校學生學習“通信原理”時當作線上輔導的資料。

四、以問題為引導的混合式教學設計

近年來，我們先后多次在中國大學MOOC上開設“通信原理”小規模在線課程（SPOC），進行以問題為引導的混合式教學探索。教學設計借鑒了MOOC教學的特點，以課程知識圖譜為索引，以知識點為基本教學單元，整個課程教學分為課前線上線下預習、問題匯總和預習情況講評、重難點問題討論和講解、隨堂測試和答案解析、拓展思考和課后作業、分組專題研討6個環節。具體內容如下。

（一）課時安排和教學組織

課內學時為54學時，其中重難點問題的講解和研討36學時，分組專題研討10學時，實驗8學時。學生課外完成基于線上線下資源的預習、分組討論、提出問題、復習和測試、作業等，約54學時。

以一節課為例，各環節的時間安排和教學組織如下：第一，課前線上線下預習15～20分鐘。根據前一節課的布置，學生根據線上發布的視頻、課件、討論題和線下的教材進行預習，各小組（每個小組3～5人）針對預習內容提出具體的重難點問題，提前反饋給教師。第二，問題匯總和預習情況講評3～5分鐘。主講教師收集問題后，進行分析和提煉，確定重難點問題。預習環節是對學習評價的一部分，預習情況會記錄在運行平臺上。第三，重難點問題討論和講解15～20分鐘。教師講授為主，以提問的方式讓學生參與，一方面檢查學生的預習效果，另一方面激發學生在課堂上積極思考。第四，隨堂測試和答案解析8～10分鐘。測試題量為3～5道，難度適中，主要針對所討論知識點的基本概念和原理而設計，測試成績是線上考核成績的一部分。第五，拓展思考和課后作業，課內3～5分鐘，課后15～20分鐘。課堂上由教師提出需要進一步拓展思考的問題，布置學生課后要完成的作業和下節課程需要預習的內容。課后，學生結合線上線下資源進行復習，并完成單元測試和課后作業。第六，分組專題研討，主要是根據創新性能力培養、探究性和個性化的需要，針對核心知識點設計研討課題，從前沿課題中提煉與課程緊密相關的多個教學案例（軟件無線電系統的寬帶信號采樣、無線局域網中的均衡算法、部分響應系統的應用、QPSK調制解調、OFDM接收機設計、多載波傳輸系統的同步、無線光通信中的復用技術等），以小組為單位完成研討課題的資料查閱、方案設計、理論分析、算法仿真和成果總結。每個小組選擇完成一個研討課題，需要用課內10學時，主要用于各小組匯報設計方案、研討問題和研究結論。以各小組提交的最終研究報告和匯報情況為考核依據，提出有新意的解決方案并能進行初步仿真驗證者評價為優秀，正確理解研討問題并給出基本解決方案者評價為合格，未能完成預定目標者評價為不合格。研討課題屬于無標準答案考核方式，根據各小組完成情況評分。在小組評分的基礎上，根據小組內各成員的貢獻和組內協作情況對每個成員進行評價。

（二）教師分工

主講教師全面負責混合式教學過程，包括課堂環節的設計、線上線下學習情況和問題匯總、重難點問題講解、研討課題的發布、評價和指導。助教負責線上線下答疑、研討課題指導、練習庫習題設計、作業批改和課程實驗指導、形成性考核分數統計等工作。

（三）學習成效考核方式

采用形成性考核和終結性課程考試相結合的考核方式。期末考試成績占60%，實驗成績占15%，平時成績占25%。平時成績包括線上學習（含作業、單元測試、課堂測試、參與討論和線上學習投入等）成績、課堂表現和課程研討報告成績。其中，線上學習成績占70%，課堂表現占10%，課程研討成績占20%。

線上學習成績中，作業占20%，隨堂測試占15%，單元測驗占15%，討論占10%，學習投入占10%。圖1為某學期平時成績記錄。

五、教學實例與教學效果分析

（一）教學實例

這里以部分響應基帶傳輸系統為例來說明線上線下課程實施過程。問題：如何構建和實現部分響應基帶傳輸系統？目標是讓學生掌握部分響應的基本原理、波形構建和實現方法，提高工程設計和分析能力。教學實施過程如下。

第一，前一節課下課前，主講教師通過“慕課堂”發布預習要求和本節課堂教學的主要內容。學生基于SPOC上發布的視頻、課件、討論題和配套教材[6]進行預習（預習情況會在平臺上留下記錄），約20分鐘。主講教師根據從各小組收集的問題準備課上重點講解的內容和3道隨堂測試練習題（從助教錄入的練習庫中選擇），測試題的設計注重前后知識點的聯系和知識的綜合運用，分別涉及第I類部分響應概念、傳輸帶寬和差錯傳播問題。

第二，學生在“慕課堂”平臺上簽到后，主講教師對預習情況進行簡單講評。然后，引出課前匯總的5個重難點問題（第I類部分響應波形的引入、構建、可控制的碼間串擾、差錯傳播問題）。

第三，重難點問題講解和討論。在討論部分響應波形的引入時，讓學生參與思考并理解第I類部分響應波形為何兼具理想傳輸特性和升余弦滾降譜特性的優點。在討論“可控制的碼間串擾”時，通過提問加深學生對這一概念的理解。

第四，隨堂測試和答案解析，學生使用手機登錄“慕課堂”完成測試，約5分鐘，答案解析大約需要5分鐘。該測試一方面是檢查和加強學生對第I類部分響應的理解，另一方面是為了解決學生聽講時間過長出現精力不集中的問題。

第五，拓展思考和課后作業，提出需要進一步拓展思考的問題（部分響應系統的應用和奈奎斯特第三準則），布置學生課后要完成的作業（完成SPOC課程第五單元測試）。課后，學生結合線上線下資源進行復習，并完成單元測試和課后作業。

第六，分組專題研討，依托自行開發的軟件無線電教學平臺對“部分響應系統的應用”課題進行分組專題研討和應用，深入探討碼間串擾、頻帶利用率和部分響應之間的關聯性。

（二）學生學習成績對比

通過采用問題導向的混合式教學模式，引導學生利用碎片化時間，提高自主學習意識，重點和難點內容得到加強。學生提出問題、分析問題和解決問題的能力得到增強，教學效率顯著提升。表1給出了未實施混合式教學班（平行班）與實施混合式教學班（實驗班）的期末考試成績對比。由此表可見，實驗班的平均分為79.9分，比平行班的平均分高8.8分。

六、結語

本文以知識圖譜為索引，以知識點為基本教學單元，兼顧知識的系統性和知識點的碎片化特點，通過分組專題研討培養學生解決通信中的復雜工程問題的能力。設計了“課前線上線下預習+線上學習情況講評+重難點研討和講解+課堂測試和解析+知識擴展”的以問題為引導的混合式教學模式，較好地解決了學生難以長時間集中精力聽講和課堂參與度不足的問題，杜絕課堂打瞌睡現象，提高了課堂教學效率。教學和科研緊密結合，將科研過程中提煉的基礎問題引入“通信原理”教學中，可解決理論教學與技術應用脫節的問題。

參考文獻

[1]Porter WW，Graham CR，Spring KA，et al.Blended Learning in Higher Education： Institutional Adoption and?Implementation[J]. Computers&Education，2014（3）：185-195.

[2]馮曉英，王瑞雪，吳怡君.國內外混合式教學研究現狀述評——基于混合式教學的分析框架[J].遠程教育雜志，2018（3）：13-24.

[3]李逢慶.混合式教學的理論基礎與教學設計[J].現代教育技術，2016，26（9）：18-24.

[4]湯勃，孔建益，曾良才，等.“互聯網+”混合式教學研究[J].高教發展與評估，2018，34（3）：90-99.

[5]史俊偉，董羽，陳章良.高校工程制圖課程混合式教學模式探索與實踐[J].遠程教育雜志，2018（3）：13-24.

[6]馬東堂，趙海濤，張曉瀛，等.通信原理[M].北京：高等教育出版社，2018.