專業類實驗課線上教學的探索與實踐

楊文萃 趙慧 鐘曉陽 趙啟凡 蔡小平

摘? 要：為應對新冠疫情導致的學生無法到校學習的問題，很多課程轉向了線上教學。文章調研了哈爾濱工業大學道路橋梁與渡河工程專業大二學生對線上學習的看法;總結了學生線上學習時存在的主要困難;相比于理論課程教學，專業類實驗課程線上教學面臨著更多的困難與挑戰，基于《水泥混凝土配合比設計試驗》課程線上教學經驗，總結了多項實驗課線上教學對策。研究結果為后續可能的持續抗疫工作做好準備，同時對未來線上線下混合式實驗教學提供參考。

關鍵詞：專業類實驗課;線上教學;困難與挑戰;對策

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）11-0051-05

Abstract： To response the students' absence at schools due to the COVID-19 pandemic， many courses had turned to online courses. In this paper， the opinion of students， who are sophomore in the major of Road Bridge and River Crossing Project at Harbin Institute of Technology， on the online learning， was investigated. The difficulties of learning online for students were summarized. Compared with theoretical courses， professional experimental courses or lab teaching faced more challenges and difficulties. Based on the online teaching experience of "Mixture design of cement concrete"， some measures for experimental online courses are given. The results could be not only a preparation for the possible fighting to COVID-19 in coming days， but also a reference for the online-offline mixing teaching of experimental courses in future.

Keywords： professional experimental courses; online teaching; difficulty and challenge; measures

2020年對于各行各業都是特殊的一年，對教育行業更是如此。面對突如其來的新冠疫情，教育部提出“停課不停學”的號召，很多學校開始轉變教學模式與方法，大量課程不得不從線下課堂教學轉向線上教學。線上教學是一種基于互聯網遠程教學平臺，利用網絡教學管理工具，模擬師生面授課堂，并試圖突破傳統課堂時空局限的異地教學方式[1]，與傳統線下教學存在著諸多差異。同時由于時間緊迫，教師與學生都需要在短時間內快速適應線上教學。很多學校和教師都積極探索，逐漸適應，獲得了線上教學的很多經驗與有效做法[2-6]。根據疫情的防控情況，哈爾濱工業大學在2020春季學期課程全部采用線上教學，學生居家學習。相比于理論課程教學，專業類實驗課程線上教學面對了更多的困難與挑戰。本文在經過專業類實驗課線上教學的實踐后，從以學生為中心的理念出發，調研和總結了學生對線上學習的看法以及線上學習存在的主要困難，同時提出專業類實驗課程線上教學的幾點對策。線上教學不僅是疫情特殊時期的應對教學手段，也是未來教學模式發展的一個重要方向。因此，本文的經驗與做法為今后可能的持續抗疫工作做好準備，同時對未來線上線下混合式實驗教學提供參考。

一、線上教學特點和學生的接受程度

為了解學生對線上教學與線下教學的接受與認可程度，發現并改進線上教學過程中存在的問題，確保并提高教學質量，對哈爾濱工業大學2018級道路橋梁與渡河工程專業的學生進行了問卷調查，收回有效問卷37份，并對其中30%的學生進行了深入采訪。調研結果表明，總體上大部分學生都認為線上教學與線下教學存在很大差別，而認為沒有差別或基本一致的學生不到四分之一，見圖1。

（一）線上教學與線下教學的相同之處

1. 教學內容

進一步分析學生對于線上教學和線下教學相同之處的看法發現，幾乎所有學生都認為大部分線上課程的主要教學內容與線下課程基本相同。由于課程的教學內容主要以專業的培養方案和課程教學大綱為依據，因此變化不大。

2. 教育理念與教學模式

已有研究表明此次疫情期間的線上教學模式總體上沿襲了傳統的線下教學模式[7]。主要教學環節包括：課前老師布置預習任務，提前發布電子版教材或課件PPT;課上以老師授課為主，由老師引領學生完成教學活動，達到教學目標;課后由老師發布學習任務或作業，學生完成后交由老師檢查，以實時了解學生學習情況。大部分課程并沒有因為教學空間的改變而導致教學環節的缺失，很好地保持了教學內容和教學活動的完整性。線上教學的主要環節見圖2。

圖2 線上課程的主要教學環節

（二）線上教學與線下教學的不同之處

對于線上教學與傳統線下課堂教學的差異，受訪學生各抒己見，見解頗多，總結起來主要在于“教學活動”與“教學效果”兩個方面，其中教學活動主要包含“構成要素”和“教學環境”的不同，而對于教學效果，學生們普遍關注“互動效果”和“學習效果”的不同。

1. 構成要素

相比于線下教學，在線學習除了“教育者”“受教育者”“教學內容”三大基本要素之外，還要求有相應的硬件支撐（如電腦、手機等）以及較好的網絡條件。而這兩個構成要素對教學效果的影響是不可忽略的，甚至有時候會成為主要問題。如部分學生由于家庭網絡狀況不良（WIFI不穩定、僅有數據流量且信號不佳），極大地影響了學習進程與學習效果。而線下教學的教室可保持教與學的聯系，教學空間不會成為主要的限制因素。

2. 教學環境

線下課堂教學的另一個優勢是“面對面，零距離”，教師可以根據學生們的表情、眼神等實時反應，了解學生們對知識點的接受程度與掌握程度，進而靈活調整教學實施過程;另一方面，師生同處于一個空間，學生處于教師的監督之下，上課會更加認真和投入，吸收效果更好。而線上教學雖說師生也同處于“一個空間”，受限于網絡狀況或直播平臺，教師大部分時間看不到學生，無法直觀獲取學生對授課情況的反應。這使得師與生、教與學被相對割裂開來，而學生由于自制力不足等原因，容易導致聽課質量下降。

3. 互動效果

學生們對線上教學的互動效果評價較好，很多學生認為線上教學的師生之間互動增多，且更加充分。一名學生的說法具有代表性：“以前是老師問學生，現在是學生問老師。”出現這種現象恰恰是線上教學的特點所致，一方面老師無法通過學生的表現來了解學生聽課情況，往往會通過抽查或提問的方式來詢問學生，以保證學生的聽課效率;另一方面，由于師生之間通過網絡連接，減少了面對面交流帶來的緊張情緒，很多性格偏內向的學生也打消了顧慮，所以發言人數比傳統教學更多。同時，伴隨互聯網成長的年輕學生更喜歡在討論區或彈幕區打字互動。此外，課下通過教學群（多數為QQ群或微信群）維持師生之間的聯系。

4. 學習效果

對調查問卷中的“線上學習的效果”分析，得到的結果如圖3所示。可以看出，學生對線上學習效果的評價主要集中于60～80分，表明線上學習效果總體不錯，但仍有部分學生評分低于該水平，可見部分學生認為線上學習效果要比線下學習差。在對學生們的進一步采訪中了解學生打分的理由。很多學生認為，線上學習缺少了老師的監督，對學生的自制力要求很高，但只要管好自己，學習效果還是很好的，而且線上教學的視頻能反復觀看。另一部分學生則坦言在家學習比較困難，缺乏良好的學習環境，很難靜下心來學習，學習過程中遇到問題無法面對面交流，導致學習效果不好。

二、線上學習的困難

（一）學生線上課程學習面臨的困難與問題

有研究表明大部分學生在疫情前沒有參與過線上學習[7]，因此，線上課程對學生來說也是一種新型的學習方式。總結學生對線上課程學習過程中問題及困難的反饋，主要包括以下幾個方面。

1. 相比于線下課程，在線課程學習的效率較低

主要原因包括以下幾點：網絡狀況差或直播課程出現卡頓導致學生聽課時可能會漏聽內容，而部分課程的在線授課平臺沒有回放功能，導致學習的內容不完整。網絡卡頓導致的視頻不流暢會消耗學生的耐心，幾次之后就會走神，導致注意力不集中，特別是家處偏遠地區的學生，網絡條件差，聽課效率低甚至根本無法聽課。長期使用電子設備也會導致聽課效率降低，很多學生基本每天都是滿課，在電腦前坐一整天，晚上還要在電腦上完成相關作業，不僅精神處于高度緊張狀態，身體也不堪重負，長時間下來會產生身體上的不適，其他研究也有類似的發現[8]。在線授課過程中，教師無法使用黑板寫板書，雖然在PPT上書寫或采用手寫板可以彌補黑板的部分作用，但在屏幕上的顯示效果往往不佳，字跡偏小或較難以辨認，也導致聽課效率降低。

2. 線上課程教學限制了一些教學方法的應用

如部分課程中的實驗、教師演示、畫圖、手勢動作以及眼神交流等在線上教學過程中無法實施，導致學生聽課效率降低，對一些知識點掌握不透徹。學生需要自己在線下去消化、思考、領悟，花費大量時間和精力。

3. 居家學習的學習環境和學習氛圍差異較大

多名學生表示家中無法提供一個良好的學習環境或學習氛圍。很多學生的家人也因為疫情居家工作，而左鄰右舍也難免產生一定的影響。在學校生活中，自習室、食堂、寢室等場所分工明確。而居家學習時，餐桌可能就是書桌，使得學生心理狀態發生變化，很難開啟學習模式，無法提高學習興趣和學習效率。線上教學的師生交流并不能像線下一樣流暢、方便，同時學生之間也只能通過網絡交流，不能流暢地討論，當遇到不能理解的知識或較難的題目時，無法在第一時間求助老師或同學。此外，學生各自居家學習，無法看到其他同學的學習狀態，失去了由相互間的良性競爭引起的學習主動性。

4. 線上學習對學生個人的自制力要求高

雖然有家長的督促，但居家學習缺少了老師的監督和學生間的競爭，學生容易出現懶惰的思想，加上大二學生在2020春季學期開始學習專業類課程，難度較大，學生容易出現開小差、不認真聽課的情況。

5. 居家的生活作息與線上教學時間安排不協調

有些西部地區或少數民族學生有當地習俗，作息時間與線上課程時間不重合，例如新疆或西藏與黑龍江有2～3個小時的時差，學生不得不起早上課，這些學生還需應對作息時間的問題。

從學生們的反饋可以看出，因為地域特征、社區環境、家庭條件和網絡狀況等因素，上述困難或問題在很多情況下不是單一存在的，很多學生同時面臨著多個問題。同時，這些問題具有普遍性，不同國家和地區的學生線上學習都在一定程度上面對這些挑戰[9]。上述問題或困難導致了學生在2020春季學期受到較大的學業壓力，這也是部分學生對線上教學評分較低的主要原因。

（二）學生在線學習實驗課的困難與問題

相較于在線理論課程，專業類的實驗課程線上教學除了上述困難外，由于實驗課的特點，對教與學都帶來了更大的挑戰。首先，專業類的實驗課程是學生直觀認識相關材料、學會使用專業儀器和設備的主要途徑，由于學生無法進入實驗室近距離觀察，使得這一教學目標大打折扣。其次，專業類的實驗項目不同于常見的物理現象，一般很難居家完成或實現。學生無法在特定的試驗條件下動手操作，鍛煉試驗技能的教學目標受到極大的影響。同時，一些試驗現象也無法直接觀察。再次，分組進行的試驗項目由于學生無法面對面交流，溝通和合作的效率降低。最后，由于在線實驗項目無法動手操作，學生的興趣及參與度都有所下降。

對于教師來說，缺少實物操作的實驗課教學抵消了實驗教學的最大優勢，而且目前的大部分在線教學平臺對在線實驗演示的支持度并不高，且在線教學對于研究型大學的實驗教學的影響程度更高[7]。對實驗課老師的采訪發現實驗課老師對學生學習效果普遍不太放心。可見，在線實驗教學對老師提出了更高的要求。

三、專業類實驗課線上教學的對策

針對專業類實驗課線上學習的特點與困難，教師采取有效措施，才能避免線上實驗教學可能的弊端，同時發揮出線上教學的優勢。哈爾濱工業大學交通與科學工程學院開設的《水泥混凝土配合比設計》是黑龍江省精品課程《土木工程材料》的配套實驗課，面向道路橋梁與渡河工程專業大二年級學生，是該專業學生接觸的第一門專業類的實驗課程。為保證正常的教學秩序以及與理論課程的接續，2020年春季學期該實驗課程采用線上授課方式。主要從以下幾個方面改進以適應線上教學特點和保證教學效果。

（一）教學設計

《水泥混凝土配合比設計試驗》包含多項驗證性實驗項目和3個綜合設計性實驗項目。為確保課程對培養目標的支撐，線上課程的主要教學內容仍然依據教學大綱，變化不大。但在教學設計上有所調整。

細化實驗原理、操作方法、結果處理等教學內容并豐富ppt課件，加強講解的比重。相較于學生在實驗室面對著具體材料、儀器上課的不同，遠程的學生主要通過老師的課件和講解來了解具體的試驗方法。因此，課件上適當增加相關材料、儀器等圖片與動畫，使學生在觀看試驗演示視頻前有直觀的了解。教師在講授過程中也須對儀器原理和操作方法進行更詳細的講解。

強化驗證性試驗項目的數據處理訓練。線上學習時，學生雖然無法在實驗室動手操作獲得原始數據，老師為學生個人或小組提供不同的原始數據，學生對這些原始數據進行分析與處理，訓練學生分析問題的能力。例如提供給學生水泥膠砂試件強度試驗的荷載值，學生對數據處理獲得抗折強度和抗壓強度，并評定水泥的強度等級。

對于綜合性設計實驗項目，如混凝土配合比設計，以往線下課程的配合比設計、混凝土試拌、配合比調整、強度驗證等環節均由學生在教師的指導下完成。采用線上教學時，配合比設計由各小組根據具體性能要求和給定的原材料條件完成，再由教師在實驗室試拌、驗證配合比，通過視頻、試驗記錄等將結果反饋給學生。

（二）線上教學模式

在線授課主要有四種模式：單向廣播、視頻會議、網絡視頻和翻轉課堂[10]。在線教學也可由多種平臺實現[11]。《水泥混凝土配合比設計試驗》采用了“在線直播+演示視頻分享+微信群/QQ群討論”的線上教學模式。在線直播采用具有回放功能和一定互動功能的騰訊課堂，系統講解實驗項目的目的、方法等。演示視頻主要展示具體試驗項目的操作過程，通過QQ群和百度網盤分享。微信群/QQ群用于課下的交流與討論，以及課件、相關標準與規程、典型案例等分享，學生上交實驗報告等。這種線上教學模式可以實現教學內容全覆蓋，同時發揮出線上學習靈活、便捷的特點。學生可根據自身情況預習、復習和安排學習進度。問卷調查中89.8%的學生認為“老師講授+演示視頻”是較好的學習方式。

（三）教學資源

以電子版課件及課程組葛勇教授主編的《土木工程材料》教材作為主要學習資源，輔以國家、行業標準和規范，學生可以對實驗原理、方法及結果處理具有較好地理解和掌握。為避免網絡質量的影響，實驗操作過程采用錄制方式而非直播的方式進行。教師在實驗室進行操作并講解，錄制后進行剪輯，一些重復性動作可加快播放速率，重點地方增加字幕。剪輯后的視頻可在課前或課上播放，同時采用QQ群和百度網盤等分享給學生。演示視頻不宜過長，在保證一定清晰度的同時盡量壓縮文件，否則部分只有流量的學生無法觀看或無法保存。同時，一些專業論文和報告作為課下閱讀材料，有針對性地在課后分享給學生。

（四）教學互動

線上實驗課教學的師生間互動主要包括兩個方面。一是直播教學過程中的互動，借助于直播平臺的簽到、投票、舉手、語音和討論區等功能完成。例如，教學過程中設計選擇題來調研學生對某一問題的看法或檢驗學生對某一知識點的掌握程度。文字討論區很受學生的歡迎，主講教師可在講課過程中參與討論，如有助教或其他教師參與討論則效果更好。二是課下的交流與討論，主要通過微信、QQ等社交軟件進行，而且學生有問題時傾向于單獨問老師而較少在群里討論，這與線下教學情況相似。

（五）教學保障

學校及學院采取多項措施保障線上教學的順利開展與教學質量。開課前，授課教師完成線上授課方案，由學校本科生院及學院教學委員會審核，通過后才能開課。開課過程中，學院督導組專家跟蹤聽課，并實時獲取學生的反饋。學校及學院也多次組織教學研討，針對線上教學的問題、經驗、做法等進行討論。《水泥混凝土配合比設計試驗》在授課平臺選擇、教學風格等多個方面得受益于第一批線上課程的經驗。

（六）成績考核

實驗報告是實驗課常采用的考核方式，根據學生的完成度、正確性評定學生的成績，但在線上授課的情況下，教師很難監督學生完成實驗報告的過程，以小組為單位完成的實驗報告可能出現有學生參與度低的情況。因此，在《水泥混凝土配合比設計》成績考核上，采用了實驗報告（占50%）+大流動性混凝土配合比設計（占30%）+口試（20%）的方式進行。口試采用線上視頻會議方式，考核學生個人對學習內容的掌握程度。考前建立試題數量足夠的試題庫（每人2題），保證每位學生的題目不重復，每個小組的題目涵蓋全部教學內容。口試過程采用隨機抽題、相同的答題時間以及至少2位老師打分算平均分，以保證公平性。在學生回答后教師對答案進行補充或更正，進一步促進學生對知識點的認識或掌握。大流動性混凝土配合比設計是課程近年來采用的小組競賽教學方法，對提升學生學習主動性和參與度具有促進作用，獲得較好的教學效果[12]。線上教學仍然保留了小組競賽，但在評分標準上有所調整，減少了混凝土試拌環節分數，相應增加配合比設計、展示、小組成員貢獻度的分數比例。采用3項累加的考核方式一方面避免單一實驗報告評價準確性低的問題，另一方面師生面對面的口試及交流可以讓教師更加了解學生的學習效果。但課程結束后的問卷調查顯示，學生對實驗報告考核認可度最高，對難度較大的口試的認可度僅高于筆試，因此在口試的題目設立、實施方法、分值比重等方面還需進一步研究與優化。

（七）為學生返校后設立實驗室開放時間，發揮實驗課直接體驗的作用

77.6%的學生認為“自己課前預習+課上老師講解+動手操作”是這門實驗課的最佳學習方式。因此，為鞏固線上實驗課程的教學效果，同時發揮實驗課直接觀察、動手體驗的作用，在學生返校后靈活安排實驗室開放時間，學生可在實驗室動手操作實驗項目，教師及助教給予一定的指導。這是保障最終的實驗課教學質量，完成實驗教學在培養方案中作用的重要一環。

四、專業類實驗課線上教學的學習成效

在目前學生尚未返校的情況下，專業類實驗課程的最終教學效果還有待進一步觀察和檢驗。就線上教學環節來說，《水泥混凝土配合比設計試驗》采取了多種措施適應在線教學。課程結束后對上課學生進行了調研，當學生被問到“在這門課程中最主要的收獲有哪些？”，近三分之一的學生認為對理論知識的理解和鞏固加深了，其次是學會了實驗原理、方法、儀器操作方法等，排在第3位的是與小組內同學的交流與合作。對于“你對這門課程的其他意見和建議？”這一問題，學生表達最多的是沒能實際動手做實驗比較遺憾，希望回到學校后有機會動手操作，能夠看到自己設計的混凝土配合比的效果，用自己配制、成型的混凝土試塊來測試強度。這也表明學生返校后補充實驗的重要性。

五、結束語

由于大部分教師和學生都是第一次接觸線上教學，教與學兩端都遇到了困難與挑戰，但在線上教學實施過程中也發現了線上教學的一些優點。將這些優點和線下實驗教學優勢結合起來，教與學的效果會更好。例如平時教學也建立教學群，學生可以更加方便地和任課老師取得聯系，學習過程中有疑問也能快速聯系到老師;另一方面教師可以給學生推薦課程相關網課資源，學生在課堂上沒有學好的部分可在課后自學網課彌補。老師提前錄制好實驗操作視頻并讓學生課前觀看，并結合傳統的實驗前寫預習報告的方式，可使學生的預習效果更佳，學生在實驗課上的表現會更好。

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