試驗設計與數據處理課程混合式教學改革和實踐

薛長國，閔凡飛

(安徽理工大學 材料科學與工程學院，安徽 淮南232001)

傳統課堂教學以教師講授為主，教師講授知識和學生聽課是整個課堂教學的重點和中心。這樣的教學過程中，教師對學生的教學實施，是一種單向的“培養”活動。課堂上教師的教和學生的學主要的工作是完成教案中所設計好的教學內容，以教定學，以本為本，教路單一，不能實時和學生互動。傳統的教學方式通過注入式等的教學方式向學生輸入知識而忽視了對學生實踐能力的培養[1-2]。

伴隨著教學理念提升和信息化技術的進步和發展，不斷涌現的教學新模式已經深刻地影響著課堂教學的開展和效果。“混合式教學模式”已經成為課堂教學的熱門，這種模式整合了線上教育與線下課堂教學各自的優勢，使授課教師能夠因材施教，對不同專業的學生可以進行分類教學或者遠程授課[3-5]。本文在線上和線下混合式教學的基礎上，進行了基于超星泛雅平臺的試驗設計與數據處理的混合式教學模式的探索與研究。以課堂教學和網絡教學的混合教學為主，以學生為中心，主要開展材料試驗的優化設計、材料數據的正交試驗的數據分析、回歸分析和用Excel處理實驗數據等內容，以提高學生分析問題和解決實際問題的能力。

1 傳統課堂教學中存在的問題

授課模式主要是以教師講課過程為中心，“填鴨式”的教學模式，學生在整個教學課堂中處于被動的地位，難以與當前學生培養方向相適應，無法達到理想的教學目標；在傳統教學模式中，不注重過程性考核，學生在課程考試中突擊復習幾天，依舊是60分萬歲的理念，學生的能力無法提升。課程內容過于陳舊，一些新的實驗方法都沒有及時傳授給學生，新的知識不及時更新，會導致學生學習知識片面化。如何提高聽課學生的積極性、主動性和參與性，教師要充分發揮指引和協助的作用，建立師生間有效的雙向鏈接，提升教學效果。對于學生來講，如何能更好地利用“碎片化”的空閑時間進行消化、吸收和鞏固課上知識，傳統教學模式中理論知識往往缺少一些實際的教學案例做支持，也使得學生解決實際問題的能力即創新能力得不到培養和提高。

2 課程內容與資源建設及應用情況

針對通常課堂教學存在的問題，利用超星學習通教學平臺和課堂教學結合起來，進行“試驗設計與數據處理”課程的混合式課堂的實施。利用教學平臺和大數據技術拓展“教”的范圍與“學”的時間，不斷修正課堂教學的不足和問題。利用超星網絡平臺開展線上互動教學，選擇基于“建設課程、發布通知、在線學習、作業測試、交互答疑、督導督學”的超星“六步教學方法”[6-7]。課堂教學中通過采用實時選人回答、搶答、多屏互動、主題討論等諸多功能以及體驗式教學活動，既活躍了課堂氣氛，又提高了課堂的趣味性，激發了學生學習的積極性和創造性[7]。

3 課程教學內容及組織實施情況

3.1 學情分析

授課教師首先要根據不同專業的教學對象進行課程前期準備工作，明確教學目標，并對試驗設計與數據處理的教學內容設計出針對性強和參與程度高的教學資源。基于超星平臺在線課程授課方式的方便靈活性，改變了傳統單一的授課模式，提高了聽課學生的學習興趣。

3.2 教學設計

教學設計包括課程教學內容梳理和設計及教學過程具體組織方法和形式。設計和實施混合式教學模式中所需要的教學資源，包括課程的教學大綱教學計劃、課程課件、作業題以及每個單元的微視頻和拓展資源等。針對不同專業的學生，采用不同教學案例進行數據處理內容的體驗式教學。為學生自主學習和課外拓展提供了豐富的資料，滿足了課程理論教學和實踐教學的需求，教學團隊已經利用超星平臺上傳了教學大綱、課件、視頻、教材等線上教學資料，為深入開展線上教學奠定了基礎。詳見圖1。

圖1 線上線下混合式教學模式設計

(1)發掘專業課中的思政元素。在講述試驗設計歷史時，以中國科學院數學與系統科學研究院王元院士和方開泰研究員于1978年根據七機部三院的三個不同型號的導彈的指揮儀數學模型的要求而首創的試驗設計方法均勻實驗為例。該方法多年來在我國航天工業產學研中起到了重大的作用, 因此獲1988年國家科技進步特等獎，目前在中國知網以“均勻設計”為關鍵詞進行搜索，就有9 738條相關結果。思政元素的滲入，增強學生的民族自豪感，也讓學生拓寬視野。

(2)創新方法與實踐教學、專業競賽活動融合，實現“競爭式”學習過程。這樣可有效提升學生參與大學生課外科技創新活動的熱情，積極參加大學生課外科技競賽活動、專業競賽活動融合可作為創新教育在實踐體驗性教學案例。以此為基礎，實現學生的“競爭性”學習過程，并有效培養其綜合素質。

(3)建立體驗式教學案例。在課堂上建立基于一系列的教學演示儀測量案例的教學案例。利用接觸角教學演示儀進行潤濕性的檢測，在課堂上得到接觸角數據，并建立不同實驗案例下接觸角指標和材料影響因素的關系。實現對試驗設計與數據處理的教學中實踐教學和參與式教學；建立上述教學案例的教學演示程序，從而使教學更好地和實踐相結合，滿足對材料專業人才日益增長的要求。

(4)教學評價以過程性考核為重點。過程性評價指利用超星泛雅平臺收集的大數據進行學生在線學習情況的統計和分析，如課程視頻觀看時長、討論參與次數、作業完成質量和課堂互動情況等。成績考核采用線上與線下相結合的方式，其中線上考核占50%，線下考核占50%。線上考核50%包括作業20%、簽到10%、課程音視頻5%、章節學習10%和討論5%，可以根據上課時候側重點重新選取權重。重視過程的考核方式有效地督促學生自主學習，很好地激發學生積極的參與課堂討論學習熱情，課堂氣氛活躍度較高，課后作業完成率較高等。

4 教學效果

以在2017資源循環專業班級使用混合式教學模式、2016級資源循環專業班級使用傳統教學模式為例。兩種教學模式的期末學生成績對比如圖2，采用混合式教學模式的班級成績優秀和良好率大幅度提升。說明在使用線上線下混合教學方法后，學生參與度、學習積極性和實際數據分析處理能力均有一定程度提高。

圖2 混合式教學模式(2017級)和傳統教學模式(2016級)之學生期末成績對比

將TRIZ創新方法應用于混合教學模式后，所帶專業班級學生獲得了2019年國家挑戰杯大賽三等獎和2020年第九屆中國大學生創業計劃競賽銅獎，顯示本專業學生的創新和創業能力得到了一定的提高。課程改革實施過程中獲得了教育部產學合作協同育人項目，安徽省高等學校省級重點教學研究項目，安徽理工大學一流本科課程建設項目等諸多項目的支持。教學團隊基于此課程建設項目獲得了安徽省教學成果獎三等獎3項，獲得了同行專家的認可。

5 結語

采用線上線下混合式教學方法，可以有效地將超星平臺的線上豐富的課程資源和線下面對面的講授相融合。在線學習和做相應習題使學生可以有效利用碎片化時間進行課程學習，通過布置作業、討論等活動的開展，有效地提高了學生自學在線知識的興趣。與傳統的授課模式相比，教學資源更加豐富，明顯提高了學習效率。通過該課程學習，學生具備獨立完成科學研究試驗方案設計的能力，具有結合專業知識對數據進行統計分析的能力。