安全工程與消防工程專業本科生混合式實驗教學模式探究

蘇曉倩 馬衍坤 彭 偉 張 曦 楊文旺

（安徽理工大學安全科學與工程學院，安徽 淮南 232001）

0 引言

為大力推進新工科建設，近年來各高校陸續開啟新教學模式的探索[1]。 傳統的現場實驗教學或虛擬教學均不能完全適用于新形勢下工程教育改革的目標，將線上學習、線上探討更好地運用在現場實驗教學中是實驗教學進行的改革和創新。

安徽理工大學安全工程專業為國家級、省級一流專業建設點， 列入安徽省Ⅰ類高峰學科建設名單，并于2010年、2013年、2016年、2019年先后四次通過全國工程教育專業認證。 消防工程專業依托安全科學與工程即安徽省一流學科，是在已有的安全工程專業基礎上發展而來的。 實驗教學具有直觀性、實踐性、創新型等特點，是本科教學的重要環節，是培養專業人才動手實踐能力和解決問題能力的必要手段。 在實際教學中，由于實驗設備和實驗學時的限制，學生實操機會少，沒有機會多次練習鞏固實驗[2]。

“線上教學+線下實操+線上測評” 的混合式實驗教學，學生既可以反復學習線上資料，也可以切身參與線下實操；教師既能全過程參與監督管理，也能實施科學化的考核方式。 這種混合式實驗教學充分體現了以學生為主體、教師為主導的教育理念，具有豐富教學手段、提高實驗教學效率、改善實驗教學效果等優點。

1 安全工程專業、消防工程專業實驗概況

安全工程與消防工程是典型的工科專業，其應用性、實踐性強，對學生的專業技能和創新能力要求較高。 我校安全工程專業和消防工程專業本科生實驗有驗證性、綜合性、演示性實驗三種類型，其中驗證性實驗項目有二氧化碳臨界狀態觀測及PVT 測定、導熱系數和黑度測定、 礦用傳感器認識與擴散硅壓力標定等；綜合性實驗項目有建材煙密度測定、開口閃點測定實驗、建材不燃性實驗、人機工效綜合實驗等；演示性實驗項目有中央空調系統模擬演示、監測監控系統演示、空調壓縮機的分類認識及構造演示等。

我校安全工程專業與消防工程專業本科生現有的實驗教學采用的是傳統的現場實驗教學模式，總體上具有教學體系缺少系統性、 教學方法缺少多樣性、教學手段缺少創新性、實驗考核單一等特征。 例如實驗項目比較獨立，而且涉及的知識點偏多，但因課時限制，實驗教學主要是對實驗目的、原理、步驟和注意事項的介紹，對涉及的知識點沒有詳細講解。 此外，實驗考核缺少過程化，考核方式單一，實驗報告和出勤率僅僅作為實驗考核的判據。 在實操環節上不能達到“人人動手”做實驗的目的，不利于工科生科學研究能力和理論學習應用能力的培養。

2 安全工程專業、消防工程專業混合式實驗教學模式構建

相對于傳統的現場實驗教學，虛擬實驗教學具有形象化、教學投入成本低、時間和空間不受限制、安全性和可靠性高以及過程可重復等優勢，是突破現階段實驗教學滯后于專業建設和課程改革的有效方式[3]。然而，學習氛圍不足、學生容易分心、師生溝通不及時是虛擬教學面臨的問題[4]，無論是傳統的現場實驗教學還是虛擬實驗教學，均不能完全適用于新形勢下工程教育改革的總體要求。 因此，結合新工科建設、一流本科專業建設，持續推進教學改革、工程教育認證理念[5]，將現場實驗教學和虛擬教學有機融合，基于學生為中心、教師為主導的線上線下混合式教學模式具有顯著優勢[6]，或將成為現階段高等教育實驗教學的發展方向和新常態。

2.1 實驗前——線上教學

“線上教學”根據教學大綱要求安排，為學生提供了豐富的課件、視頻等實驗教學資源，集成了管理、信息、課件、視頻、交流和意見反饋等功能，是對安全工程、消防工程專業核心理論課程的重點和難點的補充。

在開課之前，授課的實驗教師建立班級QQ 群，用于線上教學的課前、課后的通知通告，課中的交流討論等。 通過超星學習通創建實驗項目課程，主要包括多媒體課件、短視頻、實操示范和思考題四部分，其中第一部分多媒體課件內容有實驗所涉及的知識點的解釋、實驗目的與意義、實驗原理、實驗器材、操作步驟、注意事項、實驗結果的判別依據以及相關標準規范、儀器說明書、參考文獻等輔助資料。第二部分短視頻主要是實驗教師采用EV 錄制的15 分鐘左右的短視頻，是對課件中重難點模塊的詳細講解。 此外，也提供了與實驗項目相關的慕課精品課程供學生觀看學習。 第三部分實操示范是實驗教師系統地把實驗預做一遍，并把實驗過程錄制成視頻供學生預習與了解實驗。 第四部分思考題是對前三部分學習內容的測評。 同時通過超星學習通或QQ 群，學生與學生、學生與教師之間實時交流討論， 實現了學生全體全程參與、 教師全程管理的目標。 線上教學主要模塊如圖1所示。

圖1 線上教學主要模塊

四部分內容循序漸進，學生可以通過手機、電腦等電子設備反復播放學習，不僅能夠加深學生對課程重、難點的理解與掌握，還能夠為線下實操奠定堅實的基礎，為實驗結果提供理論支撐。 短視頻、實時互動、 思考題等有效緩解了線上教學學習氛圍淡薄、注意力不集中、師生溝通不便、不能了解學生學習狀態以及影響教學效果等問題[7]。 此外，超星學習通選人、抽人、 搶答等方式突破了傳統實驗教學的單調枯燥，全方位地調動學生實驗學習的積極性[8]，提高學生的自主學習能力。

2.2 實驗中——線下實操

在傳統的實驗教學中， 實驗教師要完成實驗原理、儀器介紹、實驗操作等多項講解，指導學生按部就班操作[9]。 這種教學模式在有限的學時內需要完成的內容過多，實驗講解不能面面俱到，實操環節只能分大組進行，導致多數學生只是“觀看”實驗而非動手操作，難以激發學生的學習能動性。

線上線下混合教學模式中，學生對實驗的熟悉工作已經在“線上教學”環節完成，在實驗課堂中有足夠的時間去操作儀器完成實驗任務。 實驗教師不再需要對線上教學的內容重復講解，能夠把更多的精力投入到實操環節，因此，實驗教師只需要十分鐘左右的時間對學生在線上環節最突出的問題進行集中講解，引導學生帶著問題做實驗。 以確保每一位學生參與實操為原則， 根據實驗設備臺套數和班組人數分組實驗，在實驗過程中以學生為主體、教師為主導，實驗教師全過程跟蹤指導，指導落實到每一個小組、每一位學生。 全體學生參與的實操環節可以提升學生對實驗項目的全面認知和深刻理解，同時能夠培養學生的溝通交流能力與團隊協作能力。

2.3 實驗后——考核

學生完成線上教學、線下實操后需要在規定時間內完成線上的理論測評， 理論測評是考查學生對于實驗項目所涉及知識點的掌握程度。 學生的實驗總成績主要包括平時成績和理論成績。 其中理論成績由線上思考題、 線上實驗報告和理論測評三部分組成，平時成績包括線上互動、考勤（包括線上教學簽到和線下實操簽到）以及線下實操。其中，學生線上的學習和答題情況將被超星學習通記錄，如簽到、討論互動、視頻觀看時長等作為學生的線上平時學習成績，可以從超星學習通管理功能查看，作為學生平時成績的一部分。

相較于傳統的實驗報告和考勤兩部分構成的實驗總成績而言， 該考核體系結合了全過程監督與理論測評， 強化了過程性考核， 提高了學生的參與度和積極性，更好地實現對學生整體學習狀況的全面考查，有利于學生發揮主觀能動性，提高實驗教學效果。

3 結語

以學生為主體、教師為主導的“線上教學+線下實操+線上測評”的混合式實驗教學汲取了現場教學和虛擬教學的優點， 提高了學生的主觀能動性與積極性，改善了實驗教學效果，為我校培養安全工程專業與消防工程專業基礎寬厚、實踐能力強、富有社會責任感、 具有艱苦奮斗和開拓創新精神的工程技術人才提供了探索方案。 但該實驗教學模式還有諸多方面需要完善， 如何更好地開展混合式實驗教學還有待進一步探討。