“對分課堂”混合教學模式研究與實踐

劉富強，李智敏

（上海商學院 商務信息學院，上海 201400）

0 引 言

為適應“互聯網+”時代知識獲取的信息化、網絡化特點，改革傳統的以教師“滿堂灌”為特征的“填鴨式”教學方式成為新時期教育變革的必然趨勢，慕課、微課、雨課、翻轉課堂、SPOC等多種教學模式成為當前教育的熱點，充分體現了教學范式從“教師為主體”到“教師為主導、學生為主體”的演變，適應了新時代學習者個性化、多元化的需求。但任何單一的教學模式都存在一定局限性，比如OBE教學模式對學生自主學習能力要求比較高；而在不同層次院校或者同一班級中學生自律性差異很大，參與的程度參差不齊，往往達不到使受教育者都能在原有基礎上獲得一定提升的教學目的。因此借助現代新技術的發展成果，對常規的教學模式進行改革，彌補傳統課堂、網絡教學的不足，形成多種教學模式有機融合的混合教學模式成為一種必然。

混合式教學模式形式多樣，借助互聯網技術將經典課堂教學進行前后端拓展而形成的“線上與線下”混合模式成為一流課程的重要考核指標；SPOC+QQ等交互形式在疫情期間得到廣泛應用。這些混合教學模式從培養與提升學習者自主學習能力的角度出發，強調利用信息技術對傳統教學模式與流程進行重造，實現“以教為中心”向“以學為中心”轉變。

1 物聯網控制課程特點

為了推動信息新技術與經典課堂教學深度融合，創新學習方式，提升教法、學法效果，在這里選擇上海市級線上線下混合重點建設課程《物聯網控制》作為實踐研究對象。

物聯網是集系統工程、信息理論、控制理論等內容于一體的交叉性新興學科。物聯網的興起掀起了繼計算機、互聯網與移動通信后的又一次信息產業浪潮。《物聯網控制》是物聯網工程專業中的主干課程之一。課程主要教學目標是學習物聯網控制工程設計與運行中所需的基本理論和技術，學會根據性能指標分析、設計物聯網控制系統，掌握控制系統的調試與校正技術，使控制技術更好地服務于物聯網各種應用。

物聯網工程人才培養的課程體系建設尚處于起步階段。《物聯網控制》課程是從傳統自動化類課程延續而來，與傳統的自動化人才培養目標不同，物聯網控制系統具有鮮明的信息新技術特色，再加上各學校因人才培養定位和目標差異，導致實際課程內容差異極大，比如有以計算機控制技術為重點的，有以PLC控制器為基礎貫穿整個控制系統設計的。我校的物聯網工程從商業領域定位出發，《物聯網控制》教學內容涵蓋了控制系統基本概念、控制系統數學模型、控制系統時域分析、控制系統復頻域分析、控制系統校正方法、現代控制理論、計算機控制、無線傳感網絡、網絡控制系統等多方面的內容。因課時所限，這些課程內容必須合理安排，重點突出控制理論在物聯網系統中的分析和應用，如物聯網的建模問題以及物聯網中控制系統的時域分析法、復頻域分析法、控制系統的校正方法等；適當增加現代控制理論、計算機控制、網絡控制等內容，加強智能家居、智能交通、智能物流等應用實例的介紹和分析；刪除或弱化如傳感器技術、網絡技術等與其他課程重復的內容。使課程的核心內容緊緊圍繞控制系統的基本概念、時域和頻域分析法、控制系統校正法及在物聯網中的應用等方面。

《物聯網控制》具有理論性強、公式推導嚴謹等課程特點，需要學生具有較好的數學基礎，其理論與實踐體系所涵蓋的廣度和深度，對于上海商學院這種二本院校學生來說具有很大的挑戰性。在以往的課程教學中學生也表現出比較強的畏難心理，因此課程組教師進行了多種教學改革與嘗試。

2 教學主體的思考

教學的主體地位就是“教”與“學”二者之間的關系處理。以教師“講”為主體的教學設計模式屬于比較常規的教學模式，在整個教學活動過程中，教師處于絕對的主導地位，學生主要是“聽與練”，這種模式對于理論體系講解比較系統、全面，教師容易把控教學進度，完成教學任務。但學生處于被動學習地位，自主學習的能力培養與主觀能動性調動不夠。處于信息與技術迅猛發展的新時代，習慣被動學習者對于知識領域的更新與擴展能力不足的弱點尤為明顯。

為了迎接新工業革命對高等工程教育的挑戰，從美國興起的成果導向教育（OBE）理念被廣泛應用于工程教育認證標準中。OBE教育理念的關鍵是衡量學生能做什么，而不是學生知道什么。比如傳統的考核方式主要是衡量學生對知識的記憶程度，而不是學生做事情的思路、方法與認知能力，這也是大家詬病的“高分低能”的主要原因。

OBE工程教育理念強調“以學生為中心”，即整個教學設計與教學實施都要緊緊圍繞促進學生達到學習成果（培養目標）來進行，通俗講就是教什么取決于學什么，怎么教取決于怎么學，教學評價主要取決于學得怎么樣。教師的角色從講授者變為引導者、組織者和協調者。這種教學理念對于學生和教師的要求更高，學生要具備較強的自主學習愿望，具有較好的合作、表達以及實踐能力；而對于教師來說從主角轉為輔角，要更善于運用引導、評價、建設性介入等策略來協助學生達成預期成果。

3 混合教學模式的設計與實施

《物聯網控制》課程與物聯網的工程設計結合緊密，實用性強，對實踐能力要求高。對于這種要求深厚理論基礎體系又具有很強的技術前瞻性的綜合性課程，教學中如果僅僅以傳統的講授法為主，會導致理論和實際脫鉤，學生的興趣不高，進而削弱教學效果。而強調以學生“學”為主體的OBE教育理念在前期嘗試中也存在很多不足，尤其是在學生自主愿望不強、學習能力比較薄弱前提下，針對這種知識體系比較復雜的課程很容易將學習流于形式，缺乏深度理解，達不到掌握與應用的教學目的。

為了提高教學質量，在課程教學中采用了“以教師為主導、學生為主體”的線上與線下混合教學模式，針對不同的知識體系和要求設計采用了不同的教學手段和方法，如圖1所示。

圖1 《物聯網控制》混合教學模式架構

3.1 OBE工程教育理念的引入

OBE教育理念的核心是訓練學生從工程應用的角度思考物聯網控制設計問題。例如在學習智能家居中的溫濕度控制系統設計時，教師通過精心設計的教學案例，采用“提出問題”“引導思考”“探索實踐”等方式，引導學生從工程角度出發，從設計者和使用者多個角色思考問題，將教師的講授與學生的自主思考與設計相結合，使學生能夠按工程師的思維思考、發現問題，并學會解決問題工程的方法，而不是被動等待老師的標準答案。以此使學生建立工程思維與創新意識。

3.2 對分課堂形式的引入

通過引入對分課堂形式，踐行“教師主導+學生主體”教學理念。翻轉課堂形式充分體現了以學生為主體的教學理念，學生通過課前學習發現、總結問題，再通過翻轉課堂由學生提出與解決問題。但如果遇到學生自主學習能力不強或者課程的知識點比較繁雜且有一定的難度時，學生通過翻轉課堂所達到的學習效果就很有限。針對學生中存在的不預習、不復習、被動接受知識、沒有真正轉化和吸收知識的學習風氣與狀態問題，復旦大學張學新教授基于心理學規律提出的課堂改革新模式，也就是對分課堂形式，將教學劃分為講授、內化吸收、討論三個過程，在教學形式上注重先教后學，教師講授在先，學生學習在后，在課堂課時安排上實現教師與學生的對分。對分課堂與翻轉課堂最大的區別在于對學生自主學習能力的要求不同，對分課堂比翻轉課堂要求較低，教師可通過事先講課和課后的主題布置來引導學生把握方向與重點；在老師指導下通過小組學習、師生互動等方式做到復習、預習和拓展，相對來說對學生自學能力和自律性的要求降低了，尤其是針對《物聯網控制》這類課程，也更容易全面把握課程知識體系核心。

在課程教學實踐中針對不同的知識點和掌握要求，對分課程的安排形式還是有所區別的。對于比較經典的內容，如控制系統的頻域分析與設計方法，采用隔堂對分形式，以教師的課堂講授為主，配以課后的復習要求，學生是在教師講授后再通過翻轉形式復述和再講解，從而深化理解。而對學生已有一定基礎的課程內容，如傳感器技術、網絡技術、控制算法等，可以采用當堂對分進行，教師少講或不講，通過事先布置作業形式安排預習，尤其提倡學生動手制作微課掛在課程網站上供師生觀看。這樣學生既可以通過動手制作而發現問題，又節約了課堂宣講的時間，提升了課堂教學效率。

3.3 線上與線下高效銜接

針對本課程內容多、知識更新快的特點，充分運用網絡教學資源可以豐富教學手段，打破“教材一本書”的單一格局，實現全方位、多維度的線上與線下高效銜接課程教學方式，發揮多種教學資源的配合、互補、協調作用，激發學生的學習自主性，提高教學效率和興趣。比如物聯網中網絡構建、計算機控制系統通道設計等課程，內容比較開放，網上資源也比較豐富，教學中以線上的“網絡課堂”為主，布置小論文、小設計、查詢技術資料等開放性作業，配合課堂宣講、提問、小組分工討論等形式，開拓視野，激發學生自主學習動力，教師注意加以有效引導和補充，從實施過程來看效果十分明顯，能夠很好地彌補課時不足的缺憾。

3.4 教師和學生共同參與的多元化評價體系的引入

考試方式及內容對學生的引導作用是很明顯的。我校很多學生存在學習的主動性不夠的問題，學習基本上還是圍繞考試這個指揮棒來進行，而應對傳統的筆試方式最好的辦法就是記憶與練習，這也是目前應用與考核脫節最嚴重的地方。將以往考核記憶為主逐步轉向考核應用能力，注重平時、注重實踐、注重對學生自主學習的考核十分必要。為此設計一套知識、能力和素質的綜合考核方法，在實踐中構建多層次、多元化的教學評價體系，對引導學生學習起到很好的作用。

目前理論考核主要有開卷、閉卷與半開卷三種形式。其中閉卷考試主要應用于基礎知識的衡量，缺點是偏記憶性，要注意試題的設計，讓學生能有發揮空間。開卷考試題目設計比較關鍵，應保障有一定的設計量和較多的閱讀量，衡量標準比較難控制，尤其是對學生掌握情況把握不準時，設計性的題目難度可能會出現較大偏差，影響評價的客觀性、準確性。半開卷就是在考試中允許學生帶一張手寫的A4紙，這種方式較好地解決了公式、概念的記憶問題，特別有利于學生的復習準備，是一種綜合的方式，也是目前課程考核時主要采取的方式。

在評價考核體系中新增加了一個環節，就是期中考試結束后，老師要求學生對答錯的地方進行原因分析，根據訂正與分析的情況進行適當的加分，這種方式可以督促學生的復習、歸納、檢查工作，受到過專家組的高度評價。

在宣講、課程設計等實踐考核環節，為了能更公平、客觀評價學生的作品與自主學習能力，除教師團隊打分外，還設置了學生自評與互評環節，計入平時成績與期中成績考核，這種多元化的評價體系受到學生廣泛歡迎，參與熱情高，促進了教學效果的提升。

3.5 抓住個體教育“點”

在課程設計環節，運用“工程問題解決范式”，如圖2所示。依據CDIO模式，其中C代表構思（Conceive），D代表設計（Design），I代表實現（Implement），O 代表運作（Operate），合理運用所學物聯網控制知識設計一個實用的物聯網控制系統。要求提供完整的系統設計報告，包括技術指標、設計原理與框圖以及設計說明，并要求以團隊形式組合完成并進行課堂宣講，接受教師與同學的質詢。

圖2 基于CDIO模式的課程設計范式

學生通過認真查閱資料，針對社會熱點，提交了各有特色的物聯網控制系統設計報告。比如物聯網工程15級35位同學提交的報告題目就有26個，涵蓋了智能家居、溫濕度控制、智能開關、智能垃圾桶、智能車輛管理等多個方面。此外，還發揮教育部校企合作項目優勢，聘請北京華晟經世住校工程師擔任課程實踐指導教師，通過實踐訓練、技術講座等多種形式，帶領學生開展競賽、申請校級及以上的創新創業項目，切實提高學生應用能力，拓展了課程知識領域。在2021年4月上海市計算機應用能力大賽中，課程主講教師與企業導師共同指導學生完成的參賽作品“基于物聯網的聰明空調”獲得物聯網應用項目三等獎；在2019年全國大學生物聯網設計大賽中指導學生完成作品“導盲機器人”獲華東賽區一等獎。

4 結 語

教學有法，但無定法。任何一種教學模式都有其獨到一面，但限于教學條件、實踐環境、教師能力、學生基礎等多方面原因也有其局限性，此種情況下綜合眾多特色，因地制宜、因人而異、因材施教的混合教學模式的優勢就顯現出來。處于新技術不斷發展的新時代，要求教師與時俱進，不斷學習一些新的教學思維、理念和方法，并勇于改革實踐，最終融合貫通，實現通過課程教學達到培養、鍛煉人才的根本目標。