面向智慧教學(xué)的“檢測技術(shù)及儀表”線上線下混合式教學(xué)探索＊

白玉廷，許繼平，趙峙堯，蘇婷立

(北京工商大學(xué)人工智能學(xué)院，北京 100048)

0 引言

新時代信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，智慧教學(xué)成為人才培養(yǎng)和教師發(fā)展的新需求。智慧教學(xué)可利用的技術(shù)手段豐富，具有不同的應(yīng)用模式和場景，如何對智慧教學(xué)進(jìn)行實(shí)踐是專業(yè)教師面臨的迫切問題。同時，線上線下混合式教學(xué)經(jīng)過多年發(fā)展已形成較好的基礎(chǔ)，但在實(shí)踐中同樣面臨資源統(tǒng)籌、交互方式等具體問題。針對具體的專業(yè)課程，為提升教學(xué)水平和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，應(yīng)以人才培養(yǎng)為核心目標(biāo)，積極探索新技術(shù)手段和新教學(xué)方式的應(yīng)用，同時在實(shí)踐中需要注意不同教學(xué)手段的具體應(yīng)用問題。

為此，本文以智慧教學(xué)為核心，從線上線下混合式教學(xué)的角度，對“檢測技術(shù)及儀表”課程改革進(jìn)行思考，并提出具體的教學(xué)計(jì)劃與應(yīng)用模式，以期推進(jìn)自動化專業(yè)課程的智慧化改造，滿足新時代新工科人才的培養(yǎng)需求。

1 課程改革趨勢分析

⑴智慧教學(xué)成為新時代教學(xué)的發(fā)展趨勢

隨著各類信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式正在發(fā)生巨大變化，從計(jì)算機(jī)多媒體的應(yīng)用，到慕課（MOOC）、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)形式的出現(xiàn)，教學(xué)的信息化改革從未停止。同時，從人才培養(yǎng)角度來看，培養(yǎng)具有自主探索和創(chuàng)新能力的人才成為教育教學(xué)的重要目標(biāo)，這就需要提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，對傳統(tǒng)教學(xué)手段提出了新的挑戰(zhàn)。可見，無論是從信息技術(shù)發(fā)展角度，還是從教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)模式角度，具有智慧特征的新教學(xué)模式成為必然發(fā)展趨勢。

相關(guān)研究指出，智慧教學(xué)具有全向交互、按需推送、科學(xué)高效的特征[1,2]。這些教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要依托于多種信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)課程及相關(guān)學(xué)習(xí)資源的便捷獲取，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生的無障礙溝通互動，并實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的跟蹤反饋與優(yōu)化。如何合理選擇和應(yīng)用多類型技術(shù)手段，從人才培養(yǎng)的根本目標(biāo)上實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式改革，是智慧教學(xué)探索中需要解決的核心問題。

⑵線上線下混合式教學(xué)具有充足進(jìn)步空間

線上線下混合式教學(xué)已有二十余年的發(fā)展歷程，“混合式”主要指將依托于網(wǎng)絡(luò)的線上教學(xué)和傳統(tǒng)的線下教學(xué)進(jìn)行結(jié)合。相關(guān)研究和實(shí)踐表明[3-5]，線上線下混合式教學(xué)將成為未來教育的必然發(fā)展趨勢。自2020 年新型冠狀病毒疫情暴發(fā)以來，靈活多變的線上線下混合式教學(xué)成為教育教學(xué)的剛性需求，線上線下混合式教學(xué)成為未來教育環(huán)境下的必然發(fā)展趨勢。

經(jīng)過近年研究與實(shí)踐，線上線下混合式教學(xué)也暴露出一些明顯問題。一方面，混合式設(shè)計(jì)水平不足，線下教學(xué)與線上內(nèi)容沒有得到很好融合，甚至出現(xiàn)線下和線上教學(xué)分別實(shí)施、教學(xué)過程存在分離的現(xiàn)象；另一方面，線上教學(xué)資源豐富但水平不一，近年來各級教育部門及院校建設(shè)了豐富的線上課程資源，但錄制的課程與各高校教學(xué)實(shí)際之間存在一定差異，需要結(jié)合實(shí)際對線上資源進(jìn)行統(tǒng)籌應(yīng)用。理想的線上線下混合式教學(xué)必須是從學(xué)生培養(yǎng)實(shí)際出發(fā)的，需要將線上資源與線下教學(xué)活動有機(jī)結(jié)合。

⑶課程建設(shè)應(yīng)與技術(shù)發(fā)展相匹配

課程教學(xué)活動應(yīng)以立德樹人為根本任務(wù)，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置需要與時俱進(jìn)，進(jìn)而培養(yǎng)出適應(yīng)于時代發(fā)展的人才。以“檢測技術(shù)及儀表”課程為例，數(shù)字化和智能化技術(shù)發(fā)展對自動檢測技術(shù)提出了新要求[6]，在講授傳統(tǒng)檢測傳感器的同時，應(yīng)有意識地對課程內(nèi)容進(jìn)行更新。可引入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、智能檢測等內(nèi)容，合理分配基礎(chǔ)知識與新型技術(shù)的教學(xué)比例，保持教學(xué)內(nèi)容的全面性和先進(jìn)性。

2 智慧教學(xué)設(shè)計(jì)與線上線下混合式教學(xué)實(shí)踐

2.1 課程體系設(shè)置

“檢測技術(shù)及儀表”是面向自動化專業(yè)本科三年級學(xué)生的專業(yè)必修課，以傳感器和檢測技術(shù)為核心，設(shè)置“基礎(chǔ)測量”“現(xiàn)代技術(shù)”“系統(tǒng)應(yīng)用”三個層次的教學(xué)內(nèi)容。課程內(nèi)容既包括基礎(chǔ)概念與經(jīng)典傳感技術(shù)，又涉及現(xiàn)代智能檢測技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用，具有“夯基礎(chǔ)、重前沿、強(qiáng)應(yīng)用”的遞進(jìn)式培養(yǎng)體系，課程知識體系如圖1所示。

圖1 “檢測技術(shù)及儀表”課程知識體系

按照我校2020級自動化專業(yè)本科生的培養(yǎng)方案，“檢測技術(shù)及儀表”共48 學(xué)時，3 學(xué)分，其中課堂教學(xué)40 學(xué)時，實(shí)驗(yàn)教學(xué)8 學(xué)時。在講授傳感原理等技術(shù)基礎(chǔ)上，將數(shù)字化與智能化新技術(shù)引入教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)踐，形成基礎(chǔ)與前沿并重的遞進(jìn)式培養(yǎng)體系。

2.2 智慧教學(xué)手段設(shè)計(jì)

本課程探索采用線上線下混合式教學(xué)方式，積極將智慧教學(xué)手段引入到課程教學(xué)中。本課程擬采用的智慧教學(xué)手段主要包括錄制課程線上學(xué)習(xí)、專家在線講座、工程案例云參觀、課堂教學(xué)線上直播等。打破線上課程照搬線下內(nèi)容的傳統(tǒng)混合式教學(xué)模式，對線上和線下教學(xué)內(nèi)容分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，將課堂面授教學(xué)與學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)科學(xué)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容與教學(xué)方式的有機(jī)統(tǒng)一。

⑴錄制課程線上學(xué)習(xí)

利用我校智慧教室自動錄課功能，在線下授課過程中同時開展課程錄制，學(xué)生可通過我校一體化教學(xué)平臺觀看錄制的課程。錄制課程一方面可滿足學(xué)生課后復(fù)習(xí)、考前強(qiáng)化等實(shí)際需求，另一方面可為后續(xù)MOOC建設(shè)積累素材，推進(jìn)“金課”建設(shè)。

⑵專家在線講座

檢測技術(shù)隨著智能信息技術(shù)不斷發(fā)展，為增強(qiáng)課程的前瞻性，在相關(guān)章節(jié)講授中邀請專家開展前沿檢測技術(shù)方面的在線遠(yuǎn)程講座。在線講座通過智慧教室進(jìn)行，可從內(nèi)容上可有效補(bǔ)充課堂教學(xué)知識點(diǎn)，同時可避免專家行程沖突、疫情防控不易入校等實(shí)際問題。

⑶工程案例云參觀

前期教學(xué)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對相關(guān)專業(yè)知識在實(shí)際中的應(yīng)用缺乏直觀感受。為此，借助智慧教室的多媒體功能，邀請燕山石化、機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所等單位做工程案例云講解，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在智慧教室可觀看工程現(xiàn)場，并可與工程師在線互動交流。云參觀將有效打破時空界限，降低傳統(tǒng)參觀的組織成本和安全風(fēng)險(xiǎn)，提高學(xué)生的工程應(yīng)用學(xué)習(xí)水平。

⑷課堂教學(xué)線上直播

在新冠肺炎疫情常態(tài)化防控的趨勢下，借助智慧教室和一體化教學(xué)平臺強(qiáng)大的技術(shù)支撐，開展課堂教學(xué)的線上直播。教師在智慧教室進(jìn)行直播、學(xué)生通過一體化教學(xué)平臺觀看，相較于現(xiàn)有雨課堂、騰訊會議等傳統(tǒng)網(wǎng)課模式，該方式可提高學(xué)生的認(rèn)同感和參與感，同時有助于教師更好地展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，提高線上教學(xué)質(zhì)量。

2.3 混合式教學(xué)實(shí)踐

根據(jù)上述智慧教學(xué)方式的設(shè)計(jì)，將智慧教學(xué)理念應(yīng)用于實(shí)際過程，考慮不同章節(jié)特點(diǎn)采用相應(yīng)的智慧教學(xué)方式，具體應(yīng)用設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 智慧教學(xué)手段應(yīng)用設(shè)計(jì)

基于智慧教學(xué)的線上線下混合式教學(xué)活動具體包括以下幾方面：

⑴2022 年秋季學(xué)期的全部課程實(shí)現(xiàn)錄制，并上傳至一體化教學(xué)平臺，本人在前期教學(xué)中已嘗試了在智慧教室進(jìn)行課程錄制，效果良好（如圖3所示）；

⑵邀請行業(yè)專家就激光傳感器、視覺檢測等章節(jié)做2-3次線上講座；

⑶針對最后兩章設(shè)計(jì)云參觀，以燕山石化、儀綜所等現(xiàn)有系統(tǒng)為對象，工程師在遠(yuǎn)程進(jìn)行直播講解，學(xué)生在智慧教室進(jìn)行遠(yuǎn)程互動交流；

⑷教師利用智慧教室適時開通線上直播，改變騰訊會議等傳統(tǒng)網(wǎng)課模式。上述錄制的課程、專家講座、工程案例直播回放等將共同構(gòu)成線上示范資源，并部署于我校的一體化教學(xué)平臺（如圖4所示）。

此外，還將考慮對線上線下混合式教學(xué)模式進(jìn)行評價，對該教學(xué)模式的實(shí)際效果進(jìn)行跟蹤，進(jìn)而為后續(xù)優(yōu)化教學(xué)模式提供參考。具體執(zhí)行中利用教學(xué)質(zhì)量管理平臺收集結(jié)構(gòu)化評價意見（如圖5 所示），學(xué)生可對每章教學(xué)內(nèi)容和課程整體情況進(jìn)行多維度評價，教學(xué)平臺可自動形成統(tǒng)計(jì)圖表，輔助教師全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

圖5 利用教學(xué)質(zhì)量管理平臺進(jìn)行課程與教師評價

2.4 章節(jié)教學(xué)示例

下面對課程教學(xué)過程中具體的教學(xué)設(shè)計(jì)做一個示例說明，對智慧教學(xué)的實(shí)踐進(jìn)行詳細(xì)說明。以“視覺傳感器檢測系統(tǒng)”為例，該節(jié)屬于本課程“現(xiàn)代技術(shù)篇”中第八章“視覺傳感器”的第二節(jié)內(nèi)容。

線下教學(xué)在智慧教室開展，可靈活實(shí)現(xiàn)師生互動、多媒體展示等；線上教學(xué)依托于我校一體化教學(xué)平臺，面向遠(yuǎn)程學(xué)生實(shí)現(xiàn)直錄直播。本部分主要講授視覺傳感器檢測系統(tǒng)的組成和原理，教學(xué)內(nèi)容包括：①通過北京冬奧會開幕式智能視覺表演等實(shí)例，回顧上一節(jié)的視覺傳感器基礎(chǔ)知識，引出本節(jié)所講的視覺傳感器檢測系統(tǒng)；②結(jié)合冬奧會智能視覺表演實(shí)例，講解視覺傳感器檢測系統(tǒng)的硬件組成；③講授視覺傳感器檢測系統(tǒng)中的圖像處理過程與技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)講解；④回顧引例中總結(jié)視覺傳感器檢測系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)方法。

本節(jié)課程通過多種形式的授課方式，達(dá)到如下目標(biāo)：①學(xué)生掌握視覺傳感器檢測系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，逐步建立系統(tǒng)工程思維；②學(xué)生了解視覺傳感器檢測系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法；③強(qiáng)化學(xué)生面向自動控制系統(tǒng)“檢測感知—自動控制—反饋優(yōu)化”的專業(yè)理論體系。同時，引導(dǎo)學(xué)生了解我國機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展情況，培養(yǎng)學(xué)生科技強(qiáng)國的理想信念。

3 預(yù)期效果分析

結(jié)合我校自動化專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)，對“檢測技術(shù)及儀表”課程開展線上線下混合式教學(xué)探索，通過智慧教學(xué)手段的應(yīng)用擬達(dá)到如下目標(biāo)和效果：

⑴通過豐富線上資源不斷優(yōu)化課程知識體系

在現(xiàn)有課程內(nèi)容基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考慮新時代社會經(jīng)濟(jì)和新型技術(shù)發(fā)展需求，以模塊化為思路，設(shè)置“基礎(chǔ)測量”“現(xiàn)代技術(shù)”“系統(tǒng)應(yīng)用”三個層次的教學(xué)內(nèi)容。同時，利用專家講座、工程案例云參觀等方式拓寬知識來源，將將數(shù)字化與智能化新技術(shù)引入教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)踐，綜合提升課程體系的前瞻性和科學(xué)性。

⑵建立理論與應(yīng)用結(jié)合的線上線下混合式教學(xué)模式

本課程根據(jù)不同章節(jié)特點(diǎn)選用相應(yīng)的教學(xué)手段，引入工程應(yīng)用案例等線上資源，將課堂面授教學(xué)與學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)活動科學(xué)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容與教學(xué)方式的有機(jī)統(tǒng)一。實(shí)際應(yīng)用內(nèi)容的增強(qiáng)將有利于自動化專業(yè)學(xué)生的工程認(rèn)知能力培養(yǎng)，也可為專業(yè)工程認(rèn)證等提供支撐。

⑶滿足新時代多樣化教學(xué)與學(xué)習(xí)需求

在數(shù)字化和智能化技術(shù)高速發(fā)展、自主學(xué)習(xí)需求增加、疫情防控常態(tài)化等多重復(fù)雜背景下，對傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新探索，通過線下課堂教學(xué)、線上直播、課程錄制、專家講座線上資源等多種形式，打破教學(xué)的時空限制，為學(xué)生提供豐富的、體系化的學(xué)習(xí)資源，滿足不同的教與學(xué)需求。

4 結(jié)束語

智慧教學(xué)為教師教學(xué)和學(xué)生發(fā)展提供了新機(jī)遇，線上線下混合式教學(xué)是實(shí)現(xiàn)智慧教學(xué)的一種有效途徑。從實(shí)踐角度來看，專業(yè)課教學(xué)應(yīng)合理設(shè)計(jì)教學(xué)手段，將多種教學(xué)方式科學(xué)地應(yīng)用于線上和線下教學(xué)，實(shí)現(xiàn)混合式教學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一。本文以“檢測技術(shù)及儀表”課程為例，對具體教學(xué)手段和方式進(jìn)行闡述，可為其他課程的智慧教學(xué)改革提供參考思路。