沈冰夏 焦瑞莉 厲夫兵 宋沛然

摘 要：針對虛擬儀器課程內容豐富、課時量少、選課學生較多和學生基礎差異較大等問題，結合現(xiàn)代化教學手段，充分利用大型開放網絡教學資源，將傳統(tǒng)的“以教師講授為中心”的教學模式翻轉為“以學生學習為中心”的混合式教學模式，通過“翻轉課堂”將部分理論知識的學習放到課前，讓學生通過聽取在線課程或查看技術文檔等方式獲取基本知識，課上主講重點難點，解答學生疑問，提高實驗學時，增加課上師生互動的機會與時間，經過一學期的探索與實施，通過學生參加課外開實驗報名情況及參加校級和全國虛擬儀器大賽的獲獎情況可以認證教學效果有一定程度的提高。

關鍵詞：翻轉課堂；混合式教學模式；在線開放課程；以學生學習為中心

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）20-0093-03

Abstract： In view of the rich content of virtual instrument courses， less class time， more students in the class， and large differences in student bases， combined with modern teaching methods， making full use of large-scale open network teaching resources， the traditional "teaching as the center" teaching mode Flip into a "student-centered" hybrid teaching mode， through the "flipping classroom" to put some of the theoretical knowledge into the class， let students get the basic knowledge by listening to online courses or viewing technical documents， etc. Through the Flipping Classroom， arrange part of theoretical knowledge learning under the class， and let students obtain basic knowledge by listening to online courses or viewing technical document. In class， mainly give lectures on key and difficult points， answer students' questions， improve the experimental hours and increase the opportunities and time for teachers and students to interact with each other. After a semester of exploration and practice， the teaching effect could be considered improved to a certain extent by the students participating in the extracurricular experiment and the awards-winning of the School and National Virtual Instrument Competition.

Keywords： flipping classroom； blending learning； online open course； student-centered learning

一、概述

近年來，隨著互聯(lián)網教育的發(fā)展，大規(guī)模開放在線課程（Massive Open Online Courses，MOOC）概念的興起和在線教育資源的不斷完善，為現(xiàn)代高等教育改革提供了廣闊空間，掀起了一股教育改革浪潮[1-3]，同時針對現(xiàn)代高校教育對象——95后學生群體普遍線上活躍、線下沉默的特點，高校課堂也亟需此類改革實踐探索。

2014年6月，“開啟MOOC學習新時代”主題論壇在北京舉行，從中國高校MOOC建設實踐與思考的角度，論壇基本形成了五點共識[4]，其中很重要的一點即為：認可翻轉課堂、O2O（Online to Offline）的混合學習模式。基于翻轉課堂的混合式教學模式探索之路方興未艾[5-9]，本文以“虛擬儀器”課程作為載體，將教學活動劃分為課前、課中、課后三個階段，結合MOOC、翻轉課堂，設計線上、線下相結合，理論、實踐相結合，學習、討論相結合的混合教學模式，根據學習效果評價及課程效果評價，不斷改進教學設計。目前的探索取得了初步成效，希望能對其他課程的改革有一定的參考價值與借鑒意義。

二、課程面臨的問題與挑戰(zhàn)

“虛擬儀器”課程[10，11]是筆者所在學校電子信息工程專業(yè)二年級學生的專業(yè)選修課程，具有較強的理論和實踐價值。該課程使用圖形化開發(fā)工具LabVIEW軟件，易于編程、功能豐富，可以應用于程序設計的各個環(huán)節(jié)，縮短軟件開發(fā)時間，并提高開發(fā)與生產效率。課程自2005年開設以來，深受學生歡迎，每年選修人數(shù)均達上限（90人）；并且與虛擬儀器課程相關的開放實驗項目、校級/國家級虛擬儀器競賽都得到學生們的積極參與。其中全國虛擬儀器競賽由儀器儀表學會和儀器科學教學指導委員委主辦，緊密貼合教學要求與社會發(fā)展，近年來增設了“互聯(lián)網+”、“創(chuàng)意孵化”、“前沿工程應用”等組別，吸引了全國多所高校師生的廣泛參與。

而筆者在授課、指導課內實驗及指導全國虛擬儀器大賽的過程中，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)采用“以教師講授為主”的單向信息傳輸?shù)慕虒W模式，無法解決現(xiàn)有課程內容豐富、課時量少、選課學生較多和學生基礎差異較大等問題，此外，虛擬儀器課程的教學內容與全國比賽的目標尚存在較大差距。

傳統(tǒng)的課堂教學[12]，為了照顧大多數(shù)同學的理解能力，尤其是有限的課時導致課堂上只能講授基礎的知識與方法，而較困難的選學及擴展部分只能留到課下由學生獨自完成。而缺乏有效指導的實踐過程往往讓學生感到沮喪、知難而退，所以將簡單的基礎知識放在課下由學生自學完成，將難點和問題放到課上討論和解決才能進一步提高教學效果。

三、應對的思路與方法

翻轉課堂是指在信息化環(huán)境中，教師以授課視頻的形式向學生提供學生學習資源，學生在課前通過教學視頻中的學習資料自主學習，在課中教師針對學生的問題進行解答疑惑，在課后教師對授課內容進行評價與提升。簡單地說，翻轉課堂是將傳統(tǒng)課堂“以教為主”的形式翻轉為“以學為主”，具體翻轉的內容包括：學習與作業(yè)、思考與討論、理論與實踐。而混合式教學，則是將線上、線下相結合，理論、實踐相結合，學習、討論相結合，充分利用互聯(lián)網資源與現(xiàn)代豐富的教學平臺，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。教學過程設計與持續(xù)改進流程如圖1所示。

（一）學生課前通過MOOC學習基礎知識點

虛擬儀器課程具有入門快，但內容量巨大的特點，由此導致老師在課堂上的講解不可能面面俱到，并且過多的理論講解也會令學生感到枯燥乏味。95后學生追求自由、異見性強、注意力集中時間有限，線上活躍、線下沉默、主要通過網絡獲取信息，而具有時長較短、針對性強、學習時間自由等特點的MOOC正是針對95后學生學習理論知識的一種行之有效的方式。利用視頻教學的另外一個優(yōu)點，就是便于學生隨時學習、復習與鞏固。

目前，“學堂在線”網站上已有由虛擬儀器官方美國國家儀器公司發(fā)布的LabVIEW基礎及進階課程，知識點全面、權威、免費開放。而針對學生課前線上學習效果的評價可以通過發(fā)布課前自測題目來實現(xiàn)，利用“課堂派”平臺導入測試，學生在線答題，生成測試分析，掌控全班學習情況，并在課中針對錯誤率較高的題目進行講解，實現(xiàn)學習與作業(yè)的翻轉。

（二）重新構建學習流程，在課上進行答疑解惑

學生的學習過程通常分為兩個階段：第一階段是“信息傳遞”，通過教師和學生、學生和學生之間的溝通和互動來實現(xiàn)，這部分通常在課上完成；第二個階段是“吸收內化”，是由學生在課后獨立完成的。課后，由于缺乏老師和同學的幫助，內化階段往往讓學生感到困難和沮喪，從而放棄課后階段的學習與提升機會。“翻轉課堂”重新調整了以上兩個學習階段：通過MOOC實現(xiàn)學生在課前獨自完成“信息傳遞”過程；將“吸收內化”過程安排至課中，通過在課堂上與教師和其他學生的互動來完成，教師可以在課前通過自測問題提前了解學生的學習困難，并在課堂上提供有效的輔導并組織學生之間的互動與交流，實現(xiàn)思考與討論的翻轉。

（三）增加實踐環(huán)節(jié)的比例，以學生自主編程為核心

虛擬儀器課程屬于編程實踐類課程，在電子信息工程專業(yè)領域的應用中同時包含軟件和硬件的開發(fā)，遵循“翻轉課堂”以學生為中心的指導思想，設計由基礎到進階、由軟件到硬件的多種創(chuàng)新性實驗，由學生自主編程，遇到問題可以在課堂上進行分組討論、集中講解，或針對不同的學生進行單獨指導。通過實踐加深學生對理論知識的理解，增加對虛擬儀器課程的興趣，提高編程、創(chuàng)新及動手實踐能力。在筆者所在學校的2016版電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)方案及教學大綱修訂中，將虛擬儀器課程學時由原來的16（理論）+16（實驗）調整為12（理論）+20（實驗），實現(xiàn)理論與實踐的翻轉。

（四）設計開放實驗項目，指導虛擬儀器競賽

為對虛擬儀器技術感興趣并且學有余力的同學在課后提供開放實驗項目，提供硬件資源及實驗環(huán)境。并依據開放實驗項目的完成情況進行作品及成員的篩選，指導其進一步完善作品，參加校級、國家級虛擬儀器競賽。尤其是國家級比賽，學生可與全國知名高校的同學同臺競技，既是檢驗自己也是互相學習的機會。學生自選實踐環(huán)節(jié)可以作為本課程的出口，以更為嚴格的標準作為評價學生學習效果的手段。

四、實踐探索的初步成效

混合式教學模式在筆者所在學校電子信息工程專業(yè)2015級學生中試行取得了一定的階段成果：

第一，及格率及學生評教滿意度有所上升，選課人數(shù)91人，試卷及格率為89.01%，總評及格率為96.70%，學生評教滿意度為96%。

第二，學生對課外開放實驗課題的興趣與覆蓋面大幅提升，對比以往10～15人的報名人數(shù)，本年度虛擬儀器開放實驗課題的報名人數(shù)達到30人，占選課人數(shù)的30%。

第三，校級及全國虛擬儀器大賽成績優(yōu)秀。2016年校級虛擬儀器大賽，8支隊伍參賽，獲一等獎6項、二等獎2項；2017年校級虛擬儀器大賽，10支隊伍參賽，獲一等獎5項，二等獎5項；2017年全國虛擬儀器大賽，6支參賽隊伍提交作品，4支入圍復審，一支隊伍入圍決賽并獲得前沿工程應用組全國一等獎，學校獲得優(yōu)秀組織獎，獲獎證書及獎牌如圖2所示。獲獎作品“混色3D打印系統(tǒng)”受到大賽評審、NI公司及各家媒體的廣泛關注[13，14]。

五、結束語

本文針對虛擬儀器課程的特點進行了教學改革的嘗試，提出了將MOOC、翻轉課堂、實踐教學相結合的混合式教學模式，并進行了初步的探索和實踐，取得了一定的階段性成果，對其他課程具有借鑒意義。對課程的教學內容體系、個性化學習策略、多樣化教學活動、線上/線下課程評價體系進行研究，并形成持續(xù)改進機制，不斷完善課程教學任務及學習要求。通過翻轉課堂，將理論知識放到課前由學生自學，將較難的“吸收內化”過程放到課上進行答疑解惑，并且提高實踐教學比例（12理論+20實驗），增加課堂互動，提高學生的參與度、學習興趣、動手能力。因材施教，通過課上及課后開放實驗項目篩選有興趣、有能力的同學，進一步指導，參加校級、國家級虛擬儀器競賽。但對于學生課下學習情況的約束還缺乏直接有效的手段，在下一輪的教學實踐中將針對在線課程學習監(jiān)控平臺進行研究與探索。

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[14]2017第四屆全國虛擬儀器大賽決賽成功舉辦[DB/OL].http：//www.gaokao.com/e/20170720/59701524a0654.shtml，2017.