孟超 夏桂書

(中國民用航空飛行學(xué)院 四川廣漢 618307)

隨著現(xiàn)代電子信息以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，學(xué)生的知識獲取渠道已突破了傳統(tǒng)書本的限制，并更加適應(yīng)通過手機(jī)、電腦等媒介，以電子書、課件、視頻等形式進(jìn)行知識學(xué)習(xí)。在此環(huán)境下，故步自封的傳統(tǒng)教學(xué)模式壓力重重，先進(jìn)知識的接觸與演示受限，課堂管理與學(xué)習(xí)行為監(jiān)管也難以有效落實。同時，在實驗課程中，大部分實驗項目都是圍繞基礎(chǔ)驗證性實驗來開展，著重于理論知識與基礎(chǔ)實驗操作的教學(xué)[1]，設(shè)計性實驗項目開設(shè)較少或效果不佳，這與傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式過度依賴硬件環(huán)境，課內(nèi)教學(xué)時間受限等有關(guān)，知識熟悉程度與技能訓(xùn)練程度不高，創(chuàng)新設(shè)計能力必然難以保證。堵不如疏，啟動在線實驗課程建設(shè)，結(jié)合實驗內(nèi)容學(xué)習(xí)與實驗技能訓(xùn)練兩個方面，將部分線下課程內(nèi)容轉(zhuǎn)為線上，從填鴨式教學(xué)轉(zhuǎn)為引導(dǎo)式學(xué)習(xí)，拓展學(xué)生知識獲取范圍，激發(fā)主動學(xué)習(xí)興趣，直擊傳統(tǒng)教學(xué)痛點，利用先進(jìn)的電子信息技術(shù)，加強(qiáng)對實驗技能的訓(xùn)練，促進(jìn)實踐創(chuàng)新能力養(yǎng)成。

《電工實驗》是為筆者學(xué)校工科類專業(yè)所開設(shè)的一門實驗類基礎(chǔ)課程，課程內(nèi)容包括常用電工、電子儀器的使用，直流電路特性，交流電路特性，模擬電路特性和數(shù)字電路特性這幾部分，包含數(shù)電、模電以及電工類型的實驗項目，基礎(chǔ)實驗和綜合性實驗并重，旨在為培養(yǎng)該校本科學(xué)生相關(guān)的電類基本操作、工程設(shè)計、實驗研究等領(lǐng)域的寬口徑復(fù)合創(chuàng)新型精英人才奠定堅實的基礎(chǔ)。

1 在線課程建設(shè)意義

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)主要包括基礎(chǔ)知識講解、設(shè)備講解與操作演示、學(xué)生操作指導(dǎo)這3 個環(huán)節(jié)，課程內(nèi)容多，知識覆蓋面廣，有限的授課時間內(nèi)任課教師難以做到面面俱到，尤其是學(xué)生對理論知識的掌握和實驗知識的理解程度存在著較大差異，導(dǎo)致部分學(xué)生僅僅按照教師的操作方式進(jìn)行機(jī)械重復(fù)性實驗[2]，對實驗內(nèi)容、實驗設(shè)備、實驗操作的了解不夠，獨(dú)立實驗?zāi)芰?、實驗分析能力、總結(jié)歸納能力的訓(xùn)練不足，創(chuàng)新設(shè)計等能力的培養(yǎng)更難以保證，這些都直接影響著課程教學(xué)效果與人才培養(yǎng)質(zhì)量[3]。

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來拓展了當(dāng)代大學(xué)生的知識獲取途徑，與傳統(tǒng)的課程學(xué)習(xí)的固定時間、地點的學(xué)習(xí)方式相對應(yīng)，在線課程學(xué)習(xí)具有隨時隨地、可循環(huán)多次的特點，不僅能更充分地利用學(xué)生的零散時間，也能兼顧到后進(jìn)學(xué)生。而要利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展課程改革，建設(shè)在線課程，更重要的是得區(qū)別于孤立的課程上網(wǎng)，課程的建設(shè)不能僅限于在線課堂，不是單純地將線下的課程內(nèi)容遷移到線上，而更應(yīng)靈活應(yīng)用移動技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算與云存儲等新技術(shù)，結(jié)合課程內(nèi)容與課程定位，優(yōu)化整合線上教學(xué)資源，動態(tài)更新、高效管理和應(yīng)用，實現(xiàn)課程內(nèi)容分區(qū)域、跨專業(yè)的全面共享，以實現(xiàn)課程教學(xué)資源充分覆蓋，發(fā)揮優(yōu)質(zhì)在線課程的輻射作用[4]。落實在課程輔助課堂教學(xué)本身，在線課程與傳統(tǒng)課程的主要區(qū)別在于：傳統(tǒng)課程受到課堂時間、課堂地點與課程內(nèi)容等客觀情況的限制，課堂中難以講太深、不能拓太寬，師生溝通的途徑也并不通暢，而在線課程突破了上述限制，在實現(xiàn)正常課程教學(xué)的功能之外，能圍繞課程定位、課程內(nèi)容、知識點、應(yīng)用情況等關(guān)鍵點拓展學(xué)生對課程本身的認(rèn)知，能拓展與加強(qiáng)師生間的溝通，提供更深入了解課程、專業(yè)乃至學(xué)科的機(jī)會，深度改變傳統(tǒng)課程學(xué)習(xí)的意義。

在慕課等在線課堂對傳統(tǒng)理論課堂教學(xué)的影響日益增大的情況下，筆者認(rèn)為，實踐課程由其獨(dú)特性，既聯(lián)系理論又結(jié)合實際，在提高學(xué)生實踐創(chuàng)新能力方面具有不可替代性，所以實驗實踐類課程的在線課程建設(shè)不能完全地照搬理論性課程的建設(shè)方式，而應(yīng)該結(jié)合實際體現(xiàn)出實驗實踐類課程特色。虛擬仿真實驗教學(xué)綜合應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，通過構(gòu)建逼真的實驗操作環(huán)境和實驗對象，使學(xué)生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開展高校、安全且經(jīng)濟(jì)的實驗，且達(dá)到現(xiàn)實環(huán)境中難以復(fù)現(xiàn)或真實實驗難以具備的實驗效果，尤其對于一些涉及一定操作危險的實驗，虛擬仿真實驗具有明顯的優(yōu)勢，并對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)思想、體系、模式、內(nèi)容、方法及手段等產(chǎn)生意義深遠(yuǎn)的顛覆性影響[5]。

經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，在電類基礎(chǔ)實驗方面，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)數(shù)電、模電、電工類實驗的大部分實驗項目的搭建，能體現(xiàn)基礎(chǔ)元件特性、線路工作及故障效果，能滿足基本教學(xué)需求，在實際教學(xué)運(yùn)用中，通過觀察虛擬現(xiàn)象、模擬實驗操作、解決虛擬問題等形式，能幫助學(xué)生直觀認(rèn)識和理解世界的客觀運(yùn)動，幫助學(xué)生掌握一定的實驗知識與能力，幫助學(xué)生提高創(chuàng)造性和綜合性動手能力，幫助學(xué)生培養(yǎng)學(xué)術(shù)素養(yǎng)和實踐素養(yǎng)[4]，實現(xiàn)實驗課程的一部分教學(xué)效果。尤其電類實驗可能存在觸電危險因素，虛擬仿真實驗可預(yù)先加深學(xué)生對元件、線路以及基本故障等的熟悉度，對后續(xù)的課堂線下實驗具有良好的補(bǔ)充作用。但是，虛擬仿真實驗并不能替代傳統(tǒng)線下實驗環(huán)節(jié)，對學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提高，只有在豐富的實踐環(huán)境中通過大量的操作訓(xùn)練才有可能實現(xiàn)，明確虛擬仿真實驗教學(xué)定位，充分發(fā)揮虛擬仿真實驗對線下實體實驗教學(xué)效果的鞏固、促進(jìn)及彌補(bǔ)作用，進(jìn)行一定程度“虛實互補(bǔ)、以虛促實”的教學(xué)建設(shè)，才是理想的實驗類在線課程建設(shè)方向[6]。

該在線課程的建設(shè)以“建設(shè)省部級乃至國家級一流本科課程”為導(dǎo)向，密切結(jié)合教學(xué)實際，緊跟在線教學(xué)改革時代步伐，力求突破傳統(tǒng)教學(xué)的約束，對學(xué)生知識獲取渠道進(jìn)行拓展，對傳統(tǒng)知識學(xué)習(xí)方式進(jìn)行革新。與此同時，以課程建設(shè)為契機(jī)，圍繞課程目標(biāo)，以建立豐富的課程資源為基礎(chǔ)，竭力拓展課程知識結(jié)構(gòu)與知識面，結(jié)合虛擬仿真技術(shù)，加強(qiáng)對學(xué)生基礎(chǔ)實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，優(yōu)化線下課程教學(xué)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化線上與線下教學(xué)的聯(lián)系，構(gòu)建課內(nèi)外知識技能的橋梁，搭建師生間課外知識交流的平臺，并適度開展課程教學(xué)改革，解決一些實際教學(xué)中的問題，為課程學(xué)習(xí)質(zhì)量提高提供支撐。

2 在線課程結(jié)構(gòu)設(shè)計

提高實驗課堂教學(xué)質(zhì)量的難點在于提高課前知識掌握與實驗操作熟悉程度，孤立的在線教學(xué)平臺及泛在化的教學(xué)資源屬于孤立的知識，在缺乏面對面的引導(dǎo)、輔導(dǎo)、總結(jié)和討論環(huán)節(jié)時，學(xué)生容易處于“無人管理”狀態(tài)。因此，無論是獨(dú)立的傳統(tǒng)實體課堂教學(xué)或孤立的在線教學(xué)都難以取得最佳的教學(xué)效果[7]。該文探索了集在線教學(xué)、課堂教學(xué)、互動答疑、課前考核于一體的線上線下混合式教學(xué)模式，將公共資源、課程資源放到限制性公開的資源平臺上，為不同學(xué)生提供既有泛在化的又分層次的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，學(xué)生自行安排時間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，根據(jù)課程安排以課件學(xué)習(xí)、視頻學(xué)習(xí)、師生互動答疑等方式完成對課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)度安排進(jìn)行課前測驗，測驗通過可根據(jù)自身熟悉情況多次參與虛擬仿真實驗，通過重復(fù)測驗或虛擬實驗深化預(yù)習(xí)效果，教師通過課前考核情況及資源學(xué)習(xí)進(jìn)度可了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。在電類基礎(chǔ)實驗中，由于實驗過程存在發(fā)生學(xué)生觸電事故的可能性，課前的安全教育與操作事項預(yù)習(xí)尤為必要。同時，在課前參與虛擬仿真實驗，既能在避免用電傷害，又能實現(xiàn)反復(fù)多次的技能訓(xùn)練，改變了傳統(tǒng)實驗環(huán)境地點的限制，學(xué)生自由安排時間在線自主操作，促進(jìn)了學(xué)生知識技能、創(chuàng)新能力及綜合素質(zhì)的提升，也能有效改善學(xué)生課前基礎(chǔ)較差以及對實驗熟悉不足的問題，為實驗安全與教學(xué)質(zhì)量提供更多一層保障。

圖1為課程教學(xué)設(shè)計與實施過程。根據(jù)圖1可知，針對不同學(xué)習(xí)需求將課程結(jié)構(gòu)分為課內(nèi)與課外兩部分，其課內(nèi)部分再根據(jù)課程進(jìn)度二次劃分為課前、課中以及課后3個階段。

圖1 在線課程結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 課內(nèi)部分

（1）課前階段以在線課程中的學(xué)習(xí)為主，將基礎(chǔ)知識溫習(xí)與實驗內(nèi)容預(yù)習(xí)等課程準(zhǔn)備工作通過線上方式前移，不同課程分別對應(yīng)不同學(xué)習(xí)任務(wù)與要求，學(xué)習(xí)資源有教學(xué)課件、教學(xué)視頻以及相關(guān)規(guī)章要求三類，按學(xué)習(xí)進(jìn)度節(jié)點插入適量的測試題，鞏固學(xué)習(xí)過程效果。同時，積極開展師生線上互動答疑與問題探討，進(jìn)行查漏補(bǔ)缺。在完成基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)任務(wù)后，通過預(yù)習(xí)測驗題測試課前預(yù)習(xí)成果，達(dá)標(biāo)后可參與虛擬仿真實驗進(jìn)行實驗操作訓(xùn)練。教師可通過師生互動與課程后臺數(shù)據(jù)即時掌握各學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度與參與情況，據(jù)此對學(xué)生的課前預(yù)習(xí)情況進(jìn)行評測、歸納，歸納所得的共性與個性問題可以應(yīng)用到后續(xù)的線下授課過程中，以進(jìn)行針對性講授、答疑，從而盡可能地確保學(xué)生的課前預(yù)習(xí)效果。

（2）在課內(nèi)部分的課中階段，該階段以面對面課堂教學(xué)為主，在教學(xué)過程中充分利用實驗課程良好的互動性、實操性以及創(chuàng)造性，使學(xué)生成為教學(xué)主體，進(jìn)行線下實驗教學(xué)與線上互動的混合式教學(xué)。該階段的教學(xué)結(jié)構(gòu)更加靈活，授課教師可基于前期線上預(yù)習(xí)評測結(jié)果，在滿足教學(xué)要求的范圍內(nèi)，隨時對課堂的教學(xué)設(shè)計和教學(xué)活動進(jìn)行相應(yīng)微調(diào)，合理利用課程內(nèi)容預(yù)習(xí)前移所留下的課堂時間，靈活采用線上平臺的多樣化互動方式，以翻轉(zhuǎn)課堂為主要教學(xué)手段，開展小組討論學(xué)習(xí)、研究式學(xué)習(xí)、創(chuàng)新式學(xué)習(xí)，活躍課堂氛圍，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新性，倡導(dǎo)教師引導(dǎo)下的主動學(xué)習(xí)、相互學(xué)習(xí)。混合式的教學(xué)模式的優(yōu)勢與特點在該階段得到體現(xiàn)，通過課前在線課程的學(xué)習(xí)，不僅提升了學(xué)生對課程內(nèi)容與實驗教學(xué)的熟悉度，也加深了教師對各學(xué)生基本情況的了解，空余出來的課堂時間也能有針對性地進(jìn)行教學(xué)，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。新穎的學(xué)習(xí)形式、多種教學(xué)手段混合運(yùn)用，不僅能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新意識，使學(xué)生成為課堂主體，在豐富的在線學(xué)習(xí)資源和踴躍的課堂討論環(huán)境中，在不脫離教師、教材和“集體”的情況下充分發(fā)揮自主和探索能力[7]，同時也能引導(dǎo)教師主動學(xué)習(xí)、掌握信息化教學(xué)手段，促進(jìn)教師水平、教學(xué)能力的提高，提高教師開展教學(xué)改革、教學(xué)研究的積極性。

（3）課內(nèi)部分的課后階段通過實驗報告與線上資源學(xué)習(xí)的形式進(jìn)行，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課后總結(jié)與反思，真正達(dá)到核心知識內(nèi)化、培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力與實驗思維，停課不停學(xué)，指引學(xué)生利用線上資源持續(xù)、深入學(xué)習(xí)。

2.2 課外部分

在課外部分，課程內(nèi)容公開化，以實驗拓展、應(yīng)用拓展、其他資源三類學(xué)習(xí)資源為主，引導(dǎo)學(xué)生了解設(shè)計性實驗，多角度思考問題，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維；引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用實驗知識處理解決問題，了解課程知識的實踐應(yīng)用；將實驗相關(guān)知識與實際生產(chǎn)生活領(lǐng)域相結(jié)合，拓展學(xué)生對實驗內(nèi)容的理解。課外部分的資源主要以幫助學(xué)生拓寬眼界、引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)思考、加深對課程的理解、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計性思維為目標(biāo)而構(gòu)建。

3 在線課程考核制度

安全準(zhǔn)入是實驗安全保障的第一環(huán)節(jié)，如圖2 所示，在原有的安全管理制度基礎(chǔ)上，將部分實驗安全操作以及安全培訓(xùn)通過虛擬仿真或微課的形式呈現(xiàn)，學(xué)習(xí)通過后再進(jìn)入實驗室開展實驗活動，盡可能提高學(xué)生課前對安全操作知識的熟悉程度，從而避免安全事故的發(fā)生[8]。

圖2 在線課程考核流程

合格的課程學(xué)習(xí)必然是立足于有效的課程監(jiān)督之下，相較于完全依賴人力的線下實驗活動管控，在混合式課程中，通過線上平臺不僅能獲取學(xué)生學(xué)習(xí)、虛擬實驗等活動的過程及最終數(shù)據(jù)，設(shè)計模型進(jìn)行分析與科學(xué)評價，還能及時將分析與評價結(jié)果推送給學(xué)生，進(jìn)行學(xué)習(xí)反饋，這些都是更有效的且單獨(dú)的線下實驗管控所難以實現(xiàn)的[9]。在課程監(jiān)督的設(shè)計中，教師結(jié)合課程進(jìn)度通過師生互動、線下翻轉(zhuǎn)、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、課后報告等途徑可參與到課程學(xué)習(xí)的全過程，以進(jìn)度監(jiān)控、習(xí)題考核、教師督促的形式構(gòu)建有監(jiān)督的在線課程學(xué)習(xí)模式，從而保障在線課程教學(xué)效果的有效實施。

4 結(jié)語

與傳統(tǒng)課程和單純的在線教學(xué)相比，結(jié)合在線準(zhǔn)入學(xué)習(xí)與線下翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式，深入教學(xué)的課前準(zhǔn)備、課堂授課、課后反思、知識拓展等方面，著重線上與線下教學(xué)間的聯(lián)系，課程結(jié)構(gòu)不孤立、內(nèi)容不單一，增加了課程的深度與可拓展性，可促進(jìn)師生交流，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。虛擬仿真教學(xué)模塊的加入，既能進(jìn)一步夯實學(xué)生理論基礎(chǔ)，也為學(xué)生提供了更多熟悉實驗操作的機(jī)會，有助于養(yǎng)成或提高學(xué)生的故障解決能力及實踐創(chuàng)新能力?？萍既招略庐?，當(dāng)人工智能、三維計算機(jī)圖形及觸覺反饋等技術(shù)的融合應(yīng)用得以量產(chǎn)，虛擬仿真實驗設(shè)備將會迎來又一快速發(fā)展期，然而在設(shè)備購置經(jīng)費(fèi)受限的情況下，須以客觀教學(xué)實際做好建設(shè)規(guī)劃，既確保能有效服務(wù)于實體教學(xué)，也避免因過度建設(shè)、重復(fù)建設(shè)所導(dǎo)致的資源浪費(fèi)。