左冬紅

(華中科技大學(xué) 電子信息與通信學(xué)院， 武漢 430074)

2020年全球新冠疫情大規(guī)模爆發(fā)，全國上下都采取停課不停學(xué)的模式進(jìn)行線上教學(xué)。線上教學(xué)目前存在兩種主流形式：直播和MOOC。直播教學(xué)存在以下弊端：

(1)不同學(xué)生接入互聯(lián)網(wǎng)的狀況不同，導(dǎo)致部分學(xué)生無法實(shí)時接收到教師的教學(xué)視頻信息；

(2)正常上課時段存在大量直播課程，導(dǎo)致直播教學(xué)平臺網(wǎng)絡(luò)擁塞，教學(xué)視頻卡頓，嚴(yán)重影響教學(xué)效果；

(3)教師直播教學(xué)時，難以實(shí)時觀察到學(xué)生的肢體反饋信息，不能根據(jù)學(xué)生的實(shí)時反饋適時控制教學(xué)進(jìn)度[1]。

傳統(tǒng)的MOOC視頻教學(xué)，教師不能即時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，也無法針對學(xué)生的疑難問題進(jìn)行有效的交流[2]。另一方面，工程實(shí)踐類課程僅僅依賴教師講授，學(xué)生較難掌握所學(xué)知識。常規(guī)的線上教學(xué)不可避免地給工程實(shí)踐類課程的教學(xué)帶來了挑戰(zhàn)[3]。如何最大限度地降低線上教學(xué)對教學(xué)效果的影響，這是工程實(shí)踐類課程教學(xué)必須解決的一個重要問題[4]。

“微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程是電子信息類專業(yè)平臺基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性，教學(xué)計劃中既有理論課也有實(shí)驗課。該課程涉及硬件和軟件，并且軟件與硬件緊密結(jié)合，絕大多數(shù)學(xué)生都認(rèn)為是一門難度較大的課程[5]。華中科技大學(xué)在2020年春季對該課程全程采取線上教學(xué)，并進(jìn)行了線上考試。介紹該課程全程線上教學(xué)所采取的教學(xué)舉措和教學(xué)效果，以期為工程實(shí)踐類課程開展線上教學(xué)提供參考。

1 線上教學(xué)舉措

1.1 翻轉(zhuǎn)式線上教學(xué)

翻轉(zhuǎn)式線上教學(xué)[6]是指學(xué)生在線上利用課余或教學(xué)計劃學(xué)習(xí)時間事先開展教學(xué)視頻、教學(xué)課件以及電子教材的學(xué)習(xí)，教師在教學(xué)計劃學(xué)習(xí)時間安排一定的時間通過與學(xué)生實(shí)時連線回答學(xué)生在學(xué)習(xí)電子資源過程中存在的問題和困惑。這些問題來自教學(xué)網(wǎng)站論壇、QQ群信或私信、線上作業(yè)或隨堂測驗的難點(diǎn)問題以及學(xué)生實(shí)時提出的問題。

具體實(shí)施措施為：

(1)課程開始之初，教師在教學(xué)網(wǎng)站公布教學(xué)日歷，詳細(xì)列述每個教學(xué)學(xué)時對應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)視頻、教學(xué)課件、隨堂測驗題、作業(yè)題等，并且提前將教學(xué)電子資源上傳到在線教學(xué)平臺，以便學(xué)生能選擇合適的時間進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和自我測驗。

(2)教師在每次教學(xué)計劃教學(xué)時間實(shí)時通過在線教學(xué)網(wǎng)站的論壇和統(tǒng)計功能，獲取學(xué)生的反饋信息和學(xué)生對相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的掌握程度。

(3)教師及時統(tǒng)計并記錄學(xué)生通過QQ等即時通信工具提出的私信問題。

(4)教師在教學(xué)計劃教學(xué)時間內(nèi)安排固定的時間通過視頻會議方式與學(xué)生互動[7]，給學(xué)生答疑解惑，解決非實(shí)時交互式教學(xué)不能解決的問題。

1.2 精細(xì)化過程管控

課程教學(xué)內(nèi)容往往存在時間上的銜接性和相關(guān)性，即前一學(xué)時的教學(xué)內(nèi)容是后一學(xué)時教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)。線上教學(xué)由于各種原因，教師難以直接監(jiān)管學(xué)生是否在計劃學(xué)時內(nèi)真正在學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容。因此需通過具有時效性的隨堂測驗和作業(yè)督促學(xué)生及時學(xué)習(xí)[8]。

線上教學(xué)實(shí)施中，各個學(xué)時的教學(xué)內(nèi)容都需提前公布相應(yīng)的隨堂測驗，且規(guī)定各個學(xué)時的隨堂測驗必須在下一學(xué)時教學(xué)內(nèi)容實(shí)施前完成。通過設(shè)定與教學(xué)計劃時間一致的各個隨堂測驗截止時間，可以有效督促學(xué)生及時完成相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。同時也為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了一定的時間靈活性。隨堂測驗考察學(xué)生對本學(xué)時教學(xué)內(nèi)容的即時掌握程度，題型為單選、多選、填空以及判斷，大都為基礎(chǔ)性內(nèi)容，通常20～30個小題，覆蓋各個教學(xué)知識點(diǎn)。為鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，每個隨堂測驗提供兩次嘗試機(jī)會，題目每次隨機(jī)出現(xiàn)，兩次嘗試之后，提供參考答案和相關(guān)解析。

各個計劃教學(xué)學(xué)時都布置相應(yīng)的綜合型應(yīng)用題作為作業(yè)?？疾鞂W(xué)生對所學(xué)知識的靈活運(yùn)用。作業(yè)的提交形式多樣，可以是文字、照片、文件附件等。同樣設(shè)定與教學(xué)計劃同步的截止時間，以周為單位提交作業(yè)。線上作業(yè)采用主觀型和多空客觀型綜合應(yīng)用題相結(jié)合。多空客觀型綜合應(yīng)用題可以對綜合應(yīng)用題的解答過程提供一定的答題引導(dǎo)，相比僅給出題目要求的主觀型綜合應(yīng)用題有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

(1)要求學(xué)生既能讀懂答題引導(dǎo)，又能根據(jù)答題引導(dǎo)補(bǔ)充空缺；

(2)通過在題目解答步驟中不同位置留空，可以增加作業(yè)題的多樣性，不便學(xué)生之間相互抄襲；

(3)由于是填空型綜合題，每個空的答案多樣性是可以預(yù)知的，只需教師提供盡可能全面的參考答案，則可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)的自動批改，從而減輕教師批改作業(yè)的難度。

1.3 階段性工程仿真

工程實(shí)踐類課程的教學(xué)要求學(xué)生必須通過一定量的工程實(shí)踐，才能較好地理解所學(xué)理論知識以及掌握工程實(shí)踐工具的使用[9]。因此，即使是線上教學(xué)，一定量的工程實(shí)踐項目仍然是必不可少的。隨著計算機(jī)技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，絕大多數(shù)工程實(shí)踐類課程都具有相應(yīng)的仿真工具或模擬工具。工程仿真雖然與真正的工程實(shí)現(xiàn)之間存在一定的差距，但是工程仿真已經(jīng)成為現(xiàn)代化工程實(shí)現(xiàn)必不可少的前期步驟。它既可以驗證設(shè)計的正確性，又可以幫助學(xué)生掌握工程設(shè)計EDA工具的使用[10]。

如果工程仿真僅僅要求學(xué)生提交設(shè)計源碼或仿真源碼，并不能保障所有學(xué)生都提交自身真實(shí)的學(xué)習(xí)成果。以下提出兩種解決方案：

(1)學(xué)生若通過離線仿真工具完成仿真，在提交源碼的基礎(chǔ)上需提交不經(jīng)剪輯帶語音旁白的仿真過程錄屏視頻。學(xué)生個人語音旁白，相當(dāng)于在視頻中加了水印，不能直接相互復(fù)制；另一方面可以了解學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度——講解得越清楚表明學(xué)生對相關(guān)知識的掌握程度越高。

(2)學(xué)生若通過在線仿真平臺提交設(shè)計源碼，由在線平臺驗證設(shè)計源碼的正確性。在線仿真平臺記錄學(xué)生工程實(shí)踐過程的各種行為，包括源碼提交時間、提交次數(shù)、正確性、各個關(guān)聯(lián)模塊代碼提交的先后關(guān)系等。這要求學(xué)生對工程整體設(shè)計有比較清楚的認(rèn)識，才能按照正常的流程提交設(shè)計代碼。同時學(xué)生作為初學(xué)者，從設(shè)計之初到功能完善一定會有代碼的反復(fù)修改過程。因此通過分析學(xué)生的在線仿真行為，也可以了解學(xué)生對相關(guān)知識的掌握程度。

1.4 開放式線上考試

考試是檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)效果的最終手段。開放式線上考試不同于其他線上機(jī)考，學(xué)生和教師各自在不同的地方且采用自備設(shè)備參與考試，即使采用騰訊會議、ZOOM會議等方式對學(xué)生的考試過程進(jìn)行全程視頻監(jiān)控，也無法杜絕舞弊行為[11]。也就是說開放式線上考試不宜采取閉卷，而應(yīng)采取開卷，且需對考試內(nèi)容采取一定的措施減少舞弊的可能性。

本課程線上考試除全程視頻監(jiān)控之外，同時針對考試試卷采取了以下措施：

(1)試卷中所有題目都不能通過搜索直接獲取到答案。

(2)加大題量且增加總分，確保絕大多數(shù)同學(xué)不能在規(guī)定的考試時間內(nèi)做完所有題目。

(3)大量采用多空型綜合題，并設(shè)置部分難度較大的題目，使得即使優(yōu)秀的學(xué)生也不能在規(guī)定的考試時間內(nèi)做完所有題目。這樣學(xué)生之間就沒有時間通過網(wǎng)絡(luò)互傳答案。如試卷總分為120分，學(xué)生考試得分仍然為百分制——當(dāng)大于等于100分，以100分計算，其余情況以學(xué)生實(shí)際所得分?jǐn)?shù)計分。

(4)同一份試卷，每個學(xué)生拿到的試題題序不同。

(5)在試卷中設(shè)置一定量初看類似、實(shí)質(zhì)不同的題目，并預(yù)先告知學(xué)生試題中存在此類題目。

(6)為保障考試試題的合理性，試卷中客觀題和多空型綜合題中的基礎(chǔ)性得分點(diǎn)可以確保大部分同學(xué)能夠合格。

(7)多空型綜合題中綜合性應(yīng)用知識點(diǎn)的難度可以明確區(qū)分出優(yōu)秀學(xué)生和普通學(xué)生。

2 教學(xué)效果分析

本次線上教學(xué)探索共5個班級參與：2個實(shí)驗班(卓越班和提高班)以及3個平行班(電信1～3班)。下面針對這些班級的全程線上教學(xué)效果進(jìn)行分析。

2.1 卷面考試成績分析

1)卷面成績分布

各班卷面考試成績不同分?jǐn)?shù)段人數(shù)占比如圖1所示。從圖1可以看出卓越班學(xué)生的成績大部分分布在60～100分之間，提高班學(xué)生的成績大部分分布在50～70分之間，電信2班學(xué)生的成績大部分分布在40～80分之間，而電信1班和電信3班各個分?jǐn)?shù)段的學(xué)生人數(shù)分布比較均衡，僅卓越班和電信2班存在卷面得分90分以上的學(xué)生。這說明開放式線上考試成績真實(shí)地反映了不同學(xué)生對該門課程知識的掌握程度，線上考試成績真實(shí)有效。

圖1 各班卷面考試成績不同分?jǐn)?shù)段人數(shù)占比

2)卷面平均分

各班級考試卷面成績平均分如圖2所示，實(shí)驗班中卓越班明顯高于提高班，平行班中電信2班明顯高于電信1班和電信3班。

圖2 各班考試卷面成績平均分

3)綜合題得分率

各個班級不同章節(jié)多空型綜合題得分率在60%以及40%以上人數(shù)占比如圖3所示，從圖中可以看出：①填空題中第四章兩個考題較簡單，是較高得分率占比最高的考題；②填空題得分率為60%和40%的人數(shù)占比所有班級都基本遵循同一規(guī)律，即絕大多數(shù)考題兩種得分率的人數(shù)占比規(guī)律基本一致；③各章節(jié)考題難度在各個班級中的排序基本一致，從難到易依次為：第八章、第七章、第三章、第二章、第六章、第四章，與題目本身的難度和綜合程度完全一致。

1.2 卷面成績與學(xué)習(xí)過程成績的相關(guān)性

1)隨堂測驗

各班所有隨堂測驗平均成績?nèi)鐖D4所示。其中電信2班平均分最高，其次為提高班和卓越班，與考試卷面成績基本一致。這說明通過學(xué)習(xí)過程中的班級隨堂測驗平均成績可以預(yù)測這個班的期末考試平均成績。

圖3 各班不同章節(jié)多空型綜合題得分率在60%以及40%以上人數(shù)占比

圖4 各班所有隨堂測驗平均成績

各個班級每個學(xué)生所有隨堂測驗的平均分分布如圖5所示。從圖中可以看出：①大多數(shù)班級大部分同學(xué)的隨堂測驗平均分都在95分以上，電信3班在95分以上的人數(shù)占比最低；②電信1班，3班在90分以下人數(shù)占比較高，這與卷面考試成績在50分以下人數(shù)占比較高也在電信1班和3班完全一致。由此可知，學(xué)生隨堂測驗平均分同樣可以預(yù)測其期末考試成績所處分?jǐn)?shù)段。

圖5 各個班級每個學(xué)生所有隨堂測驗的平均分分布

線上學(xué)習(xí)與線下學(xué)習(xí)類似，同樣存在部分學(xué)生不能按時完成教師布置的教學(xué)任務(wù)。各個班級未參與隨堂測驗的總?cè)舜稳鐖D6所示。電信3班缺做人次最多，其次為電信1班、電信2班、卓越班、提高班，這與班級卷面平均成績基本一致，由此可知，不參與隨堂測驗的次數(shù)越多，學(xué)習(xí)效果越差。

2)在線作業(yè)

在線作業(yè)的班級平均分如圖7所示，由圖可知電信2班平均分最高，其次為卓越班，電信1班平均分最低，作業(yè)的得分情況也與卷面成績表現(xiàn)基本一致。即只有平時高質(zhì)量地完成了所布置的在線作業(yè)，才能在考試中取得較好的成績。

圖6 各個班級未參與隨堂測驗的總?cè)舜?/p>

圖7 各個班級作業(yè)平均分

3)工程實(shí)踐

工程實(shí)踐學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)包含實(shí)驗報告、線上仿真、線下仿真錄屏三個部分，各個班級的數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況如圖8所示。由圖可知提高班學(xué)生更注重實(shí)際動手操作，但是原理掌握不夠透徹——線上仿真平均成績最高且線下仿真錄屏視頻缺交人次最少，但仿真報告成績并不高。這是提高班學(xué)生卷面成績分布較集中的主要原因。電信1班雖然仿真報告平均成績最高，但是線上仿真平均成績卻最低，這說明如果不對實(shí)驗報告查重，它不能真實(shí)反映學(xué)生實(shí)際的工程實(shí)踐能力。從各個班級線下仿真視頻缺交的總?cè)舜慰梢钥闯觯壕€下仿真視頻的提交情況可以反映出工程仿真的真實(shí)完成情況。

各班線上仿真人均各個模塊的提交次數(shù)如圖9所示，對比圖8中各班線上仿真平均成績可知，卓越班學(xué)生工程實(shí)踐過程中出現(xiàn)錯誤的概率較低；電信1班的學(xué)生出現(xiàn)錯誤的概率較高；電信3班完成了線上仿真的學(xué)生出現(xiàn)錯誤的概率也較低，但是存在較多學(xué)生沒有能夠完成全部模塊的仿真；電信2班與提高班的學(xué)生線上仿真提交次數(shù)與平均成績成正比，這符合預(yù)期規(guī)律——大部分學(xué)生需通過多次實(shí)踐才能真正掌握所需知識。

圖8 工程實(shí)踐成績分析

圖9 各班線上仿真人均各個模塊的提交次數(shù)

3 結(jié)語

通過分析疫情期間“微機(jī)原理與接口技術(shù)”線上教學(xué)過程中的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)以及線上考試數(shù)據(jù)，表明工程實(shí)踐類課程的線上教學(xué)可以采取線上翻轉(zhuǎn)教學(xué)、精細(xì)化過程管控、線上線下相結(jié)合的工程仿真以及開放式線上考試等教學(xué)舉措，以達(dá)到良好的教學(xué)效果。