楊 禎

（中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)，湖北 武漢 430073）

2020年疫情期間，全國上下統(tǒng)籌疫情防控和教育改革發(fā)展，各高校積極響應(yīng)，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等手段實(shí)現(xiàn)“停課不停教、停課不停學(xué)”，達(dá)到了“三穩(wěn)”、實(shí)現(xiàn)了“四變”、做到了“實(shí)質(zhì)等效”[1]。以中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)為例，共有2563個(gè)本科課堂，疫情期間2457個(gè)課堂線上授課，開課率達(dá)95.86%；實(shí)驗(yàn)實(shí)踐類課程共104個(gè)課堂，但只有73個(gè)課堂線上授課，開課率僅為70.19%。數(shù)據(jù)表明，疫情期間實(shí)驗(yàn)課程的開課率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于總體開課率。

目前，國內(nèi)疫情防控已進(jìn)入穩(wěn)定階段，我們不可能、也不應(yīng)該退回到疫情之前的教與學(xué)狀態(tài)，需在疫情前“常態(tài)”與疫情中“非常態(tài)”的基礎(chǔ)上全面重構(gòu)后疫情時(shí)代教育的“新常態(tài)”[2]?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”“智能+”等在線教學(xué)已成為高等教育的重要發(fā)展方向。高校教育教學(xué)將進(jìn)入教育與技術(shù)全面“融合”的新常態(tài)，混合式教學(xué)將成為高校教育教學(xué)的主模式[3]。

但目前混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的智能化程度不高、教學(xué)管理的信息化程度不足、教學(xué)方案設(shè)計(jì)的合理性有待考量、線上線下混合深度不夠、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)覆蓋面不廣、學(xué)生自主學(xué)習(xí)的監(jiān)控力不強(qiáng)、數(shù)據(jù)分析決策不到位等問題。探索如何以信息技術(shù)為依托構(gòu)建智慧實(shí)驗(yàn)室、教學(xué)平臺、數(shù)字校園等促進(jìn)教育教學(xué)環(huán)境信息化、智能化發(fā)展，如何保證線上教學(xué)與課堂教學(xué)的深入有效融合，如何保證混合式教學(xué)與線下教學(xué)的實(shí)質(zhì)等效，如何打造混合式實(shí)驗(yàn)“金課”等，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

一、文獻(xiàn)研究與理論框架

（一）混合式教學(xué)的理論框架

混合式教學(xué)有廣義與狹義之分。廣義上的混合式教學(xué)包括學(xué)習(xí)理論、教學(xué)媒體、教學(xué)模式、教學(xué)方法等多種意義上的混合。狹義上的混合式教學(xué)專指線下和線上教學(xué)的混合[4]82。

國內(nèi)外混合式教學(xué)的概念演變經(jīng)歷了3個(gè)階段：技術(shù)應(yīng)用階段、技術(shù)整合階段（20世紀(jì)90年代—2013年），以及“互聯(lián)網(wǎng)+教育”階段（2013年至今）[5]13。“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的混合式教學(xué)更關(guān)注個(gè)性化知識的習(xí)得與創(chuàng)造性知識的生成，不再是基于信息技術(shù)對傳統(tǒng)課堂教學(xué)的簡單搬運(yùn)或課外延伸，而是為學(xué)生創(chuàng)造一種真正高度參與的個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，是“以學(xué)生為中心”的學(xué)習(xí)環(huán)境下教學(xué)與輔導(dǎo)方式的混合[6]8。

疫情期間，各高校積極開展線上教學(xué)，在應(yīng)對危機(jī)的同時(shí)也為混合式教學(xué)積累了經(jīng)驗(yàn)?；旌鲜浇虒W(xué)應(yīng)以“金課”所提出的兩性一度（高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度）為出發(fā)點(diǎn)，以培養(yǎng)創(chuàng)造性解決問題的專家思維為教學(xué)目標(biāo)，對“教師的教”和“學(xué)生的學(xué)”提出了更高的要求，必須通過整體性的設(shè)計(jì)才能充分發(fā)揮線上、線下教學(xué)的優(yōu)勢[4]83。

混合式教學(xué)的本質(zhì)是為學(xué)生創(chuàng)建一種真正高度參與的個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。教師不再是課堂的決策者和唯一傳授者，而是學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者和組織者。教師需針對混合式學(xué)習(xí)環(huán)境下如何促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，包括對學(xué)習(xí)目標(biāo)重新審讀，對學(xué)習(xí)內(nèi)容與過程重新組織，對教學(xué)方式重新調(diào)整，對學(xué)習(xí)模式與策略重新整合，對評價(jià)模式重新設(shè)計(jì)。教師同時(shí)也是學(xué)生自主學(xué)習(xí)和小組協(xié)作學(xué)習(xí)的支持者，在學(xué)生自主或小組協(xié)作開展問題解決或任務(wù)探究的過程中從旁協(xié)助，為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)框架，提供建設(shè)性意見[6]9。

（二）混合式教學(xué)的研究現(xiàn)狀

馮曉英等分析國內(nèi)外混合式教學(xué)的相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前混合式教學(xué)存在實(shí)證研究少、理論研究落后于實(shí)踐應(yīng)用等問題，需要重點(diǎn)關(guān)注“互聯(lián)網(wǎng)+”混合式教學(xué)模式研究[7]14。劉徽等通過對多份混合式教學(xué)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評估，指出當(dāng)前混合式教學(xué)存在的難點(diǎn)，并提出混合式教學(xué)設(shè)計(jì)要有逆向思維、要貫穿全過程、要搭建支架的建議[4]85。李政濤等提出“雙線混融”的概念，強(qiáng)調(diào)從“混合”走向“融通”，要求線上教學(xué)與線下教學(xué)“你中有我”“我中有你”，教學(xué)設(shè)計(jì)更加注重“融通思維”，從“歷時(shí)性”向“共時(shí)性”轉(zhuǎn)換[7]。郭婉瑢等指出，智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下應(yīng)對學(xué)習(xí)者的內(nèi)部學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和技術(shù)接受度給予更多的關(guān)注，以促進(jìn)學(xué)習(xí)者更好地融入智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，從而提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果[8]。馮曉英等從教師教育層面和機(jī)構(gòu)支持層面提出了促進(jìn)混合式教學(xué)改革、提升教師混合式教學(xué)準(zhǔn)備度的策略建議[9]。閻群等以創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為載體，提出了CDIO-OODA工程教育理念與項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，并構(gòu)建了PBL混合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法[10]。

上述相關(guān)研究為混合式教學(xué)設(shè)計(jì)提供了有力支撐，從目標(biāo)設(shè)計(jì)、內(nèi)容設(shè)計(jì)、方法設(shè)計(jì)、資源設(shè)計(jì)、評價(jià)設(shè)計(jì)多方面給出指導(dǎo)，但目前的研究多以理論課程為主，針對實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)研究較少。文章以實(shí)驗(yàn)課程的混合式教學(xué)為切入點(diǎn)，以智慧實(shí)驗(yàn)室為依托，充分利用線上線下混合的優(yōu)勢，探索智慧實(shí)驗(yàn)室如何更好地服務(wù)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過數(shù)據(jù)分析如何優(yōu)化混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案、如何及時(shí)獲知學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果，根據(jù)反饋信息如何促進(jìn)智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等，不斷優(yōu)化混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式設(shè)計(jì)，形成教學(xué)質(zhì)量不斷提高的閉環(huán)系統(tǒng)。

二、混合式教學(xué)模式下智慧實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建

《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》提出開展智慧教育創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)，要求以人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)為基礎(chǔ)，依托各類智能設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，積極開展智慧教育創(chuàng)新研究和示范，推動(dòng)新技術(shù)支持下教育模式的變革和生態(tài)重構(gòu)[11]。智慧實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建為開展智慧教育活動(dòng)提供了有力的環(huán)境支撐，是完成教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃的有效途徑之一[12]。智慧實(shí)驗(yàn)室是在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，融合物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測與安全監(jiān)控自動(dòng)化、實(shí)驗(yàn)設(shè)備智能化、實(shí)驗(yàn)資源共享化、實(shí)驗(yàn)管理有效化、實(shí)驗(yàn)教學(xué)混合化，達(dá)到實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)資源、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等與信息技術(shù)的深度融合。

混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是混合式教學(xué)的短板，為了更好地服務(wù)于“教師的教”和“學(xué)生的學(xué)”，特構(gòu)建混合式教學(xué)模式下的智慧實(shí)驗(yàn)室。針對混合式教學(xué)面對面學(xué)習(xí)前、面對面學(xué)習(xí)中、面對面學(xué)習(xí)后、實(shí)驗(yàn)考核、教學(xué)評價(jià)5個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一套智慧實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 混合式教學(xué)模式下智慧實(shí)驗(yàn)室體系架構(gòu)

該系統(tǒng)分為感知層、傳輸層、應(yīng)用層。感知層通過傳感器感知外部環(huán)境實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)采集；傳輸層通過NBIOT/LoRa/ZigBee/Bluetooth、2G/3G/4G/5G等通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；應(yīng)用層使用云技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對應(yīng)服務(wù)于設(shè)備管理、安全監(jiān)控、課堂考勤、教學(xué)管理、數(shù)據(jù)分析5個(gè)子系統(tǒng)。

設(shè)備管理系統(tǒng)主要針對大型儀器采購程序煩瑣、實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理混亂、借用維修記錄缺損等問題進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的采購、入庫、借用、維修、報(bào)廢、統(tǒng)計(jì)等一體化服務(wù)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)各專業(yè)、各院系，甚至同城高校之間大型儀器設(shè)備、正版軟件、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的互通共享，無須耗費(fèi)大量資金進(jìn)行采購與設(shè)備維修，而且可提高設(shè)備的利用率，以達(dá)到節(jié)約資源、控制成本的目的。同時(shí)在設(shè)備共享的過程中，須考慮數(shù)據(jù)安全隱私的問題，保證各用戶之間數(shù)據(jù)獨(dú)立或授權(quán)訪問。

安全監(jiān)控系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)室火災(zāi)、爆炸、盜竊、漏水等安全事故的監(jiān)測與預(yù)警，在事故發(fā)生前自動(dòng)切斷電源、啟動(dòng)消防栓等，將損失降到最低。同時(shí)，對溫濕度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，并對空調(diào)、抽濕機(jī)、窗簾等進(jìn)行控制以保證舒適的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，更好地服務(wù)于“教師的教”與“學(xué)生的學(xué)”。

課堂考勤系統(tǒng)包括線上與線下教學(xué)兩部分：線上教學(xué)時(shí)可直接統(tǒng)計(jì)學(xué)生上線信息得出考勤結(jié)果，但須考慮解決學(xué)生“代上線”或“僅上線未學(xué)習(xí)”等問題；線下教學(xué)時(shí)采用基于人臉識別的考勤系統(tǒng)，上課開始后由攝像頭自動(dòng)掃描獲取視頻流，并通過人臉圖像的截取與人臉識別系統(tǒng)確定到課學(xué)生，缺勤學(xué)生一目了然，不占用課堂時(shí)間，方便高效[13]。教學(xué)管理系統(tǒng)具備實(shí)驗(yàn)室預(yù)約、師生交流討論、實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理、實(shí)驗(yàn)室督課與巡視、實(shí)驗(yàn)課程考核等功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、課后分析、擴(kuò)展訓(xùn)練、課程考核多個(gè)階段的智能化管理，同時(shí)嵌入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，保證線上線下教學(xué)模式有效結(jié)合的同時(shí)，還能有效推動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)。

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)通過對學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣、話題討論、課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)操作、課程考核、課堂評價(jià)等學(xué)習(xí)行為與學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，為教師制定精細(xì)化的教學(xué)方案、調(diào)整講課內(nèi)容或模式、教學(xué)評價(jià)等提供指導(dǎo)依據(jù)。

智慧實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建是依托現(xiàn)有校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)配套開發(fā)與本校實(shí)驗(yàn)課程相適應(yīng)的教學(xué)平臺，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過程提供了技術(shù)支持，智慧實(shí)驗(yàn)室云平臺能全流程介入線上線下教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息收集、數(shù)據(jù)抓取與數(shù)據(jù)分析，有助于把握混合式教學(xué)的實(shí)際效果。另外，自建的智慧實(shí)驗(yàn)室云平臺能夠確保數(shù)據(jù)信息安全，完整記錄教師授課、學(xué)生學(xué)習(xí)和課堂互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)實(shí)操、實(shí)驗(yàn)考核、課后評價(jià)的過程，進(jìn)而對混合式教學(xué)過程中教師和學(xué)生的關(guān)鍵行為進(jìn)行場景捕捉和分析，便于充分挖掘教學(xué)數(shù)據(jù)的價(jià)值，為混合式教學(xué)質(zhì)量評價(jià)提供有力的數(shù)據(jù)支撐[14]。

三、混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索

以智慧實(shí)驗(yàn)室為依托，參考Garrison提出的四階段串聯(lián)型設(shè)計(jì)，即面對面學(xué)習(xí)前→面對面學(xué)習(xí)→面對面學(xué)習(xí)后→下次面對面學(xué)習(xí)前設(shè)計(jì)的混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式如圖2所示。

圖2 以智慧實(shí)驗(yàn)室為依托的混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為課堂教學(xué)、考核評價(jià)、分析反饋3個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)有線上、線下兩種模式；智慧實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備管理、安全監(jiān)控、課堂考勤、教學(xué)管理、數(shù)據(jù)分析5個(gè)子系統(tǒng)貫穿始終，在不同的學(xué)習(xí)階段發(fā)揮不同的作用。

課堂教學(xué)環(huán)節(jié)分為面對面學(xué)習(xí)前、面對面學(xué)習(xí)中、面對面學(xué)習(xí)后3個(gè)階段。在面對面學(xué)習(xí)前的線上模式中，教師明確教學(xué)目標(biāo)、收集資源制作視頻、引導(dǎo)學(xué)生線上學(xué)習(xí)，學(xué)生觀看視頻完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，師生通過交流互動(dòng)平臺就實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行討論；線下模式中，學(xué)生可在課余時(shí)間通過教學(xué)管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約與設(shè)備借用，熟悉實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、了解使用規(guī)范。

面對面學(xué)習(xí)中，教師根據(jù)面對面學(xué)習(xí)前行為數(shù)據(jù)和論壇答疑情況設(shè)計(jì)課堂內(nèi)容與進(jìn)度、調(diào)整教學(xué)重難點(diǎn)、解決學(xué)生的共性問題，幫助學(xué)生把碎片化的知識整理成體系并內(nèi)化吸收；同時(shí)按照教學(xué)目標(biāo)設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考核，檢測學(xué)生是否達(dá)成教學(xué)目標(biāo)[15]。線上模式中教師通過網(wǎng)絡(luò)平臺完成實(shí)驗(yàn)講解，學(xué)生線上打卡考勤，通過云平臺完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；線下模式中，教師指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作，對重難點(diǎn)進(jìn)行講解練習(xí)，并通過人臉識別系統(tǒng)完成自動(dòng)化考勤。

面對面學(xué)習(xí)后，教師根據(jù)面對面學(xué)習(xí)中反饋的數(shù)據(jù)針對性地、分層次地設(shè)計(jì)課后實(shí)操。線上模式中，學(xué)生可通過云平臺完成實(shí)驗(yàn)并就疑難問題與教師討論；線下模式中，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)預(yù)約與設(shè)備借用進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成后，進(jìn)入下一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，即“下次面對面學(xué)習(xí)前、下次面對面學(xué)習(xí)中、下次面對面學(xué)習(xí)后”的循環(huán)。在循環(huán)教學(xué)中，推薦使用“教師為主、助教為輔”的教學(xué)模式，配備研究生課程助教，幫助任課教師制作視頻腳本、準(zhǔn)備課程資源、收集共性問題、課前課后答疑等，一方面豐富課程資源，加強(qiáng)課外指導(dǎo)，更好地提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，另一方面有利于助教自身能力的提升。

考核評價(jià)環(huán)節(jié)分為實(shí)驗(yàn)考核與教學(xué)評價(jià)兩個(gè)階段：實(shí)驗(yàn)考核發(fā)生在課程結(jié)束后，線上模式中，學(xué)生直接通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)完成課程考核；線下模式中，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)操考核。教學(xué)評價(jià)發(fā)生在實(shí)驗(yàn)考核后，線上模式中，師生通過評教系統(tǒng)對所教所學(xué)進(jìn)行評價(jià)，最后形成評價(jià)報(bào)告；線下模式中，師生通過討論座談會(huì)的形式對所教所學(xué)進(jìn)行總結(jié)評價(jià)。

分析反饋環(huán)節(jié)主要是對整個(gè)過程獲取的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括實(shí)驗(yàn)環(huán)境是否安全舒適，如何進(jìn)一步為師生提供更好的服務(wù)；實(shí)驗(yàn)資源利用是否合理，哪些教學(xué)資源需要進(jìn)一步完善，哪些儀器設(shè)備需要更新?lián)Q代；課堂表現(xiàn)是否良好，“教師的教”“學(xué)生的學(xué)”是否協(xié)調(diào)有度；教學(xué)設(shè)計(jì)是否得當(dāng)，哪些方式需要改善；線上線下混融效果是否良好，哪些環(huán)節(jié)需要調(diào)整。教師通過數(shù)據(jù)分析，獲得反饋，推進(jìn)智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的逐步完善，促進(jìn)混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)一步優(yōu)化。

文章依托智慧實(shí)驗(yàn)室完成混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，將智慧實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備管理、安全監(jiān)控、課堂考勤、教學(xué)管理、數(shù)據(jù)分析5個(gè)子系統(tǒng)融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課堂教學(xué)、考核評價(jià)、分析反饋3個(gè)環(huán)節(jié)。同時(shí)，文章指出通過智慧實(shí)驗(yàn)室云平臺，對線上線下教學(xué)環(huán)境、教學(xué)設(shè)施、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)等過程數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析，可為智慧實(shí)驗(yàn)室改造、混合式教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供指導(dǎo)依據(jù)，形成一個(gè)教學(xué)質(zhì)量不斷提高的閉環(huán)系統(tǒng)。未來混合式教學(xué)與學(xué)習(xí)分析的結(jié)合是一個(gè)必然的研究趨勢，進(jìn)而為這兩個(gè)領(lǐng)域帶來突破性的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展。