过程控制课程教学中混合式教学模式的探索与实践
刘丽华 王巧玲 艾红 曹荣敏 于镝
摘? 要：针对过程控制课程内容多、学时少的问题，通过“翻转课堂”将部分理论教学内容以混合式教学方式进行，学生课前通过在线资源自学相关知识点并完成项目及测试，课上教师讲解重点难点，组织讨论并答疑解惑。经过两轮混合式教学的探索与实践，取得了初步成效。文章最后探讨了混合式教学的优势及实施中的问题，并对这种教学模式的推广实施给出了一些建议。
关键词：混合式教学;过程控制;翻转课堂;传统课堂教学;在线教学
中图分类号：G642? ? ? ?文獻标志码：A? ? ? ? ?文章编号：2096-000X（2021）14-0111-05
Abstract： In view of the problem that process control course has rich contents and less class hours， part of the theoretical teaching contents are carried out in a blended teaching mode through the "flipped classroom". Before class， with the help of the online resources， students get the basic theoretical knowledge by a self-learning mode， and complete the project and test. In class， the teacher explains the key points and difficulties， organizes discussions and answers students' questions. Preliminary results have been achieved after two rounds of exploration and practice of blended-learning. At the end of the paper， the advantages of blended learning and the problems in the implementation are discussed， and some suggestions on the promotion and implementation of this teaching mode are given.
Keywords： blending learning; process control; flipping classroom; traditional classroom teaching; online-learning
混合式教学的概念是二十世纪九十年代后期提出的，通常是指将“以教师讲授为中心”的传统课堂教学与“以学生学习为中心”的翻转课堂相结合来实施教学的
方式[1]。2011年以后慕课的崛起，为翻转课堂的实施提供了丰富的网络资源，促进了翻转课堂的发展[2]。近年来各大高校围绕打造金课，展开了一系列教学改革，而混合式教学模式便是其中之一。
一、过程控制课程尝试混合式教学方式的背景
过程控制是作者所在学校自动化专业三年级的专业必修课，课程从数学和物理的基本概念着手，系统地阐述过程参数检测与控制仪表，过程对象的特点，简单和复杂控制系统的结构、原理、设计、分析和评价，对控制系统进行综合设计。课程内容既涉及学生前期所学的多科理论基础知识，同时又涉及日益更新的工业技术，还有本专业学生甚少接触的过程工艺问题;然而近年来为适应本科生教学“加强基础，淡化专业”的需求，教学时数不断压缩，目前作者所在自动化专业普通班的教学时数是48学时，其中理论部分42学时，实验6学时;而卓越工程师班总学时40学时，其中理论部分34学时，实验6学时。为探讨学时压缩情况下提高教学效果的措施，从2019年春季学期开始尝试借助信息技术对卓越班的过程控制课程部分内容实施混合式教学，结合课程特点规划了混合式教学的方案，设计了线上线下的教学内容。2020年春季学期，由于猝不及防的新冠疫情，所有课程均采取了线上教学的方式，根据前期的经验，对于疫情期间过程控制课程的线上教学采取了基于SPOC加直播答疑的“混合式”教学方式，受到了学生的认可。
二、混合式教学过程的组织与实施
混合式教学模式从表面上看是“传统的教学”模式与“线上教学”模式的结合，然而这种结合不应该是二者的简单叠加，而应该是在信息技术下，融合两种教学方式，充分发挥二者各自的优势，使其达到最佳的学习效果。图1给出了混合式教学模式的方案。
（一）混合式教学内容的规划
由于E-learning对学生的自律提出了很高的要求，即便有明确的学习目标，一门课程从头到尾全部安排这种混合式教学也会使学生产生倦怠心理;另外考虑到学生利用碎片时间学习的可操作性，通常都是将知识点进行碎片化处理，如果全部采取这样的学习方式，学生较难形成完整的知识体系[3]。因此不宜将全部内容均安排为混合式教学，这样在混合式教学实施之前需要对教学内容做出规划。
作者根据多年的教学经验，在2019年春季第一轮混合式教学试点中，对卓越班安排了3次共8学时的混合式教学，第一次选择了检测仪表部分，涉及温度、压力、流量、液位、成分等的检测原理及仪表使用注意事项，内容繁杂，但教学大纲仅安排了4学时，为解决学时少而内容多的教学难题对这部分内容安排了混合式教学;第二次混合式教学内容安排了“阶跃曲线法建立过程数学模型”;第三次混合式教学内容是单回路控制系统的方案设计及PID参数整定，结合了项目教学的方式来完成。2020年春季因为猝不及防的新冠肺炎疫情，学生不能返校，所有课程的教学都从传统的课堂教学转到了线上的E-learning，混合式教学内容的安排在第一轮的基础上有所增加。
（二）网络教学平台的选择
2019年春季学期选择了易于上手的课堂派，这个平台可以通过网页端和微信公众号建立班级，教师可以通过网页端编辑资料、发布测试、作业等，在手机端可以进行多种方式的考勤，发布公告，可以跟学生互动;学生可以通过班级邀请码加入班级，在微信公众号参与课堂活动。
2020年春季教学不得已采用全线上教学，从接到通知到正式开课只有20多天的时间，即便前期已经有了一些积累，但要在这么短的时间内迅速建起一门课程的线上教学，任务依然非常艰巨，这个时期选择网络教学平台首先考虑的是课程资源问题，其次是互動性问题。考虑到建课的时效，放弃了前期用过的课堂派。课程组对比了慕课和学习通平台，对于过程控制课程二者所提供的课程资源基本一致，而学习通平台的师生互动性要比慕课好一些，另外学习通平台具有示范课一键建课的优势，且超星提供了大量的图书和超星学术视频资源，为了学生学习方便，最后选定了学习通平台作为课程网络学习和互动平台。直播则采用了较为稳定的腾讯会议，同时以微信群答疑作为辅助手段。
（三）混合式教学活动的设计
2019年春季的混合式教学试点，课程组根据内容规划将容易混淆的知识点及对过程对象工艺的补充等知识点通过网络平台给出相应的资料，比如热电偶及温度变送器的使用，差压流量计的安装与使用，差压流量与输出信号电流的关系，DDZ_III调节器的信号输出，测试法建模的流程，调节器正反作业的选择等，通过录屏方式制作了15分钟左右的微课视频，开课前教师将知识点采用Bloom目标分类法给出明确的教学目标[4]，同
时发布教学PPT和教学视频等资料。第一部分混合式教学内容就仪表的工作原理、使用场合及注意问题等布置了预习提纲，提出了50多个问题，要求学生带着问题进行线上学习，并提交所列问题的学习报告，教师批阅预习报告，在课堂教学中针对预习报告中问题较多的部分组织讨论，答疑解惑;第二部分混合式教学针对阶跃响应建模，教师事先将教学资料发给学生，并给出了一个过程对象的阶跃响应数据，要求学生在课下通过自学，编程解决过程建模与校验，这次课的课堂安排是通过学生在课堂分享自己的建模过程，教师组织讨论，解决建模过程中的常见问题;第三次混合式教学内容是在课堂学习完单回路控制系统的方案设计的基础上，采用项目教学的方式进行，学生自己总结控制方案设计的要点，并结合所给系统运用所学知识设计合理的控制方案并对PID控制器参数进行工程整定，对抗干扰效果进行分析。课上组织小组汇报讨论。通过这种方式促进知识的内化。三次混合式教学的教学活动设计与实施流程参见表1。
2020年春季我校所有课程教学不得已采取了全面的线上教学。传统的混合式教学，借助于线下面授课堂的互动学习，学生可以对线上碎片化的知识进行系统化构建。疫情期间全部课程线上教学的铺开不仅对教师是一种考验，对学生来讲也是一种挑战。刚开学的时候，作者尝试对过程控制课程教学全部开展混合式教学，上课前两天公布学习内容及学习目标，发布学习资源（包括PPT和课程视频），讨论主题;每次课都设计了检测学习效果的客观测试题目及相应的主观作业。但是在课上讨论时发现极少有人发言，导致翻转课堂难以进行下去。通过学习通后台数据统计功能，作者发现大部分学生课前无法完成基本理论知识的学习。与学生交流过程中发现，当所有课程都采取E-leanrning方式时，大部分学生开始较难适应这种变化;另外采用混合式教学，学生需要在课前预习、查资料的时间要比传统课堂成倍增加，学生课业负担过重;发现这个问题后，作者对前期的教学方案进行了调整，大部分课程内容采用对分方式，学生课上通过SPOC（Small Private Online Course）视频在线学习一部分，教师直播讲一部分的方式进行;而需要学生课前自主学习的混合式教学内容在第一轮的基础上略有增加，即增加了DDZ-III型控制器与PID控制规律的探讨及串级控制方案的应用，课前利用学习通平台完成理论知识点的学习及相关测试，课上采用腾讯会议直播讲解重点难点，课后利用微信群答疑，将原来混合式教学中的课堂教学部分用直播讲解及微信答疑代替。调整以后的方案得到了学生的认可，大部分学生可以较好地完成学习任务。
（四）混合式教学效果评价
混合式教学效果的评价主要从考试成绩、讨论答疑的参与度及学生的满意度等多个方面来评估。首先从学生答疑及课堂讨论的参与情况来看，学生在线上学习的活跃程度比以往传统教学高，讨论及答疑环节也比以前活跃，学生评教满意度为97.3%。作者对于2019年采取混合式教学试点的卓越班和对照班的考试卷面成绩进行了比较，如图2所示，试点班考试成绩70分以上的同学各分数段人数均比普通班高。卷面及格率试点班为83.61%，普通班为51.81%，卷面平均分试点班为71.48分;普通班为56.95分。2020年春季学期考试卷面及格率为87.88%，卷面平均分70.18分。排除学生自身素质问题，两届学生的考试成绩可以从一定程度上说明混合式教学对于提高教学效果的作用。
三、混合式教学实践的反思
作者对过程控制课程实施了两轮混合式教学实践，如前所述，第一轮的混合式教学作为试点，安排了部分内容作为翻转课堂教学，大部分内容仍然采用传统课堂教学;第二轮混合式教学是在疫情期间所有课程不得不采用线上教学的背景下开展的。作者基于学习通平台对理论教学内容采取了SPOC建课，将传统课堂以腾讯会议直播方式代替，在第一轮试点基础上增加了部分混合式教学内容。反观这两次教学实践过程，有以下几点体验：
（一）混合式教学可以作为传统课堂教学的有益补充
基于在线微课的混合式教学从“以教师讲为中心”变成了“以学生学为中心”，需要学生在课前通过教师录制的微课或SPOC资源独自完成知识点的学习，这样课堂上减少了教师讲授的时间，增加了师生之间的交互式学习，可以促进学生对知识的内化，然而这种学习方式要求学生必须在课下投入更多的精力来完成课程资源的学习，如果课下任务不能及时完成，则课堂讨论的效果将大打折扣[5]。尽管教师可以通过网络平台的后台数据监视并督促学生学习，但对于学生自主学习的能力和自律性均是一种挑战;传统课堂教师可以根据学生的反应适时调整课程进度，也可以换种方式讲解，但是录制的微课或SPOC网络视频却做不到这一点，这将导致教师没有办法在第一时间发现问题并解决问题;另外混合式教学对教师也提出了更高的要求，教师需要在课前规划好教学方案，录制相应的微课视频，提供充足的优质课程资源，准备检测学习效果的测试题和作业题;线上及时批阅学生提交的作业，对学生提出的问题及反馈信息的归纳整理与及时回复，等等，工作量是传统教学的2倍以上。因此一门课程全部采用这种混合式教学方式，不管对于学生还是对于教师都是一种挑战，但是混合式教学作为一种先进的教学方式，重视对学生自学能力、总结能力、写作能力及项目实施能力等的培养，可以作为传统课堂教学的有益补充。
（二）混合式教学的课程考核应从多维度进行
传统课堂教学重视对知识的获取，课程考核多以期末考试为主;混合式教学重视对能力的培养，对课程的考核应强调对过程的多维度评价[6]。可以充分利用网络教学平台提供的大数据统计功能，对学生线上学习视频知识点的个数及学习时间，学习次数，参与讨论的情况，知识点测试，线下学习的表现，项目、作业完成情况等均作为过程考核的依据计入期末总评成绩。这样加重对过程的考核可以提高学生自主学习的积极性，促进学生更认真地做好课前的学习，提高对资料的搜集整理，学会对结果进行分析。
（三）混合式教学不宜同时在多门课程中开展
在开展混合式教学的过程中，大部分学生能够积极配合，线上学习讨论与传统教学方式的情况相比，学生的活跃程度明显提高，但是这需要学生在课前投入更多的精力自主学习，如果多门课程同时开展线上线下的混合式教学，会对学生造成较大的学业负担，从而导致部分学生产生厌学情绪，在课堂上应付了事，反而不利于教学效果的提高。另外如果全部课程都开展线上线下结合的混合式教学，对网络硬件资源也是挑战，上课高峰期可能会出现网络平台不稳定，从而导致学生学习过程受阻，这些问题在疫情期间作者及同事深有体会。因此作者认为正常情况下混合式教学方式不宜在所有课程教学中全面铺开，每学期可以根据课程特点适当开展2～3门课程的混合式教学[2]。
四、结束语
针对我校过程控制课程的特点进行了两轮混合式教学模式的教学改革探索，尝试了基于翻转课堂的混合式教学与传统课堂教学模式结合，以及基于学习通网络教学平台的SPOC线上教学与直播答疑方式结合的混合式教学模式。从学生参与学习的活跃度及考试成绩等方面看出混合式教学模式对于促进知识内化、提高教学质量及学生能力培养都起到了积极的作用。然而采用混合式教学对于学生和教师都提出了挑战，学生需要适应这种新的学习方式，教师要掌握信息技术的应用，要付出大量的精力来进行课程的前期准备、应对教学过程中发生的一些问题。另外混合式教学这种先进模式在实施过程中还有很多问题值得探讨，这次疫情期间线上教学的全面开展给大家积累了一定的经验，后续可以在此基础上探讨更好地推进混合式教学实施的措施。
参考文献：
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[3]李正祎，孙可歆，郭素红，等.基于微课的翻转课堂教学模式在教学过程中的反思[J/OL].（2017-07-12）.http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2905.G4.（20170712.2134.134.html.
[4]叶冬连，杨继林，胡国庆.布鲁姆认知目标分类学的信息化教学应用与发展趋势[J].数字教育，2019，5（1）：15-21.
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