尚 平

（杭州電子科技大學(xué)自動化學(xué)院）

任何科學(xué)實驗及工程實踐都離不開測量及儀器，由于測量與實驗結(jié)果中存在誤差的必然性和普遍性，影響了測量與實驗結(jié)果的可信賴性，甚至失去其科學(xué)價值與實際意義，因此，掌握誤差理論與數(shù)據(jù)處理知識已成為廣大科技工作者之必需。現(xiàn)在全國各高校相關(guān)專業(yè)已普遍開設(shè)“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程，對誤差理論知識和分析處理方法進行全面系統(tǒng)論述，為科技工作者提供了必不可少的重要基礎(chǔ)理論及技術(shù)[1]。

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》提出，要“充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的獨特優(yōu)勢”，促進“教學(xué)方式與教育模式不斷創(chuàng)新”“推動信息技術(shù)與教育深度融合”。教育信息化已成為“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的新趨勢,線上線下混合式教學(xué)逐漸成為一種更符合認知規(guī)律的教學(xué)模式[2-4]。杭州電子科技大學(xué)“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程于2018年在超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺首次制作線上課程，并開展了線上線下混合式教學(xué)，基于學(xué)情分析，3年來不斷進行調(diào)整和改進，取得了良好的實踐效果[5-6]，現(xiàn)以2020-2021學(xué)年第二學(xué)期課程完成情況為例進行效果分析。

一、學(xué)情分析

“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程為我校測控技術(shù)與儀器專業(yè)大學(xué)二年級第二學(xué)期核心課程，該課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括兩個部分理論課程環(huán)節(jié)和實驗環(huán)節(jié)。本課程共有48課時，其中理論課程環(huán)節(jié)為39課時，6個教學(xué)單元；實驗環(huán)節(jié)為9個課時，3個教學(xué)單元。該課程理論性較強，計算量比較大，需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)；同時該課程需要結(jié)合實際測量進行應(yīng)用分析，可擴大學(xué)生的知識面并提高其動手能力。在學(xué)習(xí)該課程之前，學(xué)生已經(jīng)完成了“高等數(shù)學(xué)”“概率論”和“線性代數(shù)”等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程，因此掌握一定的數(shù)學(xué)計算能力，為學(xué)習(xí)該門課程提供了必備的知識基礎(chǔ)。但是二年級的學(xué)生還沒有上過專業(yè)類的相關(guān)課程，所以理論聯(lián)系實際的實踐能力相對比較弱。現(xiàn)以杭州電子科技大學(xué)2019級測控技術(shù)與儀器專業(yè)的兩個自然班為研究對象，每個班級33位同學(xué)，年齡均為18至22歲。

二、實驗資源與方法

將杭州電子科技大學(xué)2019級測控技術(shù)與儀器專業(yè)的兩個自然班分別作對照組和實驗組進行教學(xué)效果分析，對照組采用的是傳統(tǒng)接受型教學(xué)模式，實驗組采用線上線下混合教學(xué)模式。

（一）對照組資源建設(shè)和具體實施

1.課程資源建設(shè)

教師在課程開始前，根據(jù)課程和專業(yè)目標準備課程大綱、授課計劃、教案以及教材等參考資料。

2.具體實施

對照組采用的接受型教學(xué)模式，是目前高校普遍采用的教學(xué)方式。課前學(xué)生按照課程大綱和授課計劃預(yù)習(xí)新課；課中主要采用講授的方式，教師根據(jù)教案進行具體的課堂教學(xué)，主要分為五個環(huán)節(jié)，即組織教學(xué)、引入新課、講授新課、復(fù)習(xí)鞏固、布置作業(yè)；課后學(xué)生完成作業(yè)，教師批改作業(yè)。該種教學(xué)模式以及與其相應(yīng)的五環(huán)節(jié)課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，有利于高效率、大容量地傳授系統(tǒng)的文化科學(xué)知識，教師的透徹講解可以使學(xué)生迅速掃清認知上的障礙，大量的練習(xí)鞏固能使學(xué)生形成技能、技巧。

（二）實驗組資源建設(shè)和具體實施

1.課程資源建設(shè)

完整的線上線下混合課程教學(xué)過程包括：列舉課前任務(wù)單、線上資源建設(shè)、線下課堂活動以及課后拓展和應(yīng)用幾個環(huán)節(jié)。這幾個環(huán)節(jié)不是分立的，需要以線下課堂活動為中心完成其他環(huán)節(jié)的設(shè)計。

（1）課前任務(wù)單設(shè)計

基于線上資源的課前任務(wù)與傳統(tǒng)課堂預(yù)習(xí)是不同的，合理有效的課前任務(wù)單是老師精心設(shè)計的內(nèi)容，包括學(xué)習(xí)線上某個資料或者某個視頻，同時需要完成相對應(yīng)的練習(xí)題等。

（2）線上資源建設(shè)

依托超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，建設(shè)“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”課程的在線資源，課程的6個理論課程教學(xué)單元均由教案、講稿、教學(xué)課件、知識點講授視頻、過關(guān)測試和問題與討論等要素組成。3個實驗教學(xué)單元由教案、講稿、教學(xué)課件、知識點講授視頻、實驗操作演示視頻、實驗報告模板、實驗報告范本、過關(guān)測試和問題與討論等要素組成。圖中所示分別為“緒論”和“正弦規(guī)測量外圓錐角的誤差分析和計算實驗”教學(xué)單元的資源建設(shè)思路和結(jié)構(gòu)。

關(guān)于本課程學(xué)習(xí)資源的全部內(nèi)容和組成要素，可參考《誤差理論與數(shù)據(jù)處理》課程建設(shè)在超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上的在線課程門戶。

（3）線下課堂教學(xué)活動設(shè)計

為了提高學(xué)生的綜合素質(zhì)水平，課堂教學(xué)方式應(yīng)抓住“內(nèi)化知識”和“拓展能力”兩個關(guān)鍵詞，基于以下原則設(shè)計良好的課堂活動，即課堂活動達到有意義的學(xué)習(xí)效果、提高學(xué)生參與的積極性、具有周密的組織、為學(xué)生提供活動的詳細說明以及提供思考和反思的機會。同時課堂教學(xué)活動形式的選擇與學(xué)生課前任務(wù)的完成情況相聯(lián)系，本課程根據(jù)學(xué)情和知識點內(nèi)容采用了以下教學(xué)活動形式，如測試、提問、頭腦風(fēng)暴、一分鐘紙上陳述、無積分測驗、成對的交流分享、角色扮演、建模與分析和同伴教學(xué)等，活動形式的選擇需要與課程知識點目標相匹配。

（4）課后拓展和應(yīng)用

依托超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺可布置課后進階的拓展作業(yè)，根據(jù)知識點內(nèi)容設(shè)置部分需要合作完成的實踐任務(wù)，協(xié)作學(xué)習(xí)相對于個體獨立，在增加學(xué)習(xí)興趣的同時，能夠鍛煉學(xué)生的團隊合作精神、分工解決問題等能力，利用教學(xué)平臺的討論互動模塊，教師與學(xué)生可在線交流和探討。

2.具體實施

針對每一個具體的學(xué)習(xí)資源，實施五步學(xué)習(xí)法，即對每個知識點，通過課前任務(wù)、課堂活動（多種模式）、課后拓展和實踐、完成測試和線上討論五個環(huán)節(jié)，就每一個教學(xué)內(nèi)容完成五輪學(xué)習(xí)，根據(jù)個體對知識接受和掌握的差異性，學(xué)生可以分配和調(diào)整學(xué)習(xí)時間。五輪激勵的效果為在達到教學(xué)目標的同時，讓學(xué)生牢固掌握教學(xué)單元的知識內(nèi)容。目的是實現(xiàn)學(xué)習(xí)者在“適當(dāng)?shù)摹睍r間，通過“適當(dāng)?shù)摹睂W(xué)習(xí)技術(shù)，與“適當(dāng)?shù)摹睂W(xué)習(xí)風(fēng)格相契合，從而獲取“適當(dāng)?shù)摹蹦芰?，學(xué)習(xí)效果最優(yōu)，實現(xiàn)課程的知識、能力和情感三個方面的目標。

此過程的具體實施流程如圖1所示。

圖1 線上線下混合式教學(xué)模式實施流程圖

基于線上線下混合的教學(xué)模式，將傳統(tǒng)講授的內(nèi)容放到課前，并通過課前任務(wù)單的完成情況，教師可以在課前了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，這樣老師在上課前就能有所準備，課堂就用于解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程當(dāng)中存在的問題，同時通過組織讓學(xué)生主動參與的課堂活動來加深學(xué)生對于知識的理解。在上述過程當(dāng)中，老師可以適時地為學(xué)生提供指導(dǎo)，并在課后完成高階的作業(yè)和合作實踐，提高學(xué)生分析和解決高階問題的能力。這種混合式教學(xué)模式是將線上的資源與線下的課堂優(yōu)勢有機結(jié)合，發(fā)揮了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，使得“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”進行轉(zhuǎn)變。

三、實驗效果分析

針對2019級測控技術(shù)與儀器專業(yè)的兩個自然班，完成一輪教學(xué)實踐，對照組采用的是傳統(tǒng)接受型教學(xué)模式，實驗組采用線上線下混合教學(xué)模式，分別從以下三個方面進行效果比較。

（一）參與度和出勤率

教師在課程開始前，根據(jù)課程和專業(yè)目標準備課程大綱、授課計劃、教案以及教材等參考資料。本課程教學(xué)共16周，48個學(xué)時，每周3個課時。為了體現(xiàn)數(shù)據(jù)的客觀性，出勤并不作為最終課程成績的一部分。對比兩組的出勤率和參與度，從圖2和圖3可以看出，在第一周，對照組和實驗組的出勤率和參與度是相近的，對照組從第一周到第十六周，出勤率和參與度相對穩(wěn)定，出勤率保持在77±2%，參與度為55±3%，而實驗組的出勤率和參與度則逐步上升，出勤率在期末的時候達到了100%，參與度也上升了32%?？梢妼W(xué)生是更傾向于參與線上線下混合模式的課堂的。

圖2 對照組和實驗組課堂出勤率比較

圖3 對照組和實驗組課堂參與度比較

（二）知識點內(nèi)容掌握情況對比

在不同的教學(xué)模式的指導(dǎo)下，分別檢測對照組和實驗組的學(xué)生對知識點的掌握情況，選擇典型的8個知識點，在課程結(jié)束24小時后進行測試。8個知識點以及兩組所采用的課堂形式如表1所示，其中知識點3、6和8為本課程的難點。每個知識點的測試為五分制，8個知識點的兩組測試平均分結(jié)果如圖4所示。對比兩組測試結(jié)果數(shù)據(jù)可知，實驗組的知識點測試成績均高于對照組，平均分達到3.5分以上，說明對于其中的較難知識點，實驗組相對于對照組對知識點的掌握情況更好一些，這說明線上線下混合模式可以使學(xué)生對知識點的掌握更加牢固和深入，更不容易遺忘。

表1 對照組和實驗組知識點學(xué)習(xí)的課堂形式比較

圖4 對照組和實驗組的知識點測試平均分比較

（三）期末測試成績對比

比較對照組和實驗組的期末測試總評成績，具體數(shù)據(jù)如表2所示，兩組的測試平均分相差不多，但是實驗組的成績相對更加平均，而對照組的成績兩極分化比較嚴重。這說明線上線下混合式教學(xué)模式更能調(diào)動大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時基于線上資源，根據(jù)個體差異，學(xué)生可以自主設(shè)計和選擇適合自己的學(xué)習(xí)計劃和進度。

表2 對照組和實驗組期末測試成績比較

四、總結(jié)和討論

在完成期末考試一周后，教師對實驗組即采用線上線下混合式教學(xué)組進行了線上調(diào)查，90%的同學(xué)表示喜歡這種互動式的教學(xué)，78%的同學(xué)表示期待其他的課程也可以采用這種授課模式，80%的同學(xué)認為在課堂上與教師和同伴有更加頻繁和積極的互動，看的課程材料更多，根據(jù)自己的實踐來學(xué)習(xí)和練習(xí)的機會更多，演示學(xué)習(xí)成果的機會也更多。

同時線上線下混合式教學(xué)模式看起來對教師提出了更高的要求，除了建設(shè)和準備線上的資源外，重點和難點是課堂上的把控和設(shè)計[7-8]。實際上從長遠教學(xué)效果來說，反而是減少了教師的工作量。一方面教師可以在開展第一輪教學(xué)之前完成資源建設(shè)，后期只需要根據(jù)學(xué)情分析進行微調(diào)即可；另外對于目前的信息社會，全世界涌現(xiàn)出大量的線上優(yōu)質(zhì)資源，大多數(shù)也都可以進行共享和交流，教師在課堂上就可將其用于解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程當(dāng)中存在的問題，同時通過組織學(xué)生主動參與課堂活動來加深學(xué)生對于知識的理解，在課堂上將更多的時間運用到知識的實踐與應(yīng)用上，同時教師需要在多講與少講之間找到一個平衡點，更好地把握課堂時間。