安 康， 王李冬， 張慧熙

(杭州師范大學 錢江學院， 杭州 310036)

面對2020年初新冠病毒疫情爆發(fā)，教育部提出“停課不停教、不停學”的方針，這既是戰(zhàn)疫情應急之舉，也是“互聯(lián)網+教育”的重要成果展示。如何有效利用在線學習平臺開展在線教學，成為疫情期間課程教學的重中之重。當前在線教育發(fā)展迅速，涌現(xiàn)了豐富的在線課程，以教學微視頻、學習類APP、學習類微信公眾號、網絡在線課、SOPC、MOOC等不同載體出現(xiàn)，把課程教學帶入各種數(shù)字化學習環(huán)境中。

Alelaiwi強調在智慧環(huán)境中使用3G 和4G技術，指出信息化技術可以為傳遞和獲取知識的方法帶來巨大推力，探討其在工程教育的建設中如何實施[1]；喬納森提出的建構主義學習環(huán)境設計模型更適合解釋技術支撐的學習環(huán)境，他提出“用技術學習”，而不是“從技術學習”，“用技術學習”思想是把技術作為學生學習的工具、學習的智能伙伴，促使和幫助學生思考[2-3]，如何做好“用技術學習”的重點在于學生主動學習和深度學習的投入。美國新媒體聯(lián)盟在2014-2017年連續(xù)四年推出的《地平線報告(全球)》中將深度學習作為驅動學校教育技術應用的一個關鍵，對深度學習研究的關注是人們對終身教育、全新教育理念和學習方式變革的回應[4]。目前，國內學習環(huán)境設計的相關研究多是提出一些原則性和指導性觀點，實踐操作性比較弱，現(xiàn)有的例如“大學MOOC、愛課網”等一般要求學生看視頻、完成在線練習，學生的操作空間較小，既使有互動也是預設的。如何激發(fā)學生內在學習動機，引導學生在認知上投入更多需要認真對待。基于此，本研究依托多元化技術學習環(huán)境，以信息專業(yè)“單片機技術”課程為例進行線上線下混合式教學，通過實踐探究疫情期間教師如何在新形式下進行高效在線教學設計、更好地組織在線教學活動進而保證教學進度和教學質量，深入挖掘學生自主學習和深度學習能力。

1 線上線下混合式教學設計架構

喬納森在文獻[2]中指出：建構主義學習理論強調學習者對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和對所學知識的意義建構，教師不再是知識的傳播者和灌溉者，而是意義建構的幫助者、促進者。建構主義環(huán)境下的學習重視利用資源、立足基于問題的學習、提倡合作和自主探究的學習、致力于培養(yǎng)學習者的創(chuàng)新思維。本文提出的在“單片機技術”教學中基于多元化 線上線下混合式教學，把“在線課MOOC平臺+釘釘直播平臺+智慧教具A+課堂派”作為建構主義環(huán)境下學習者可利用的學習資源；基于問題的學習以CDIO工程教育理念為指導，以產品研發(fā)到產品運行生命周期為載體，以工程案例需求為問題導向，通過對工程案例構思、設計、實現(xiàn)和運作，對案例知識點以“基礎+綜合+創(chuàng)新”分層次設計構建遞進式教學；讓學生在動手操作中獲取知識[5]。課堂教學設計以動態(tài)翻轉課堂形式，通過對課前(引入六步訓練學習法)、課中(引入“教師主導-學生主體”、線上線下同步翻轉、對分課堂和思政元素融入的混合式教學理念)、課后(引入作品創(chuàng)作、線上話題交流、課程線上筆記)三階段運作，不斷激發(fā)學生自主學習能力，深度挖掘學生知識技術創(chuàng)造力[6-8]。借助線上技術環(huán)境獲取學習行為數(shù)據(jù)，辨別學習者認知特征和偏好，了解學生知識點、技能點、素質點掌握，對學習平臺留存的源頭數(shù)據(jù)進行分析，檢驗學生學習成果，及時對課程存在問題號脈與改進，完善下一次課的教學(線上線下混合式教學設計架構見圖1)。

圖1 線上線下混合式教學設計架構

2 線上線下混合式教學平臺建設

線上課程教學以釘釘平臺作為課程在線直播，借助課程在線MOOC平臺和智慧教具A+課堂派共同完成線上線下混合教學。

2.1 釘釘直播平臺搭建

釘釘由在線教學圈提供，完成在線視頻教學、在線作業(yè)、在線學業(yè)指導等功能。師生安裝釘釘，電腦端適合播放PPT、微課視頻等，通過教師端筆記本攝像頭配合教師講解實現(xiàn)教學互動。直播時選擇直播模式與保存回放，打開連麥功能方便教學互動；點擊露臉設置，開啟后可實現(xiàn)畫中畫功能，讓學生在看課件同時能看到教師，讓學生感受真實授課情境(見圖2)。釘釘直播平臺由于社交基因沒有融入更多的教學工具(舉手問答、推題測試、作業(yè)互評等)，通過在線MOOC平臺和智慧教具A+課堂派作為教學互動輔助補充。

圖2 課程釘釘直播畫面

2.2 在線MOOC平臺建設

建設在線MOOC平臺，學生通過學號登錄即可學習(見圖3)。MOOC平臺主要提供學生課前和課后學習的有益補充，平臺通過7個子模塊實現(xiàn)在線學習。課程信息包括單片機課程簡介、課程大綱、授課形態(tài)、教學團隊與教學設置；班級管理涵蓋學員管理、課程考核標準、學習過程成績記錄；教學計劃主要發(fā)布課件、微視頻、學習任務；練習考試主要針對題庫的建立、知識點評測、作業(yè)的發(fā)布、線上考試；統(tǒng)計分析是包括課程、班級、學生三類學習行為數(shù)據(jù)的記錄，成績自動管理，教學全過程數(shù)據(jù)化，可留存，可追溯；討論區(qū)是專門用于搭建師生互動討論社區(qū)，師生解答、生生解答，良性循環(huán)；公告區(qū)主要由教師發(fā)布課程通知。其中討論區(qū)維護至關重要，利用課下時間進行課外溝通，教師引導學生去思考，學生積極參與話題討論，學生學習習慣養(yǎng)成后，討論區(qū)從師生互動帶動生生互動，效果非常顯著。

圖3 單片機在線課MOOC平臺

2.3 智慧教具“A+課堂派”平臺搭建

基于微信社區(qū)A+課堂派搭建單片機直播互動學習平臺，關注課堂派微信公眾號，添加課程加課碼，即可學習使用(見圖4)。作為MOOC課學習的互補工具，該平臺主要配合釘釘直播實現(xiàn)直播教學過程中的教學互動，涉及數(shù)字考勤，直播時在原生課件中進行講解、標記疑問、評論、搶答、提問、討論、彈幕、隨時獎勵學生表現(xiàn)；讓直播的在線課堂“活”起來、“動”起來，讓直播在線課堂更精彩。

圖4 單片機A+課堂派學習社區(qū)

3 線上線下混合教學優(yōu)化策略

“單片機技術”課程線上線下混合教學著眼于“實用、適用”“舉一反三”。以理論與實踐相結合為主線，通過案例驅動使學生在動手實踐過程中學習理論知識，在學習過程中通過反復理解和操作，能夠獨立完成技術案例，培養(yǎng)學生技術創(chuàng)新能力。

3.1 工程案例為導向的六步訓練法

課程教學以工程案例為導向基于“遞進式”教學法：“基礎+綜合+創(chuàng)新”分層次教學，基礎包括基本理論知識與基本案例學習；綜合即綜合案例學習，包括外部中斷、定時/計數(shù)、串行通信等；創(chuàng)新指的是將學生的創(chuàng)新理念融入到課程學習中，并進行作品創(chuàng)作。遞進式分層次教學幫助學生循序漸進完成單片機學習，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的高階能力。

課程線上直播教學專注點在于學生自主學習能力的提升和深度學習的挖掘，而教學互動設計則在于教師用心思考教學目標與教學活動的關系。鑒于在線直播課特點，教師應適當改變教學設計思路，讓學生課前進行知識學習，課中(直播)時更多訓練學生的技術能力。

課前教學活動采用六步訓練法，以案例項目為主線，以任務為干線，基于“任務-需求-方案-設計-調試-評估”六步訓練教學，促進學生獲得理論知識學習的同時更大空間提升學生自主學習能力[9]。將每節(jié)內容以任務的方式予以分解，設定完成該任務需要達到的能力評估，通過對項目進行分析，獲得項目的任務需求，學生以小組的形式線下組隊對任務進行方案設計，組內隊員進行分工，完成系統(tǒng)的硬件電路設計和軟件設計以及合作開展項目制作。當項目設計環(huán)節(jié)完成后，組內成員對項目軟件和硬件進行聯(lián)合調試，通過調試過程存在的問題的分析和解決，提升了學生在項目分析中主動思考、探索的能力，并在團隊學習中形成集體智慧。學生在分享過程中體會進步，反省過失，培養(yǎng)自身的通用素質和專業(yè)核心能力；教師依照自己的教學經驗，對預期的結果進行評估，在教學中依據(jù)評估結果動態(tài)調整授課方法，評估注重任務考核內容以及給出該項任務的考核等級，通過對每個任務的考核結果，最終給出學生參與全課程的最終成績。

3.2 混合式教學元素融入

課中環(huán)節(jié)教學基于何克抗教授提出的“主導-主體”教學模式，教學過程中充分發(fā)揮教師主導作用,尊重學生主體地位。教師每節(jié)直播的教學內容依據(jù)3.1節(jié)提出的六步訓練法，分為“發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、評價方案”三個環(huán)節(jié)。依據(jù)三個環(huán)節(jié)學生組隊完成課中匯報，匯報內容分為(發(fā)現(xiàn)問題-PPT、解決問題-PPT、評價方案-PPT)。教師作為直播課的主持人，開場之后通過釘釘平臺連麥的方式將話筒交給每組負責人匯報，小組成員補充，匯報之后教師和其他小組再進行評價或互評，積極帶動直播課堂的互動效果。

教師在組織直播課的翻轉教學過程中充分融合對分課堂[10]。一半授課時間教師為主持人，引入教學案例，將案例穿插在知識點學習全過程，特別是在設置問題、解決問題和評價方案三個環(huán)節(jié)中注重融合課程思政元素，如設計中的精益求精、動手實踐出真知、引導學生樹立誠實守信、嚴謹負責的職業(yè)道德觀，深化知識點的同時發(fā)揮育人功能；另一半授課時間學生為“主角”，學生自主學習、獨立思考，按小組開展討論，分享學習體會。

3.3 線上直播教學互動插入

直播時建議學生準備好手機和筆記本兩臺設備。手機用于互動，筆記本用于觀看直播課。鑒于釘釘直播平臺的社交能力約束，選擇更懂“教學”的智慧教具微信A+課堂派進行直播課互動應用。至于學生在線考勤監(jiān)測，則利用二維碼、數(shù)字口令數(shù)字化考勤，杜絕代簽，一鍵導出考勤記錄實現(xiàn)精準簽到。針對直播時抽查學生的問題，可以利用隨機點名或者搶答小程序進行操作，該方式可以讓在線的學生集中精力聽課。課堂派用于師生互動最大特點是對原生課件進行編輯，根據(jù)不同教學階段內容，設置互動試題，試題包含投票題、判斷題、單選題、拍照題、簡單題等，互動答題發(fā)布后學生實時提交答題，一鍵即可提取學生有效觀點，及時檢驗教學效果。特別針對學生完成的電子設計作品可通過拍照的形式完成互動答題，精準了解到每一位學生作品完成的進度，同時根據(jù)每位同學提交完成的程度給予課程表現(xiàn)獎勵星星，并依據(jù)學生完成效果排序生成學霸排行榜供教師參考。另外教師直播過程中的師生實時問答互動信息可以通過彈幕效果完成，彈幕顯示發(fā)言學生姓名和發(fā)言簡要，方便教師下載彈幕統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息。

3.4 線下教學活動延續(xù)

線下教學活動基于在線MOOC平臺給予技術支持，每節(jié)課后要求學生在平臺筆記區(qū)提交當節(jié)課的線上筆記，對本節(jié)課進行總結與回顧。教師在平臺討論區(qū)對每節(jié)直播課的知識點發(fā)起一個話題討論，學生積極參與互動，通過查閱資料在討論區(qū)持續(xù)進行交流，幫助學生鞏固所學知識。學生通過在線平臺完成課后作業(yè)，作業(yè)設置部分客觀題進行自動批閱，主觀題需要教師自主批閱，部分主觀題目采用學生互評，學生在互評的時候一定要根據(jù)教師提供的評價標準認真批閱，因為在批閱的過程中也可以學習或鞏固知識。另外作業(yè)的反饋需要及時，根據(jù)批閱的情況進行反思和總結，查漏補缺。為了給予學生線下更多的思考，每次課結束通過平臺考試版塊發(fā)布知識點測試題目，要求在下一次上課前按時完成測試，平臺自動評閱學生測試結束后，其結果可實時查閱，及時糾正。

4 實踐應用

CDIO工程教育理念是近年來國際工程教育改革最新成果。該理念通過完整生命周期項目訓練，提升學生獲取(自學)、運用(解決)、共享(合作)、發(fā)現(xiàn)(創(chuàng)新)和傳播(交流)知識五大能力。筆者在“單片機技術”課程教學中采用基于CDIO工程案例驅動的動態(tài)翻轉課堂教學多年，取得了一些經驗和成果[7][9][11]。課程教學目標要求學生掌握單片機硬件系統(tǒng)、體系結構及C語言編程方法，能夠對單片機中斷、定時器/計時器、串行通信以及基于單片機擴展項目進行設計與開發(fā)，鍛煉學生自主學習和團隊合作能力，培養(yǎng)學生解決復雜問題綜合能力和高階思維[11]。將工程案例驅動的動態(tài)翻轉教學引入到線上線下混合式課程教學過程，以單片機課程第九章“單片機數(shù)碼動態(tài)顯示技術”為例實施應用[11]。授課4學時。對授課內容進行優(yōu)化設計，分別為項目需求、項目工作原理分析、項目硬件電路設計、項目軟件程序設計、系統(tǒng)調試結果總結(見表1)。每一個模塊學生都可以利用線上課堂學習完成。

表1 知識點任務需求分解表

課前：教師通過建設的課程教學平臺同步發(fā)布公告，布置學習任務，學生在線課堂進行學習。教師通過在線課堂學習數(shù)據(jù)統(tǒng)計每個學生課件、視頻、預習報告完成情況，系統(tǒng)生成學習數(shù)據(jù)報表，教師可以掌握學生是否有疑問，是否真正在學習，未完成學習的同學單獨輔導、交流、督促學習，做到課前學習信息的師生反饋。

課中：教師通過課前反饋初步獲得學生對該節(jié)課學習的水平，通過數(shù)字簽到掌握學生當節(jié)課出勤率。教師正式授課前利用在線MOOC平臺發(fā)布當節(jié)課評測題目共4組小題，評測時間8分鐘，系統(tǒng)實時生成成績，獲得評測結果區(qū)間正確率80%，依據(jù)課中評測區(qū)間預判授課方式(表2)，選擇對分課堂授課。

表2 課中評測區(qū)間預判機制

對分課堂上，一半的授課時間教師為主角，教師引入數(shù)碼動態(tài)顯示案例，將案例穿插在知識點學習全過程，教師對學生知識引導的內容參見表1，講解“數(shù)碼動態(tài)顯示電路設計電路圖紙”時、要求學生設計時注重細節(jié)，一絲不茍，做到精益求精；講解“動態(tài)顯示技術軟件編程”時，闡述實踐的重要性，教導學生從動手實踐中尋找答案；講解“系統(tǒng)軟件和硬件聯(lián)合調試方法”時，引導學生樹立誠實守信、嚴謹負責的職業(yè)道德觀；將思政元素巧妙地融入到教學內容中，既深化知識學習，同時注重育人功能發(fā)揮。另一半授課時間學生為“主角”，學生自主學習、交流討論，重點在電路硬件設計和軟件程序設計，我們把學生分組，每2-3人一組，按小組開展討論，分享學習體會、互相解答難點，繼續(xù)師生互動討論，解答學生疑難問題，最后對學生學習成效以小組為單位展示匯報和交流(見圖5)。針對部分學生創(chuàng)作的優(yōu)秀案例，鼓勵他們拍攝視頻微課，作為課程案例庫建設的有益補充。

圖5 學生完成本項目部分成果

課后：教師通過課程學習平臺發(fā)起作業(yè)、當節(jié)課知識點線上筆記提交、話題討論等形式，進一步促進學生對當節(jié)課知識的內化和吸收，師生線上線下多元化互動交流，幫助學生鞏固所學知識。

本次教學完成后教師依據(jù)課程學習平臺對當節(jié)課學生學習數(shù)據(jù)小結，教學班級電子1801和1802共計65位同學，對學生課前預習報告、課中評測、課后作業(yè)、線上筆記、視頻學習完成率、課中數(shù)字簽到等進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，學習數(shù)據(jù)反饋結果形成小結，為下一輪教學活動積累經驗。

5 學生學習數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

因突發(fā)疫情前10周學生無法返校，固2020年春學期全面開展在線直播教學，授課班級面向電子專業(yè)2個班、共65位學生，后面5周開展線上線下混合式教學，依托“在線MOOC+釘釘+課堂派”多元化學習平臺對學生學習行為數(shù)據(jù)分析(見表3)，課程混合式教學進行的15周時間學生平均出勤率99%，未能全勤的同學均已完成課前請假，學生即使直播授課依然能夠約束自己坐到電腦或者手機面前按時進行在線聽課；針對課程翻轉教學中課前布置的預習作業(yè)項目平均完成率84%，大部分學生能夠積極完成課前預習任務，因部分項目開發(fā)需要借助PC機進行仿真與調試，個別學生缺乏硬件設備導致無法按時提交。直播環(huán)節(jié)當節(jié)課知識點測評平均完成率84%，可以看到大部分學生通過課前的知識學習充分應用到課上的知識點理解和掌握，但個別學生動手能力還需要一對一引導與強化；課后持續(xù)的話題討論學生平均參與度74%、課后對當節(jié)課知識點總結的線上筆記提交完成率86%。從表3數(shù)據(jù)分析結果顯示:學生能夠積極參與線上線下混合教學各階段學習活動，一個學期的學習，學生形成課程知識點做筆記的習慣，能夠較好地完成課前預習作業(yè)以及當節(jié)課知識點測評工作，相對線上話題討論，部分學生因為話題的知識面窄參與率相對偏低,教師對于學生線上話題討論交流還需要進一步引導。

表3 電子1801(34人)+ 1802(31人)學習行為數(shù)據(jù)統(tǒng)計

(續(xù)表3)

表4通過在線學習平臺統(tǒng)計15周線上線下混合式教學課程資源與學習信息匯總數(shù)據(jù)：(選課學生65人)，學生平臺訪問次數(shù)達到86711次，教師制作的微課視頻時長617.27小時，學生已觀看累計673.91小時，完成14次知識點測驗，測驗題數(shù)總計135題，測驗提交的次數(shù)達到807次，互動交流中課程發(fā)布公告17次，發(fā)帖數(shù)104個，回帖數(shù)767個，線上話題互動參與人數(shù)48人，占比74%。學生學習的全過程從知識和情感層面實現(xiàn)了師生的實時溝通和分享，學生都能夠在教師的引導下積極參與線上互動式學習，教師根據(jù)學生學習行為數(shù)據(jù)進行追溯，對學生進行差異化輔導，進而提升班級整體學習水平。

表4 15周線上線下混合式教學課程資源與學習信息匯總

6 結語

在這個疫情防控特殊時期，線上線下混合教學成為主要教學模式，筆者在2020年春學期針對“單片機技術”課程教學以CDIO工程案例為知識學習驅動力，設計動態(tài)調節(jié)的線上線下翻轉課堂，將建構主義學習理論應用于課程教學實踐，基于課程技術學習平臺獲得的學生學習行為數(shù)據(jù)可以有效指導教師精準教學，教師利用更合理的教學策略幫助學生掌握學習內容、提升學生課程學習后的知識獲得感、樹立課程自信，從而達到最優(yōu)的學習效果。