程立志 朱宗銘 姚瑤

長(zhǎng)沙學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410022

一、概述

當(dāng)前，國(guó)家推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，對(duì)工程科技人才提出了更高要求。“新工科”更注重與行業(yè)的緊密對(duì)接，構(gòu)建產(chǎn)教融合、科教融合的協(xié)同育人模式[1]。高校是科技創(chuàng)新體系的主力軍，是推動(dòng)協(xié)調(diào)創(chuàng)新的重要力量。協(xié)同創(chuàng)新已經(jīng)成為我國(guó)高校提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、提升科研水平的重要選擇。但近年來(lái)在大力發(fā)展產(chǎn)教融合的同時(shí)，協(xié)同育人的弊端也日漸凸顯，其問(wèn)題也主要集中在以下兩點(diǎn)：(1)各方主體合作不緊密造成松散化發(fā)展?fàn)顟B(tài)；(2)培養(yǎng)模式運(yùn)作機(jī)理不實(shí)際導(dǎo)致效果顯著性不足[2]。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，混合式教學(xué)就是在這樣一種背景下發(fā)展形成的[3]?！靶鹿た啤北尘跋碌母叩冉逃枰獦?gòu)建良好的學(xué)習(xí)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展，全方位開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新甚至研發(fā)能力。只有協(xié)同地方企業(yè)搭建針對(duì)不同學(xué)生的分級(jí)混合教學(xué)體系，才能更好地激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的研發(fā)意識(shí)。在提高教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)結(jié)果導(dǎo)向的目的，為企業(yè)輸送提高生產(chǎn)力的新鮮血液。

二、混合式教學(xué)現(xiàn)狀分析

“新工科”的提出是現(xiàn)代工程教育發(fā)展的必然結(jié)果，課程與教學(xué)內(nèi)容的改革是無(wú)法回避的核心問(wèn)題[3]。因此，混合式教學(xué)的發(fā)展和推進(jìn)越來(lái)越受到許多一般高校的青睞[4]?？梢?jiàn)，它是介于完全的傳統(tǒng)課堂教學(xué)和完全的在線授課的一種中間形態(tài)，是二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的一種教學(xué)，也是加快傳統(tǒng)工科專業(yè)到“新工科”升級(jí)的助推劑[2]。

當(dāng)前的混合式教學(xué)改革，一部分教師采用的做法是將采用MOOC+SPOC來(lái)進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的熟悉，并給出與知識(shí)點(diǎn)有關(guān)的問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題自主學(xué)習(xí)課件或微課程的內(nèi)容，然后上課時(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生就知識(shí)點(diǎn)一一展開(kāi)討論。整個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程還是以理論知識(shí)點(diǎn)為中心，在提高學(xué)生的整體創(chuàng)新能力以及與地方企業(yè)對(duì)接方面仍然存在短板[5]。當(dāng)前，高校的混合課程建設(shè)還大多停留在較低層次的一些網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)管理的水平[6]。

針對(duì)大多數(shù)學(xué)校工科類學(xué)科基礎(chǔ)學(xué)科的教學(xué)現(xiàn)狀，有以下問(wèn)題亟待解決：

(1)傳統(tǒng)理論知識(shí)的可接受性較差，學(xué)生主觀上認(rèn)為相關(guān)性不好，就忽視了學(xué)習(xí)。

(2)多元化的知識(shí)需求與教材模式單一的矛盾，單片機(jī)作為機(jī)電產(chǎn)品的“智慧之芯”，學(xué)生在進(jìn)入本課程學(xué)習(xí)之初，已經(jīng)預(yù)設(shè)了自己的“Flag”，例如進(jìn)行聲光電玩具開(kāi)發(fā)、城市景觀設(shè)計(jì)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制等，同時(shí)未來(lái)職業(yè)中嵌入式工程應(yīng)用開(kāi)發(fā)也面臨著各種不同的知識(shí)需求，如電路設(shè)計(jì)與焊接、程序設(shè)計(jì)與調(diào)試等，然而目前單片機(jī)教材、知識(shí)體系過(guò)于單一，知識(shí)面較窄并且相對(duì)滯后。而最新生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)和科技的發(fā)展無(wú)法實(shí)現(xiàn)與教學(xué)過(guò)程的“無(wú)縫對(duì)接”，實(shí)例依然來(lái)源于課本上相對(duì)滯后傳統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用。因此教材理論、編程驗(yàn)證等千篇一律的模式已無(wú)法滿足學(xué)生多元的知識(shí)需求。

(3)現(xiàn)代地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，無(wú)論在生產(chǎn)力還是設(shè)備的更新方面隨著人類科技的日新月異，理論教學(xué)中要不斷更新內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，只有突破傳統(tǒng)教學(xué)的束縛，才能培養(yǎng)出滿足地方需求的學(xué)生。

綜上所述，目前各高校工科類專業(yè)課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核指標(biāo)等構(gòu)成的教學(xué)體系均與“新工科”的內(nèi)涵要求脫節(jié)嚴(yán)重，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的能力，也不能滿足現(xiàn)代科技發(fā)展對(duì)于工程人才能力的需求，教學(xué)內(nèi)容和方法的改革已經(jīng)成為教師面臨的十分緊迫的任務(wù)。

三、分級(jí)混合式教學(xué)體系研究?jī)?nèi)容

本文分析課程教學(xué)中出現(xiàn)的困境，如圖1所示，本課程團(tuán)隊(duì)采用了“三三一”即“三分級(jí)+三混合+一平臺(tái)”的教學(xué)模式，構(gòu)建了包括基礎(chǔ)應(yīng)用級(jí)、創(chuàng)新拓展級(jí)和研發(fā)提升級(jí)三個(gè)層次的分級(jí)和三種混合式教學(xué)的創(chuàng)新理念和模式，自主研發(fā)了一套平臺(tái)“單片機(jī)課程育人虛擬基地”，形成“分、混、融”。

該平臺(tái)依據(jù)機(jī)電專業(yè)教學(xué)規(guī)律和學(xué)生成長(zhǎng)成才規(guī)律，針對(duì)教學(xué)對(duì)象的行為特點(diǎn)和心理，對(duì)智慧教學(xué)工具進(jìn)行大膽的創(chuàng)新，有機(jī)地融合學(xué)習(xí)通、教學(xué)立方、雨課堂等各教學(xué)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，為機(jī)電專業(yè)學(xué)生量身定做了手機(jī)智慧教學(xué)系統(tǒng)——“單片機(jī)課程育人虛擬基地”。

圖1 混合式分級(jí)教學(xué)理念及思路

(一)學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)下的分級(jí)協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)體系內(nèi)涵研究

根據(jù)分級(jí)教學(xué)思路，將協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)體系層級(jí)分為基礎(chǔ)應(yīng)用級(jí)、創(chuàng)新拓展級(jí)和研發(fā)提升級(jí)，從以下方面對(duì)各級(jí)的內(nèi)涵進(jìn)行研究：基礎(chǔ)應(yīng)用級(jí)的課程以基礎(chǔ)理論為主要內(nèi)容，以工程項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，主要為學(xué)生今后在工程應(yīng)用中能解決該類專業(yè)相關(guān)技術(shù)問(wèn)題奠定理論基礎(chǔ)；創(chuàng)新拓展級(jí)課程主要根據(jù)專業(yè)課程所涵蓋的知識(shí)體系，綜合三個(gè)以上的知識(shí)點(diǎn)，以企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，達(dá)到課程理論知識(shí)的靈活運(yùn)用；研發(fā)提升級(jí)課程以相關(guān)學(xué)科內(nèi)容為依托，以創(chuàng)新產(chǎn)品、各工科大賽為驅(qū)動(dòng)，甚至參加到教師科研課題中去，實(shí)現(xiàn)企業(yè)需求與課程培養(yǎng)無(wú)縫對(duì)接。

(二)學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)下的分級(jí)協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)方法及教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

(1)長(zhǎng)沙學(xué)院工程類專業(yè)開(kāi)設(shè)有機(jī)電類、電氣控制類、計(jì)算機(jī)類等專業(yè)課程內(nèi)容的分解，任課教師根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃課時(shí)數(shù)要求，在教學(xué)大綱中確定基礎(chǔ)應(yīng)用級(jí)的課程，以工程模型為內(nèi)容，利用微課、雨課堂等信息化手段分析即時(shí)學(xué)情，以問(wèn)題為導(dǎo)向進(jìn)行啟發(fā)式的小翻轉(zhuǎn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)。

(2)根據(jù)學(xué)生對(duì)課程群理論知識(shí)掌握程度及專業(yè)基礎(chǔ)高低的實(shí)際進(jìn)度差異，確定學(xué)生所屬的創(chuàng)新拓展級(jí)，以企業(yè)實(shí)際案例、各類MOOC資源等為內(nèi)容，以課立方為手段，以需求為導(dǎo)向進(jìn)行研討式的大翻轉(zhuǎn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。

(3)根據(jù)工科創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的需求，對(duì)相關(guān)學(xué)科群進(jìn)行協(xié)同整合，以開(kāi)發(fā)小組、工作室等形式確定研發(fā)提升級(jí)，以開(kāi)放實(shí)驗(yàn)、企業(yè)第三課堂為主要形式，形成頭腦風(fēng)暴，產(chǎn)品孵化，以產(chǎn)出為導(dǎo)向進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的大混合教學(xué)，培養(yǎng)研發(fā)協(xié)作意識(shí)。

(4)根據(jù)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽、大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新競(jìng)賽等學(xué)科競(jìng)賽的內(nèi)容融入實(shí)踐教學(xué)的各個(gè)層次。從培養(yǎng)方案入手，大一培養(yǎng)興趣，增加專業(yè)導(dǎo)論課程，大二培養(yǎng)能力，增加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)課程，大三大四培養(yǎng)專業(yè)核心技能和提升經(jīng)驗(yàn)，對(duì)接地方企業(yè)對(duì)學(xué)生的實(shí)際能力需求，立足地方，個(gè)性化培養(yǎng)有創(chuàng)造力的學(xué)生。

四、分級(jí)混合式教學(xué)體系實(shí)踐

(一)混合式教學(xué)分級(jí)體系實(shí)施

以機(jī)電類、電氣控制類、計(jì)算機(jī)類等專業(yè)課程內(nèi)容為例進(jìn)行分解，任課教師根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃課時(shí)數(shù)要求，在教學(xué)大綱中確定基礎(chǔ)應(yīng)用級(jí)的課程；根據(jù)學(xué)生對(duì)課程群(如機(jī)電一體化、PLC可編程控制器、液壓傳動(dòng)等)理論知識(shí)掌握程度及專業(yè)基礎(chǔ)高低的實(shí)際進(jìn)度差異，確定學(xué)生所屬的創(chuàng)新拓展級(jí)；根據(jù)企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)(如機(jī)器人)或工科創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽(如機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽)的需求，對(duì)相關(guān)學(xué)科群(如機(jī)械類、電子類、計(jì)算機(jī)類等)進(jìn)行協(xié)同整合，以開(kāi)發(fā)小組、工作室等形式確定研發(fā)提升級(jí)。

而在具體的課堂教學(xué)中，分級(jí)混合式教學(xué)體系可以動(dòng)態(tài)調(diào)整。如圖2所示，分級(jí)混合式教學(xué)體系分為三層分級(jí)4組，每組5人，可以自主設(shè)定圖片。利用標(biāo)簽ABC三類，先由學(xué)生自主選擇適合自己的標(biāo)簽，然后根據(jù)標(biāo)簽類別和圖片進(jìn)行拼圖，形成分級(jí)分組。教師可以根據(jù)前置課程進(jìn)行微調(diào)，而學(xué)生有興趣并確實(shí)達(dá)到上一級(jí)設(shè)計(jì)要求，可以提出申請(qǐng)進(jìn)入高一等級(jí)學(xué)習(xí)，以達(dá)到提高學(xué)生高階知識(shí)水平的目的。

圖2 分級(jí)分組拼圖及構(gòu)成示意

(二)混合式教學(xué)方法和內(nèi)容實(shí)施

1.小翻轉(zhuǎn)教學(xué)的實(shí)施

首先，教師通過(guò)課程中心前置學(xué)習(xí)，掌握最基本的理論知識(shí)。課中，通過(guò)反饋分析的結(jié)果以工程模型設(shè)計(jì)課堂內(nèi)容，用微課、雨課堂等信息化手段分析即時(shí)學(xué)情，以問(wèn)題為導(dǎo)向進(jìn)行啟發(fā)式的小翻轉(zhuǎn)教學(xué)，解決個(gè)性化問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)。

2.大翻轉(zhuǎn)教學(xué)的實(shí)施

大翻轉(zhuǎn)課堂引入企業(yè)工程師，針對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)正在研發(fā)的項(xiàng)目進(jìn)行靶向性教學(xué)模式，在提高學(xué)生設(shè)計(jì)和解決實(shí)際能力的基礎(chǔ)上，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。以“單片機(jī)原理及接口技術(shù)”和“傳感與檢測(cè)技術(shù)”課程群為例，利用項(xiàng)目化教學(xué)結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)，課堂上引入智能按需過(guò)馬路、生產(chǎn)車間良品率智能電子看板等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，使理論結(jié)合實(shí)踐。

在智慧教室課堂上，以企業(yè)實(shí)際案例、各類MOOC資源等為內(nèi)容，以課立方為手段，以需求為導(dǎo)向進(jìn)行研討式的大翻轉(zhuǎn)教學(xué)。通過(guò)小組討論、組間討論、師生討論的形式將問(wèn)題逐一擊破，通過(guò)該種教學(xué)方法有利于提高學(xué)生的自學(xué)能力和學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的自信心，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

3.大混合教學(xué)的實(shí)施

在總結(jié)翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)(如機(jī)器人)或工科創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽(如機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽)的需求，加入課堂直播的教學(xué)改革模式：將原有的校企合作培養(yǎng)由簡(jiǎn)單地引入企業(yè)導(dǎo)師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和學(xué)生去企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，轉(zhuǎn)化成企業(yè)相關(guān)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人直接以直播的形式在課堂上和學(xué)生互動(dòng)，提出當(dāng)前項(xiàng)目中需要解決的問(wèn)題讓學(xué)生提供方案。

與地方企業(yè)更緊密的合作，對(duì)相關(guān)學(xué)科群(如機(jī)械類、電子類、計(jì)算機(jī)類等)進(jìn)行協(xié)同整合，以開(kāi)放實(shí)驗(yàn)、企業(yè)第三課堂為主要形式，將學(xué)生學(xué)習(xí)和研發(fā)實(shí)踐相結(jié)合。改變傳統(tǒng)混合式教學(xué)的課前線上預(yù)習(xí)、課中線下教學(xué)以及課后線上交作業(yè)的簡(jiǎn)單混合模式，使線上線下在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中成為一個(gè)整體，以產(chǎn)出為導(dǎo)向進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的大混合教學(xué)，培養(yǎng)研發(fā)協(xié)作意識(shí)，更加充分地體現(xiàn)出與地方產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的混合式教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)。

五、實(shí)施效果

(一)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)水平增強(qiáng)和綜合素質(zhì)的提升

在以“三三一”為核心的分級(jí)混合教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，從近四年來(lái)機(jī)械、機(jī)電專業(yè)連續(xù)開(kāi)展教學(xué)應(yīng)用的學(xué)生成績(jī)可以看出，優(yōu)秀率提升了8.1%，70～79分增加25.0%，不及格率減少了31%，學(xué)生的平均成績(jī)穩(wěn)步提升。從學(xué)生控制類畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程也可以看出，學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力有明顯增強(qiáng)，學(xué)生參與學(xué)科競(jìng)賽獲得國(guó)家、省級(jí)等比賽20余獎(jiǎng)項(xiàng)。

(二)教學(xué)團(tuán)隊(duì)水平的提升

教學(xué)團(tuán)隊(duì)老師通過(guò)創(chuàng)新模式提升了教學(xué)能力，其中1人獲得全國(guó)青年教師教學(xué)競(jìng)賽二等獎(jiǎng)，1人獲得省課堂教學(xué)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，2人獲得省信息化教學(xué)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。教學(xué)相長(zhǎng)的同時(shí)，也解決了學(xué)生的多元化知識(shí)需求。

(三)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)得到了進(jìn)一步激發(fā)

利用智慧教學(xué)平臺(tái)對(duì)參與“單片機(jī)”課程的學(xué)生進(jìn)行了評(píng)教。評(píng)教結(jié)果顯示：92.7%的學(xué)生認(rèn)為該課程提高了學(xué)習(xí)興趣，94.4%的學(xué)生認(rèn)為該課程提高了個(gè)人能力，100%的學(xué)生對(duì)該課程表示滿意，50%以上的學(xué)生有了進(jìn)一步考研繼續(xù)學(xué)習(xí)的想法。因此單片機(jī)課程智慧融合教學(xué)實(shí)施，解決學(xué)科群的相對(duì)割裂，實(shí)現(xiàn)了工科思政。

結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)原有的以單學(xué)科為教學(xué)中心的單一化的培養(yǎng)方式，將學(xué)科競(jìng)賽、企業(yè)工程案例引入課堂，構(gòu)建產(chǎn)教融合的協(xié)同育人模式。針對(duì)學(xué)生的不同特點(diǎn)進(jìn)行分級(jí)的目標(biāo)化培養(yǎng)，最大限度地激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程能力，真正做到踐行“新工科”。

(1)構(gòu)建包括基礎(chǔ)應(yīng)用級(jí)、創(chuàng)新拓展級(jí)和研發(fā)提升級(jí)三個(gè)層次的分級(jí)混合式教學(xué)體系，建立傳統(tǒng)教學(xué)與混合式教學(xué)既獨(dú)立又相輔相成的辯證統(tǒng)一關(guān)系；

(2)以學(xué)科競(jìng)賽為驅(qū)動(dòng)力，綜合啟發(fā)式教學(xué)、研討式教學(xué)和探究學(xué)習(xí)，利用現(xiàn)代信息化工具，結(jié)合“線下”和“線上”教學(xué)方法，形成小翻轉(zhuǎn)、大翻轉(zhuǎn)在內(nèi)的包含企業(yè)參與的大混合式產(chǎn)教融合的協(xié)同育人模式。