沈冰夏 焦瑞莉 厉夫兵 宋沛然

摘 要：针对虚拟仪器课程内容丰富、课时量少、选课学生较多和学生基础差异较大等问题，结合现代化教学手段，充分利用大型开放网络教学资源，将传统的“以教师讲授为中心”的教学模式翻转为“以学生学习为中心”的混合式教学模式，通过“翻转课堂”将部分理论知识的学习放到课前，让学生通过听取在线课程或查看技术文档等方式获取基本知识，课上主讲重点难点，解答学生疑问，提高实验学时，增加课上师生互动的机会与时间，经过一学期的探索与实施，通过学生参加课外开实验报名情况及参加校级和全国虚拟仪器大赛的获奖情况可以认证教学效果有一定程度的提高。

关键词：翻转课堂；混合式教学模式；在线开放课程；以学生学习为中心

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）20-0093-03

Abstract： In view of the rich content of virtual instrument courses， less class time， more students in the class， and large differences in student bases， combined with modern teaching methods， making full use of large-scale open network teaching resources， the traditional "teaching as the center" teaching mode Flip into a "student-centered" hybrid teaching mode， through the "flipping classroom" to put some of the theoretical knowledge into the class， let students get the basic knowledge by listening to online courses or viewing technical documents， etc. Through the Flipping Classroom， arrange part of theoretical knowledge learning under the class， and let students obtain basic knowledge by listening to online courses or viewing technical document. In class， mainly give lectures on key and difficult points， answer students' questions， improve the experimental hours and increase the opportunities and time for teachers and students to interact with each other. After a semester of exploration and practice， the teaching effect could be considered improved to a certain extent by the students participating in the extracurricular experiment and the awards-winning of the School and National Virtual Instrument Competition.

Keywords： flipping classroom； blending learning； online open course； student-centered learning

一、概述

近年來，随着互联网教育的发展，大规模开放在线课程（Massive Open Online Courses，MOOC）概念的兴起和在线教育资源的不断完善，为现代高等教育改革提供了广阔空间，掀起了一股教育改革浪潮[1-3]，同时针对现代高校教育对象——95后学生群体普遍线上活跃、线下沉默的特点，高校课堂也亟需此类改革实践探索。

2014年6月，“开启MOOC学习新时代”主题论坛在北京举行，从中国高校MOOC建设实践与思考的角度，论坛基本形成了五点共识[4]，其中很重要的一点即为：认可翻转课堂、O2O（Online to Offline）的混合学习模式。基于翻转课堂的混合式教学模式探索之路方兴未艾[5-9]，本文以“虚拟仪器”课程作为载体，将教学活动划分为课前、课中、课后三个阶段，结合MOOC、翻转课堂，设计线上、线下相结合，理论、实践相结合，学习、讨论相结合的混合教学模式，根据学习效果评价及课程效果评价，不断改进教学设计。目前的探索取得了初步成效，希望能对其他课程的改革有一定的参考价值与借鉴意义。

二、课程面临的问题与挑战

“虚拟仪器”课程[10，11]是笔者所在学校电子信息工程专业二年级学生的专业选修课程，具有较强的理论和实践价值。该课程使用图形化开发工具LabVIEW软件，易于编程、功能丰富，可以应用于程序设计的各个环节，缩短软件开发时间，并提高开发与生产效率。课程自2005年开设以来，深受学生欢迎，每年选修人数均达上限（90人）；并且与虚拟仪器课程相关的开放实验项目、校级/国家级虚拟仪器竞赛都得到学生们的积极参与。其中全国虚拟仪器竞赛由仪器仪表学会和仪器科学教学指导委员委主办，紧密贴合教学要求与社会发展，近年来增设了“互联网+”、“创意孵化”、“前沿工程应用”等组别，吸引了全国多所高校师生的广泛参与。

而笔者在授课、指导课内实验及指导全国虚拟仪器大赛的过程中，发现传统采用“以教师讲授为主”的单向信息传输的教学模式，无法解决现有课程内容丰富、课时量少、选课学生较多和学生基础差异较大等问题，此外，虚拟仪器课程的教学内容与全国比赛的目标尚存在较大差距。

传统的课堂教学[12]，为了照顾大多数同学的理解能力，尤其是有限的课时导致课堂上只能讲授基础的知识与方法，而较困难的选学及扩展部分只能留到课下由学生独自完成。而缺乏有效指导的实践过程往往让学生感到沮丧、知难而退，所以将简单的基础知识放在课下由学生自学完成，将难点和问题放到课上讨论和解决才能进一步提高教学效果。

三、应对的思路与方法

翻转课堂是指在信息化环境中，教师以授课视频的形式向学生提供学生学习资源，学生在课前通过教学视频中的学习资料自主学习，在课中教师针对学生的问题进行解答疑惑，在课后教师对授课内容进行评价与提升。简单地说，翻转课堂是将传统课堂“以教为主”的形式翻转为“以学为主”，具体翻转的内容包括：学习与作业、思考与讨论、理论与实践。而混合式教学，则是将线上、线下相结合，理论、实践相结合，学习、讨论相结合，充分利用互联网资源与现代丰富的教学平台，实现优势互补。教学过程设计与持续改进流程如图1所示。

（一）学生课前通过MOOC学习基础知识点

虚拟仪器课程具有入门快，但内容量巨大的特点，由此导致老师在课堂上的讲解不可能面面俱到，并且过多的理论讲解也会令学生感到枯燥乏味。95后学生追求自由、异见性强、注意力集中时间有限，线上活跃、线下沉默、主要通过网络获取信息，而具有时长较短、针对性强、学习时间自由等特点的MOOC正是针对95后学生学习理论知识的一种行之有效的方式。利用视频教学的另外一个优点，就是便于学生随时学习、复习与巩固。

目前，“学堂在线”网站上已有由虚拟仪器官方美国国家仪器公司发布的LabVIEW基础及进阶课程，知识点全面、权威、免费开放。而针对学生课前线上学习效果的评价可以通过发布课前自测题目来实现，利用“课堂派”平台导入测试，学生在线答题，生成测试分析，掌控全班学习情况，并在课中针对错误率较高的题目进行讲解，实现学习与作业的翻转。

（二）重新构建学习流程，在课上进行答疑解惑

学生的学习过程通常分为两个阶段：第一阶段是“信息传递”，通过教师和学生、学生和学生之间的沟通和互动来实现，这部分通常在课上完成；第二个阶段是“吸收内化”，是由学生在课后独立完成的。课后，由于缺乏老师和同学的帮助，内化阶段往往让学生感到困难和沮丧，从而放弃课后阶段的学习与提升机会。“翻转课堂”重新调整了以上两个学习阶段：通过MOOC实现学生在课前独自完成“信息传递”过程；将“吸收内化”过程安排至课中，通过在课堂上与教师和其他学生的互动来完成，教师可以在课前通过自测问题提前了解学生的学习困难，并在课堂上提供有效的辅导并组织学生之间的互动与交流，实现思考与讨论的翻转。

（三）增加实践环节的比例，以学生自主编程为核心

虚拟仪器课程属于编程实践类课程，在电子信息工程专业领域的应用中同时包含软件和硬件的开发，遵循“翻转课堂”以学生为中心的指导思想，设计由基础到进阶、由软件到硬件的多种创新性实验，由学生自主编程，遇到问题可以在课堂上进行分组讨论、集中讲解，或针对不同的学生进行单独指导。通过实践加深学生对理论知识的理解，增加对虚拟仪器课程的兴趣，提高编程、创新及动手实践能力。在笔者所在学校的2016版电子信息工程专业培养方案及教学大纲修订中，将虚拟仪器课程学时由原来的16（理论）+16（实验）调整为12（理论）+20（实验），实现理论与实践的翻转。

（四）设计开放实验项目，指导虚拟仪器竞赛

为对虚拟仪器技术感兴趣并且学有余力的同学在课后提供开放实验项目，提供硬件资源及实验环境。并依据开放实验项目的完成情况进行作品及成员的筛选，指导其进一步完善作品，参加校级、国家级虚拟仪器竞赛。尤其是国家级比赛，学生可与全国知名高校的同学同台竞技，既是检验自己也是互相学习的机会。学生自选实践环节可以作为本课程的出口，以更为严格的标准作为评价学生学习效果的手段。

四、实践探索的初步成效

混合式教学模式在笔者所在学校电子信息工程专业2015级学生中试行取得了一定的阶段成果：

第一，及格率及学生评教满意度有所上升，选课人数91人，试卷及格率为89.01%，总评及格率为96.70%，学生评教满意度为96%。

第二，学生对课外开放实验课题的兴趣与覆盖面大幅提升，对比以往10～15人的报名人数，本年度虚拟仪器开放实验课题的报名人数达到30人，占选课人数的30%。

第三，校级及全国虚拟仪器大赛成绩优秀。2016年校级虚拟仪器大赛，8支队伍参赛，获一等奖6项、二等奖2项；2017年校级虚拟仪器大赛，10支队伍参赛，获一等奖5项，二等奖5项；2017年全国虚拟仪器大赛，6支参赛队伍提交作品，4支入围复审，一支队伍入围决赛并获得前沿工程应用组全国一等奖，学校获得优秀组织奖，获奖证书及奖牌如图2所示。获奖作品“混色3D打印系统”受到大赛评审、NI公司及各家媒体的广泛关注[13，14]。

五、结束语

本文针对虚拟仪器课程的特点进行了教学改革的尝试，提出了将MOOC、翻转课堂、实践教学相结合的混合式教学模式，并进行了初步的探索和实践，取得了一定的阶段性成果，对其他课程具有借鉴意义。对课程的教学内容体系、个性化学习策略、多样化教学活动、线上/线下课程评价体系进行研究，并形成持续改进机制，不断完善课程教学任务及学习要求。通过翻转课堂，将理论知识放到课前由学生自学，将较难的“吸收内化”过程放到课上进行答疑解惑，并且提高实践教学比例（12理论+20实验），增加课堂互动，提高学生的参与度、学习兴趣、动手能力。因材施教，通过课上及课后开放实验项目筛选有兴趣、有能力的同学，进一步指导，参加校級、国家级虚拟仪器竞赛。但对于学生课下学习情况的约束还缺乏直接有效的手段，在下一轮的教学实践中将针对在线课程学习监控平台进行研究与探索。

参考文献：

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[12]唐琳，肖大薇，李彤.混合教学模式下数据库实践课程教学的研究和实践[J].实验实践教学，2014，32：133-134+168.

[13]2017年第四屆全国虚拟仪器大赛在西安理工大举行[DB/OL]. http：//www.instrument.com.cn/news/20170719/224769.shtml，2017.

[14]2017第四届全国虚拟仪器大赛决赛成功举办[DB/OL].http：//www.gaokao.com/e/20170720/59701524a0654.shtml，2017.