王丽黎 赵敏玲

引言

高等理工科的专业基础课程具有数学推导复杂、量大、概念抽象等特点，是学生公认的比较难学的课程。根据新工科建设方案，课程对专业培养目标的支撑作用体现在工程知识和能力上，要求能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于识别、表达相关领域的复杂工程问题。基于学生需求及专业培养要求，在知识、能力和素质三方面建立目标。

传统大班课堂教学中，由于学时和教学空间有限，很难让学生深入体会课程的深度，激发学生学习兴趣。大班课堂学生人数多，教师的精细分层教学难以实施；课程教学内容体量庞大，教师以单向讲授为主，师生交流互动较少；理论知识多，实际对于知识的应用和拓展较少；学生也存在重复刷题、思辨较少的问题。此外，由课程理论知识启发学生对人生的思考、对逆境的思考、对工程伦理的思考都相对缺乏，能力培养和价值塑造无法达成。

基于以上原因，对专业基础课程开展基于BOPPPS 和ARCS教学模型的学生线上自学与线下课堂教学相结合的混合式教学改革，这样可以更有效地设计与讲授，激起学生学习的好奇心，通过课堂互动提高学生参与度，能够充分了解学生课堂学习进度或者修完课程后有怎样的收获，在不断打磨和持续改进过程中取得一定成效。

课程整体设计思路及教学模型

根据新工科建设方案及理工科专业特色，为解决传统教学中存在的问题，提出分层施教精准教学、解析智慧课堂、混合案例资源拓展、合作任务互助激励的课程设计思路。整个教学过程以问题前导，以任务驱动，以思政案例贯穿，以多层级路径开展，以学生为中心，教师全时段、全方位、全层级服务整个教学过程。依照课程设计思路，形成在线学习空间、课堂学习空间、教学资源拓展、教学模型指导的“四位一体”混合式课程体系。

课程体系的四个维度分别由丰富的教学资源和形式构成。基于在线SPOC 课程平台、国家精品课程平台、雨课堂互动平台等打造混合式在线学习空间；基于小组竞赛、小组展示等形式打造混合式教学课堂学习空间；基于微课视频库、知识点超链接库、思政案例库等拓展混合式教学内容；分别基于BOPPPS 模型和ARCS模型设计混合式教学流程和活动。

教学流程采用BOPPPS 教学模型设计：课前自主学习包括导入（内容发布、导入视频等）、学习目标（学习任务、内容导学等）；课堂互动学习包括前测（单元测试、课前讨论等）、参与式学习（小组讨论、实时问答等）；课后总结反思包括后测（知识拓展、思维导图等）、总结（学习任务总结、学习评价反馈等）。将各个教学活动的开展分配到线上、线下和课上、课下，利用渐进式、多层级的教学活动加强学生深度学习。课前，基于线上平台的导入和目标，引导学生自学；利用前测激励课前自学，并为课堂教学提供依据；课堂开展参与式学习，引发学生深度思考；课后，基于线上平台进行后测和总结，利用个人和小组拓展任务加强学生思辨能力和工程能力提升，师生双向进行课后总结和反思。

教学活动采用ARCS 教学模型设计，混合式教学活动的设计目的是调动学生的学习动力。小组探究微视频、工程案例报告、虚拟仿真实验等主题任务；过程性评价激励学生主动学习和思辨；分层级任务路径提高课程挑战度；全时间、全空间融入思政元素，引入国家科技发展热点图文、视频，增添学生爱国情怀，引导价值塑造和提升自信；全过程小组协作教学有利于形成共同价值观，提高团队合作意识，培养协同精神；师生双向多轮实时反馈教学保证了课程的改进和创新；微课视频推送可以减少部分学生的学习障碍；优秀作业实名展示激励学生认真求学、严谨做事、追求卓越。

课程教学设计

以西安理工大学精品课程《微波理论与技术》课程中“分布参数传输线工作状态分析”为例，该知识点内容多，对工作状态的理解和应用是本课程的重难点，因此采用小组竞赛形式进行教学。

1.学情分析与目标设定

学生基础扎实，有较好的学习能力和较强的学习动机，在最近一两年的疫情期间经历了长时间在线学习，具有丰富的网络学习经验，但学生的学习积极性很难随着计算难度的提升而持续，需要提供给学生更多的课堂互动以增加参与感，提供更多的学习自主权以提高学生积极性，教师还要在学生自主学习过程中给予实时指导、激励和帮助。

通过线上、线下资源整合，BOPPPS 教学流程指引，在达成知识单元教学目标的同时，培养学生的自学能力、团队合作能力、沟通表达能力，增强学生信息获取、系统分析、总结和提炼的科学素养，培养学生树立工程伦理思想，形成共同价值观，树立正确的世界观、人生观和价值观。

2.内容设计与资源整合

（1）思政案例资源

案例1：紫金山实验室联合东南大学、鹏城实验室、复旦大学和中国移动等团队，在国家重点研发计划6G专项等项目的支持下，发布了一项最新原创成果——360-430GHz 太赫兹100-200Gbps 实时无线传输通信实验系统，创造出目前世界太赫兹无线通信最高实时传输纪录。该成果可与现有光纤网络融合，实现6G超高速室内、室外广覆盖。由此案例激发学生强烈的爱国主义热情，励志报效祖国奋发向上的精神。

案例2：全球微波供应品类丰富、发货快速的电子元器件分销商Digi-Key Electronics 日前已与Seeed Studio 以及Machinechat 联合推出行业首个用于物联网（IoT）的自用LoRaWAN-ina-Box solutions 解决方案。由此引导学生体会微波与自然的美妙，感受元器件的魅力，激励学生勇于突破思维定势，在科技工作和创新中善于多维度思考，积极发挥想象力和创造力，勇于攻坚克难，勇于创新，树立科技强国的责任感和使命感。

案例3：Orange 西班牙分支举办发布会，宣布将与中兴通讯携手在西班牙Madrid、Barcelona、Seville、Valencia 和Zaragoza 五个城市率先开展XGS-PON 商用，为用户提供10Gbps 高速宽带业务和Wi-Fi体验。教师可以让学生对此案例发表自己的见解或看法，开放式讨论目的是让学生反思竞争与合作的关系，倡导学生树立工程伦理思想，形成共同价值观，遵守职场竞争道德。

（2）微课资源

针对错误率、疑问率不高但仍存在的问题，不再占用宝贵的课堂时间进行分析和讲解，而是录制微课视频上传到视频网站，供有需要的同学自主学习，完成精细化学习指导。为了集中学习资源，保证学生学习过程的有序性，可以将微课视频链接插入雨课件推送到学生手机端。

（3）SPOC平台资源

SPOC 课程资源包含知识点导入视频、知识点精讲视频、教学PPT、典型例题讲解视频和课堂内外拓展视频，为课程思政融入做准备。

（4）雨课堂推送课件资源

制作适合手机浏览的课前学习任务单课件，课堂教学前一周将课前学习任务单通过微信小程序发送到学生手机端。学生按照任务单完成在线学习、个人作业和小组任务。

课堂教学结束当天，实时制作并推送课后学习任务单（并入下一周课前学习任务单），内容包含对本周学习反馈问题的解答，课前、课上小组表现经验值累计公示，课后限时作业和选做拓展作业。

（5）MOOC平台资源

在布置课后个人选做仿真探究任务时，向学生推荐MOOC中的相关内容，供有兴趣的学生自主学习。

3.教学过程与实施方法

（1）课前

通过推送“课前学习任务单”帮助学生完成课前自主学习；布置个人课前主观题作业；学生完成作业后拍照上传，课前作业只计完成分，不计对错分；布置小组课前微视频制作任务。

（2）课上

按照“课前测—导入—知识点梳理—小组竞赛（讨论+互评）—学习反馈”的顺序展开。课前测题目为10道基础选择题，检测学生课前学习效果。知识点梳理侧重对课前在线检测、个人作业中出现的问题进行讲解。

在为激励学生思辨和讨论的小组竞赛环节，通过雨课堂推送小组限时必答题，在指定白板上作答并拍照上传。每名小组成员有且仅有一次答题上传的机会，系统会自动将最后上传的图片作为最终解答，随后系统给出必答题解析，小组学生讨论并总结、分享思路，教师进行补充总结。最后进行小组互评打分，教师课后确认打分公正性。为鼓励学生积极总结、反思和建议，课堂设置主观题形式的反馈，学生可以实时反映本次课堂的自学情况、满意度、学习困惑或建议。

（3）课后

根据学生课堂学习反馈进行补充解答（文本或微视频）。布置个人课后限时作业，按正确率打分；布置个人选做课后拓展作业，包括思维导图，使用仿真软件进行仿真探究等；将课程小组经验值累积公示（课前+课上）推送；课前小组表现按合作讨论、微视频完成度累计经验值，课堂按小组竞赛排名累计经验值。

（4）教师课后反馈和反思

教师通过QQ 群对每一组提交的微视频进行点评，并制作部分作业题微视频，推送到学生手机端，供有需要的学生自主学习。总结本次课程的经验与不足，为下一轮教学组织优化做准备。

4.学习评价与教学反馈

考核方式为过程性评价，通过关注学生的学习过程，促进混合式教学效果的提升。通过在线学习、课前作业、课堂表现、课后作业多个时空维度综合考查学生的学习能力和学习效果。

（1）学习评价方式

课前评价由线上SPOC 平台在线成绩、课前主观题作业成绩、课前小组讨论、微视频作业成绩组成；课中评价由课前学习检测、小组竞赛、学习反馈组成；课后评价由课后主观题作业、个人选做作业、小组拓展作业组成。

（2）学生学习反馈方式

课前通过在线平台的学习数据分析、课前作业完成情况和小组合作情况（QQ小组群合作沟通、打卡）进行。

（3）教师教学反馈方式

课堂知识点梳理讲解，解决学生自主学习中的疑问；课堂小组竞赛后的补充讲解，解决学生讨论中出现的问题；课后对学生课堂学习反馈问题进行解答，对作业进行批改，对小组作业进行点评。

课程教学成效

1.学生整体课程目标达成度

本课程在新工科教育大背景下，针对工程专业培养目标及学生需求，提出“四位一体”混合式课程体系。基于在线学习空间拓展讨论问题、拓展选做任务和微课讲解推送，实现了分层施教精准教学。学生自由选择完成拓展任务，保证了课程的高阶性；学生自主选择观看推送微课，达成了精细教学指导。基于课堂学习空间课前学习检测实时数据分析、小组竞赛与实时互评、学习实时反馈，实现了智慧解析课堂。课堂节奏紧凑，学生积极讨论，学习气氛活跃，达成了智慧互动教学。基于教学资源拓展的思政案例、公众号优质科普文章相关介绍，实现了混合案例资源拓展，形成了有深度、有趣味、有广度的混合式课堂，学生学习兴趣浓厚，达成了课外拓展提升。基于教学模型指导，形成课前、课中、课后任务驱动下的小组协作学习，实现合作任务互助激励。学生课上、课下积极开展互助学习、交流讨论，达成了主动思辨的教学效果提升。

从面向产出的教育理念（OBE）出发，该课程的三个课程目标分别为：（1）能够运用微波传输线和波导基础知识、专业知识和数学模型方法设计阻抗匹配电路，解决波导传输和激励问题；（2）能够运用微波集成传输线的工作原理分析系统，利用微波网络基础知识，分析微波通信系统工程问题的影响因素与解决途径，并获得有效结论；（3）针对实际微波工程应用需求，运用微波元器件相关工作原理和特性设计微波系统，熟悉微波工程设计和产品开发方法。对该课程运用BOPPPS 和ARCS 教学模型的前后效果进行了对比，目标1 的达成度从0.80 提高到0.9，目标2的达成度从0.82 提高到0.88，目标3 的达成度从0.83 提高到0.89，三个目标的达成度分别有不同程度的提高。

2.学生满意度调查

实施混合式教学模式后，学生在以下几个方面的满意度分别为：“混合式教学模式提高了我的独立学习能力”100%、“混合式教学模式使我能灵活地安排学习时间”100%、“老师布置的课程作业数量和难度适中”95%、“课堂上的案例分析有助于我的学习”93%、“小组讨论有助于我对知识的理解”95%、“线上发布的预习提醒有助于我的学习”96%、“课程中实践环节有助于我的学习”95%、“混合式学习使我的学习更有效率”95%。从以上数据可以看出该模式有助于学生对该课程知识的掌握。

结语

根据新工科和OBE 教育理念，提出基于BOPPPS 和ARCS模型的混合式教学流程，为建立信息化教学环境，提高教学过程互动性提供了支持，形成具有新工科基础课程特色的微波技术创新人才培养体系。在知识传授中，线上与线下，课前与课后，全时间、全空间融入思政元素，实现入脑入心、润物无声的价值塑造，使学生在学习过程中掌握事物发展规律，丰富学识，塑造品格，提高对专业课程的兴趣和独立获取知识的能力，为应用型、复合型、技能型人才培养体系建设提供思路和方法。该教学创新对其他混合式课程的教学设计具有一定的参考价值，具备一定的可推广性和复制性，但BOPPPS 和ARCS模型具有其独特性，教师应根据课程特点灵活应用。根据不同知识单元特点，构建基于深度学习的混合式教学设计，设计灵活多样的课堂教学形式，围绕课前学习导学、课中活动设计、课后跟踪反馈形成教学闭环。利用大数据管理的智慧教学方式，实现学生学习全过程的动态可视化，构建对话课堂、开放课堂、个性化高阶课堂。