王麗黎 趙敏玲

引言

高等理工科的專業(yè)基礎課程具有數(shù)學推導復雜、量大、概念抽象等特點，是學生公認的比較難學的課程。根據(jù)新工科建設方案，課程對專業(yè)培養(yǎng)目標的支撐作用體現(xiàn)在工程知識和能力上，要求能夠將數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于識別、表達相關領域的復雜工程問題?；趯W生需求及專業(yè)培養(yǎng)要求，在知識、能力和素質三方面建立目標。

傳統(tǒng)大班課堂教學中，由于學時和教學空間有限，很難讓學生深入體會課程的深度，激發(fā)學生學習興趣。大班課堂學生人數(shù)多，教師的精細分層教學難以實施；課程教學內容體量龐大，教師以單向講授為主，師生交流互動較少；理論知識多，實際對于知識的應用和拓展較少；學生也存在重復刷題、思辨較少的問題。此外，由課程理論知識啟發(fā)學生對人生的思考、對逆境的思考、對工程倫理的思考都相對缺乏，能力培養(yǎng)和價值塑造無法達成。

基于以上原因，對專業(yè)基礎課程開展基于BOPPPS 和ARCS教學模型的學生線上自學與線下課堂教學相結合的混合式教學改革，這樣可以更有效地設計與講授，激起學生學習的好奇心，通過課堂互動提高學生參與度，能夠充分了解學生課堂學習進度或者修完課程后有怎樣的收獲，在不斷打磨和持續(xù)改進過程中取得一定成效。

課程整體設計思路及教學模型

根據(jù)新工科建設方案及理工科專業(yè)特色，為解決傳統(tǒng)教學中存在的問題，提出分層施教精準教學、解析智慧課堂、混合案例資源拓展、合作任務互助激勵的課程設計思路。整個教學過程以問題前導，以任務驅動，以思政案例貫穿，以多層級路徑開展，以學生為中心，教師全時段、全方位、全層級服務整個教學過程。依照課程設計思路，形成在線學習空間、課堂學習空間、教學資源拓展、教學模型指導的“四位一體”混合式課程體系。

課程體系的四個維度分別由豐富的教學資源和形式構成?；谠诰€SPOC 課程平臺、國家精品課程平臺、雨課堂互動平臺等打造混合式在線學習空間；基于小組競賽、小組展示等形式打造混合式教學課堂學習空間；基于微課視頻庫、知識點超鏈接庫、思政案例庫等拓展混合式教學內容；分別基于BOPPPS 模型和ARCS模型設計混合式教學流程和活動。

教學流程采用BOPPPS 教學模型設計：課前自主學習包括導入（內容發(fā)布、導入視頻等）、學習目標（學習任務、內容導學等）；課堂互動學習包括前測（單元測試、課前討論等）、參與式學習（小組討論、實時問答等）；課后總結反思包括后測（知識拓展、思維導圖等）、總結（學習任務總結、學習評價反饋等）。將各個教學活動的開展分配到線上、線下和課上、課下，利用漸進式、多層級的教學活動加強學生深度學習。課前，基于線上平臺的導入和目標，引導學生自學；利用前測激勵課前自學，并為課堂教學提供依據(jù)；課堂開展參與式學習，引發(fā)學生深度思考；課后，基于線上平臺進行后測和總結，利用個人和小組拓展任務加強學生思辨能力和工程能力提升，師生雙向進行課后總結和反思。

教學活動采用ARCS 教學模型設計，混合式教學活動的設計目的是調動學生的學習動力。小組探究微視頻、工程案例報告、虛擬仿真實驗等主題任務；過程性評價激勵學生主動學習和思辨；分層級任務路徑提高課程挑戰(zhàn)度；全時間、全空間融入思政元素，引入國家科技發(fā)展熱點圖文、視頻，增添學生愛國情懷，引導價值塑造和提升自信；全過程小組協(xié)作教學有利于形成共同價值觀，提高團隊合作意識，培養(yǎng)協(xié)同精神；師生雙向多輪實時反饋教學保證了課程的改進和創(chuàng)新；微課視頻推送可以減少部分學生的學習障礙；優(yōu)秀作業(yè)實名展示激勵學生認真求學、嚴謹做事、追求卓越。

課程教學設計

以西安理工大學精品課程《微波理論與技術》課程中“分布參數(shù)傳輸線工作狀態(tài)分析”為例，該知識點內容多，對工作狀態(tài)的理解和應用是本課程的重難點，因此采用小組競賽形式進行教學。

1.學情分析與目標設定

學生基礎扎實，有較好的學習能力和較強的學習動機，在最近一兩年的疫情期間經歷了長時間在線學習，具有豐富的網絡學習經驗，但學生的學習積極性很難隨著計算難度的提升而持續(xù)，需要提供給學生更多的課堂互動以增加參與感，提供更多的學習自主權以提高學生積極性，教師還要在學生自主學習過程中給予實時指導、激勵和幫助。

通過線上、線下資源整合，BOPPPS 教學流程指引，在達成知識單元教學目標的同時，培養(yǎng)學生的自學能力、團隊合作能力、溝通表達能力，增強學生信息獲取、系統(tǒng)分析、總結和提煉的科學素養(yǎng)，培養(yǎng)學生樹立工程倫理思想，形成共同價值觀，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。

2.內容設計與資源整合

（1）思政案例資源

案例1：紫金山實驗室聯(lián)合東南大學、鵬城實驗室、復旦大學和中國移動等團隊，在國家重點研發(fā)計劃6G專項等項目的支持下，發(fā)布了一項最新原創(chuàng)成果——360-430GHz 太赫茲100-200Gbps 實時無線傳輸通信實驗系統(tǒng)，創(chuàng)造出目前世界太赫茲無線通信最高實時傳輸紀錄。該成果可與現(xiàn)有光纖網絡融合，實現(xiàn)6G超高速室內、室外廣覆蓋。由此案例激發(fā)學生強烈的愛國主義熱情，勵志報效祖國奮發(fā)向上的精神。

案例2：全球微波供應品類豐富、發(fā)貨快速的電子元器件分銷商Digi-Key Electronics 日前已與Seeed Studio 以及Machinechat 聯(lián)合推出行業(yè)首個用于物聯(lián)網（IoT）的自用LoRaWAN-ina-Box solutions 解決方案。由此引導學生體會微波與自然的美妙，感受元器件的魅力，激勵學生勇于突破思維定勢，在科技工作和創(chuàng)新中善于多維度思考，積極發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，勇于攻堅克難，勇于創(chuàng)新，樹立科技強國的責任感和使命感。

案例3：Orange 西班牙分支舉辦發(fā)布會，宣布將與中興通訊攜手在西班牙Madrid、Barcelona、Seville、Valencia 和Zaragoza 五個城市率先開展XGS-PON 商用，為用戶提供10Gbps 高速寬帶業(yè)務和Wi-Fi體驗。教師可以讓學生對此案例發(fā)表自己的見解或看法，開放式討論目的是讓學生反思競爭與合作的關系，倡導學生樹立工程倫理思想，形成共同價值觀，遵守職場競爭道德。

（2）微課資源

針對錯誤率、疑問率不高但仍存在的問題，不再占用寶貴的課堂時間進行分析和講解，而是錄制微課視頻上傳到視頻網站，供有需要的同學自主學習，完成精細化學習指導。為了集中學習資源，保證學生學習過程的有序性，可以將微課視頻鏈接插入雨課件推送到學生手機端。

（3）SPOC平臺資源

SPOC 課程資源包含知識點導入視頻、知識點精講視頻、教學PPT、典型例題講解視頻和課堂內外拓展視頻，為課程思政融入做準備。

（4）雨課堂推送課件資源

制作適合手機瀏覽的課前學習任務單課件，課堂教學前一周將課前學習任務單通過微信小程序發(fā)送到學生手機端。學生按照任務單完成在線學習、個人作業(yè)和小組任務。

課堂教學結束當天，實時制作并推送課后學習任務單（并入下一周課前學習任務單），內容包含對本周學習反饋問題的解答，課前、課上小組表現(xiàn)經驗值累計公示，課后限時作業(yè)和選做拓展作業(yè)。

（5）MOOC平臺資源

在布置課后個人選做仿真探究任務時，向學生推薦MOOC中的相關內容，供有興趣的學生自主學習。

3.教學過程與實施方法

（1）課前

通過推送“課前學習任務單”幫助學生完成課前自主學習；布置個人課前主觀題作業(yè)；學生完成作業(yè)后拍照上傳，課前作業(yè)只計完成分，不計對錯分；布置小組課前微視頻制作任務。

（2）課上

按照“課前測—導入—知識點梳理—小組競賽（討論+互評）—學習反饋”的順序展開。課前測題目為10道基礎選擇題，檢測學生課前學習效果。知識點梳理側重對課前在線檢測、個人作業(yè)中出現(xiàn)的問題進行講解。

在為激勵學生思辨和討論的小組競賽環(huán)節(jié)，通過雨課堂推送小組限時必答題，在指定白板上作答并拍照上傳。每名小組成員有且僅有一次答題上傳的機會，系統(tǒng)會自動將最后上傳的圖片作為最終解答，隨后系統(tǒng)給出必答題解析，小組學生討論并總結、分享思路，教師進行補充總結。最后進行小組互評打分，教師課后確認打分公正性。為鼓勵學生積極總結、反思和建議，課堂設置主觀題形式的反饋，學生可以實時反映本次課堂的自學情況、滿意度、學習困惑或建議。

（3）課后

根據(jù)學生課堂學習反饋進行補充解答（文本或微視頻）。布置個人課后限時作業(yè)，按正確率打分；布置個人選做課后拓展作業(yè)，包括思維導圖，使用仿真軟件進行仿真探究等；將課程小組經驗值累積公示（課前+課上）推送；課前小組表現(xiàn)按合作討論、微視頻完成度累計經驗值，課堂按小組競賽排名累計經驗值。

（4）教師課后反饋和反思

教師通過QQ 群對每一組提交的微視頻進行點評，并制作部分作業(yè)題微視頻，推送到學生手機端，供有需要的學生自主學習?？偨Y本次課程的經驗與不足，為下一輪教學組織優(yōu)化做準備。

4.學習評價與教學反饋

考核方式為過程性評價，通過關注學生的學習過程，促進混合式教學效果的提升。通過在線學習、課前作業(yè)、課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)多個時空維度綜合考查學生的學習能力和學習效果。

（1）學習評價方式

課前評價由線上SPOC 平臺在線成績、課前主觀題作業(yè)成績、課前小組討論、微視頻作業(yè)成績組成；課中評價由課前學習檢測、小組競賽、學習反饋組成；課后評價由課后主觀題作業(yè)、個人選做作業(yè)、小組拓展作業(yè)組成。

（2）學生學習反饋方式

課前通過在線平臺的學習數(shù)據(jù)分析、課前作業(yè)完成情況和小組合作情況（QQ小組群合作溝通、打卡）進行。

（3）教師教學反饋方式

課堂知識點梳理講解，解決學生自主學習中的疑問；課堂小組競賽后的補充講解，解決學生討論中出現(xiàn)的問題；課后對學生課堂學習反饋問題進行解答，對作業(yè)進行批改，對小組作業(yè)進行點評。

課程教學成效

1.學生整體課程目標達成度

本課程在新工科教育大背景下，針對工程專業(yè)培養(yǎng)目標及學生需求，提出“四位一體”混合式課程體系?；谠诰€學習空間拓展討論問題、拓展選做任務和微課講解推送，實現(xiàn)了分層施教精準教學。學生自由選擇完成拓展任務，保證了課程的高階性；學生自主選擇觀看推送微課，達成了精細教學指導?；谡n堂學習空間課前學習檢測實時數(shù)據(jù)分析、小組競賽與實時互評、學習實時反饋，實現(xiàn)了智慧解析課堂。課堂節(jié)奏緊湊，學生積極討論，學習氣氛活躍，達成了智慧互動教學?；诮虒W資源拓展的思政案例、公眾號優(yōu)質科普文章相關介紹，實現(xiàn)了混合案例資源拓展，形成了有深度、有趣味、有廣度的混合式課堂，學生學習興趣濃厚，達成了課外拓展提升?；诮虒W模型指導，形成課前、課中、課后任務驅動下的小組協(xié)作學習，實現(xiàn)合作任務互助激勵。學生課上、課下積極開展互助學習、交流討論，達成了主動思辨的教學效果提升。

從面向產出的教育理念（OBE）出發(fā)，該課程的三個課程目標分別為：（1）能夠運用微波傳輸線和波導基礎知識、專業(yè)知識和數(shù)學模型方法設計阻抗匹配電路，解決波導傳輸和激勵問題；（2）能夠運用微波集成傳輸線的工作原理分析系統(tǒng)，利用微波網絡基礎知識，分析微波通信系統(tǒng)工程問題的影響因素與解決途徑，并獲得有效結論；（3）針對實際微波工程應用需求，運用微波元器件相關工作原理和特性設計微波系統(tǒng)，熟悉微波工程設計和產品開發(fā)方法。對該課程運用BOPPPS 和ARCS 教學模型的前后效果進行了對比，目標1 的達成度從0.80 提高到0.9，目標2的達成度從0.82 提高到0.88，目標3 的達成度從0.83 提高到0.89，三個目標的達成度分別有不同程度的提高。

2.學生滿意度調查

實施混合式教學模式后，學生在以下幾個方面的滿意度分別為：“混合式教學模式提高了我的獨立學習能力”100%、“混合式教學模式使我能靈活地安排學習時間”100%、“老師布置的課程作業(yè)數(shù)量和難度適中”95%、“課堂上的案例分析有助于我的學習”93%、“小組討論有助于我對知識的理解”95%、“線上發(fā)布的預習提醒有助于我的學習”96%、“課程中實踐環(huán)節(jié)有助于我的學習”95%、“混合式學習使我的學習更有效率”95%。從以上數(shù)據(jù)可以看出該模式有助于學生對該課程知識的掌握。

結語

根據(jù)新工科和OBE 教育理念，提出基于BOPPPS 和ARCS模型的混合式教學流程，為建立信息化教學環(huán)境，提高教學過程互動性提供了支持，形成具有新工科基礎課程特色的微波技術創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系。在知識傳授中，線上與線下，課前與課后，全時間、全空間融入思政元素，實現(xiàn)入腦入心、潤物無聲的價值塑造，使學生在學習過程中掌握事物發(fā)展規(guī)律，豐富學識，塑造品格，提高對專業(yè)課程的興趣和獨立獲取知識的能力，為應用型、復合型、技能型人才培養(yǎng)體系建設提供思路和方法。該教學創(chuàng)新對其他混合式課程的教學設計具有一定的參考價值，具備一定的可推廣性和復制性，但BOPPPS 和ARCS模型具有其獨特性，教師應根據(jù)課程特點靈活應用。根據(jù)不同知識單元特點，構建基于深度學習的混合式教學設計，設計靈活多樣的課堂教學形式，圍繞課前學習導學、課中活動設計、課后跟蹤反饋形成教學閉環(huán)。利用大數(shù)據(jù)管理的智慧教學方式，實現(xiàn)學生學習全過程的動態(tài)可視化，構建對話課堂、開放課堂、個性化高階課堂。