非全日制研究生線上線下混合式教學模式研究

張宏偉，王新環，荊鵬輝

（河南理工大學 電氣工程與自動化學院，河南 焦作454003）

0 引言

非全日制研究生教育是我國研究生教育的重要組成部分。發展非全日制研究生教育，是促進我國學習型社會建設、構建服務全民終身學習教育體系的重要舉措，有利于加快培養高層次創新型、復合型、應用型人才［1～2］。為推進全日制和非全日制研究生教育協調發展，加強規范管理，2016年教育部辦公廳印發《關于統籌全日制和非全日制研究生管理工作的通知》，明確自2017年起，全日制和非全日制研究生由國家統一下達招生計劃，考試招生執行相同的政策和標準，培養質量堅持同一要求，學歷學位證書具有同等法律地位和相同效力。

盡管考研競爭日趨激烈，但非全日制專業研究生卻面臨生源不足的問題。究其原因，主要是擔心畢業后非全日制文憑不被就業單位認可。目前，非全日制研究生就業歧視問題確實存在，不少用人單位仍將非全日制研究生拒之門外［2～3］。2020年2月教育部辦公廳等五部門發布《關于進一步做好非全日制研究生就業工作的通知》，明確要求各級公務員招錄、事業單位及國有企業公開招聘要根據崗位需求合理制定招聘條件，對不同教育形式的研究生提供平等就業機會。

非全日制研究生遭歧視并非沒有緣由。目前非全日制研究生收費普遍高于全日制，受早期在職研究生的影響，非全日制研究生無形中被打上質量低的標簽，甚至不乏掏錢就能拿學位的說法［3］。要改變這種現狀，除了改變公眾刻板印象之外，也需要正視當下非全日制研究生教育中存在的問題［4～5］。

（1）部分院校的非全日制研究生培養方案基本上是參照全日制培養方案來制訂的，缺少針對非全日制研究生特點的課程，大多數非全日制研究生教育仍以理論講解為主，缺少實踐性環節。培養質量難以保障。

（2）工作和學習時間難以統籌兼顧。由于非全日制研究生大多有工作，工作與學習時間不好協調，大多數高校采取集中授課學方式。集中授課學生一周要學完6、7門課程學習，一天要上10多個小時的課程。教師為了趕進度，壓縮學時；學生課程多，沒法及時消化吸收，教學質量難以保證。

1 “互聯網+”對教育產生的影響

隨著網絡技術和移動通信的迅速發展，高等教育正面臨著新的問題和挑戰?！笆濉睂ξ覈逃畔⒒M行了明確的規劃，要求在“互聯網+”的時代背景下深化高等教育領域的綜合改革，創新教育教學方式?！盎ヂ摼W+教育”是以移動通信、云計算、大數據和人工智能為代表的新一代網絡信息技術與教育領域相結合的新型教育模式，以新形態的互聯網來推動傳統教育行業的改革和發展?！盎ヂ摼W+”對教育產生的影響主要體現在以下幾方面［6～9］：

1）知識獲取方式發生了深刻變化

隨著互聯網、大數據時代的到來，人們獲取知識的方式發生了根本性變化，越來越多的學生習慣利用電腦、平板、智能手機等移動終端設備從互聯網搜索自己喜歡的文章和視頻學習，網絡信息化的普及使得知識的獲取不再受時間和空間的制約，知識獲取方式更加多樣，途徑更加便捷。在線學習成為一種新的學習方式，以慕課MOOC（Massive Open Online Courses）為代表的在線教育模式是“互聯網+教育”的產物，它打破了傳統教育的時空界限，顛覆了傳統大學課堂教與學的方式，對高等教育產生了深刻影響。

2）課堂教學形式發生變化

隨著移動互聯網技術的迅速發展，以“雨課堂”、“藍墨云班課”為代表移動環境下智慧教學平臺越來越多地被用于課堂教學，通過智慧教學工具的應用，可以實現在線考勤、課程討論、課堂測驗、作業提交，可以增加課堂教學的師生互動，及時了解學生成效，使教師更關注于教學，有助于提升課堂效率。

3）實驗教學模式發生變化

傳統的實驗教學需要學生到實驗室，利用實驗設備開展實驗，現有實驗設備體積大、功能單一，無法滿足多樣化教學需求。虛擬仿真技術具有投資少、安全性高、拓展性強等優點，不受時間空間限制。通過虛擬仿真技術開展實驗教學，不僅可以延伸實驗教學時間和空間，還可以拓展實驗教學內容廣度和深度、節省實驗成本，是提升實驗教學質量和水平的重要舉措。

2 線上線下混合式教學方法

2.1 在線教學的特點

在信息技術和移動通信普及的互聯網時代，人們對個性化、多樣化、終身化學習需求日益增加，在線學習成為一種新的學習方式，在線教學具有以下優點［6～9］：

（1）打破了學習的時空界限。非全日制專業碩士采取非脫產方式學習，由于工作單位不同，工作性質不同，學生層次復雜多樣，在線課程教學模式打破了傳統學習的時空界限，可以讓學生更加自由的接受教育，組織學習。

（2）教學資源豐富，學習形式多樣。相比傳統課堂教學，在線教學可以充分發揮教師和學生的自主性，教學內容、教學資源更加豐富，學習形式更加多樣，更能充分體現學生作為學習主體的主動性、積極性與創造性，滿足個性化學習需求。

為更好地推進工程類專業學位研究生教育在線課程建設項目和混合式教學模式的實施，在教育部在線教育研究中心的支持下，全國工程專業學位研究生教育指導委員會與北京慕華信息科技有限公司（學堂在線）結成在線教育合作伙伴，在“學堂在線”平臺上為教指委免費提供“全國工程類專業學位研究生在線課程公共平臺”，包括在線課程、在線講座和教輔資源三類。2019年，我校四門課程獲得在線課程和教輔資源立項建設。

2.2 在線教學存在的問題

優質的學習資源并不等同于有效的學習。學習資源需要與教學內容和教學目標密切關聯，需要與學習者的身心特征相匹配，才能夠有效促進學習［6］。在線課程建設周期長，成本高、難度大。完全網上在線學習模式缺乏教師的主導與監管，缺少教師與學生之間的互動，無法感受到教師現場教學的“氣場”，教學效果不如線下傳統課堂授課或者網絡直播授課。直播授課能夠與學生直接交流，更接近傳統教學，老師更容易發揮出水平，學生更能集中注意力。

2.3 線上線下混合式教學途徑

針對非全日制專業碩士研究生的特點，我們提出了“線上”（網絡直播、錄播）+“線下”（實驗、輔導）+“線上線下”深度討論的混合式教學模式。

通過對“現代電氣控制技術”教學的實踐，我們以為線上線下混合式教學模式優于在線開放課程教學模式。線上線下混合式教學（Blended teaching）是一種新型教學模式，它結合了在線教學和課堂教學的優點［8～9］。

開展混合教學的最終目的不是僅僅建設幾門數字化的在線課程，也不是去開展花樣翻新的教學活動，而是提升學生的學習成效?！熬€上+線下”混合式教學模式既不是完全讓教師把課堂教學轉移到網絡上，也不是“線上”與“線下”的簡單機械相加，而是通過任務驅動、線上自主學習、項目協作、重難點任務解決、線上線下深度討論、過程性考核等方式，將傳統的以“教師課堂講授為主”的模式向以“學生自主學習為主”模式的轉變，提高學生自主學習的能力和興趣，鍛煉學生獨立思考的能力，使其養成良好的學習習慣，從而取得最優的學習成效。

線上的資源是開展混合式教學的前提，線上的資源要豐富多樣，追求實效。不僅包含課程錄像，還應結合專業碩士研究生的特點，增加設備手冊、工程案例、等數字化資源。在線課程錄像建設不要盲目追求高大上。專業化的課堂錄播制作周期長、投資大、技術難度高，可以借助“錄屏軟件”或“騰訊課堂”錄播功能，在直播授課的同時實現錄屏錄像，既簡單有方便。后期還可以利用編輯軟件對視頻進行編輯調整，基本上能夠滿足在線課程的錄制和編輯的需求。

2.4 線上線下混合式教學互動方法

線上線下混合式教學過程中，師生互動至關重要，積極有效的師生互動不僅可以了解學生動態，提高學習成效，也有助于培養學生的創造性思維和能力［8～9］。

線上線下混合式教學的互動可以采用視頻直播、網絡會議、課下討論交流等多種方式。在直播授課過程中，采取啟發式教學，引導學生利用熟悉的知識得出新知識、新方法。通過隨堂提問、即時練習，可以及時掌握學生對知識的理解程度，提高學生的注意力，減少學生的視聽疲勞，鞏固、深化學生對新知識點的理解。

2.5 項目驅動案例教學法

項目驅動法案例教學法是基于探究性學習和協作學習的一種模式，它要求師生改變傳統的觀念和角色，充分發揮學生在學習中的主體作用和教師在教學中的組織、引導、促進、控制、咨詢作用，將學生認為枯燥的知識轉變為生動的學習內容［10］。

將項目驅動法應用于研究生課程教學，就是要結合實際工程案例項目，把所要講授的基礎知識和基本技能設計成多層次、多目標工程案例，引導學生掌握提出問題、分析問題和解決問題的方法，最終讓學生通過自己的努力和教師的指導，完成設計任務，掌握基本原理及設計方法。

任務設計是項目驅動教學法的關鍵，首先應該確定項目設計案例。在案例的設計和順序安排上，必須注意循序漸進，按照教學進度，關鍵環節要設計對應的課題任務。針對控制工程專業碩士研究生的特點，在“現代電氣控制技術”教學過程中我們選取帶式輸送機控制系統、物料混合控制系統、通風機變頻調速控制系統等典型工程案例，采用項目驅動教學法，減少集中講解的時間，增加學生自主學習及在線交流環節，加強自學能力、自律能力和工程設計能力的訓練。

3 基于虛擬仿真技術的實驗教學

3.1 虛擬仿真實驗教學的特點

專業學位研究生教育以專業實踐為導向，重視實踐和應用。教學內容要強調理論性與應用性課程的有機結合，突出案例分析和實踐研究。目前專業碩士研究生的實踐教學主要存在以下問題［10］：

（1）由于工礦系統結構復雜、成本高，在實驗建立真實被控對象的實驗裝置難度較大。

（2）現有實驗設備體積大，價格高，功能單一，無法滿足多樣化教學需求。

（3）學生無法充分掌握現代電氣控制系統的設計方法，不能解決工程中的實際問題；教學與實際應用嚴重脫節，無法滿足企業對高層次應用型人才的需求。

基于虛擬仿真技術的實驗教學方法具有投資少、安全性高、拓展性強等優點，可以有效克服實體實驗設備存在的局限，非常適合非全日制專業碩士研究生線下實驗、實訓，具有以下優勢：

（1）節省實驗成本。由于工礦控制系統結構復雜、成本高，在實驗建立真實的被控對象實驗裝置難度較大。利用虛擬仿真技術，可以模擬現場工況，仿真PLC工作過程，節省實驗成本。

（2）延伸實驗教學時間和空間。企業出于效益、安全生產等因素考慮，學生難以參與真實項目的設計、調試。通過虛擬仿真實驗系統，學生可以不依賴實驗室，自由安排實驗，完成程序設計、系統仿真，可以延伸實驗教學時間和空間，提升課堂效率。

（3）拓展實驗教學內容廣度和深度。由于虛擬仿真實驗不受真實系統的影響，可以解決特殊工況難以展現的實驗，消除隱患，避免操作失誤造成的損失，拓展實驗教學的廣度和深度。

3.2 電氣控制虛擬仿真實驗平臺構建

PLC電氣控制系統虛擬仿真平臺結構如圖1所示。主要由編程軟件、仿真軟件、和組態監控軟件組成。

圖1 PLC虛擬仿真平臺結構

利用組態軟件建立被控對象模型，以動畫、曲線、圖表等方式在線模擬實際的工業生產過程；利用編程軟件學生可以完成PLC控制程序設計，結合PLCSIM仿真軟件，可以模擬CPU工作，實現序下載、運行，完成PLC控制系統仿真調試。由于PLCSIM軟件不支持OPC通信，利用NetToPLCsim網絡接口軟件，可以將本機網卡的IP地址102端口映射到PLCSIM，通過虛擬的計算機網絡接口實現PLCSIM與組態王監控軟件的網絡通信，實現數據的讀寫［10］。

通過這種方法，不需要真實的PLC，僅利用一臺電腦即可搭建一套PLC控制系統虛擬仿真實驗平臺，延伸實驗教學時間和空間、拓展教學內容廣度和深度、節省實驗成本，滿足學生隨時隨地學習需求。

（1）教學案例設計?！艾F代電氣控制技術”課程教學案例體系結構如圖2所示，由基礎案例、綜合案例、創新案例組成。

圖2 “現代電氣控制技術”課程案例體系

基礎案例主要是本科課程相關知識，考慮學生專業背景、學校背景差異較大，有的沒有學過PLC技術，因此，設計了部分基礎案例，供學生課下自學完成。

創新案例要有一定的深度和綜合性，要來源于生產建設、研究設計等工程實際，要注重理論與實踐緊密結合，能使專業學位研究生通過案例的學習，理解和掌握課程涉及的知識原理并能在實際工作中正確應用。案例設計要結合學生認知規律，逐漸提升設計難度和復雜度。

（2）綜合案例設計。以“工業以太網PLC遠程監控系統設計”為例，介紹綜合案例設計方法。任務要求如下：利用西門子PLC采集溫度、流量數據，通過TCP/IP與遠程監控計算機通信，在遠程計算機上以曲線、動畫的方式顯示實時數據，并可以控制閥門開度，調節流量，系統結構如圖3所示。

圖3 遠程監測系統結構圖

涉及的知識點：PLC模擬量處理、工業網絡通信、數字濾波、傳感器信號檢測、組態監控軟件。

PLC采用西門子CPU 1214C，AI/AO采用6ES7234-4HE32-0XB0模擬輸入/輸出模塊，該模塊含有4×13位AI、2×14位AQ，支持4-20 mA電流、0-10 V電壓信號。Pt100溫度傳感器采集溫度數據，測量范圍-150～420℃，經信號變送器輸出4-20 mA，溫度模塊與PLC的接口電路如圖4所示。

圖4 模擬量模塊接口電路原理圖

通過標準化指令和縮放指令將將模擬量通道采樣值轉化為工程量溫度數據，如圖5，使用組態王設計人機界面，如圖6所示。

圖5 PLC溫度采集程序

圖6 組態王監控軟件界面

（3）創新案例設計。以“煤礦主通風機在線監控系統設計”為例，介紹創新案例設計方法。主扇風機是煤礦的四大固定設備之一，擔負著向井下輸送新鮮空氣，排出粉塵和污濁氣流的重任?；谥悄軅鞲衅?、PLC、工業網絡的通風機的遠程無人監控系統是目前智能礦山建設的重要內容之一，基于PLC的煤礦主通風機在線監控系統組成結構如圖7所示，監控界面如圖8所示。

圖7 通風機在線監控系統結構

圖8 通風機監控系統界面

4 結語

本文根據非全日制研究生特點，積極應對現有培養過程中面臨的問題，對提升非全日制研究生培養質量，提升社會聲譽至關重要。利用互聯網技術構建交互式學習教育環境，建立以學生為中心、以能力為導向、以教師為輔助的新型教育模式，借助“虛擬仿真技術”延伸實驗教學時間和空間、拓展教學內容廣度和深度，滿足學生個性化、多樣化、終身化學習需求。