“誤差理論與數據處理”線上線下混合式教學模式的構建和實踐效果分析*

尚 平

（杭州電子科技大學自動化學院）

任何科學實驗及工程實踐都離不開測量及儀器，由于測量與實驗結果中存在誤差的必然性和普遍性，影響了測量與實驗結果的可信賴性，甚至失去其科學價值與實際意義，因此，掌握誤差理論與數據處理知識已成為廣大科技工作者之必需?，F在全國各高校相關專業已普遍開設“誤差理論與數據處理”課程，對誤差理論知識和分析處理方法進行全面系統論述，為科技工作者提供了必不可少的重要基礎理論及技術[1]。

《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》提出，要“充分發揮現代信息技術的獨特優勢”，促進“教學方式與教育模式不斷創新”“推動信息技術與教育深度融合”。教育信息化已成為“互聯網+”時代的新趨勢,線上線下混合式教學逐漸成為一種更符合認知規律的教學模式[2-4]。杭州電子科技大學“誤差理論與數據處理”課程于2018年在超星泛雅網絡教學平臺首次制作線上課程，并開展了線上線下混合式教學，基于學情分析，3年來不斷進行調整和改進，取得了良好的實踐效果[5-6]，現以2020-2021學年第二學期課程完成情況為例進行效果分析。

一、學情分析

“誤差理論與數據處理”課程為我校測控技術與儀器專業大學二年級第二學期核心課程，該課程的教學內容主要包括兩個部分理論課程環節和實驗環節。本課程共有48課時，其中理論課程環節為39課時，6個教學單元；實驗環節為9個課時，3個教學單元。該課程理論性較強，計算量比較大，需要一定的數學基礎；同時該課程需要結合實際測量進行應用分析，可擴大學生的知識面并提高其動手能力。在學習該課程之前，學生已經完成了“高等數學”“概率論”和“線性代數”等數學基礎課程，因此掌握一定的數學計算能力，為學習該門課程提供了必備的知識基礎。但是二年級的學生還沒有上過專業類的相關課程，所以理論聯系實際的實踐能力相對比較弱?，F以杭州電子科技大學2019級測控技術與儀器專業的兩個自然班為研究對象，每個班級33位同學，年齡均為18至22歲。

二、實驗資源與方法

將杭州電子科技大學2019級測控技術與儀器專業的兩個自然班分別作對照組和實驗組進行教學效果分析，對照組采用的是傳統接受型教學模式，實驗組采用線上線下混合教學模式。

（一）對照組資源建設和具體實施

1.課程資源建設

教師在課程開始前，根據課程和專業目標準備課程大綱、授課計劃、教案以及教材等參考資料。

2.具體實施

對照組采用的接受型教學模式，是目前高校普遍采用的教學方式。課前學生按照課程大綱和授課計劃預習新課；課中主要采用講授的方式，教師根據教案進行具體的課堂教學，主要分為五個環節，即組織教學、引入新課、講授新課、復習鞏固、布置作業；課后學生完成作業，教師批改作業。該種教學模式以及與其相應的五環節課堂教學結構能夠充分發揮教師的主導作用，有利于高效率、大容量地傳授系統的文化科學知識，教師的透徹講解可以使學生迅速掃清認知上的障礙，大量的練習鞏固能使學生形成技能、技巧。

（二）實驗組資源建設和具體實施

1.課程資源建設

完整的線上線下混合課程教學過程包括：列舉課前任務單、線上資源建設、線下課堂活動以及課后拓展和應用幾個環節。這幾個環節不是分立的，需要以線下課堂活動為中心完成其他環節的設計。

（1）課前任務單設計

基于線上資源的課前任務與傳統課堂預習是不同的，合理有效的課前任務單是老師精心設計的內容，包括學習線上某個資料或者某個視頻，同時需要完成相對應的練習題等。

（2）線上資源建設

依托超星泛雅網絡教學平臺，建設“誤差理論與數據處理”課程的在線資源，課程的6個理論課程教學單元均由教案、講稿、教學課件、知識點講授視頻、過關測試和問題與討論等要素組成。3個實驗教學單元由教案、講稿、教學課件、知識點講授視頻、實驗操作演示視頻、實驗報告模板、實驗報告范本、過關測試和問題與討論等要素組成。圖中所示分別為“緒論”和“正弦規測量外圓錐角的誤差分析和計算實驗”教學單元的資源建設思路和結構。

關于本課程學習資源的全部內容和組成要素，可參考《誤差理論與數據處理》課程建設在超星泛雅網絡教學平臺上的在線課程門戶。

（3）線下課堂教學活動設計

為了提高學生的綜合素質水平，課堂教學方式應抓住“內化知識”和“拓展能力”兩個關鍵詞，基于以下原則設計良好的課堂活動，即課堂活動達到有意義的學習效果、提高學生參與的積極性、具有周密的組織、為學生提供活動的詳細說明以及提供思考和反思的機會。同時課堂教學活動形式的選擇與學生課前任務的完成情況相聯系，本課程根據學情和知識點內容采用了以下教學活動形式，如測試、提問、頭腦風暴、一分鐘紙上陳述、無積分測驗、成對的交流分享、角色扮演、建模與分析和同伴教學等，活動形式的選擇需要與課程知識點目標相匹配。

（4）課后拓展和應用

依托超星泛雅網絡教學平臺可布置課后進階的拓展作業，根據知識點內容設置部分需要合作完成的實踐任務，協作學習相對于個體獨立，在增加學習興趣的同時，能夠鍛煉學生的團隊合作精神、分工解決問題等能力，利用教學平臺的討論互動模塊，教師與學生可在線交流和探討。

2.具體實施

針對每一個具體的學習資源，實施五步學習法，即對每個知識點，通過課前任務、課堂活動（多種模式）、課后拓展和實踐、完成測試和線上討論五個環節，就每一個教學內容完成五輪學習，根據個體對知識接受和掌握的差異性，學生可以分配和調整學習時間。五輪激勵的效果為在達到教學目標的同時，讓學生牢固掌握教學單元的知識內容。目的是實現學習者在“適當的”時間，通過“適當的”學習技術，與“適當的”學習風格相契合，從而獲取“適當的”能力，學習效果最優，實現課程的知識、能力和情感三個方面的目標。

此過程的具體實施流程如圖1所示。

圖1 線上線下混合式教學模式實施流程圖

基于線上線下混合的教學模式，將傳統講授的內容放到課前，并通過課前任務單的完成情況，教師可以在課前了解學生學習情況，這樣老師在上課前就能有所準備，課堂就用于解決學生在學習過程當中存在的問題，同時通過組織讓學生主動參與的課堂活動來加深學生對于知識的理解。在上述過程當中，老師可以適時地為學生提供指導，并在課后完成高階的作業和合作實踐，提高學生分析和解決高階問題的能力。這種混合式教學模式是將線上的資源與線下的課堂優勢有機結合，發揮了學生在學習中的主體地位，使得“以教師為中心”向“以學生為中心”進行轉變。

三、實驗效果分析

針對2019級測控技術與儀器專業的兩個自然班，完成一輪教學實踐，對照組采用的是傳統接受型教學模式，實驗組采用線上線下混合教學模式，分別從以下三個方面進行效果比較。

（一）參與度和出勤率

教師在課程開始前，根據課程和專業目標準備課程大綱、授課計劃、教案以及教材等參考資料。本課程教學共16周，48個學時，每周3個課時。為了體現數據的客觀性，出勤并不作為最終課程成績的一部分。對比兩組的出勤率和參與度，從圖2和圖3可以看出，在第一周，對照組和實驗組的出勤率和參與度是相近的，對照組從第一周到第十六周，出勤率和參與度相對穩定，出勤率保持在77±2%，參與度為55±3%，而實驗組的出勤率和參與度則逐步上升，出勤率在期末的時候達到了100%，參與度也上升了32%?？梢妼W生是更傾向于參與線上線下混合模式的課堂的。

圖2 對照組和實驗組課堂出勤率比較

圖3 對照組和實驗組課堂參與度比較

（二）知識點內容掌握情況對比

在不同的教學模式的指導下，分別檢測對照組和實驗組的學生對知識點的掌握情況，選擇典型的8個知識點，在課程結束24小時后進行測試。8個知識點以及兩組所采用的課堂形式如表1所示，其中知識點3、6和8為本課程的難點。每個知識點的測試為五分制，8個知識點的兩組測試平均分結果如圖4所示。對比兩組測試結果數據可知，實驗組的知識點測試成績均高于對照組，平均分達到3.5分以上，說明對于其中的較難知識點，實驗組相對于對照組對知識點的掌握情況更好一些，這說明線上線下混合模式可以使學生對知識點的掌握更加牢固和深入，更不容易遺忘。

表1 對照組和實驗組知識點學習的課堂形式比較

圖4 對照組和實驗組的知識點測試平均分比較

（三）期末測試成績對比

比較對照組和實驗組的期末測試總評成績，具體數據如表2所示，兩組的測試平均分相差不多，但是實驗組的成績相對更加平均，而對照組的成績兩極分化比較嚴重。這說明線上線下混合式教學模式更能調動大多數學生學習的積極性，同時基于線上資源，根據個體差異，學生可以自主設計和選擇適合自己的學習計劃和進度。

表2 對照組和實驗組期末測試成績比較

四、總結和討論

在完成期末考試一周后，教師對實驗組即采用線上線下混合式教學組進行了線上調查，90%的同學表示喜歡這種互動式的教學，78%的同學表示期待其他的課程也可以采用這種授課模式，80%的同學認為在課堂上與教師和同伴有更加頻繁和積極的互動，看的課程材料更多，根據自己的實踐來學習和練習的機會更多，演示學習成果的機會也更多。

同時線上線下混合式教學模式看起來對教師提出了更高的要求，除了建設和準備線上的資源外，重點和難點是課堂上的把控和設計[7-8]。實際上從長遠教學效果來說，反而是減少了教師的工作量。一方面教師可以在開展第一輪教學之前完成資源建設，后期只需要根據學情分析進行微調即可；另外對于目前的信息社會，全世界涌現出大量的線上優質資源，大多數也都可以進行共享和交流，教師在課堂上就可將其用于解決學生在學習過程當中存在的問題，同時通過組織學生主動參與課堂活動來加深學生對于知識的理解，在課堂上將更多的時間運用到知識的實踐與應用上，同時教師需要在多講與少講之間找到一個平衡點，更好地把握課堂時間。