基于線上線下混合的《智能檢測技術》課程教學改革探討

邱憲波 苗桂君

(北京化工大學信息科學與技術學院 北京 100029)

《智能檢測技術》課程是高等院校理工科電子信息類專業和自動化專業的一門專業選修課程，是從事現代電子技術、信息科學技術研究的重要工具。它是在學生預修完“電路原理”“模擬電子技術”“數字電子技術”“檢測技術與儀器”“傳感器原理”等課程的基礎上所開設的一門綜合性理論課程，主要介紹智能檢測技術的基本原理、方法以及相應的應用技術。該課程講授智能檢測技術的硬件、軟件、算法及平臺技術，通過傳感器及儀器案例來分析儀表智能化的設計策略與實現方案。

隨著互聯網技術的迅速發展和教育信息化的普及，高校的傳統授課模式也逐漸向“互聯網+教學”模式轉變，并不斷深入[1-3]。例如：大規模在線開放課程（MOOC）為全球學習者提供了免費的學習機會。在MOOC 中，每個學生或學習者通過網絡平臺可以完成對課程材料的學習與互動，并使用自動化測試來檢查學生的學習情況[4]。除了MOOC 平臺外，還有雨課堂、ZOOM、騰訊會議、釘釘等支持直播的在線教學平臺，部分高校還自建了在線教學平臺，包括清華大學的“雨課堂”、同濟大學的“同濟大學云課堂”、吉林大學的“吉大在線學堂”等，各種直播、錄播、慕課等形式的在線課程應運而生。邢婷婷等人提出基于互聯網絡的智能手機微課堂進行教學的新思路，在高職課程改革中獲得良好的效果[5]。馬玉潔等人以財務分析為例，構建線上交互學習、線下實踐創新的混合式金課建設路徑，顯著提升學生的學習效率[6]。祁玉鑫指出線上教學和線下教學相互包含、相互補充、相互支持、相互融合，作為統一的整體而存在[7]。因而，怎樣選擇合適的網絡平臺，制作線上課程資源，如何實現線上、線下教學的深度融合顯得尤為重要。該文通過分析析智能檢測技術課程傳統課堂教學的缺點和不足，聚焦社會人才的實際需求，依托在線課程，提出基于線上線下的混合式教學模式，并進一步探討在該教學模式下的課堂和實驗教學的教學內容、教學方法以及考核評價方法，為培養綜合運用理論知識和實際解決問題能力的高級工程技術型人才做出有意義的探索和嘗試。

1 智能檢測技術課程傳統教學

《智能檢測技術》作為一門學科交叉課程，具有涉及知識面廣、內容豐富等特點，作為一門應用性技術學科，該課程對理論基礎和實踐性要求都很高，需要培養學生將所學知識應用于工程實踐中，解決實際工程中出現的問題。所以，傳統課堂教學主要分為理論教學和實驗教學兩個部分。

在傳統理論教學中，主要存在以下幾點問題：（1）學內容側重于各種傳統測量技術、控制技術的基礎理論講解，知識點多且分散，內容枯燥與抽象，并且教學內容陳舊，未涉及最新的智能檢測技術，難以激發學生的學習興趣；（2）教學方式也相對單一，主要采用課堂講授的方式，課堂教學以教師為主體，教師通過多媒體課件的形式進行講解，這種教學模式導致理論教學和實踐教學相互獨立，學生過度依賴課堂講授，難以提高學生的創新能力；（3）在課堂講課中對于部分疑難知識點，學生和教師的思維不能同步，不能達到理想的教學效果。

智能檢測技術課程傳統的實驗教學存在的主要問題如下：（1）實驗內容主要以驗證性實驗為主，實踐內容偏少，存在重原理、輕實踐的現象；（2）實驗操作過于流程化，教師首先講解實驗原理、實驗步驟，然后進行實驗操作演示，最后學生按照實驗操作手冊復現實驗過程，然而僅僅進行實驗復現學生容易失去實驗的興趣；（3）如果學生自我約束力差，沒有提前預習，對知識點掌握不熟練，導致實驗操作可能跟不上進度，實驗中間遇到困難無法獨立解決，很難達到預期的實驗教學效果。這種被動接受的實踐教學模式導致學生缺乏深入思考，無法實現知識點的綜合理解和融會貫通，學生的動手實踐能力也得不到提高，并且不利于學生創新性、研究性思維的培養。

針對上述傳統教學中存在的普遍問題，為培養符合社會需求的創新型智能檢測技術人才，筆者從理論課和實驗課教學中的教學內容以及教學方法兩個方面進行深入分析和改革，借助于現代教育技術和線上教學平臺，構建一套線上、線下深度融合的、完整的教學體系和方法，最大限度地調動學生學習積極性和興趣，達到“學以致用”“素質提高”的目的。

2 基于線上線下混合的教學模式

針對《智能檢測技術》課程中傳統教學的難點和不足，依托在線課程教學平臺，提出基于線上線下相結合的混合式教學模式，實現傳統線下教學和線上教學的深度融合，提高該課程的教學質量和教學效率。圖1是基于線上線下的混合式教學的模式框架圖，該教學模式可劃分為課前、課中、課后和平時成績評價這四大部分，其中實線框代表線上教學環節，而虛線框代表線下教學環節。

圖1 基于線上線下的混合式教學模式框架圖

2.1 課前階段

課前的主要任務是學生通過線上資源進行課前預習，包括觀看預習微視頻、觀看預習PPT、完成預習小測驗等內容，課前階段主要涉及線上教學環節。教師需要提前制作簡短精悍的微課小視頻和預習PPT等線上資源，幫助學生理解該次課程的主要內容，突出教學的重點難點，提高學生預習效率。通過合理設計預習小測驗的題目，可以達到三方面的目的：一是收集學生的問題信息，用于確定講課重點，指導教師的課堂講課，可以對學生存在的問題進行有針對性的講解；二是通過淺顯易懂的小視頻，引導學生由易到難掌握課程知識點，激發學生的學習興趣和積極性；三是將測驗當成一次打卡，通過測驗掌握學生預習完成情況，也可當作平時成績評價的依據。

2.2 課中階段

課中階段主要分為課堂教學和實驗教學兩個階段，且在課堂教學和實驗教學中都涉及了線上教學環節和線下教學環節。在課堂教學中，除了采用多媒體教學進行傳統的理論教學外，還可結合課程及企業需求設置專題研討課，由學生分組完成資料收集、需求分析、方案制訂等學習任務，并進行現場答辯陳述。在課堂教學過程中，為了吸引學生的注意力，可以通過雨課堂、問卷星手機軟件等實現隨堂抽查和測試。

在實踐教學過程中，學生通過線上平臺觀看實驗原理視頻及實驗操作流程微視頻，對于仿真型的實驗，學生在操作過程中遇到問題可以反復觀看，直至問題解決。在線下實驗課時，進行實驗結果檢查，學有余力的學生還可以進行創新性實驗設計，該教學模式在提升實驗教學效果的同時也大大提高了實驗室的利用率。

2.3 課后階段

課后階段，學生在線下完成作業并撰寫實驗報告，將電子版作業及報告上傳到線上教學平臺。并完成復習測試，對此次課的知識點進行梳理和鞏固，達到查漏補缺的目的。針對課程中的問題，學生可以在在線平臺或課程微信群中進行在線答疑或交流討論，學生的問題可以得到及時有效的解答。任課老師可以在后臺批閱學生作業，根據學生的測試情況和在線答疑情況，了解學生的學習掌握情況，將出錯率較高的知識點在下次課中進行再次講解。

2.4 平時成績評價

針對基于線上線下的混合式教學模式設計了多元化平時成績評價機制，成績評價體系的合理化可以進一步激發學生的課程學習積極性。成績評價由課前測驗、隨堂測試、實驗檢查、作業/實驗報告、復習測試等幾部分構成，每項可占一定比例。甚至通過訪問專業教學資源后臺可以獲取學生觀看微課的時長、在線答疑及交流討論的活躍度等，教師可以根據上述平時成績評價機制，結合創新性實驗設計和期末考試，進行期末總成績的量化。該評價機制可給予學生有效監督，在一定程度上提高學生自學能力和積極主動性。

3 基于線上線下混合的教學內容與教學方法改革

3.1 教學內容改革

線上線下混合式教學不是簡單地移植線下教學的內容，而是需要根據在線平臺的優勢、特征和教學內容的特點，打造出滿足師生需求的線上、線下混合式教學模式。在教學內容的改革中要注意以下問題。

3.1.1 進行教學內容細化與重組

通過對選課學生做調研，了解學生的知識結構和學習需求，結合企業需求及本專業最新技術組織教學內容。根據教學目標進一步細化教學內容到各個知識點，區分重、難點，將知識點劃分到課前預習、課堂授課（線上、線下）、課后復習等各個環節，通過知識點列表清晰展示課程脈絡及串聯起完整的課堂教學。

3.1.2 教學內容做到及時更新，保持與時俱進，根據科技發展和社會需求進行教學內容更新與重組

該課程在分析《智能檢測技術》的常規課程內容基礎上，加入人工智能檢測技術的相關內容，將BP（Back Propagation）神經網絡應用于智能檢測及智能儀表的理論教學與實踐。指導學生基于MATLAB神經網絡工具箱，應用人工智能算法實現核酸檢測儀器的檢測數據分類建模，搭建合理的BP神經網絡實現核酸檢測儀檢測數據的訓練與分類，引導學生由易到難完成模型搭建與調試，提高核酸檢測儀器的檢測靈敏度與特異性。

3.1.3 科研轉化教學，運用科研項目實例貫穿整個教學過程，激發學習興趣

可以以國家自然科學基金項目對流PCR 核酸擴增與檢測儀器的研發為例，將新型傳感器、人工智能技術等應用結合到教學過程中，讓學生根據實際需要劃分項目模塊，并設計合理的解決方案，不僅使學生了解該學科的最新發展動態，掌握了傳感器和人工智能算法的具體應用，還加深了知識的學習與理解，激發了學生的學習興趣。

3.1.4 引入課程思政，實現全方位育人

智能檢測技術作為一門工科課程，不僅要培養學生具備理論知識與實踐動手能力，還要提高學生的人文素養。在線上教學過程中通過向學生發送勵志的科學家小故事、思政小視頻等方式，實現潤物細無聲的思政教學，幫助學生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀，培養學生努力拼搏和刻苦鉆研的大國工匠精神。

3.2 教學方法改革

制定線上、線下混合式教學模式適用的教學方法，主要從以下5個方面進行描述。

第一，教學內容、方法需要緊扣預期學習效果，注重線上、線下教學各個環節的銜接和多維融合。作為一門綜合性理論課程，教學內容從傳感器、智能檢測系統的架構、智能信息處理的算法設計到相應軟硬件平臺的搭建與調試，教學內容復雜、涉及知識面廣，關鍵是設計一條教學主線，將教學內容中的一個個核心知識點、設計方法等像一顆顆珍珠一樣，巧妙地串聯起來。

第二，線上、線下教學要分工明確。線上教學主要以學生為主導地位，根據線上資源及任務列表完成預習、測評、操作學習等，提高學生學習效率及培養自學能力。線下課堂主要以教師為引導，負責基礎授課、教學重難點講解與專題研討、實驗檢查等，提高學生的科學思維能力、團隊協作能力及動手實踐能力。

第三，線上和線下教學要相輔相成、相互貫穿。線上教學和線下教學是不可分割的統一整體，要做到無縫銜接、有機結合。學生通過線上預習、線上操作指導等內容，進行初步學習并反饋學習結果，教師根據反饋的內容調整線下課堂的教學內容，進行針對性講解。只有認識到“自學大于教學”“組織大于上課”“交流大于作業”“反饋大于評價”，才能利用好混合式教學這把雙刃劍，切實提升教學水平與教學效果。

第四，利用在線平臺的優勢開展分層教學，針對不同水平學生進行個性化教學。在該課程的實踐教學中，針對每一個實驗增加創新性實驗設計環節，將實驗項目分為基礎掌握、提高進階和拓展創新這3個層次。分層次教學可以兼顧基礎薄弱和需要進階的學生，讓不同水平的學生在課程的學習中都能保持強烈的求知欲望，提高他們對課程的學習和研究興趣，從而做到從根本上提高自然科學素養。

第五，在教學過程中探索研討式、混合式、項目式等多種教學方式，充分利用在線教學平臺的優勢與特征，讓學生在掌握基礎知識和技能的基礎上，進一步實現知識的融會與創生。只有在教學實踐中反復探索創新，才能最終解決工科一流人才培養中的瓶頸問題，實現人才培養質量的提升。

4 教學成效與存在問題

基于線上、線下混合的教學模式，非常適合《智能檢測技術》課程的教學，新媒體技術的引入能夠改變傳統課堂的枯燥和乏味，提高學生的學習積極性和主動性，在一定程度上提高教學效果；課程內容的改革上引入人工智能檢測技術的相關知識，學生能快速地掌握人工智能的方法和理論，并實現神經網絡建模和應用，極大地激發了學生的學習興趣，提高學生的動手實踐能力。將創新思想貫穿于課程的始終，授課中引用的設計實例，通過課堂講解與討論和實驗課驗證得到切實可行的解決方案，感興趣的同學作為課題將其成功申報學校的大學生創新創業項目，并在該項目中將產品設計進一步完善和優化，學生的學習興趣得到激發，綜合素質和創新能力得到進一步提升。

線上、線下混合式教學集線上教學和線下教學的優點于一體，但也容易遇到以下問題。

一是線上學習缺乏有效監管的情況下，學生在線學習的自主性和管理較難把控，學生很容易因為興趣缺乏或者遇到困難后中途放棄，影響課前預習和課中的學習效果。二是線上教學資源（包括PPT、預習視頻、課程微視頻、操作演示視頻等）內容豐富，線上資源保持與時俱進、及時更新需要任課教師投入大量精力。因此，需要制定合理的教學目標，明確教學任務，借助在線教學平臺或“問卷星”等手機App軟件設置中途小作業或提出問題等方式，提高學生線上學習的自覺性和完成率。三是需要制定與混合式教學相配套的課程評價體系，對學生的學習情況進行合理化管理和評價，甚至可以考慮將在線視頻觀看時長、線上答疑的活躍度等納入課程評價中去，提高學生課程參與的積極性。四是除了上述提到的線上教學資源的設計、教師的在線教學設計、作業的在線管理及師生互動等問題，在線教學是否成功還在于保障工作是否到位。例如：學習設備問題、網絡穩定性及網速、線上平臺的技術支持服務、選擇容量足夠、教學功能完善的教學平臺等，均影響在線教學的整體效果。

5 結語

智能檢測技術是自動化專業的核心專業課，如何在有限的學時內讓學生在掌握理論知識的同時，創新實踐能力得到提升一直是困擾任教師的難題。筆者在分析傳統教學不足的基礎上，提出基于線上、線下相混合的教學模式，將傳統教學與線上教學進行了深度融合，從教學內容的選擇以及教學方法的改革等方面進行了詳細的分析和探索，提出了相應的改革舉措?；诰€上、線下相混合的教學模式，為高校的智能檢測技術課程提供了新的教學舞臺，給高校教師提供了廣闊的教學發揮空間，可針對學生設計個性化教學，能大大激發學生學習的興趣，提高學習效率和教學質量，對當今智能檢測技術的教學具有有益的參考價值。