齐飞 高书苑 周子云 潘海军
摘 要：新工科背景下对高等教育教学的改革势在必行，尽管目前“互联网+”线上教学在一定程度上能够满足日常教学任务和目标培养的需求，但其授课效果差、课程活跃度低且缺少师生间的互动交流，严重影响教学质量和培養效果。本文以机械电子工程专业学生为例，综合分析目前线上线下教学模式的优势和不足，提出了一种基于目标导向的线上线下混合式教学方法，有效融合线上教学和线下专题训练的优势，培养学生自主学习和解决实际工程问题的能力，进一步推动我国高等教育教学模式的改革和发展。
关键词：新工科；
线上教学；
混合式教学；
机器人学
在新时期下，为实现我国从“制造大国”到“制造强国”的转变，国家宏观层面相继制定了《中国制造2025》《“十四五”智能制造发展规划》等一系列重大战略。为适应制造业的发展需求，在“新工科”背景下高等教育教学模式正经历一系列前所未有的变革和创新。新的教学理念、教学方法和教学思路正逐步打破传统的教育模式，对高等学校的人才培养模式和教育方法均提出新的要求［1］。在这种形势下，如何有效地融合线上教学和线下教学的优势及互补性，保证新时期下的教学质量和培养目标是高校教师所面临的严峻问题和挑战［2］。“机器人学”是机电、电气等机械专业的选修课，是一门多学科交叉融合的综合性学科。在新工科背景下对其教学方法进行研究有助于该课程理论知识和实践训练的有机结合，充分发挥其优势互补，相辅相成的教学特点。
1 新时期下高等教学的现状与挑战
1.1 线上教学的机遇与挑战
在新工科的大背景下，高校的教育方式发生了重大转变和改革。传统线下授课方式主要由教师采用多媒体和板书等相结合的方式进行知识点的讲解、作业练习等，然后通过期末试卷检测学生的学习质量，最终将教学资料（作业、随堂测试及期末试卷等）提交教务处存档。而线上教学则打破了传统课程的教学格局，促进高校教师学习互联网线上授课模式和课程设计方法，有力推动了我国线上教育模式的快速发展。
线上教学具有传统教学方式所不具备的优势。首先，教学场地灵活多变，线上教学不需要专门的授课场地，教师可以通过互联网教学平台进行授课，如腾讯会议、钉钉直播、超星课堂、中国大学生慕课等［34］。其次，教学资源丰富，线上授课可以利用网络上丰富多彩的教学资源，激励教师学习线上新颖的教学方法和课程设计技巧。截至2022年2月底，中国大学生慕课上线课程数量已达5.25万门，注册用户达3.7亿，几乎涵盖了所有学科门类［5］。另外，过程教学质量检测及考核方便。线上教学考核能够直观地看到学生签到情况、作业情况及成绩分析情况等，通过网络数据能够便捷地保留学生的学习情况和记录，如视频学习时长、作业成绩及试卷水平等，便于后续的统一整理和存档。
线上教学并非完美，在教学过程中也暴露出诸多问题和挑战。首先，传统教学方式在全国各高校内根深蒂固，难以短时间内彻底转变，教师的线上教学能力、课程设计水平参差不齐。其次，线上课程技术水平有待进一步提高，我国各地网络质量不齐，软硬件设备欠缺及偏远山区无法进行线上上课。另外，线上教学师生互动欠缺，课堂氛围差，难以调动学生主动学习的积极性［6］。线上教学，教师无法实时监控学生的学习状态和心理动态，缺乏与学生的课堂交流，对学生知识的掌握情况和理解程度无法监控。
1.2 线上线下混合式教学现状与挑战
如何有效地实现线上、线下教学优势的有机衔接，线上教学打破传统教学时间、空间限制，线下教学能够加强与学生间的互动和沟通，两者相辅相成，最终实现其优势互补的目标是高等教育改革发展的机遇和挑战［78］。线上线下混合式教学不仅锻炼教师传统课堂的教学质量和课程设计水平，而且逐渐改变教师的授课方式和学生的学习心态，极大地推动教育模式的改革和发展。但目前线上线下混合式教学模式仍处于初级阶段，其发展过程中暴露出一些瓶颈问题有待进一步解决。
1.2.1 课程设置不合理及教学内容单一
目前大多数线上教学仍采用线下课堂教学的内容和方案，学生长时间盯着电脑屏幕观看视频容易产生疲劳感，难以保证课堂的学习气氛和教学质量［9］。同时，教师由于前期线上教学技巧和水平有限，线上课堂教学设计和内容准备不足，常将线下课堂教学的PPT直接通过腾讯会议、钉钉等直播平台在线播放和讲解，造成学生学习兴趣差，理解和掌握程度低。
1.2.2 缺乏合理有效的考核和评价机制
教学质量的考核和评价是提高教师业务素质和教学水平的有力途径，是高等教学研究和改革的依据和数据来源［10］。传统教学考核基本通过布置作业、随堂测验、专题训练和期末考试等形式对学生的学习情况和掌握程度进行考核和评价。而学生的线上学习状态和掌握情况难以监控和评价，线上学习积极性远不如线下课堂学习，缺乏教师对学生学习过程的监控。另外，学校或学院暂无出台线上教学监管文件，线上教学纪律未得到充分保证，缺乏合理有效的考核方式和评价机制。
1.2.3 线上线下混合式教学的衔接问题
目前线上线下混合式教学流于形式，未能真正实现相辅相成、优势互补的目标。大多数线上线下混合式教学仅仅将线上学习资源和线下课堂教学简单连接，未曾融合线上线下教学思想、技巧和理念，特别是对于实验性和实践性较强的理论课程，涉及较少。同时教师难以把握学生线上学习状态和线下复习程度，无法有效地衔接好线上线下教学内容和知识逻辑结构，造成学生学习效率和质量的严重下降。另外，高等教育教学模式的改革和转变，使得线上线下教学内容、教学思维和教学理念的有机融合和衔接显得格外重要。
2 线上线下混合式教学模式在“机器人学”课程中的探索
“机器人学”是我校机械电子工程专业的一门专业必修课程，是一门集机器人设计、建模、运动规划、传感器及控制等学科交叉融合的综合性课程，是面向国家智能制造2025及新工科人才培养的基础课程。该课程内容涉及的基础理论部分理解难度较大，线上讲解不易呈现，效果较差；
而有些章节需要运动仿真训练，可借助于互联网教学资源和虚拟仿真平台进行在线学习，这样线上线下混合式教学模式就尤为重要。为此，本文针对目前混合式教学模式存在的若干问题和挑战，以“机器人学”课程教学为例，提出了以下三点教学思考和建议。
2.1 课程的合理化设计和优化
首先，应重新对线上线下课程学时比例进行合理分配，充分考虑线上线下课程教学的优势及课程教学内容的相互对接，有效利用线上丰富的音频、视频和动画等网络资源进行理论知识点的讲解。而在线上教学部分则重点以“机器人运动学仿真，控制程序编程”等内容进行直播教学，使同学们直观形象地看到机器人的运动状态和操作情况。其次，根据不同学生的理解能力、基础知识掌握情况，在课堂设计过程中采用多样模块化的教学内容，使学生能够分点分面逐步学习和掌握。同时根据学院教学基础和学生专业背景，开设不同的机器人相关的知识竞赛，如创意设计竞赛、三维设计和运动操作竞赛等，开阔学生的眼界，培养创新思维。
2.2 合理有效的考核方式和评价机制
首先，教师能够充分利用线上新技术、新方法和新理论，并将其融入到日常课堂教学过程中。比如“机器人学”课程中，教师利用网络上的视频、图片和动画等资源将机器人的实际应用案例、操作过程生动直观地带入到课堂上，增加学生的学习兴趣和带入感。同时可以在教学过程中通过分组讨论、专题研究或个人调查报告等形式进行过程化考核，增加师生间的交流和沟通。其次，教师应提升教学设计水平及与学生的互动能力，充分融合传统线下考核方式与线上评价优势，引导学生自主学习和自我评价并反馈。比如机器人是如何工作的问题，以鼓励学生自我在线学习和搜集资料，教师通过分析学生提交的视频、音频和报告等材料进行评价，并对教学质量进行跟踪和反馈，以便及时调整教学内容和教学方式，形成完善合理的闭环考核和评价机制。
2.3 线上线下混合式教学课堂的融合和衔接
“机器人学”是一门理论性较强的综合性课程，涉及机械设计、建模、轨迹规划、传感器和编程控制等一系列内容。对于初次学习该课程的学生来说，有些概念和公式推导过程显得过于复杂和难以理解，尤其对于居家在线学习的学生。而线下课堂教学中，教师能够通过学生的眼神或表情等反应就能感知学生的理解程度和学习状态。为实现线上线下混合式教学的融合和灵活衔接，根据“机器人学”课程教学内容的特点和布局，在教材目录基础下重新进行知识点的整理和划分。如将机器人相关的概念、知识点等内容化为一个专题，将机器人坐标系定义、参数转化和运动学建模推导、动力学分析等内容化为另外一个专题，按照此方法重新整理成若干个子课题后进行教学，这样可使学生分点分片逐步学习和掌握相关知识点，若有遗漏，可以及时查漏补缺，集中而学。线上教学应结合实际案例和以解决实际问题为导向的提问式教学法进行授课，使得学生对机器人技术有更为深入的了解和认识。线下课堂教学应以专题训练及各个模块内容间的联系和逻辑关系进行讲解，最终弥补线上教学的不足和缺陷，提高学生解决实际工程问题的能力。另外，教师也可通过QQ、微信或邮箱等方式加强与学生一对一的沟通和交流，以弥补线下课程教学时间和空间上的不足，从而发现线下教学中的不足和问题，进而对混合式教学模式进行优化和改进。
3 混合式教学效果分析与对比
为验证混合式教育教学方法的效果和质量，作者以2021年机电181班级和2022年机电191班级学生为例，分别采用不同的教学模式进行“机器人学”课程的授课。机电181班级采用传统的线上授课方式，机电191班级采用混合式教学方法进行授课，最终通过对比线上课堂教学班级的期末综合成绩验证混合式教学方式的正确性和有效性。
由下表和下图可知，混合式教学班级成绩明显优于线上教学班级成绩，混合式教学班级成绩成正态分布，且学生成绩主要集中在80分以上，达到良好、优秀的水平。成绩优秀的学生占比高达12.5%，说明混合式教学能够更好地提高优秀学生的学习兴趣和主动性，对其个人素质和自学能力具有很大的促进作用。同时混合式教学班级学生与从传统线上教学班级相比，及格（60～70分）的学生人数在减少，良好与优秀人数在增加。这表明混合式教学模式对基础薄弱、自控能力差的同学具有监督促进作用，进一步验证了混合式教学方式的优越性和可行性，以上的研究成果为高等教育的改革和发展奠定了一定的理论基础和实践经验。
总而言之，国家制造业发展的战略需求有力推动了高等教育教学模式的探索和改革，还进一步促进了线上线下教育模式的融合和优势互补。这种混合式教学模型不仅是传统教育模式和线上教育模式在时间、空间上的融合，更多的是在教学理念、教学方法等方面的有效衔接和融合。以上研究成果和经验对高等教育教学模式的改进和提高具有一定的促进作用和指导意义。
结语
新时期下，对高等教育教学模式的改革和发展提出了新的要求。本文以机械电子工程专业学生为例，通过“机器人学”课程研究了一种线上线下混合式教学模式，该模式综合分析线上教学的不足，融合线下专题训练的优势，提出了一种基于目标导向的线上线下混合式教学方法，有效促进了线上线下教育内容和目标的融合和衔接，培养学生自主学习和解决实际工程问题的能力，进一步推动我国高等教育教学模式的改革和发展，取得了不错的教学成果。本文所提方法对线上教育和线下教育等教学理念、方法的融合和改进具有一定的参考意义。
参考文献：
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［10］吳爱华，杨秋波，郝杰.以“新工科”建设引领高等教育创新变革［J］.高等工程教育研究，2019（1）：17+61.
基金项目：本文系常州大学校级教育教学研究课题（项目编号：JXJY2020004、JXJY2020009、JXJY2020010、GJY 2021069）
作者简介：齐飞（1990— ），男，汉族，河南新乡人，讲师，研究方向：混合式教学模式；
高书苑（1989— ），女，汉族，江苏常州人，讲师，研究方向：混合式教学模式；
周子云（1987— ），女，汉族，辽宁沈阳人，讲师，研究方向：线上教学模式；
潘海军（1988— ），男，汉族，河南周口人，讲师，研究方向：混合式教学模式。