面向智慧教学的“检测技术及仪表”线上线下混合式教学探索＊

白玉廷，许继平，赵峙尧，苏婷立

(北京工商大学人工智能学院，北京 100048)

0 引言

新时代信息技术蓬勃发展，智慧教学成为人才培养和教师发展的新需求。智慧教学可利用的技术手段丰富，具有不同的应用模式和场景，如何对智慧教学进行实践是专业教师面临的迫切问题。同时，线上线下混合式教学经过多年发展已形成较好的基础，但在实践中同样面临资源统筹、交互方式等具体问题。针对具体的专业课程，为提升教学水平和学生的学习效果，应以人才培养为核心目标，积极探索新技术手段和新教学方式的应用，同时在实践中需要注意不同教学手段的具体应用问题。

为此，本文以智慧教学为核心，从线上线下混合式教学的角度，对“检测技术及仪表”课程改革进行思考，并提出具体的教学计划与应用模式，以期推进自动化专业课程的智慧化改造，满足新时代新工科人才的培养需求。

1 课程改革趋势分析

⑴智慧教学成为新时代教学的发展趋势

随着各类信息技术的快速发展，传统的课堂教学方式正在发生巨大变化，从计算机多媒体的应用，到慕课（MOOC）、微课、翻转课堂等教学形式的出现，教学的信息化改革从未停止。同时，从人才培养角度来看，培养具有自主探索和创新能力的人才成为教育教学的重要目标，这就需要提升学生的学习主动性，对传统教学手段提出了新的挑战。可见，无论是从信息技术发展角度，还是从教师教学和学生学习模式角度，具有智慧特征的新教学模式成为必然发展趋势。

相关研究指出，智慧教学具有全向交互、按需推送、科学高效的特征[1,2]。这些教学目标的实现需要依托于多种信息技术，实现课程及相关学习资源的便捷获取，实现教师与学生的无障碍沟通互动，并实现学生学习效果的跟踪反馈与优化。如何合理选择和应用多类型技术手段，从人才培养的根本目标上实现教学方式改革，是智慧教学探索中需要解决的核心问题。

⑵线上线下混合式教学具有充足进步空间

线上线下混合式教学已有二十余年的发展历程，“混合式”主要指将依托于网络的线上教学和传统的线下教学进行结合。相关研究和实践表明[3-5]，线上线下混合式教学将成为未来教育的必然发展趋势。自2020 年新型冠状病毒疫情暴发以来，灵活多变的线上线下混合式教学成为教育教学的刚性需求，线上线下混合式教学成为未来教育环境下的必然发展趋势。

经过近年研究与实践，线上线下混合式教学也暴露出一些明显问题。一方面，混合式设计水平不足，线下教学与线上内容没有得到很好融合，甚至出现线下和线上教学分别实施、教学过程存在分离的现象；另一方面，线上教学资源丰富但水平不一，近年来各级教育部门及院校建设了丰富的线上课程资源，但录制的课程与各高校教学实际之间存在一定差异，需要结合实际对线上资源进行统筹应用。理想的线上线下混合式教学必须是从学生培养实际出发的，需要将线上资源与线下教学活动有机结合。

⑶课程建设应与技术发展相匹配

课程教学活动应以立德树人为根本任务，教学内容的设置需要与时俱进，进而培养出适应于时代发展的人才。以“检测技术及仪表”课程为例，数字化和智能化技术发展对自动检测技术提出了新要求[6]，在讲授传统检测传感器的同时，应有意识地对课程内容进行更新。可引入物联网系统、智能检测等内容，合理分配基础知识与新型技术的教学比例，保持教学内容的全面性和先进性。

2 智慧教学设计与线上线下混合式教学实践

2.1 课程体系设置

“检测技术及仪表”是面向自动化专业本科三年级学生的专业必修课，以传感器和检测技术为核心，设置“基础测量”“现代技术”“系统应用”三个层次的教学内容。课程内容既包括基础概念与经典传感技术，又涉及现代智能检测技术与系统应用，具有“夯基础、重前沿、强应用”的递进式培养体系，课程知识体系如图1所示。

图1 “检测技术及仪表”课程知识体系

按照我校2020级自动化专业本科生的培养方案，“检测技术及仪表”共48 学时，3 学分，其中课堂教学40 学时，实验教学8 学时。在讲授传感原理等技术基础上，将数字化与智能化新技术引入教学内容，强化系统应用与实践，形成基础与前沿并重的递进式培养体系。

2.2 智慧教学手段设计

本课程探索采用线上线下混合式教学方式，积极将智慧教学手段引入到课程教学中。本课程拟采用的智慧教学手段主要包括录制课程线上学习、专家在线讲座、工程案例云参观、课堂教学线上直播等。打破线上课程照搬线下内容的传统混合式教学模式，对线上和线下教学内容分别进行设计，将课堂面授教学与学生线上自主学习科学结合，实现课程内容与教学方式的有机统一。

⑴录制课程线上学习

利用我校智慧教室自动录课功能，在线下授课过程中同时开展课程录制，学生可通过我校一体化教学平台观看录制的课程。录制课程一方面可满足学生课后复习、考前强化等实际需求，另一方面可为后续MOOC建设积累素材，推进“金课”建设。

⑵专家在线讲座

检测技术随着智能信息技术不断发展，为增强课程的前瞻性，在相关章节讲授中邀请专家开展前沿检测技术方面的在线远程讲座。在线讲座通过智慧教室进行，可从内容上可有效补充课堂教学知识点，同时可避免专家行程冲突、疫情防控不易入校等实际问题。

⑶工程案例云参观

前期教学发现，学生对相关专业知识在实际中的应用缺乏直观感受。为此，借助智慧教室的多媒体功能，邀请燕山石化、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所等单位做工程案例云讲解，实现学生在智慧教室可观看工程现场，并可与工程师在线互动交流。云参观将有效打破时空界限，降低传统参观的组织成本和安全风险，提高学生的工程应用学习水平。

⑷课堂教学线上直播

在新冠肺炎疫情常态化防控的趋势下，借助智慧教室和一体化教学平台强大的技术支撑，开展课堂教学的线上直播。教师在智慧教室进行直播、学生通过一体化教学平台观看，相较于现有雨课堂、腾讯会议等传统网课模式，该方式可提高学生的认同感和参与感，同时有助于教师更好地展现教学内容，提高线上教学质量。

2.3 混合式教学实践

根据上述智慧教学方式的设计，将智慧教学理念应用于实际过程，考虑不同章节特点采用相应的智慧教学方式，具体应用设计如图2所示。

图2 智慧教学手段应用设计

基于智慧教学的线上线下混合式教学活动具体包括以下几方面：

⑴2022 年秋季学期的全部课程实现录制，并上传至一体化教学平台，本人在前期教学中已尝试了在智慧教室进行课程录制，效果良好（如图3所示）；

⑵邀请行业专家就激光传感器、视觉检测等章节做2-3次线上讲座；

⑶针对最后两章设计云参观，以燕山石化、仪综所等现有系统为对象，工程师在远程进行直播讲解，学生在智慧教室进行远程互动交流；

⑷教师利用智慧教室适时开通线上直播，改变腾讯会议等传统网课模式。上述录制的课程、专家讲座、工程案例直播回放等将共同构成线上示范资源，并部署于我校的一体化教学平台（如图4所示）。

此外，还将考虑对线上线下混合式教学模式进行评价，对该教学模式的实际效果进行跟踪，进而为后续优化教学模式提供参考。具体执行中利用教学质量管理平台收集结构化评价意见（如图5 所示），学生可对每章教学内容和课程整体情况进行多维度评价，教学平台可自动形成统计图表，辅助教师全面了解学生的学习情况。

图5 利用教学质量管理平台进行课程与教师评价

2.4 章节教学示例

下面对课程教学过程中具体的教学设计做一个示例说明，对智慧教学的实践进行详细说明。以“视觉传感器检测系统”为例，该节属于本课程“现代技术篇”中第八章“视觉传感器”的第二节内容。

线下教学在智慧教室开展，可灵活实现师生互动、多媒体展示等；线上教学依托于我校一体化教学平台，面向远程学生实现直录直播。本部分主要讲授视觉传感器检测系统的组成和原理，教学内容包括：①通过北京冬奥会开幕式智能视觉表演等实例，回顾上一节的视觉传感器基础知识，引出本节所讲的视觉传感器检测系统；②结合冬奥会智能视觉表演实例，讲解视觉传感器检测系统的硬件组成；③讲授视觉传感器检测系统中的图像处理过程与技术进行重点讲解；④回顾引例中总结视觉传感器检测系统的构成及设计方法。

本节课程通过多种形式的授课方式，达到如下目标：①学生掌握视觉传感器检测系统的硬件构成，逐步建立系统工程思维；②学生了解视觉传感器检测系统的一般设计方法；③强化学生面向自动控制系统“检测感知—自动控制—反馈优化”的专业理论体系。同时，引导学生了解我国机器视觉技术的发展情况，培养学生科技强国的理想信念。

3 预期效果分析

结合我校自动化专业学生特点，对“检测技术及仪表”课程开展线上线下混合式教学探索，通过智慧教学手段的应用拟达到如下目标和效果：

⑴通过丰富线上资源不断优化课程知识体系

在现有课程内容基础上，重点考虑新时代社会经济和新型技术发展需求，以模块化为思路，设置“基础测量”“现代技术”“系统应用”三个层次的教学内容。同时，利用专家讲座、工程案例云参观等方式拓宽知识来源，将将数字化与智能化新技术引入教学内容，强化系统应用与实践，综合提升课程体系的前瞻性和科学性。

⑵建立理论与应用结合的线上线下混合式教学模式

本课程根据不同章节特点选用相应的教学手段，引入工程应用案例等线上资源，将课堂面授教学与学生线上自主学习活动科学结合，实现课程内容与教学方式的有机统一。实际应用内容的增强将有利于自动化专业学生的工程认知能力培养，也可为专业工程认证等提供支撑。

⑶满足新时代多样化教学与学习需求

在数字化和智能化技术高速发展、自主学习需求增加、疫情防控常态化等多重复杂背景下，对传统课堂教学模式进行创新探索，通过线下课堂教学、线上直播、课程录制、专家讲座线上资源等多种形式，打破教学的时空限制，为学生提供丰富的、体系化的学习资源，满足不同的教与学需求。

4 结束语

智慧教学为教师教学和学生发展提供了新机遇，线上线下混合式教学是实现智慧教学的一种有效途径。从实践角度来看，专业课教学应合理设计教学手段，将多种教学方式科学地应用于线上和线下教学，实现混合式教学的有机统一。本文以“检测技术及仪表”课程为例，对具体教学手段和方式进行阐述，可为其他课程的智慧教学改革提供参考思路。