智慧教学平台在军校工科课程混合式教学中的应用与探索

文桃 杨 洁 王庆力

［摘 要］随着近年来信息技术的迅猛发展，传统的教育教学模式已然不能适应新时代新工科背景下高素质复合型工程人才的培养要求。该课程教学团队在前期在线教学的基础上积极探索和实践了基于雨课堂和智慧教室的线上线下混合式教学模式。文章从混合式教学与课程分析、混合式教学准备、组织教学、混合式教学的总结与思考四个方面进行了阐述。

［关键词］机电一体化技术（双语）；混合式教学；智慧教室；教学实践

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）09-0066-04

近年来，互联网技术的蓬勃发展叠加新冠疫情的暴发和持续，“互联网+教育”的教学模式改革与应用犹如按下了快进键，广泛应用于各个层次、各个专业的教学及培训[1-4]。这种新型的教学模式一方面打破了传统面授教学对时间、空间和对象的限制，另一方面其丰富客观的教学过程数据也帮助教员更加客观全面地掌握学员的学习情况，为课堂教学设计以及学员成绩考核提供了重要依据。如何将互联网技术更充分、更高效地应用于日常的教育教学成为近年来教育领域的热门课题。课题组在新冠疫情暴发初期开展了大量在线教学的实践与探索。实践发现，虽然在线教学具有突破时间、空间的巨大优势，但仍然存在涉密内容不能线上讲授，理论知识与装备实际结合少，实物教具互动困难，实验课程无法开展，师生、生生互动有限，因材施教实施困难等问题[1]。为此，教学团队在新冠疫情稳定、能够实施线下面授的情况下，积极探索和实践了基于雨课堂平台与智慧教室的线上线下混合式教学模式。实践表明，该模式能够很好地解决线上教学存在的问题，有效发挥线上和线下教学的优点，提高教学效果。

一、混合式教学与课程分析

（一）混合式教学

线上线下混合式教学模式是“互联网+教育”背景下的典型应用模式，主要是将传统的单一课堂面授环节划分为课前、课中、课后三个环节。在课前、课后环节，学员通过互联网学习平台自主安排学习，完成相应的练习，教员通过教学平台的学习数据了解学员的学习情况，并及时答疑。课中的教学环节由教员和学员在教室里共同开展，教员通过理论精讲的方式高效地进行知识讲授，将更多的时间用来开展以学员为主体、教员为主导的小组探究、翻转课堂等现代教学形式。这种教学方式一方面能够帮助学员更深入地理解和掌握教学内容，另一方面能更好地激发学员的学习热情。由此可见，线上线下混合式教学模式能够充分利用学员课外的碎片化时间，及时了解学员的知识储备等情况，便于教员及时调整课堂教学内容及教学方式等，提升教学效果，达成教学目标。

（二）课程混合式教学的需求分析

机电一体化技术（双语）课程是空军工程大学本科机械电子工程专业必修的专业基础双语教学课程，教学内容主要包括机械技术、计算机技术、传感检测技术、伺服传动技术等，是典型的多学科交叉、渗透、融合而成的课程，具有教学内容丰富、综合性强、理实结合紧密的特点[1]。此外，该课程的教学目标是在基础理论教学的基础上，培养学员的实践能力与创新能力，为后续课程及毕业后岗位任职打下坚实的理论与实践基础。但该课程仅有40学时，有限的教学时长与丰富的教学内容以及多元的教学目标之间的矛盾长期存在，以致有时为了保证课堂教学内容的完整性而不得不采用传统的讲授式教学模式，这在一定程度上导致学员学习参与度不高、教学效果不佳的问题。基于智慧教室的线上线下混合式教学模式能够很好地解决单一教学模式的矛盾。

二、混合式教学准备

基于智慧教室的线上线下混合式教学是教学团队在新冠疫情初期线上教学的基础上进行的进一步探索，是将传统线下近距离面授和现代在线远程教学的有机结合，既能充分利用学员课下碎片化的时间，又能高效发挥课中集中学习的优势，是实现机电一体化技术（双语）课程教学目标的倍增器。但其准备工作相较于传统教学模式而言更加复杂，对教员的要求更高，主要包括选用智慧教学平台、分析智慧教学的可行性、丰富智慧教学资料等。

（一）选用智慧教学平台

智慧教学平台是线上线下混合式教学模式顺利开展的重要保障。近年来，随着信息化教学的不断推广和发展，各种在线教学平台、智慧教室如雨后春笋般出现。为保证课程教学活动的有效开展，结合院校条件建设情况及前期在线教学的经验等，教学团队积极探索实践了基于雨课堂教学平台和智慧教室的线上线下混合式教学模式。

1.雨课堂平台

雨课堂平台是由清华大学和学堂在线推出的新型教学方案，也是目前高校教师应用较广且影响力较大的教学平台。它与PPT 课件、微信进行了深度连接，引入了腾讯会议功能，为师生连线互动提供了有力保障。雨课堂教学平台具有随机点名、弹幕互动、实时答题、线上考试、直播录课等功能，具有互动性好、使用方便等优点，可有效满足教学活动开展的需要。此外，雨课堂平台还具有强大的全周期、全过程教学数据收集和分析功能，便于教员及时掌握学员的学习情况，把握教学进度和教学节奏[5-6]。因此，雨课堂平台不仅可以用作在线教学，而且适合开展混合式教学。

2.智慧教室

为适应新时代信息技术与教育教学深度融合发展的趋势，改善教师的教学手段和提高效率，增强师生双边互动，保障教学效果和提高教学质量，空军工程大学积极建设与推广基于互联网、军网的智慧教室。该课程教学内容为军民通用技术，因此采用基于互联网建设的智慧教室，教室配备便于移动的拼接桌椅、连接互联网的6台高清触屏教学一体机、便携式学习终端、360°全景录播系统等硬件设备。相较于传统教室而言，智慧教室具有获取网络资源方便、教学过程全记录、翻转课堂易组织、分组竞技易实现、教学评价更客观等优点[7-8]。

（二）课程智慧教学的可行性

线上线下混合式教学模式的特点是“线上自主学习，线下课堂互动”，这也表明实施混合式教学需要满足以下四个要求：一是学员在课堂外能使用智能设备，二是互联网能较好地覆盖校园内主要的教学活动区域，三是教学内容能够部分或者全部在互联网上公开传播，四是線上学习内容能更好地支撑课堂教学中的互动环节，教员、学员能够熟练掌握智能教学设备的使用方法。

其中，第4条是对教员和学员智能设备使用能力、教员教学设计能力的要求，通过开课前教学设备使用练习、精心的教学活动设计即可满足教学要求。由于军队院校教学相较于地方院校教学而言，天然具有一定的特殊属性，比如教学环境、设备、安排、内容等都可能涉密。为了预防泄密问题的发生，校园互联网的覆盖、学员智能设备的使用等都受到了较为严格的管控。故第1～3条对军队院校教学而言具有一定挑战度。随着近年来信息化教学的蓬勃发展，混合式教学模式在提升教学效果等方面的优势越来越深入人心。为了提高教学质量，空军工程大学在开设的基础类课程上积极探索与推广此类新型教学模式，一方面在线上教学内容、教学活动上，严格把牢涉密脱密关卡，另一方面为教员和学员配备了便于信息化教学的便携式高性能平板电脑，保障学员课后智能设备使用的时长，搭建了功能完善的高科技智慧教室，改善了校园教学移动网络覆盖质量，并且多次组织教学设备使用培训与教学模式改革观摩活动等。机电一体化技术作为军民通用技术，其教学内容具备不涉密教学的自然属性，可以在互联网上公开传播。综上所述，机电一体化技术（双语）课程在该校开展线上线下混合式教学模式的软硬件条件完备，可行性较高。

（三）精心准备

课前的准备工作主要包括两个方面：一是熟悉智慧教学条件，二是针对教学特点及课程内容精心设计教学活动。

1.熟悉智慧教学条件

课前，教员积极参与相关培训，到智慧教室实地练习相关操作，并在智慧教室组织开课前的教学联席会，帮助学员快速掌握基于雨课堂和智慧教室的混合式教学操作方法和技巧，为正式讲课教学打下操作基础。

2. 精心设计教学活动

线上线下混合式教学是线上自主学习与线下课堂教学的有机融合，课前、课中、课后三个教学环节之间相互支撑、相互补充、相互耦合。为保证良好的教学效果，必须将三个教学环节作为一个整体来进行设计和优化，同时结合教学条件、课程特点、教学内容等方面购置教学设备、有针对性地设计教学活动、安装仿真软件、编写教学文档等。如针对理论性、抽象性较强的机械系统数学建模部分的教学，采用引导启发、类比迁移的方式帮助学员更深入地理解数学建模的意义和步骤；提前在供学员使用的教学一体机上安装MATLAB软件，借助MATLAB软件对数学模型进行模拟仿真，以更加形象直观的方式展示机械特性参数对系统运行的影响，加深学员对知识的理解；在步进电机部分，购置相应的器材并制作演示教具；在Arduino控制器部分，提前购置Arduino开发学习套件并安装相应的编程仿真软件，采用项目驱动式教学法，讓学员实践体会系统设计的方法与步骤。此外，针对雨课堂教学平台的特点，制作课前、课后教学环节的手机课件，在课堂教学课件中合理增设课堂测试与练习题，一方面可以调节课堂学习氛围，另一方面可以及时了解学员的学习情况。

三、组织教学

机电一体化技术（双语）课程具有内容丰富、理论性与专业性强、理论和实践结合紧密的特点。该专业在空军工程大学为双语教学，对学员的知识储备、理解能力、实践能力、学习动力等方面都提出了较高的要求。为更好地激发学员的学习积极性、主动性以及创造性，提升教学效果，达成教学目标，在院校条件建设、教学模式研究、课程内容分析的基础上，教学团队将课程教学分为课前在线自主学习、课中智慧教与学、课后巩固提升三个环节。

（一）课前在线自主学习

高质量的课前自主学习支撑高效的课堂教学。课前，教员将专业词汇单词表、微课视频、网络资源以及学术文献等资料通过雨课堂平台发布给学员，并在其中设定难度适当的预习任务。课前资料的推送，一方面让学员通过回顾先修基础知识，了解课堂教学内容，预习授课内容涉及的专业词汇，激发学员的学习兴趣，为后续智慧教室授课环节奠定知识基础，减轻学员课中双语学习的压力，提高课堂互动的积极性及互动质量；另一方面，学员学习任务的完成情况能帮助教员了解学员的能力水平、学习兴趣点与疑难点，便于教员进一步优化和组织课堂教学的内容与活动。

（二）课中智慧教与学

课中教学是实现教学目标的核心环节。有了课前自主学习的预热，学员对课中内容已经有所了解，因此在智慧教室授课过程中，教员主要扮演引导者、组织者、评价者的角色，帮助学员主动构建知识架构，形成完善的知识体系。教员要充分利用智慧教室的软硬件设备创造以学员为中心的学习氛围，灵活采用启发式、案例研讨式等适宜的教学方法精讲重难点内容，通过小组讨论、项目驱动式教学法促进学员深入理解和巩固所学理论知识。比如在机械系统数学建模部分，组织学员分组建模并用MATLAB仿真展示，帮助学员更深入地体会数学建模的奥妙；在Arduino学习的过程中，利用Arduino套件搭建实践项目，并通过软件编程、调试，让学员感受控制器的魅力，提高学员的工程实践能力；在工业机器人部分，组织学员讨论“机器人给我们带来了什么？”“机器人会取代人类吗？”通过讨论，引发学员思考，培养学员的思辨能力。教员对学员的互动讨论等活动及时进行客观公正的点评，促进师生深度交流。这种将传统的教员讲授式的课堂教学方式变为学员之间以及学员与教员之间交流合作的互动过程，能在较大程度上激发学员学习的兴趣，调动学员学习的积极性、主动性，能提高学员掌握理论知识、应用理论知识、创新实践的能力。从课堂学员互动、课后学员反馈可知，基于智慧教室的信息化教学新手段在增强师生互动、提高教学质量方面具有较大优势。

（三）课后巩固提升

及时有效的课后巩固是对有限课堂学习时间的有力补充，特别是针对理论性、综合性、专业性较强的机电一体化技术课程而言，课后巩固提升环节必不可少。通过支持多种形式作业的雨课堂平台，精心设计课后作业，能够促使学员及时巩固新知识，形成技能技巧，培养良好的思维品质。如通过语音作答的形式布置文献翻译阅读的题目，通过图片作答的形式布置思维导图绘制的题目，通过客观题作答的形式及时获取学员掌握学习内容的情况。实践表明，基于雨课堂的课后作业能在一定程度上帮助教员及时掌握学员的学习情况，为后续课堂教学内容回顾提供重要依据。

四、混合式教学的总结与思考

在教学实践过程中，及时地总结与反思有助于提升教学质量、提高教员的教学技能水平。

（一）优化课程内容，丰富教学资源

机电一体化技术（双语）课程具有教学内容丰富、理论与实践结合紧密、技术更新迭代快等特点，而线上线下混合式教学模式使得课程教学活动的开展可实现跨时间、跨空间，可以更高效地利用课上整块化的时间以及课下碎片化的时间来提高学员学习、吸收、转化课程知识的效率；线下设施设备齐全的智慧教室使得翻转课堂、项目驱动、小组讨论等教学活动更容易组织，线下面授也能更好地贴合涉密装备教学的需求。但想要更充分地发挥线上线下教学模式的优势，必须合理优化课程内容、丰富教学资源。比如增加需要学员主动思考、文献资料查阅、小组交流讨论、实践探究的课程内容，加深学员对理论知识的理解，提高交流合作的能力、实践创新能力等；丰富教学多媒体资源库，将国内外机电一体化前沿技术的视频、图片、文献等资料推送给学员，方便课下进行预习、知识拓展；丰富教学实物资源库，便于课中进行互动展示、项目实践。

（二）优化课堂设计，革新教学方法

基于智慧教室的教与学对教员和学员来说都是全新的体验，课堂设计应充分考虑学员的新鲜感、好奇心，通过合理设置课堂教学环节来激发学员的学习积极性，比如通过竞赛抢答、系统随机点答的方式充分活跃课堂学习氛围；通过教学一体机开展电气原理图设计、系统控制线路图设计以及程序编写验证等以学员为主体的教学活动，充分发挥学员的主动性、创造性，更大限度地发挥建构主义教学理念的优势，帮助学员在主动参与学习的过程中构建自己的知识体系，培养学员的学习能力、实践能力以及创新能力。

（三）考核评价多元化，焕发课堂新活力

线上线下混合式教学模式的教学过程环节多、活动丰富，而传统的以知识点记忆为主的考评机制显然不适合混合式教学模式的考评。应依托雨课堂完备的学习数据功能建立全周期、全方位、多层次、多元化的评价考核机制，将学员课前课后任务的完成情况、课中互动与实践实验的情况、期末考试成绩等环节合理地纳入考评范围之内。通过多元的考评机制，不仅可以更客观全面地考核学生的综合素质，还可以激励学员认真完成课堂外的学习任务，积极参与课中实践互动，最终达到提高教学质量的目的。

（四）线上线下要谨慎，涉密保密需留心

鉴于军队院校的特殊性，在教学过程及教学环节的具体实施时，应注意遵守保密的要求。比如在机电一体化技术（双语）课程线上线下混合式教学过程中，在线上推送非涉密的国内外先进机电一体化技术应用的案例供学员学习，而在线下智慧教室面对面教学过程中，再重点结合武器装备进行案例分析、讨论探究。通过这种方式，既扩展了学员的工程视野、提高了学员理论联系实际的能力，又保证了涉密内容不致外漏。

五、结语

文章重点阐述了在信息技术与教育教学深度融合的新时代背景下，教学团队探索与实践了基于互联网技术和智慧教室的机电一体化技术（双语）课程线上线下混合式教学模式。基于互联网和智慧教室的信息化教学手段强有力地综合了在线学习和面授学习的优势，能更好地发挥学员的积极性、主动性和创造性，提高教学质量，实现教学目标。但在实施的过程中，需结合混合式教学模式的特点，通过优化课程内容、革新教学方法、多元化考评机制等方式，创造以學员为主、教员为辅的教与学氛围，提高教学质量和教学效果。此外，在线上线下教学过程中还需绷紧保密涉密的弦，不可因麻痹大意铸成泄密的大错。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 文桃，杨洁，王崴.疫情之下《机电一体化技术（双语）》课程在线教学的探索与实践[J].高教学刊，2021（1）：90-93.

[2] 杨新宇，李大喜，邵思羽，等.基于混合式教学模式的电气控制及PLC课程教学改革[J].高教学刊，2022，8（4）：132-135.

[3] 李开明，罗迎，李宏伟.军队院校工科研究生混合式教学模式研究与实践探索[J].大学，2021（23）：38-41.

[4] 田野，李龙跃，赵慧珍，等.浅谈线上线下混合式教学对军校学员学习动机的激励[J].中国现代教育装备，2021（21）：62-63.

[5] 程海涛，李鹏，徐鹤.基于雨课堂的“微型计算机原理与接口技术”课程教学模式探讨[J].计算机时代，2019（10）：93-95.

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[7] 伍家恒，石雨潭.信息技术在智慧教室建设的应用[J].集成电路应用，2019，36（10）：64-65.

[8] 张卫亮，刘明君.机电一体化系统设计课程教学改革与实践[J].中国现代教育装备，2019（23）：54-56.

［责任编辑：黄紧德］