基于数据驱动的混合教学模式探索与实践

摘 要：该文利用当前“互联网+教育”给混合式教学赋予的新内涵，以“强化论和改进论”观点，基于精心打造的国家精品在线开放课程钻井与完井工程MOOC视频，开展数据驱动的钻井与完井工程混合教学模式探索，构建在线混合式教学资源、基于优秀授课团队的教学小班、以学生为中心的课程文化、基于学情数据的督学和持续改进机制、基于互联网动态监管的考核指标及机制，形成一套基于数据驱动及互联网动态监管的“线上+线下”的混合式教学模式；并以西南石油大学钻井与完井工程为例，通过翻转式课堂与慕课（MOOC）堂平台深度融合开展“线上+线下”混合式教学实践，阐述如何将思政元素巧妙融入课堂教学、翻转式课堂与慕课堂相融合，实现线上线下结合、课内课外互补的混合式教学，以期为采用“MOOC+翻转式课堂”模式教学的工科专业教师提供借鉴。

关键词：“互联网+”；混合教学模式；国家精品课程；钻井与完井工程；MOOC

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）26-0106-04

Abstract： Based on the national high-quality open online course Drilling and Completion Engineering which is well built by MOOC video， a data-driven mixed teaching mode of "Drilling and Completion Engineering" has been explored by utilizing the new connotation of "Internet + Education"， with view of "reinforcement theory and improvement theory". Online mixed teachi0a28b9e276da06eb145f3fd23fb6495eng resources， teaching small classes based on excellent teaching teams， student-centered curriculum culture， supervision and continuous improvement mechanisms based on learning situation data， and assessment indicators and mechanisms based on dynamic internet supervision has been established. A mixed teaching model of "online + offline" based on data-driven and dynamic internet supervision has been formed. Taking Drilling and Completion Engineering of Southwest Petroleum University as an example， a blended teaching practice of "online + offline" combining the deep integration of flipped classrooms and MOOC classroom platforms has been carried out. How to skillfully integrate ideological and political elements into classroom teaching， and integrate flipped classrooms with MOOC classrooms has been elaborated， to achieve the mixed teaching approach which combines online and offline teaching， and complements both in and out of class. It aims to provide reference for engineering professional teachers who utilize the "MOOC + Flipped classrooms" teaching model.

Keywords： "Internet+"; mixed teaching model; national high-quality courses; Drilling and Completion Engineering; MOOC

新时代“双一流”建设要求高等教育以中国特色、世界一流为核心，以立德树人为根本，以支撑创新驱动发展战略、服务经济社会发展为导向，为我国高校人才培养模式的改革提出了新要求，更对我国石油工程专业人才培养模式的改革提出了新挑战[1-2]。

众所周知，传统教学模式存在教学方法僵硬、教学资源有限、互动条件受限、学生被动接受、时空域限制和互联网渗透滋生的低头族等问题及缺陷，以致于很难达成课程的高阶性、创新性及挑战性等目标，尤其专业核心课程，认为传统课堂教学已不能满足师生在时空域方面的多样化及个性化需求[3-4]。因此，随着现代教育技术进步和互联网普及，教育信息化的快速发展，在互联网与教育深度融合驱动下，具有5A（Anyone、Anytime、Anywhere、Anydevice、Anything）无缝学习优势的诸多在线开放课程（简称MOOC）不断涌现出来，并催生了诸多先进的教学技术及新型教学模式及方法，比如线上教学，与传统教学方法及模式相比，线上教学存在跨越时空局限、资源丰富多样、随处可学、随时可学、随处可互动和随时可互动等特点[5-6]。那么，有人提出问题：传统教学模式及课堂会被线上教学模式替代吗？

然而，研究发现：①单纯线上教学适用于学习能力较强的学生；②碎片化、浅层次及浏览式阅读导致学习深度不够；③无法有效、有温度、有情感地引导学生进行深入探究式学习及培养其解决复杂工程问题的能力；④教育包含“教”和“育”两个层面，而以互联网为代表的新技术在本质上更强调手段的实用性，更多是从“教”的层面推动教育和教学变革，但是在“育”层面，还有很多质疑的声音；⑤相反地，面对面教学过程中，教师能将德、智、美及思政元素有机融入课堂，给予人格和德行层面的引导，美育和艺术等层面的熏陶。总之，线下教学具有不可替代性，学生离不开线上教学，教师也依赖在线工具[7]。

研究表明，混合式教学实践虽然已经在蓬勃发展，但成功案例及相关实证研究相对较少。那么，“互联网+”背景下，如何利用混合式教学为学生创建真正参与性的、个性化的学习体验，着力提升课程教学质量及效果，迫切需要探索“互联网+”混合式教学的新模式、新实践。

针对上述问题，本文利用当前“互联网+教育”给混合式教学赋予的新内涵，以“强化论和改进论”观点[8]，借助国家精品在线开放课程钻井与完井工程提出了一种基于数据驱动的混合式教学模式，巧妙增加了思政元素并融入课程教学全过程，有机融合了线上和线下课堂，解决了混合式教学及学习效果实时评价缺乏、教学及学习策略动态更新难的问题，弥补了课程学时欠缺、方式单一、学生驱动力不足问题，实现了优势互补及教学的最优化。

一 钻井与完井工程课程介绍

（一） 课程特点

国家首批精品在线开放课程钻井与完井工程是西南石油大学石油工程专业的核心专业课，其内容包括井身结构设计、钻井液、钻进工艺、井眼轨迹设计与控制等，覆盖了岩石力学、泥浆等5门课程，也是石油与天然气工程A+学科建设和人才培养的重要支撑。课程不仅非常重要，而且具有内容多、覆盖广、难度大等特点，但课程全部学时由最初80学时锐减为64学时后，目前已精简到仅50学时。因此，该课程目前面临的最大问题是学时少、内容多，为达到教学效果及目标，教学团队基于国家精品在线开放课程及学习资源从小班教学、翻转课堂、课后讨论、随堂测试、过程汇报、数据挖掘、监管及评价机制等方面开展了多元多维的课程教学模式探索和改革，到2023年已成功开展了9期教学实践，并已取得积极成效。

（二） 课程定位及目标

基于OBE教学理念，采用润物细无声的方式巧妙融入思政教育，并通过以学生为中心的“线上+线下”混合式教学模式，运用国家精品在线开放课程钻井与完井工程、MOOC平台、短小精悍的微课视频及现代先进教学技术，从专业、国家、国际、社会和个人五个层面，培养出专业技能精湛、社会责任强烈、个人品格优良、家国情怀浓郁和国际视野敏锐的从事海内外石油与天然气行业的拔尖创新人才，同时，促进钻井与完井工程课堂教学持续改革，服务国家能源战略安全。

二 “线上+线下”混合式教学模式的构建

（一） 混合式教学模式构建思路

本文以行为科学、新建构主义等理论为基础，基于精心打造的国家精品在线开放课程钻井与完井工程MOOC视频，通过翻转式课堂与慕课堂平台深度融合构建了一种基于数据驱动的“线上+线下”混合式教学模式，并将其用于钻井与完井工程教学，构建思路如图1所示。采用自主式、启发式和督促式教学方法，将学生线上自主研学、线下深度学习和教师实时动态监管与全方位、多视角、宽领域的智能评价贯穿于课前、课中和课后各教学环节，把教学过程重心由教转到学，由单纯传授知识转移到重视培养能力，不仅可解决线上碎片化-浅层次及浏览式阅读导致学习深度不够、学时少且内容多、时空域限制等问题，而且可增强学生学习动机、自我效能感、激发学生的学习兴趣、教学效果和学生自学、创新、创造及协作能力。

“线上+线下”混合式教学模式分为课前助学、课堂导学和课后评价。课前助学过程中，以精心打造的国家精品在线开放课程钻井与完井工程MOOC视频为在线自主学习资源，教师通过QQ群发布课前学习任务，主要包括电子讲义和微课视频，并在线设置答疑解惑。学生主动进行相关背景知识调研，学习电子讲义和微课视频学习内容。20位主讲老师在线实施小班教学，班级学生为25～30人，10个教学班全部建立慕课堂。借助MOOC平台实现云端学习，包括预习、复习、单元测试、答疑和讨论；借助QQ群实现远程授课；借助MOOC答疑与讨论区，鼓励师生互动、生生互动，提升学习主动性；借助慕课堂信息化教具实现课堂活动、学情的监管。基于“线上时空”灵活性，师生沟通无障碍，使得“预习-授课-操练-复习-答疑解惑-学情监管”更为流畅，提高教学成效。基于“线上+线下”数据，授课教师开展全程、全员及全过程监督评价。

（二） 在线混合教学资源构建

自2018年开始，结合“双一流”高校生源质量、办学水平、培养目标和培养方案，西南石油大学钻井与完井工程教学团队就依托国家精品在线开放课程及MOOC平台开始自主构建在线课程。截至2020年，课程团队已建立了涵盖绪论、井身结构设计、钻井液概论、钻进工艺、钻井过程压力控制等所有章节的42个教学视频和330个单元测试题、42个课堂讨论、6个主观计算题和318个随堂测试及包括30个单选题、4个多选题、10个判断题和6个计算填空题的MOOC在线期末考试题，并已全部通过课程MOOC平台的审核，为混合式教学测验、作业、考试、答疑、讨论、形成性评价、效果考核和策略调整等教学活动提供支撑。钻井与完井工程教学团队构建的MOOC视频是精心挑选和打造的短视频，视频长度为12分钟，并配套了多媒体课件及典型算例，在线授课教师包括中国工程院院士罗平亚、享受国务院特殊津贴专家陈平教授、孟英峰教授等业界著名专家。

（三） 以学生为中心的课程文化构建

打破远程学习中个人独立学习的孤独感和无助感，营造朋辈学习、团队帮扶学习氛围，培养学生团队合作意识和精神，构建以学生为中心的课程文化。根据选课序号顺序将4～5名同学划分为一个小组，组长1名、素材搜集1～2名、汇报材料制作1～2名、主讲人1名，实行分组讨论和汇报，确保全员参与，每个班构建4个小组。汇报前，教师与小组成员反复对接修改汇报材料，待大家准备完毕，利用腾讯及钉钉软件召开视频会议，开展分组汇报，充分展示团队学习的总结成果，汇报完毕教师实时点评，全过程录屏。充分发挥同学们的主人翁参与感，每个人通过慕课堂问卷投票功能，依据评分标准评委对汇报小组进行评分。

三 “线上+线下”混合式教学模式的实现

本文借助国家精品在线课程及视频资源，基于“MOOC＋课堂翻转”混合式教学模式的构建过程，以西南石油大学为例，针对钻井与完井工程课程第六章“井眼轨道设计与轨迹控制”中的“定向井井眼轨迹设计”进行构建，分4个部分进行展开。需要说明的是：①教学案例地位。第六章“井眼轨道设计与轨迹控制”是钻井与完井工程课程的核心内容之一，而“定向井井眼轨迹设计”又是本章最重要最难掌握的内容，在定向井施工之前，必须对定向井井眼轨迹进行设计，从而确定从井口到预定目标即靶点的井眼轨迹剖面形状。②课程学习目标。掌握二维定向井轨迹的设计计算。③课程重点。定向井轨迹设计。④课程难点。轨迹设计过程中造斜点到靶点的垂直深度H0和靶点相对于井口的水平位移A0的确定以及最大井斜角的计算。

（一） 课前准备及任务发布

首先，鉴于“定向井及井眼轨迹设计”的重要性，让同学们调研定向井的作用及用途，回答我国西北油田为什么要绕过胡杨林采用定向井而不直接采用直井对沙漠油气进行开采，并引导学生从胡杨精神、生长习性及人与自然和谐共处方面进行思考。其次，“定向井井眼轨迹设计”中涉及数学公式推导及井身剖面参数计算，且知识点及内容较多，比如定向井的剖面类型（如三段制、五段制）、造斜点、增斜段、稳斜段、靶点、东坐标、井口坐标和水平位移等。最后，“定向井井眼轨迹设计”中还会用到空间几何学、三角函数、高斯坐标等抽象知识。对于上述知识点，由于学生长时间未使用，很容易遗忘。

因此，为了让学生能更好地学习并掌握本节课的重点知识，实现教学目标，达到教学效果，教师需要提前做如下准备及安排：①课前，采用慕课堂和QQ群线上发布课程任务，主要包括课程涉及的预备知识和MOOC在线《定向井井眼轨迹设计》教学视频，要求完成三段制的井眼轨道设计计算实例推导及在线测试，教师在线答疑解惑，分析并挖掘在线数据，驱动课堂教学策略调整；②课程导入，从已经构建的4个小组中随机选一个小组，由主讲人汇报定向井的作用及用途，并从个人理解角度，重点回答“西北油田为什么要绕过胡杨林采用定向井对沙漠油气进行开采”问题，巧妙融入思政教育并实现课程导入；③课中，针对课程目标及重、难点，再次随机选一个小组，由主讲人全程讲解并演示“三段制的井眼轨道设计计算实例”的推导过程，起到充分调动学生的积极性、主动性和协作性，强化学习效果；④课中，师生互动，生生互动，学生讨论，教师点评、难点剖析；⑤课后，教师基于线上及线下数据驱动课后反思、教学策略调整，进行实时督促、监管及帮扶。

（二） 以学生为中心的课堂授课

针对课程学习目标及重难点，掌握二维定向井轨迹的设计及计算，授课教师采用翻转课堂开展了以学生为中心的课堂教学。根据教学安排，首先，授课教师简单介绍了定向井的基本剖面类型、剖面中各井段的基本形式及井身剖面参数，如造斜点、增斜段、方位角、井斜角和靶点等；其次，授课教师详细讲解轨迹设计所需基本数据、设计步骤及注意事项；最后，授课教师将“二维定向井轨迹的设计及计算”交由学生完成，具体如下所述。

主讲人王同学基于在线“三段制的井眼轨道设计计算实例”自主学习，基于自己对所学知识的认识及理解，全程采用“求设计方位角”“求最大井斜角”“各井段参数计算”“总井深计算”“总垂深计算”及“总水平位移计算”几个步骤进行讲解并演示“二维定向井轨迹的设计及计算”的推导过程。基于同学的讲解及推导，授课教师随机抽取其他小组同学进行互评，并根据同学们的互评进行补充、完善，强调并指出轨迹设计过程中的计算难点及关键：造斜点到靶点的垂直深度H0和靶点相对于井口的水平位移A0。

（三） 课堂讨论

为增强学生理论联系实际的意识，提高同学们解决实际钻井与完井工程中复杂工程问题的能力，授课教师采用启发式提问方式抛出问题：最大井斜角计算模型（tanαm/2=（H0－）/（2R0－A0））中根判别式的工程意义是什么，如何正确应用？

教师抛出问题后，学生积极展开讨论，结合井眼轨迹图，采用几何学和数学知识认真推敲模型中的各项参数及物理意义，探索其工程意义，汇报组同学首先发现为稳斜段长度，其值必须大于等于0，如果小于0，表面设计剖面及轨迹不存在，且当=0时，出现特殊情况，即稳斜段长度为0，这时tanαm/2=H0/（2R0－A0）。在汇报组同学的启发下，其他组同学很快发现最大井斜角计算模型中分母（2R0－A0）不能等于0。此时，教师继续发起追问，如果分母（2R0－A0）等于0，那么最大井斜角如何计算？同时，教师启发同学，判断稳斜段长度并结合井眼轨迹几何图进行分析。同学们在教师的启发下，很快发现，当（2R0－A0）=0（即A0=2R0）时，模型中分子H0－也等于0，根据井眼轨迹几何图可知最大井斜角tanαm/2=A0 /H0。

（四） 课后巩固及能力拓展

教师根据课堂教学反馈，通过MOOC及已构建的混合式教学资源线上挑选并发布巩固学习资源及难度较大的能力拓展学习资源，其中巩固学习资源为所有同学必须完成的课后任务，包括线上讨论、视频回顾、试题练习及单元测试等，而难度较大的能力拓展学习资源只针对学有余力、学习能力强且感兴趣的同学，主要包括实际钻井与完井工程中复杂问题的探索及创新，比如二维五段制轨迹设计及计算。这样，学生借助MOOC平台可实现云端开放式的课后复习、测试、答疑及讨论，主动进行思考，主动寻找问题的答案，转变学习态度：被动式向主动式转变，增强自我效能感及获得感，少数学生甚至可进行复杂工程问题探索和创新。老师及助教借助MOOC答疑与讨论区在线监管与督学，及时答疑、引导在线互动，积极营造自主式和协作式学习氛围，同时运用MOOC课堂后台管理实现对课堂活动、学情的动态监管。

四 结束语

基于国家精品在线开放课程钻井与完井工程，巧妙融入了思政教育，构建了在线混合式教学资源、基于优秀授课团队的教学小班、以学生为中心的课程文化、基于学情数据的督学和持续改进机制、基于互联网动态监管的考核指标及机制，形成了一套基于数据驱动及互联网动态监管的“线上+线下”的混合式教学模式；提供了基于翻转式课堂和慕课（MOOC）堂开展钻井与完井工程“线下+线下”混合式教学的做法。实践表明，采用线上与线下混合教学能从根本上转变学生的学习态度，调动了学生的积极性，激发了学生的学习兴趣，满足了不同层次学生的需求，培养了学生自学能力和思辨能力，增强了学生理论联系实际的意识，提高了学生解决实际钻井与完井工程中复杂工程问题的能力。

参考文献：

[1] 冯其红，王志华，齐宁.面向新工科的石油工程专业改造升级路径研究与实践[J].高等工程教育研究，2021（5）：34-38.

[2] 成庆林，杨二龙，张继红，等.传统油气专业新工科人才培养模式的改革创新[J].高教学刊，2021（7）：160-163.

[3] 任妍君，曾德智，付建红，等.高校工科专业课的慕课建设与教学实践——以西南石油大学《钻井与完井工程》为例[J].教育现代化，2021（8）：116-119.

[4] 成晓倩，王双亭，刘培.高校“互联网+工科专业课”的教学改革[J].测绘通报，2018（9）：144-147.

[5] 于歆杰.论混合式教学的六大关系[J].中国大学教学，2019（5）：14-18.

[6] 曾德智，付建红，施太和，等.《钻井与完井工程》精品课程建设与探索——以西南石油大学为例[J].西南石油大学学报（社会科学版），2018（5）：69-75.

[7] 张国艳.高校实践类课程混合式教学设计研究——以物理化学实验混合式教学为例[J].高等理科教育，2021（6）：81-95.

[8] 冯晓英，王瑞雪，吴怡君.国内外混合式教学研究现状述评——基于混合式教学的分析框架[J].远程教育杂志，2018（3）：13-24.

基金项目：四川省教改项目“面向未来的新工科研究生创新人才培养模式构建”（JG2021-580）；西南石油大学教改项目“基于精品在线开放课程的混合教学模式创新与实践”（X2021JGYB004）；西南石油大学教改项目“石油与天然气工程一流建设学科研究生‘多元、多层、多径’培养模式研究”（2022JG001）

第一作者简介：邓宽海（1988-），男，汉族，四川内江人，博士，副研究员。研究方向为油气井工程。

*通信作者：李皋（1976-），男，汉族，四川武胜人，博士，研究员。研究方向为油气井工程。