机械测控综合实验线上线下混合教学实践

（上海理工大学机械工程学院 上海 200093）

在信息化爆发式发展的趋势下，远程在线教育的跨时空、跨因地域等方面造成的教育资源不平衡，使教育资源共享化的特点和优势逐渐凸显出来。远程在线教育受到越来越人的认可，许多学校也纷纷尝试开展网络远程教学来取代以往传统在教室上课模式。理论课程涉及大部分内容可以通过PPT展示，远程网络教学实施相对比较容易；而实验课程涉及多种实验设备和相关仪器，学生无法实际现场操作实验仪器，也很难通过PPT展示仪器操作使用，且实验仪器和设备操作过程较为复杂，给实验课程网络远程教学带来很大困难。

目前，陈章宝针对西南大学教育药学专业网络远程实践教学难点，分析研究教育药学专业课程特征，通过建设网络信息平台及实验项目视频课件，实验教学互动平台、虚拟仿真实验操作等网络资源培养学生的操作技能，结合各种现场社会实践教学培养学生的动手实践能力。洪炜宁等基于网络平台对物理实验多维教学模式研究，构建了虚拟教学与实际操作相结合、网上学习成绩与课堂实验成绩有机结合的多维教学模式，大大提供了该物理实验课程的教学质量。我校的《机械测控综合实验》也是一门综合实践类课程，要求学生基于Labview虚拟仿真平台，采用模块化实验设备、工业使用的传感器实现伺服电机、气动元件及机械组件的测试与控制。让学生接触实际工业应用对象，自己动手搭建实验平台进行设计组合，将理论知识与工程实践相结合，培养学生的创新思维和动手实践能力。该课程是我校机械类学生的必修课，而如何实施远程网络教学来培养学生实践能力是此类课程遇到的难题之一。

根据我校一部分在校学生，该部分学生可以开展线下实验教学模式，而另一部分不在校学生进行线上教学模式。针对《机械测控综合实验》课程要求理论、创新设计及动手实践的教学特点，开展该实验课程线上线下混合教学模式实践，充分利用线下学生上实验课程的各种资源，将实验设备，实验仪器和实验操作通过网络远程让线上同学学习掌握，而线上同学将做好的程序案例远程给线下同学进行线下现场演示并查找问题，形成线上线下学习互动效果，线上同学充分学习了解线下同学的现场操作，而线下同学又可以利用线上同学的案例进行现场演示，从而弥补线下线上教学的不足，充分利用线上线下混合教学各自的优势，极大地提高了学生互动学习的积极性和网络教学的效率，已达到学生动手能力和创新思维的培养。

1 实验课程多场景模式教学

根据远程在线教育的开展，《机械测控综合实验》实验课程采用一部分学生线下教学模式，更多学生则是线上教学模式。考虑到该实验课程用到的实验设备较多，操作流程较为复杂，且难以实现虚拟教学，所以针对该课程的这些特殊难点，本课程在实施线上线下混合教学过程中采用网络多场景线上教学模式。如下图1所示，该实验课程实施采用腾讯会议作为多场景网络授课平台，其中包括教师授课PPT屏幕共享、实验室环境全景、实验讲解及程序演示场景和实验设备操作近景。线上学习同学可以全方位的了解上课讲解内容，实验室整体环境，具体实验室设备和线下同学具体操作过程，并可以随时进行各种场景的切换及与线下同学或老师问题探讨与互动。

首先，教师上课电脑桌面屏幕共享，让线上学生实时关注教师在电脑上的操作PPT和资料文件，方便学生了解上课内容的最新信息，紧跟老师讲解过程，避免出现线上同学与老师实际讲课步调不一致现象。其次实验室整体设备环境和线下学生实验学习状态通过“实验室环境全景”实时共享给线上同学，让线上学生实时了解实验室各种实验设备及线下学生学习过程，通过网络虚拟与线下真实场景结合让线上同学有亲身经历实验室的感受，通过“实验室环境全景”模式让线上同学与线下同学具有同样身在实验室的感受。结合“实验讲解及程序演示场景”使线下线上同学更深入学习实验课程内容及涉及的软件程序内容，通过该场景使线上同学可以通过PPT投影内容及教师演示程序内容，学习整个实验具体方案设计。最后，通过将线下学生具体操作实验设备的“实验设备操作近景”实时共享给线上同学学习和掌握，并将一些实践操作问题与线上同学进行交流，让线上学生与线下同学相互探讨共同完成实验操作任务。通过多场景实验教学模式开展，极大丰富了线上同学学习方法，增强了线上同学与线下学习交流互动，大大促进了实验课程教学质量。

图1：多场景线上实验教学模式

图2：多种网络平台的线上线下交流互动平台

2 线上与线下交流互动教学

考虑到线上同学在实验课程学习中无法直接操作设备，避免实验学习过程中过于单调而缺乏学习积极性。在本实验课程线上线下混合教学过程中，充分考虑了线上与线下交流互动的方法及相关实施，分别包括：线上同学与教师交流互动，线下同学与教师交流互动，线上同学与线下同学交流互动。随着现在网络技术发展，单一的网络软件平台都有自己的特色和局限性，因此，为有效实施线上线下交流互动教学开展，本实验课程借助于远程会议如腾讯会议或welink视频对话，微信交流平台及QQ远程控制等多种网络技术途径，打破线上同学与线下同学的空间距离，实现身临其境的线上与线下交流互动感受。

其中线上同学与教师互动，是保证线上同学学习质量的重要一环。与以往线下授课不同，线上授课教师无法实时看到线上同学学习状态，当线上同学在有些问题没有听懂的情况下，非常容易产生懈怠或去做其他与课程无关的事情，这需要教师实时掌握学生学习动态，调整实验课程进度及教学方法来保证整个教学质量。随着目前互联网技术发展，如腾旭会议的屏幕共享，视频语音通话，微信的多人会谈模式，QQ的远程协助功能的丰富，给教师与线上同学共同学习交流互动提供了多样的技术保证。教师可以随时通过视频语音与线上同学进行相关问题进行探讨；如果学生遇到《机械测控综合实验》中复杂程序问题，教师可以通过电脑屏幕共享功能或QQ远程协助（teamview，向日葵远程等其他远程协助软件）对线上同学问题进行无距离查看和讲解，或者通过微信工具开启多人会谈模式，将一些共有的问题进行多人探讨交流。

表1：线上线下混合教学综合评价体系

根据线上线下混合教学模式，教师也要充分考虑与线下同学的交流，基于上述多场景的布局，教师与线下同学的交流互动会同步传输给线上同学，从而使线上同学可以随时了解线下同学遇到的问题及解决办法，所以教师在与线下同学交流互动的时候要充分考虑线上同学的学习效果，特别是操作一些测控软件的时候要比以往线下交流速度要慢一些，让线上同学有充足的反应时间学习。在教师指导线下学生提出的问题时，要充分利用实验室环境全景、实验讲解及程序演示场景和实验设备操作近景环节，保证线上同学同步学习过程。

由于线上线下混合教学过程中，线上同学的数量远远大于以往正常线下授课的人数，这也导致教师无法在短时间内与所有线上同学进行同时交流互动，而线下同学因为教师与线上同学沟通交流而比正常实验课程空余时间多很多，所以应增加线上与线下同学之间交流互动，来弥补教师与线上同学交流不足，同时也能保证线下同学更全面深入与线上同学学习交流。如果线上同学对于一般难度不大的问题或关于现场实验仪器操作的简单问题，就可以不同网络平台与线下同学取得联系并针对相关问题进行交流和探讨，大大提高线下同学的学习兴趣，也同时缓解教师与线上同学之间交流互动的压力。

3 实验方案结果远程验证与线下协助

根据《机械测控综合实验》课程特点，学生主要工作是测试程序方案设计、程序编写及程序结果实验验证，还有部分工作是将传感器与测试设备的连接。其中程序方案设计和程序编写，线上同学可以在自己电脑上完成，而程序结果验证往往需要与线下设备进行连接后才能进行，这个程序结果验证工作对线上同学提出了很大挑战。作为实验教学课程一个重要环节，将实验设计方案结果进行实验验证是保证线上同学教学质量，顺利完成相关实验任务的关键。

针对程序结果验证这一难题，我们提出了利用QQ远程协助平台，把线上同学做好的案例程序远程安装到线下同学的实验设备计算机中进行远程运行验证，而相关传感器与实验设备连接工作则由线下同学协助完成的模式。借助于上述提到多场景教学平台及线上线下交流互动平台来完善相关远程验证中的一些问题，如线上同学将设计完成的温度采集控制软件通过QQ远程协助下载到要执行相关实验验证的线下计算机上，线上同学可以通过远程方式控制操作线下计算机程序来进行各种操作，于此同时可能涉及硬件传感器及采集设备的调试工作，这就需要线上同学与线下同学进行沟通交流，相关硬件操作需要线下同学协助完成，同时线上同学可借助多场景模式来观察学习线下同学具体操作过程，最大程度上学习掌握整个实验过程。

通过上述过程可以看出，实验方案结果远程验证过程是整个实验过程的核心，需要线上同学借助远程协助平台进行远程验证，同时需要线下同学进行线下传感器硬件协助，线上同学利用上述多场景平台观察整个线下操作过程，遇到相关技术问题需要利用线上线下交流互动。这个过程的完成充分发挥网络技术的优势，同时需要线下同学和教师的密切配合才能有效将线上同学的各项实验任务圆满完成。

4 线上线下混合教学综合评价体系

我校《机械测控综合实验》是一门独立学分课程共有2个学分，线上线下同学经过这门课程学习需要了解掌握各种传感器使用及信号测试方法，对于建立线上线下混合教学综合评价体系对体现学生学习效果的重要措施。以往传统教学模式，教师往往需要在课堂上根据每个同学的态度及实验过程表现可以给出相应比例的平时成绩，再根据学生提交的实验报告给出相应的报告成绩，然后根据平时成绩与报告成绩所占比例汇总计算出最后的课程总成绩。而随着疫情爆发而导致实验课程线上线下混合教学模式的开展，对以往传统教学评价体系提出了很多挑战甚至有些环节不再适用，如线上授课时候教师无法观察到每个学生实时听课的状态及在任务方案设计及实时过程的细节，这需要线上授课过程中教师需要使用更加科学完善的教学综合评价方法。

针对线上线下混合实验教学过程中所遇到各种问题，本课程综合评价方式及成绩比例如下表1所示，其中与以往传统教学模式不同之处在于更注重过程考核，主要包括出勤、课堂表现、回答问题、团队合作。出勤考核我们利用网络大数据技术对线上同学学习过程进行多源数据融合，数据处理分析线上同学有效学习时间而不只是网上签到，考虑线上同学学习过程中可能离开或者没有专注课堂学习，网络大数据技术可有效解决线上同学出勤考核问题。课堂表现主要通过教师抽查线上同学实验方案设计，程序编写及实验结果远程验证等过程表现进行综合打分。回答问题则主要是教师针对线上同学提出不同问题进行随机提问，再根据线上或线下同学回答问题情况进行打分。团队合作是考核线上线下互动交流的重要指标，这主要取决于线上线下分组合作过程中对相关实验方案的讨论设计、方案实施及结果验证，特别是遇到各种线上线下问题时团队合作解决问题的能力。最后一项是实验报告，与传统教学模式不同，线上线下混合教学过程中的实验报告全部是以电子版形式上交，考虑到线上线下混合教学过程中，更多学习资源的共享及分组同学共同完成同一项工作任务，同学在完成实验报告过程中存在部分内容相同的情况，实验报告成绩占总比分30%，低于传统教学模式。

通过开展线上线下混合教学综合评价体系建设，有助于教师和学生了解课堂的学习情况，对过程化教学模式加强，更加注重线上线下同学学习过程中遇到的各种实际问题，建立线上线下学生共同学习动态的反馈机制，保证整个实验课程正常开展及达到预期教学效果。基于大数据网络化管理及资源共享平台，教师和教学管理部门可根据线上线下混合教学过程中遇到的问题给予过程性干预，实施精细化管理，提高教学质量和教学管理整体水平。

5 总结

随着网络通信技术的发展，以往传统线下教学模式逐渐向线上教学进行发展，线下线上混合教学改革势在必行；而互联网与云计算技术为新时代教学改革提供了平台保障，进一步推动了线下线上混合教学模式的发展进程。针对我校《机械测控综合实验》实验课程涉及传感器设备仪器特点，无法简单按照理论课程线上授课方式，我们开展了该实验课程线上线下混合教学模式实践，利用现代网络科技与传统教学互补的方式进行探索，取得了很好的实验教学效果。

该实验课程开展过程特色主要有：（1）利用多场景教学模式拉近线下与线上教学之间的空间距离，使线上同学可以实时了解线下教学过程及实验设备操作及演示过程。（2）基于多种互联网技术平台开展线下线上互动交流，使线上同学与教师及线下同学针对关心的问题和难点进行互动探讨，增加彼此学习积极性，可极大促进实验教学效果。（3）实验方案结果远程验证是本次课程的一大亮点，基于远程协助平台和线下同学协助，线上同学可以远程完成相关软件调试及验证工作，为该实验课程顺利开展打下了坚实基础。（4）建设线上线下混合教学综合评价体系，对过程化教学模式加强，更加注重线上线下同学学习过程中遇到的各种实际问题，建立线上线下学生共同学习动态的反馈机制，保证整个实验课程正常开展及达到预期教学效果。

通过上述线上线下混合教学模式及各种教学方法实践，顺利完成该《机械测控综合实验》的实验课程开展，线上同学能通过互联网平台克服各种线上教学遇到的实际问题，课堂反应积极和对课程满意度高，借助于互联网大数据学习平台可顺利完成涉及多种实验设备及复杂实验过程的教学任务，对提高相关实验课程在线教学质量具有重要意义。