新工科背景下混合式教学模式的构建与实施

宋土顺，王福生，董桂玉

(华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063210)

引言

我国工程教育为经济发展，社会进步和民族复兴作出了巨大贡献[1]，改革开放以来中国工程教育走过了40多年的发展历程，经历了从恢复调整，调整发展，规模扩张到质量提升四个阶段，这使我国在建设工程教育强国的道路上迈出了坚实的步伐。21世纪以来世界科技革命和产业变革的加速发展以及国内产业结构调整、转型环境下的创新驱动发展战略、“一带一路”以及京津冀一体化等重大战略的发展，迫切需要地方高校对区域经济发展和产业转型升级发挥重要的支撑作用[2-3]。建设新工科能超前地为行业远景发展培养出急需优秀的科技人才[4-5]，这是美丽中国建设发展对高等教育提出的内在要求。随着大数据、人工智能和云计算等新领域技术的发展，教育部制定和颁布的系列重要举措逐步纳入建设和发展的日程，旨在把我国从工程教育大国建设为工程教育强国[1]，传统的理工科专业面临新的挑战和机遇[6]。因此，在2017年以来，国家推进新工科建设，形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，积极探索工程教育的中国模式和经验，提出新工科建设计划。高等教育培养具有家国情怀、创新能力和学科交叉融合能力的复合型高素质应用型人才，探索培养模式创新[7]成为新工科建设发展的目标。

随着高等院校教学资源日益丰富，核心课程推行教学改革[2,6]，特别是融合PBL和混合式教学法的课程教学[8-10]，将使学生建构起宽厚而灵活的知识基础，提高培养质量，这对支撑服务美丽中国建设具有重要的实际意义。

一、混合式教学模式的构建

(一)研究和实践基础

20世纪50年代开始在医学教学中运用PBL教学法[8]，通过问题导向，这种教学法有利于现实问题的解决，是最初通过事实教育以学生为中心的教学方式，迅速在全球医学院校中普及[11]。在20世纪美国医学界发现学生在学习过程中需掌握的基础内容多、负担重，弱化了实践能力的培养，1969年，美国的神经病学教授Barrows创立了PBL教学模式[12]，实施学生自学与导师指导相结合的小组教学法，通过在问题情景中设置学习的主要内容，引导学生在分析问题的同时掌握相应的知识点，调动学生的形象思维和逻辑思维，提高学生分析、和解决问题的能力。近年来，教学模式改革在得了较快的发展。

新工科背景下，我国部分院校在课程的教学中开展了基于PBL教学的混合式教学模式实践运用[7,9,13]，王越等(2020)、李宁等(2018)从学生课堂表现、师生互动和创新能力等方面均取得了较好的效果。为满足应用型专业人才培养需求，强化基础教学、科研反哺教学和强调以学生为中心，重视实践能力和业务技能的培养。

(二)当前教学现状

当前高等教育延用传统的以讲授为基础的教学模式较多。传统教学模式是以教师为中心、以理论和实践讲授为主体，有利于系统、完善和全面的讲解基础理论知识，但弱化了学生的个体差异性[2]，学生的形象思维和逻辑思维得不到充分训练，从而导致学生毕业后难以有效地利用所学知识去联系实际，难以适应当前社会信息高速发展对人才培养的需求。在2018年高教40条背景下，各高校积极探索小班授课模式和推进教学改革，推动课堂教学革命[4-5]，在授课过程中主要采用讲授法，混合式教学法，翻转课堂和PBL教学法等，其中混合式授课的优点：①在课堂教学中学生由被动变为主动。②讨论和交流在课堂上得到充分实施。③学生在教师的指导下，达到自主和探究性的学习，充分发挥以学生为主体的教学模式。④通过资料收集，在线学习，学生有机会质疑、表达自己的独立见解，有利于学生综合素质的提高。

因此，坚持“以本为本”，推进“四个回归”，实践“以学生为中心”的教育理念，深化高等教育课程教学改革具有重要的实际意义。

(三)构建混合式教学模式

1.混合式教学法在实践中的实施路径

混合式教学模式在新工科(理科+工科+新的要求=新工科)背景下，依托课程开展课程资源建设和研究型学习建设。基于PBL教学法的混合式教学要素在于以学生为中心、以网络资源建设为平台、以小组为形式、以探究为基础的学习策略[12]。通过实践，总结混合式教学法的实施路径包括：提出问题→在线查阅资料或观察现象→在学习中分析问题→查找资料，对问题进行分解→提出研究方法→课堂讨论→提出问题解决方案，在教学过程中达成教学目标，在实施过程中开展形象思维和逻辑思维的综合训练。

2.教学设计

图1 基于PBL教学法的混合式教学设计

在新工科背景下，培养新时代创新型人才，形象思维和逻辑思维的培养显得优为重要，同时注重学生自主学习的能力提升。在教学过程中开展教学法改革，在互联网平台下，通过引入教学实践和案例，提升学生专业认识和主动学习的兴趣。在基于PBL教学法的混合式教学设计中“以学生为主体”，围绕课程教学目标和教学任务实施，注重学生学习的个体差异，优化线上和线下教学资源，制定教学实施计划，采用多元化方式开展教学和考核，形成教学过程闭环，提升学生学习效果。通过系统分析，将基于PBL教学法的混合式教学设计归纳为(图1)：明确教学目标、确定教学内容、教学方法确定、教学过程设计和教学评价与反思。在线上和线下教学过程中，注重学生自学能力的培养和逻辑思维的训练，通过教师补充讲解和分析共性问题，完成对课堂教学的引导和组织，有效地提升学生的学习主动性和创造力。

3.混合式教学法与学校网络教学平台建设的有机融合

随着网络信息基础设施的建设和完善，为混合式教学模式的实施提供了有利契机，扩展课程内容，将课程领域与研究最新进展及社会需求紧密结合，丰富网络资源，建设良好的线上和线下资源尤为重要。通过学习通和网络教学综合平台等教学平台进行课程资源建设，包括课程教案、课程PPT、教学视频、教材及参考书、课外视频、研究型学习和试题库建设等。通过在线平台开展辅导答疑，鼓励学生多提问，互相交流和探讨。在线上和线下教学期间能有效及时的解决学生普遍存在的问题，提升教学效果。

三、混合式教学模式的实施

2020年在教育部的号召和领导下，全国各高校开展了一场“线上”的教学活动，在教学平台开展直播教学，在线讨论、在线指导等，在线下开展课堂授课，通过线上+线下模式开展教学，以资源勘查工程专业沉积学必修课程为例组织实施。

(一)实施情况

资源勘查工程专业共计2个班，1班21人，2班17人，在1班教学过程中通过超星直播间、腾讯会议室和线下课堂开展混合式教学。将改革班学生分成若干学习小组，小组成员中设置组长，组长对团队同学进行分工和督学，每位同学可按照自己的时间通过在线平台开展探究性学习。

1.课前环节

基于PBL教学法的混合式教学模式核心要素是以学生为中心、以问题为平台、以小组为形式，在解决问题的过程中获取知识的过程。教师通过学情分析，进行教学设计，编写教学案例，丰富在线资源，在了解学生学习进度和个体差异的基础上，利用“网络教学综合平台”发布研究性学习任务(表1)同时向学生说明需要注意的问题。

表1 基于PBL教学法的混合式教学模式实施案例

2.课中环节

课中环节以在线互动平台作为交流的方式，通过在线讨论，教师对在线学习要求进行布置，对课程设计的问题进行初步分析。各组学生在教师的引导下进行发言，充分调动学生的形象思维，发表各自的观点，分解问题、提出方法和建立假设。在线下环节中，学生通过中国知网和网络教学综合平台等方式收集素材，查阅相关资料，分析学习问题，论证课中所建立的假设，培养学生的逻辑思维能力。组织线下交流和讨论，通过课堂讨论，分享学习成果。

3.课后环节

在课后总结学习成果，建立完整的研究背景、现状分析、研究方法和论点论据材料，同时通过网络教学综合平台分享学习成果。

4.学习效果评价

学习效果评价是基于混合式理念教学的重要内容之一。在评价过程中考查学生教学个人评价、小组评价和自主进入课程学习网络资源评价。

(1)个人评价。通过自主学习、问题的讨论、项目实践、在线学习积分，对学生学习情况有一个正确的评价，特别是对于学生在小组项目实践过程中发挥的作用以及实践效果，有一个更清楚的认识和了解。

(2)小组评价。在小组讨论和分享过程中，每组成员根据总结的素材进行小组交流，小组成员根据素材的合理性、完整性、规范性和表达的准确性进行评价，实现在小组内的评价过程。

(3)学习课程网络资源评价。根据在线课程的建设、教学统计数据(图2、图3)及参加在线直播课程，对学生自主进入课程学习网络资源进行价。综合教学平台提供的教学数据作为评估依据，进行多方位考核，与学生进行沟通，获取教学情况的反馈，从而保证对教学质量评估的公平性。2020年在线教学统计数据表明：学生自主进入课堂频率较高，在线阅读资源时间长，能及时阅读通知、参与讨论和提交作业。

图2 阅读资源和在线时长统计直方图 图3 进入课程、上交作业等统计直方图

5.课程反思

通过对当前课堂学习效果的分析，梳理出当前课堂教学和考核中存在的问题，结合基于PBL教学法的混合式教学模式运用，开展线上和线下课程教学建设和改革，增加文档、音频、视频和主题等线上素材，线下开展以问题为导向的教学和互动研讨授课方式，改革多元化的考核方式，培养学生主动学习意识与自主学习能力，增强学生的学习兴趣。通过课程实施表明，基于PBL教学法的混合式教学模式能够满足课程教学目标的要求，又能提升学生的知识获取能力，强化学习效果。

(二)教改班和自然班对比分析

对资源勘查工程专业2个班的平时成绩、期末考试成绩和总成绩情况进行对比统计分析。

1.平时成绩对比

18地1和18地2平时成绩分布直方图(图4)表明：PBL教学法改革班在课堂出勤、课堂提问(互动)、网络资源学习、课程作业和随堂测验方面优于自然教学班。

2.期末成绩对比

18地1和18地2期末成绩分布直方图(图5)表明：PBL教学法改革班在期末成绩优秀比例和期末平均成绩方面优于自然教学班。

图4 沉积学课程平时成绩分数段人数百分比直方图

3.总成绩对比

18地1和18地2总成绩分布直方图(图6)表明：PBL教学法改革班在总成绩优秀比例方面优于自然教学班。

图5 沉积学课程期末成绩分数段人数百分比直方图

4.实施结果分析

基于PBL教学法的混合式教学模式运用，开展线上和线下课程教学建设和实施，构建教学目标、教学内容、教学教学设计和教学评价模式模式，通过线上与线下结合，改革班与普通班教学效果对比表明：教学改革班学生在课程参与度、专业能力、知识积累和专业技能等方面有显著提升。混合式教学模式能够满足当前既定的教学目标要求，受到学生的欢迎和肯定，增强学生的知识获取能力，提升学习效果。

图6 沉积学课程总成绩分数段人数百分比直方图

四、推广价值

立足于“厚基础、宽口径”应用型专业人才培养需求，践行以“学生为主体、学为主、学习效果为目标”的教学理念，强化基础教学、科研反哺教学和强调以学生为中心，围绕线上和线下开展混合式教学改革，构建教学目标、教学内容、教学教学设计和教学评价模式，在课程实施中学生课程参与度、专业能力、知识积累和专业技能等方面有显著提升。因此混合式教学模式的构建对完善创新人才培养教学模式具有重要意义。

五、结论

通过梳理当前课堂教学中存在的问题，开展以问题为导向的教学和互动研讨授课方式研究，构建基于PBL教学法的混合式教学模式，培养学生自主学习能力，增强学生的专业学习兴趣。实践表明，混合式教学模式能够满足当前既定的教学目标要求，受到学生的欢迎和肯定，在课程实施中学生课程参与度、专业能力、知识积累和专业技能等方面有显著提升，增强学生的知识获取能力，提升学习效果。混合式教学模式的构建对完善创新人才培养教学模式具有重要意义。