非全日制研究生线上线下混合式教学模式研究

张宏伟，王新环，荆鹏辉

（河南理工大学 电气工程与自动化学院，河南 焦作454003）

0 引言

非全日制研究生教育是我国研究生教育的重要组成部分。发展非全日制研究生教育，是促进我国学习型社会建设、构建服务全民终身学习教育体系的重要举措，有利于加快培养高层次创新型、复合型、应用型人才［1～2］。为推进全日制和非全日制研究生教育协调发展，加强规范管理，2016年教育部办公厅印发《关于统筹全日制和非全日制研究生管理工作的通知》，明确自2017年起，全日制和非全日制研究生由国家统一下达招生计划，考试招生执行相同的政策和标准，培养质量坚持同一要求，学历学位证书具有同等法律地位和相同效力。

尽管考研竞争日趋激烈，但非全日制专业研究生却面临生源不足的问题。究其原因，主要是担心毕业后非全日制文凭不被就业单位认可。目前，非全日制研究生就业歧视问题确实存在，不少用人单位仍将非全日制研究生拒之门外［2～3］。2020年2月教育部办公厅等五部门发布《关于进一步做好非全日制研究生就业工作的通知》，明确要求各级公务员招录、事业单位及国有企业公开招聘要根据岗位需求合理制定招聘条件，对不同教育形式的研究生提供平等就业机会。

非全日制研究生遭歧视并非没有缘由。目前非全日制研究生收费普遍高于全日制，受早期在职研究生的影响，非全日制研究生无形中被打上质量低的标签，甚至不乏掏钱就能拿学位的说法［3］。要改变这种现状，除了改变公众刻板印象之外，也需要正视当下非全日制研究生教育中存在的问题［4～5］。

（1）部分院校的非全日制研究生培养方案基本上是参照全日制培养方案来制订的，缺少针对非全日制研究生特点的课程，大多数非全日制研究生教育仍以理论讲解为主，缺少实践性环节。培养质量难以保障。

（2）工作和学习时间难以统筹兼顾。由于非全日制研究生大多有工作，工作与学习时间不好协调，大多数高校采取集中授课学方式。集中授课学生一周要学完6、7门课程学习，一天要上10多个小时的课程。教师为了赶进度，压缩学时；学生课程多，没法及时消化吸收，教学质量难以保证。

1 “互联网+”对教育产生的影响

随着网络技术和移动通信的迅速发展，高等教育正面临着新的问题和挑战。“十三五”对我国教育信息化进行了明确的规划，要求在“互联网+”的时代背景下深化高等教育领域的综合改革，创新教育教学方式。“互联网+教育”是以移动通信、云计算、大数据和人工智能为代表的新一代网络信息技术与教育领域相结合的新型教育模式，以新形态的互联网来推动传统教育行业的改革和发展。“互联网+”对教育产生的影响主要体现在以下几方面［6～9］：

1）知识获取方式发生了深刻变化

随着互联网、大数据时代的到来，人们获取知识的方式发生了根本性变化，越来越多的学生习惯利用电脑、平板、智能手机等移动终端设备从互联网搜索自己喜欢的文章和视频学习，网络信息化的普及使得知识的获取不再受时间和空间的制约，知识获取方式更加多样，途径更加便捷。在线学习成为一种新的学习方式，以慕课MOOC（Massive Open Online Courses）为代表的在线教育模式是“互联网+教育”的产物，它打破了传统教育的时空界限，颠覆了传统大学课堂教与学的方式，对高等教育产生了深刻影响。

2）课堂教学形式发生变化

随着移动互联网技术的迅速发展，以“雨课堂”、“蓝墨云班课”为代表移动环境下智慧教学平台越来越多地被用于课堂教学，通过智慧教学工具的应用，可以实现在线考勤、课程讨论、课堂测验、作业提交，可以增加课堂教学的师生互动，及时了解学生成效，使教师更关注于教学，有助于提升课堂效率。

3）实验教学模式发生变化

传统的实验教学需要学生到实验室，利用实验设备开展实验，现有实验设备体积大、功能单一，无法满足多样化教学需求。虚拟仿真技术具有投资少、安全性高、拓展性强等优点，不受时间空间限制。通过虚拟仿真技术开展实验教学，不仅可以延伸实验教学时间和空间，还可以拓展实验教学内容广度和深度、节省实验成本，是提升实验教学质量和水平的重要举措。

2 线上线下混合式教学方法

2.1 在线教学的特点

在信息技术和移动通信普及的互联网时代，人们对个性化、多样化、终身化学习需求日益增加，在线学习成为一种新的学习方式，在线教学具有以下优点［6～9］：

（1）打破了学习的时空界限。非全日制专业硕士采取非脱产方式学习，由于工作单位不同，工作性质不同，学生层次复杂多样，在线课程教学模式打破了传统学习的时空界限，可以让学生更加自由的接受教育，组织学习。

（2）教学资源丰富，学习形式多样。相比传统课堂教学，在线教学可以充分发挥教师和学生的自主性，教学内容、教学资源更加丰富，学习形式更加多样，更能充分体现学生作为学习主体的主动性、积极性与创造性，满足个性化学习需求。

为更好地推进工程类专业学位研究生教育在线课程建设项目和混合式教学模式的实施，在教育部在线教育研究中心的支持下，全国工程专业学位研究生教育指导委员会与北京慕华信息科技有限公司（学堂在线）结成在线教育合作伙伴，在“学堂在线”平台上为教指委免费提供“全国工程类专业学位研究生在线课程公共平台”，包括在线课程、在线讲座和教辅资源三类。2019年，我校四门课程获得在线课程和教辅资源立项建设。

2.2 在线教学存在的问题

优质的学习资源并不等同于有效的学习。学习资源需要与教学内容和教学目标密切关联，需要与学习者的身心特征相匹配，才能够有效促进学习［6］。在线课程建设周期长，成本高、难度大。完全网上在线学习模式缺乏教师的主导与监管，缺少教师与学生之间的互动，无法感受到教师现场教学的“气场”，教学效果不如线下传统课堂授课或者网络直播授课。直播授课能够与学生直接交流，更接近传统教学，老师更容易发挥出水平，学生更能集中注意力。

2.3 线上线下混合式教学途径

针对非全日制专业硕士研究生的特点，我们提出了“线上”（网络直播、录播）+“线下”（实验、辅导）+“线上线下”深度讨论的混合式教学模式。

通过对“现代电气控制技术”教学的实践，我们以为线上线下混合式教学模式优于在线开放课程教学模式。线上线下混合式教学（Blended teaching）是一种新型教学模式，它结合了在线教学和课堂教学的优点［8～9］。

开展混合教学的最终目的不是仅仅建设几门数字化的在线课程，也不是去开展花样翻新的教学活动，而是提升学生的学习成效。“线上+线下”混合式教学模式既不是完全让教师把课堂教学转移到网络上，也不是“线上”与“线下”的简单机械相加，而是通过任务驱动、线上自主学习、项目协作、重难点任务解决、线上线下深度讨论、过程性考核等方式，将传统的以“教师课堂讲授为主”的模式向以“学生自主学习为主”模式的转变，提高学生自主学习的能力和兴趣，锻炼学生独立思考的能力，使其养成良好的学习习惯，从而取得最优的学习成效。

线上的资源是开展混合式教学的前提，线上的资源要丰富多样，追求实效。不仅包含课程录像，还应结合专业硕士研究生的特点，增加设备手册、工程案例、等数字化资源。在线课程录像建设不要盲目追求高大上。专业化的课堂录播制作周期长、投资大、技术难度高，可以借助“录屏软件”或“腾讯课堂”录播功能，在直播授课的同时实现录屏录像，既简单有方便。后期还可以利用编辑软件对视频进行编辑调整，基本上能够满足在线课程的录制和编辑的需求。

2.4 线上线下混合式教学互动方法

线上线下混合式教学过程中，师生互动至关重要，积极有效的师生互动不仅可以了解学生动态，提高学习成效，也有助于培养学生的创造性思维和能力［8～9］。

线上线下混合式教学的互动可以采用视频直播、网络会议、课下讨论交流等多种方式。在直播授课过程中，采取启发式教学，引导学生利用熟悉的知识得出新知识、新方法。通过随堂提问、即时练习，可以及时掌握学生对知识的理解程度，提高学生的注意力，减少学生的视听疲劳，巩固、深化学生对新知识点的理解。

2.5 项目驱动案例教学法

项目驱动法案例教学法是基于探究性学习和协作学习的一种模式，它要求师生改变传统的观念和角色，充分发挥学生在学习中的主体作用和教师在教学中的组织、引导、促进、控制、咨询作用，将学生认为枯燥的知识转变为生动的学习内容［10］。

将项目驱动法应用于研究生课程教学，就是要结合实际工程案例项目，把所要讲授的基础知识和基本技能设计成多层次、多目标工程案例，引导学生掌握提出问题、分析问题和解决问题的方法，最终让学生通过自己的努力和教师的指导，完成设计任务，掌握基本原理及设计方法。

任务设计是项目驱动教学法的关键，首先应该确定项目设计案例。在案例的设计和顺序安排上，必须注意循序渐进，按照教学进度，关键环节要设计对应的课题任务。针对控制工程专业硕士研究生的特点，在“现代电气控制技术”教学过程中我们选取带式输送机控制系统、物料混合控制系统、通风机变频调速控制系统等典型工程案例，采用项目驱动教学法，减少集中讲解的时间，增加学生自主学习及在线交流环节，加强自学能力、自律能力和工程设计能力的训练。

3 基于虚拟仿真技术的实验教学

3.1 虚拟仿真实验教学的特点

专业学位研究生教育以专业实践为导向，重视实践和应用。教学内容要强调理论性与应用性课程的有机结合，突出案例分析和实践研究。目前专业硕士研究生的实践教学主要存在以下问题［10］：

（1）由于工矿系统结构复杂、成本高，在实验建立真实被控对象的实验装置难度较大。

（2）现有实验设备体积大，价格高，功能单一，无法满足多样化教学需求。

（3）学生无法充分掌握现代电气控制系统的设计方法，不能解决工程中的实际问题；教学与实际应用严重脱节，无法满足企业对高层次应用型人才的需求。

基于虚拟仿真技术的实验教学方法具有投资少、安全性高、拓展性强等优点，可以有效克服实体实验设备存在的局限，非常适合非全日制专业硕士研究生线下实验、实训，具有以下优势：

（1）节省实验成本。由于工矿控制系统结构复杂、成本高，在实验建立真实的被控对象实验装置难度较大。利用虚拟仿真技术，可以模拟现场工况，仿真PLC工作过程，节省实验成本。

（2）延伸实验教学时间和空间。企业出于效益、安全生产等因素考虑，学生难以参与真实项目的设计、调试。通过虚拟仿真实验系统，学生可以不依赖实验室，自由安排实验，完成程序设计、系统仿真，可以延伸实验教学时间和空间，提升课堂效率。

（3）拓展实验教学内容广度和深度。由于虚拟仿真实验不受真实系统的影响，可以解决特殊工况难以展现的实验，消除隐患，避免操作失误造成的损失，拓展实验教学的广度和深度。

3.2 电气控制虚拟仿真实验平台构建

PLC电气控制系统虚拟仿真平台结构如图1所示。主要由编程软件、仿真软件、和组态监控软件组成。

图1 PLC虚拟仿真平台结构

利用组态软件建立被控对象模型，以动画、曲线、图表等方式在线模拟实际的工业生产过程；利用编程软件学生可以完成PLC控制程序设计，结合PLCSIM仿真软件，可以模拟CPU工作，实现序下载、运行，完成PLC控制系统仿真调试。由于PLCSIM软件不支持OPC通信，利用NetToPLCsim网络接口软件，可以将本机网卡的IP地址102端口映射到PLCSIM，通过虚拟的计算机网络接口实现PLCSIM与组态王监控软件的网络通信，实现数据的读写［10］。

通过这种方法，不需要真实的PLC，仅利用一台电脑即可搭建一套PLC控制系统虚拟仿真实验平台，延伸实验教学时间和空间、拓展教学内容广度和深度、节省实验成本，满足学生随时随地学习需求。

（1）教学案例设计。“现代电气控制技术”课程教学案例体系结构如图2所示，由基础案例、综合案例、创新案例组成。

图2 “现代电气控制技术”课程案例体系

基础案例主要是本科课程相关知识，考虑学生专业背景、学校背景差异较大，有的没有学过PLC技术，因此，设计了部分基础案例，供学生课下自学完成。

创新案例要有一定的深度和综合性，要来源于生产建设、研究设计等工程实际，要注重理论与实践紧密结合，能使专业学位研究生通过案例的学习，理解和掌握课程涉及的知识原理并能在实际工作中正确应用。案例设计要结合学生认知规律，逐渐提升设计难度和复杂度。

（2）综合案例设计。以“工业以太网PLC远程监控系统设计”为例，介绍综合案例设计方法。任务要求如下：利用西门子PLC采集温度、流量数据，通过TCP/IP与远程监控计算机通信，在远程计算机上以曲线、动画的方式显示实时数据，并可以控制阀门开度，调节流量，系统结构如图3所示。

图3 远程监测系统结构图

涉及的知识点：PLC模拟量处理、工业网络通信、数字滤波、传感器信号检测、组态监控软件。

PLC采用西门子CPU 1214C，AI/AO采用6ES7234-4HE32-0XB0模拟输入/输出模块，该模块含有4×13位AI、2×14位AQ，支持4-20 mA电流、0-10 V电压信号。Pt100温度传感器采集温度数据，测量范围-150～420℃，经信号变送器输出4-20 mA，温度模块与PLC的接口电路如图4所示。

图4 模拟量模块接口电路原理图

通过标准化指令和缩放指令将将模拟量通道采样值转化为工程量温度数据，如图5，使用组态王设计人机界面，如图6所示。

图5 PLC温度采集程序

图6 组态王监控软件界面

（3）创新案例设计。以“煤矿主通风机在线监控系统设计”为例，介绍创新案例设计方法。主扇风机是煤矿的四大固定设备之一，担负着向井下输送新鲜空气，排出粉尘和污浊气流的重任。基于智能传感器、PLC、工业网络的通风机的远程无人监控系统是目前智能矿山建设的重要内容之一，基于PLC的煤矿主通风机在线监控系统组成结构如图7所示，监控界面如图8所示。

图7 通风机在线监控系统结构

图8 通风机监控系统界面

4 结语

本文根据非全日制研究生特点，积极应对现有培养过程中面临的问题，对提升非全日制研究生培养质量，提升社会声誉至关重要。利用互联网技术构建交互式学习教育环境，建立以学生为中心、以能力为导向、以教师为辅助的新型教育模式，借助“虚拟仿真技术”延伸实验教学时间和空间、拓展教学内容广度和深度，满足学生个性化、多样化、终身化学习需求。