试验设计与数据处理课程混合式教学改革和实践

薛长国，闵凡飞

(安徽理工大学 材料科学与工程学院，安徽 淮南232001)

传统课堂教学以教师讲授为主，教师讲授知识和学生听课是整个课堂教学的重点和中心。这样的教学过程中，教师对学生的教学实施，是一种单向的“培养”活动。课堂上教师的教和学生的学主要的工作是完成教案中所设计好的教学内容，以教定学，以本为本，教路单一，不能实时和学生互动。传统的教学方式通过注入式等的教学方式向学生输入知识而忽视了对学生实践能力的培养[1-2]。

伴随着教学理念提升和信息化技术的进步和发展，不断涌现的教学新模式已经深刻地影响着课堂教学的开展和效果。“混合式教学模式”已经成为课堂教学的热门，这种模式整合了线上教育与线下课堂教学各自的优势，使授课教师能够因材施教，对不同专业的学生可以进行分类教学或者远程授课[3-5]。本文在线上和线下混合式教学的基础上，进行了基于超星泛雅平台的试验设计与数据处理的混合式教学模式的探索与研究。以课堂教学和网络教学的混合教学为主，以学生为中心，主要开展材料试验的优化设计、材料数据的正交试验的数据分析、回归分析和用Excel处理实验数据等内容，以提高学生分析问题和解决实际问题的能力。

1 传统课堂教学中存在的问题

授课模式主要是以教师讲课过程为中心，“填鸭式”的教学模式，学生在整个教学课堂中处于被动的地位，难以与当前学生培养方向相适应，无法达到理想的教学目标；在传统教学模式中，不注重过程性考核，学生在课程考试中突击复习几天，依旧是60分万岁的理念，学生的能力无法提升。课程内容过于陈旧，一些新的实验方法都没有及时传授给学生，新的知识不及时更新，会导致学生学习知识片面化。如何提高听课学生的积极性、主动性和参与性，教师要充分发挥指引和协助的作用，建立师生间有效的双向链接，提升教学效果。对于学生来讲，如何能更好地利用“碎片化”的空闲时间进行消化、吸收和巩固课上知识，传统教学模式中理论知识往往缺少一些实际的教学案例做支持，也使得学生解决实际问题的能力即创新能力得不到培养和提高。

2 课程内容与资源建设及应用情况

针对通常课堂教学存在的问题，利用超星学习通教学平台和课堂教学结合起来，进行“试验设计与数据处理”课程的混合式课堂的实施。利用教学平台和大数据技术拓展“教”的范围与“学”的时间，不断修正课堂教学的不足和问题。利用超星网络平台开展线上互动教学，选择基于“建设课程、发布通知、在线学习、作业测试、交互答疑、督导督学”的超星“六步教学方法”[6-7]。课堂教学中通过采用实时选人回答、抢答、多屏互动、主题讨论等诸多功能以及体验式教学活动，既活跃了课堂气氛，又提高了课堂的趣味性，激发了学生学习的积极性和创造性[7]。

3 课程教学内容及组织实施情况

3.1 学情分析

授课教师首先要根据不同专业的教学对象进行课程前期准备工作，明确教学目标，并对试验设计与数据处理的教学内容设计出针对性强和参与程度高的教学资源。基于超星平台在线课程授课方式的方便灵活性，改变了传统单一的授课模式，提高了听课学生的学习兴趣。

3.2 教学设计

教学设计包括课程教学内容梳理和设计及教学过程具体组织方法和形式。设计和实施混合式教学模式中所需要的教学资源，包括课程的教学大纲教学计划、课程课件、作业题以及每个单元的微视频和拓展资源等。针对不同专业的学生，采用不同教学案例进行数据处理内容的体验式教学。为学生自主学习和课外拓展提供了丰富的资料，满足了课程理论教学和实践教学的需求，教学团队已经利用超星平台上传了教学大纲、课件、视频、教材等线上教学资料，为深入开展线上教学奠定了基础。详见图1。

图1 线上线下混合式教学模式设计

(1)发掘专业课中的思政元素。在讲述试验设计历史时，以中国科学院数学与系统科学研究院王元院士和方开泰研究员于1978年根据七机部三院的三个不同型号的导弹的指挥仪数学模型的要求而首创的试验设计方法均匀实验为例。该方法多年来在我国航天工业产学研中起到了重大的作用, 因此获1988年国家科技进步特等奖，目前在中国知网以“均匀设计”为关键词进行搜索，就有9 738条相关结果。思政元素的渗入，增强学生的民族自豪感，也让学生拓宽视野。

(2)创新方法与实践教学、专业竞赛活动融合，实现“竞争式”学习过程。这样可有效提升学生参与大学生课外科技创新活动的热情，积极参加大学生课外科技竞赛活动、专业竞赛活动融合可作为创新教育在实践体验性教学案例。以此为基础，实现学生的“竞争性”学习过程，并有效培养其综合素质。

(3)建立体验式教学案例。在课堂上建立基于一系列的教学演示仪测量案例的教学案例。利用接触角教学演示仪进行润湿性的检测，在课堂上得到接触角数据，并建立不同实验案例下接触角指标和材料影响因素的关系。实现对试验设计与数据处理的教学中实践教学和参与式教学；建立上述教学案例的教学演示程序，从而使教学更好地和实践相结合，满足对材料专业人才日益增长的要求。

(4)教学评价以过程性考核为重点。过程性评价指利用超星泛雅平台收集的大数据进行学生在线学习情况的统计和分析，如课程视频观看时长、讨论参与次数、作业完成质量和课堂互动情况等。成绩考核采用线上与线下相结合的方式，其中线上考核占50%，线下考核占50%。线上考核50%包括作业20%、签到10%、课程音视频5%、章节学习10%和讨论5%，可以根据上课时候侧重点重新选取权重。重视过程的考核方式有效地督促学生自主学习，很好地激发学生积极的参与课堂讨论学习热情，课堂气氛活跃度较高，课后作业完成率较高等。

4 教学效果

以在2017资源循环专业班级使用混合式教学模式、2016级资源循环专业班级使用传统教学模式为例。两种教学模式的期末学生成绩对比如图2，采用混合式教学模式的班级成绩优秀和良好率大幅度提升。说明在使用线上线下混合教学方法后，学生参与度、学习积极性和实际数据分析处理能力均有一定程度提高。

图2 混合式教学模式(2017级)和传统教学模式(2016级)之学生期末成绩对比

将TRIZ创新方法应用于混合教学模式后，所带专业班级学生获得了2019年国家挑战杯大赛三等奖和2020年第九届中国大学生创业计划竞赛铜奖，显示本专业学生的创新和创业能力得到了一定的提高。课程改革实施过程中获得了教育部产学合作协同育人项目，安徽省高等学校省级重点教学研究项目，安徽理工大学一流本科课程建设项目等诸多项目的支持。教学团队基于此课程建设项目获得了安徽省教学成果奖三等奖3项，获得了同行专家的认可。

5 结语

采用线上线下混合式教学方法，可以有效地将超星平台的线上丰富的课程资源和线下面对面的讲授相融合。在线学习和做相应习题使学生可以有效利用碎片化时间进行课程学习，通过布置作业、讨论等活动的开展，有效地提高了学生自学在线知识的兴趣。与传统的授课模式相比，教学资源更加丰富，明显提高了学习效率。通过该课程学习，学生具备独立完成科学研究试验方案设计的能力，具有结合专业知识对数据进行统计分析的能力。