基于“互联网+”的高校《过程控制》课程混合教学模式探讨
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作者:祝国强 张秀宇 孙灵芳 王建国 李静 张利辉 李志伟
摘要：针对高校《过程控制》课程，该研究提出了一种基于“互联网+”的线上、线下混合教学模式。该教学模式以“雨课堂”为载体，充分利用现有的MOOC教学资源，设计基于问题为导向PBL的《过程控制》n程教学方式。该教学模式打通了授课教师-学生-网络资源的联系通道，从课前教学准备、课中互动交流和课后巩固提升三个阶段实施教学过程，从而实现以最低成本、最大限度地发挥面对面教学和在线学习结合的双重优势，有效地完成知识的内化和固化，有利于提高学生学习效果，增强学习信心，促进教师与学生的沟通，提高教学效果。
关键词：互联网+；过程控制；雨课堂；混合式教学
中图分类号：G642 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2022）30-0113-03
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
1 引言
“互联网+”是利用互联网技术的优势，将各个传统行业和互联网进行有机结合，赋予传统行业互联网的属性，在互联网层面进行更加快速、有序的发展。2015年全国“两会”期间，国家将“互联网+”列为国家战略，进一步推进了互联网思维进一步融入社会经济生活的各个方面，推动经济和社会形态不断地发生演变。高校教育和教学过程也与互联网结合越来越紧密，“互联网+”教育已不是单纯的教育技术变革，而成为联系教育过去、现在和未来的桥梁[1-3]。2016年，“中国制造2025”计划正式启动，将智能制造作为未来发展的重要方向，其目的在于通过智能化技术提高生产效率，创造更高的经济效益。自动控制技术专业人才是智能制造目标实现的前提和基础，但该方面人才短缺的现状限制了目标的实现，这为高校控制类课程的建设指明了改革方向[4]。
MOOC即慕课，是将学习者作为核心的一种创新教学方式[5-6]。在慕课平台上能够上传和下载各种网络课程资源，并且所有网络课程对外免费开放，被广泛地推广和应用在高等教育以及其他领域。MOOC汇集了国内外众多名校、名师的课程资料，数量和质量得到全面提升[7]。虽然MOOC资源丰富，种类繁多，但由于高校的行业背景存在巨大差异，MOOC中所涉及的例子和实践对象都具有明显行业特色[8-10]。比如东北电力大学自动化专业的《过程控制》课程，所面向的对象为热力发电厂的生产过程，涉及锅炉、汽包、汽轮机、发电机等发电设备，以及燃煤的化学能转化为高温高压的过热蒸汽进而推动汽轮机带动发电机产生电能这一生产过程。这对其他院校的学生来讲不合适，同样其他学校的MOOC课程也不能完全适合本校学生学习。因此、如何利用现有丰富的MOOC网络课程资源，同时考虑高校自身的行业特色，打造适合本校学生学习的课程学习方式是目前教学改革不可忽视的问题。
以问题为基础的学习法PBL（Problem-Based Leaning）于1969年由美国的神经病学教授Barrows在加拿大的麦克马斯特大学首创，强调以学生的主动学习为主，改变了传统教学中的以教师讲授为主的教学方式[11-14]。目前，包括我国在内的许多国家都将这种先进的教学方法应用到教学实践中[13-15]。采用PBL模式能够帮助学生树立中缺的学习观念，遇到问题之后对问题进行分析，寻找解决问题的方法，在学习的过程中提升学生的信息检索能力、思维能力、合作能力等，培养出能够真正学会思考，有创新意识的新时代大学生。BL教学案例的编写增加了不同学科的教师之间的联系，有利于基础知识和实践紧密结合，真正做到因材施教，教学相长。
自新冠肺炎疫情蔓延以来，对全球范围内的教育事业产生非常严重的影响，大多数中小学，高校不得不采取线上授课的方式，这也为教育事业发展带来新的“机遇”。在教育部“停课不停教、停课不停学”的号召下造就了全国范围内的在线教学盛况[16-17]。随着我国信息技术、网络技术等先进技术的推广和应用，线上教育便捷、多元等众多优势，使其成为新冠疫情期间最常用的教学方法。现阶段，雨课堂凭借其专业性、便利性、科学性的特点，在众多线上教学模式或者平台中脱颖而出，使得越来越多的高校加入其中。“雨课堂”实现了对课前-课上-课后教学全过程的动态学习数据的收集和分析[18-20]。可以贯穿教学的全过程，能够对课前预习数据进行全面采集，对课堂教学资料进行合理分析，对课后作业资料进行科学汇总，为实现精准教学奠定坚实的基础，最大限度地释放教与学的能量，推动混合式教学，形成全方位评价，多通道互动，驱动教学探微。
2 《过程控制》课程特点
过程控制课程是自动化、测控技术与仪器专业学生必修的主要专业课程，具有强理论性、系统性及实践性等特点，涉及电路、机械、计算机等多个学科的知识体系。要求学生具备自动控制理论、计算机控制技术等专业基础知识。其主要任务是学习生产过程中常用的控制系统组成原理、结构特点及典型单元操作过程控制方案的分析，培养学生具有完成生产过程自动控制系统设计的能力。
传统课堂教学过程中，教师主要借助多媒体设备进行灌输式或者填鸭式教学，学生们处于被动地位，无法有效激发学生们参与课堂教学的主动性，对于教师布置的任务，学生们只是机械性地完成，导致过程控制课程教学实效较差，存在的问题主要表现为：
（1）采用的教学方式、方法单一，教学观念落后，难以激发学生的主观能动性，处于被动学习状态，难以激发学习兴趣。
（2）课前学生缺少有效的预习和必要的知识点储备。现阶段专业课教学方案设置不合理，教学内容较多，但是教学时间较短，且需在有限的时间内完成所有课程内容讲解，如果课前学生不进行相关知识的预习和储备，很容易跟不上课堂节奏。
（3）课中师生之间缺少必要的互动交流，教师难以把握每一名学生学习状态。专业课教学主要采用讲解的方式，在课堂教学过程中缺少和学生之间的互动，或者只是采用课堂提问的方式，但该种方式只能够掌握个别学生的学习情况，无法实现对所有学生知识掌握情况的全面了解。
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（4）课后缺少有效的反馈，而且评价方式单一。传统教学的时效性较差，当学生遇到专业问题时，无法在课堂上获得帮助，缺少有效的反馈，而且评价方式以期末考试成绩加为数不多的几次课后作业为主，形式^为单一。
从整体分析，现阶段《过程控制》课程教学方式不合理，学生处于被动接受知识的状态，缺乏有效互动，即使遇到问题也不能够快速获得帮助，导致学生们参与《过程控制》课程的积极性较低，极大地影响了教学质量和教学效果。
3 “雨课堂”教学模式
雨课堂教学模式的优势在于其能够对信息技术、网络技术进行最大化地利用，并将其与微信平台、PPT等科学结合，创建沟通课堂与课外的桥梁，教师和学生可以通过雨课堂随时随地地沟通、交流，可以实现学生全天候在线学习。雨课堂在《过程控制》教学中的应用能够贯穿整个教学过程，让教与学更高效。为进行教学模式和评估方法的探索和创新提供了强有力的工具。雨课堂具有如下特点：
（1）方便智能。在《过程控制》课程教学前，教师只需要在PPT中安装免费的插件，就可以将提前准备的教学方案接入雨课堂，学生们只需要扫码就能够直接进入课堂学习，既方便又智能。学生们既可以在教学过程中在线回答问题，也可以对遇到的问题进行总结，并反馈给教师，教师及时为学生提供解决方案。同时，教师还可以把各种学习资源推送到手机端，学生们登录后就可以查阅和学习，显著提高学习质量。
（2）实时互动。雨课堂具备弹幕功能、实时答题等功能，学生们在学习过程中可以随时发送弹幕提问，教师在线解答，良好、实时的互动能够帮助教师更加快速、准确、动态地了解学生的知识掌握情况，从而大大提高教学质量。
（3）数据驱动。“雨课堂”实现了对课前-课上-课后教学过程的每一个环节进行动态学习数据的收集和分析，量化分析学生学习情况，为精准教学提供数据支撑。
4 混合教学模式实施方案
混合式教学是在线教学和传统教学的有机结合，借助网络平台增强学生学习的自主性和灵活性，融合线下教学的特点，做到师生零距离沟通。
基于雨课堂的《过程控制》课程教学模式可以分为课前教学准备阶段、课中互动交流阶段和课后巩固提升阶段，每个阶段可以以PPT和微信为基础，借助雨课堂来实现师生之间的全面互动，整体教学模式框架如图1所示。
（1）课前教学准备阶段（线上模式）。教师首先基于PBL教学方法设计课程教学大纲、授课计划，PPT课件。根据将要学习的新知识点，创设有意义的、与工程实践相关的问题和任务，精选相关的MOOC资源形成预习课件。课前通过“雨课堂”把预习课件推送到学生手机端，使得学生能够方便地了解到本次课程的知识点和相关学习资源。授课教师还可以根据课程需要在预习课件中插入教师自己的语音讲解，弥补了单一形式预习课件的不足，帮助学生更好地理解和学习。学习过程中存在的问题可通过在线留言的方式提交到云端服务器，授课教师通过云端服务器查阅每个学生的学习进度及学生存在的问题，及时调整后续线下授课侧重点。
（2）课中互动交流阶段（线下模式）。采用与传统授课方式相同的集中授课方式。授课教师首先对本节课中比较复杂的知识点进行详细讲解，在知识点讲授过程中可根据课前学生预习情况针对性地对相应知识点做重点分析、精讲和拓展，同时还可设置一些小测试，一键发送学生端，对学生容易犯错的问题进行针对性讲解。本阶段包含线上和线下两种教学模式，以线下集中授课为主，线上互动方式为辅，帮助教师和学生之间建立有效的沟通方式，提高学生学习兴趣，帮助教师把握教学进程。
（3）课后（线上模式）。授课结束后，“雨课堂”通过云服务器可产生本次授课过程的全方位数据分析，授课教师可详细掌握授课整体情况及单个学生的学习动态，为授课教师对授课过程全方位评价提供更为精确的数据。学生也可在课后进行复习，课堂所讲授的PPT课件、引用的网络资源、习题情况都可以通过手机端方便查阅。学生课堂上不懂的内容和错题，雨课堂也已经进行了分类收集，对疑问还可以在线提交，教师实时在线答疑，及时解决问题。本次课堂授课结束后，授课教师可通过雨课堂中本次课堂教学数据分析，清楚地知道每位学生的学习情况，课堂中的习题作答及学生学习不理解反馈详情，从而掌握学生的学习动态，及时进行教学总结和对学生的学习行为、学习效果、测试成绩做出综合评价。教师可以根据雨课堂的反馈情况及时调整课程进度，进而提高课程教学效果和学生的课程学习效率。
通过对教学的课前、课中、课后的三个阶段采用线上线下混合教学模式，全方位打通了授课―教师―学生―网络资源的联系通道，以最低成本、最大限度地发挥面对面教学和在线学习结合的双重优势，更有效地完成知识的内化和固化，有利于大幅度地提高学生学习效果，增强学习信心，促进教师与学生的沟通。
5 结语
基于“互联网+”技术，设计基于“雨课堂”的课堂教学模式并应用于《过程控制》的教学中，一方面可以把一些优质的教学资源（MOOC）整合在一起，采用PBL理论设计教学过程打通课前、课中、课后的教学过程，对学生课内与课外学习时间进行科学重构和整体设计，既满足了学生个性化学习的需求，激发了学生的学习兴趣，同时也提升了学生的自我学习能力。新的课程教学模式形成了线上线下相结合的高效学习模式，既有效提升了课堂教与学的体验，又增强了师生互动效果，显著提高了课堂教学效率。
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