马东堂 张晓瀛 赵海涛 熊俊

[摘 要] 混合式教学既是线下面对面教学和在线教学的混合，更是一种“以学生为中心”的教学与辅导方式的混合。针对传统“通信原理”教学中存在的学生课后学习时间不足、课堂注意力难以长时间集中，以及理论教学和实践应用脱节等问题，以国家精品在线开放课程“通信原理”为依托，形成了以问题为引导的混合式教学模式。从线上线下课时安排、教学组织、教师分工和学习成效考核方式等方面进行了探索。实践表明，该混合式教学模式在“通信原理”教学中取得了良好效果，可为其他类似课程开展混合式教学提供参考。

[关键词] 混合式教学;以问题为引导的教学;小规模限定性在线课程

[基金项目] 2018年度国防科技大学本科教育教学研究课题“基于‘通信原理在线开放课程的混合式教学模式研究”（U2018101）

[作者简介] 马东堂（1969—），男，安徽灵璧人，博士，国防科技大学电子科学学院教授，博士生导师，主要从事智能通信与网络、物理层安全、通信基础理论研究。

[中图分类号] G642.0     [文献标识码] A     [文章编号] 1674-9324（2021）08-0116-04     [收稿日期] 2020-08-17

一、引言

“以学生为中心”是工程教育专业认证的核心理念，也是当前教育教学改革的目标导向。麻省理工学院的拉斐尔·莱夫校长在《麻省理工学院教育的未来》报告中就强调，“我们必须要打造以学生为中心的教育”。在线教育被认为是现代教学改革的催化剂，而如何贯彻“以学生为中心”的理念，并将线上和线下教学深度融合，构建能够适应学生个性化学习需求的教学模式仍是需要进一步研究和探讨的课题。

以问题为引导的教学（Problem-Based Learning，PBL）是“以学生为中心”的教学方式，1969年由美国的Barrows教授在加拿大的麦克马斯特大学首创，目前已成为国际上较流行的一种教学方法。其精髓在于发挥问题对学习过程的指导作用，调动学生的主动性和积极性。混合式教学（BlendedLearning，BL）既是线下面对面教学和在线教学的混合，更是一种“以学生为中心”的教学与辅导方式的混合。目前，混合式教学已成为教育教学领域的研究热点，并将成为未来教育的“新常态”[1]。冯晓英等学者对国内外混合式教学的研究现状进行了述评[2]，指出“互联网+”混合式教学模式将是研究重点;李逢庆认为掌握学习理论、首要教学原理、深度学习理论和主动学习理论是混合式教学的理论基础[3];汤勃等学者对“互联网+”混合式教学进行了深入研究[4];史俊伟等学者以“工程制图”课程为例，从教学目标设计、教学内容设计、教学活动设计、考评方式设计等方面进行了探索[5]。本文以“通信原理”课程为例，针对线上和线下教学中存在的问题，以知识图谱为索引，以知识点为基本教学单元，兼顾知识的系统性和知识点碎片化的特点，以国防科大开设的国家精品在线开放课程“通信原理”和中國大学MOOC的“慕课堂”为依托进行了SPOC教学实践和探索，形成了“课前线上线下预习+线上学习情况讲评+重难点研讨和讲解+课堂测试和解析+知识扩展”的以问题为引导的混合式教学模式。

二、混合式教学的内涵与发展

混合式教学研究源于2000年“美国教育部教育技术白皮书”中提到的混合式学习。其内涵的演变可分为技术应用、技术整合和“互联网+”三个阶段[2]。

2000—2006年为技术应用阶段，重点强调技术在教与学中的核心作用，混合式教学被视为从面对面教学到在线教学的过渡阶段。

2007—2013年为技术整合阶段，混合式教学被视为一种独立而不是过渡性的教学模式。重点关注“交互”，强调学生与学生、学生与教师、学生与内容、学生与外部资源之间的交互。由“教师为中心”转向“以学生为中心”。

2013年至今是“互联网+”阶段，强调“以学生为中心”。研究热点是教学环境构建、教学设计和效果评价，突出信息技术与课程教学的深度融合。

三、传统“通信原理”教学存在的问题

（一）面对面教学存在的问题

第一，学生课后学习时间有限。目前国内的电子信息类专业本科生培养方案普遍存在着课程门数和课堂教学学时过多的问题，而且有些学校（如军事院校、航空学校等）体能训练会占用大量课外时间，导致学生课后学习的时间非常有限，因而需要在混合式教学设计中充分利用有限的课外时间，设法提高教学效率。

第二，课堂上难以长时间集中注意力听讲。研究表明，成年人的注意力高度集中的时间约为20分钟。“通信原理”的课堂教学内容理论性强，教学内容丰富[6]，以教授为主的传统课堂容易出现打瞌睡、开小差等现象。解决此问题可以借鉴MOOC教学的做法，将课堂讲授内容缩短，穿插一些测试和研讨。

第三，理论教学和实践应用脱节。传统“通信原理”教学中，存在着“重理论，轻实践”“重验证，轻设计”和贴近实际应用不够的问题，导致理论教学和实践应用脱节，难以满足培养学生解决复杂工程问题能力的要求。

第四，考核方式单一，对持续改进支撑不够。传统的“通信原理”教学一般采用期末卷面考试+实验报告的考核形式。而“通信原理”是一门实践能力要求很强的课程，需要建立一套形成性考核和终结性考核相结合的多元化考核机制，引入非标准答案考核模块，并通过考核分析支持课程教学的持续改进。

（二）在线教学存在的问题

2013年以来，以MOOC为代表的在线课程发展迅速，对传统课堂的教学有一定的冲击和影响。MOOC为学习者提供了更大的自主性和灵活性，也提供了更多的线上交流和互动的机会。我们先后在中国大学MOOC网站开设了八期“通信原理”课程，选课人数超过10万。在开设过程中发现一些问题，一是教学模式相对单一，不能适应学生个性化学习的需求，难以适应学生分布式认知和高阶思维能力的培养。二是MOOC教师无法起到言传身教的作用。尽管MOOC支持多种形式的线上互动，但还是无法达到师生面对面交流的效果。三是评估考核结果可信性问题。极个别学习者为了获得证书在完成作业和在线考试中的作弊行为很难杜绝。四是完成率和通过率低的问题。虽然注册人数众多，但能够完成MOOC学习的人数却很少。在没有监督的情况下完成MOOC的全部学习内容确实不是一件容易的事。更多的时候MOOC被在校学生学习“通信原理”时当作线上辅导的资料。

四、以问题为引导的混合式教学设计

近年来，我们先后多次在中国大学MOOC上开设“通信原理”小规模在线课程（SPOC），进行以问题为引导的混合式教学探索。教学设计借鉴了MOOC教学的特点，以课程知识图谱为索引，以知识点为基本教学单元，整个课程教学分为课前线上线下预习、问题汇总和预习情况讲评、重难点问题讨论和讲解、随堂测试和答案解析、拓展思考和课后作业、分组专题研讨6个环节。具体内容如下。

（一）课时安排和教学组织

课内学时为54学时，其中重难点问题的讲解和研讨36学时，分组专题研讨10学时，实验8学时。学生课外完成基于线上线下资源的预习、分组讨论、提出问题、复习和测试、作业等，约54学时。

以一节课为例，各环节的时间安排和教学组织如下：第一，课前线上线下预习15～20分钟。根据前一节课的布置，学生根据线上发布的视频、课件、讨论题和线下的教材进行预习，各小组（每个小组3～5人）针对预习内容提出具体的重难点问题，提前反馈给教师。第二，问题汇总和预习情况讲评3～5分钟。主讲教师收集问题后，进行分析和提炼，确定重难点问题。预习环节是对学习评价的一部分，预习情况会记录在运行平台上。第三，重难点问题讨论和讲解15～20分钟。教师讲授为主，以提问的方式让学生参与，一方面检查学生的预习效果，另一方面激发学生在课堂上积极思考。第四，随堂测试和答案解析8～10分钟。测试题量为3～5道，难度适中，主要针对所讨论知识点的基本概念和原理而设计，测试成绩是线上考核成绩的一部分。第五，拓展思考和课后作业，课内3～5分钟，课后15～20分钟。课堂上由教师提出需要进一步拓展思考的问题，布置学生课后要完成的作业和下节课程需要预习的内容。课后，学生结合线上线下资源进行复习，并完成单元测试和课后作业。第六，分组专题研讨，主要是根据创新性能力培养、探究性和个性化的需要，针对核心知识点设计研讨课题，从前沿课题中提炼与课程紧密相关的多个教学案例（软件无线电系统的宽带信号采样、无线局域网中的均衡算法、部分响应系统的应用、QPSK调制解调、OFDM接收机设计、多载波传输系统的同步、无线光通信中的复用技术等），以小组为单位完成研讨课题的资料查阅、方案设计、理论分析、算法仿真和成果总结。每个小组选择完成一个研讨课题，需要用课内10学时，主要用于各小组汇报设计方案、研讨问题和研究结论。以各小组提交的最终研究报告和汇报情况为考核依据，提出有新意的解决方案并能进行初步仿真验证者评价为优秀，正确理解研讨问题并给出基本解决方案者评价为合格，未能完成预定目标者评价为不合格。研讨课题属于无标准答案考核方式，根据各小组完成情况评分。在小组评分的基础上，根据小组内各成员的贡献和组内协作情况对每个成员进行评价。

（二）教师分工

主讲教师全面负责混合式教学过程，包括课堂环节的设计、线上线下学习情况和问题汇总、重难点问题讲解、研讨课题的发布、评价和指导。助教负责线上线下答疑、研讨课题指导、练习库习题设计、作业批改和课程实验指导、形成性考核分数统计等工作。

（三）学习成效考核方式

采用形成性考核和终结性课程考试相结合的考核方式。期末考试成绩占60%，实验成绩占15%，平时成绩占25%。平时成绩包括线上学习（含作业、单元测试、课堂测试、参与讨论和线上学习投入等）成绩、课堂表现和课程研讨报告成绩。其中，线上学习成绩占70%，课堂表现占10%，课程研讨成绩占20%。

线上学习成绩中，作业占20%，随堂测试占15%，单元测验占15%，讨论占10%，学习投入占10%。图1为某学期平时成绩记录。

五、教学实例与教学效果分析

（一）教學实例

这里以部分响应基带传输系统为例来说明线上线下课程实施过程。问题：如何构建和实现部分响应基带传输系统？目标是让学生掌握部分响应的基本原理、波形构建和实现方法，提高工程设计和分析能力。教学实施过程如下。

第一，前一节课下课前，主讲教师通过“慕课堂”发布预习要求和本节课堂教学的主要内容。学生基于SPOC上发布的视频、课件、讨论题和配套教材[6]进行预习（预习情况会在平台上留下记录），约20分钟。主讲教师根据从各小组收集的问题准备课上重点讲解的内容和3道随堂测试练习题（从助教录入的练习库中选择），测试题的设计注重前后知识点的联系和知识的综合运用，分别涉及第I类部分响应概念、传输带宽和差错传播问题。

第二，学生在“慕课堂”平台上签到后，主讲教师对预习情况进行简单讲评。然后，引出课前汇总的5个重难点问题（第I类部分响应波形的引入、构建、可控制的码间串扰、差错传播问题）。

第三，重难点问题讲解和讨论。在讨论部分响应波形的引入时，让学生参与思考并理解第I类部分响应波形为何兼具理想传输特性和升余弦滚降谱特性的优点。在讨论“可控制的码间串扰”时，通过提问加深学生对这一概念的理解。

第四，随堂测试和答案解析，学生使用手机登录“慕课堂”完成测试，约5分钟，答案解析大约需要5分钟。该测试一方面是检查和加强学生对第I类部分响应的理解，另一方面是为了解决学生听讲时间过长出现精力不集中的问题。

第五，拓展思考和课后作业，提出需要进一步拓展思考的问题（部分响应系统的应用和奈奎斯特第三准则），布置学生课后要完成的作业（完成SPOC课程第五单元测试）。课后，学生结合线上线下资源进行复习，并完成单元测试和课后作业。

第六，分组专题研讨，依托自行开发的软件无线电教学平台对“部分响应系统的应用”课题进行分组专题研讨和应用，深入探讨码间串扰、频带利用率和部分响应之间的关联性。

（二）学生学习成绩对比

通过采用问题导向的混合式教学模式，引导学生利用碎片化时间，提高自主学习意识，重点和难点内容得到加强。学生提出问题、分析问题和解决问题的能力得到增强，教学效率显著提升。表1给出了未实施混合式教学班（平行班）与实施混合式教学班（实验班）的期末考试成绩对比。由此表可见，实验班的平均分为79.9分，比平行班的平均分高8.8分。

六、结语

本文以知识图谱为索引，以知识点为基本教学单元，兼顾知识的系统性和知识点的碎片化特点，通过分组专题研讨培养学生解决通信中的复杂工程问题的能力。设计了“课前线上线下预习+线上学习情况讲评+重难点研讨和讲解+课堂测试和解析+知识扩展”的以问题为引导的混合式教学模式，较好地解决了学生难以长时间集中精力听讲和课堂参与度不足的问题，杜绝课堂打瞌睡现象，提高了课堂教学效率。教学和科研紧密结合，将科研过程中提炼的基础问题引入“通信原理”教学中，可解决理论教学与技术应用脱节的问题。

参考文献

[1]Porter WW，Graham CR，Spring KA，et al.Blended Learning in Higher Education： Institutional Adoption and Implementation[J]. Computers&Education，2014（3）：185-195.

[2]冯晓英，王瑞雪，吴怡君.国内外混合式教学研究现状述评——基于混合式教学的分析框架[J].远程教育杂志，2018（3）：13-24.

[3]李逢庆.混合式教学的理论基础与教学设计[J].现代教育技术，2016，26（9）：18-24.

[4]汤勃，孔建益，曾良才，等.“互联网+”混合式教学研究[J].高教发展与评估，2018，34（3）：90-99.

[5]史俊伟，董羽，陈章良.高校工程制图课程混合式教学模式探索与实践[J].远程教育杂志，2018（3）：13-24.

[6]马东堂，赵海涛，张晓瀛，等.通信原理[M].北京：高等教育出版社，2018.