程立志 朱宗铭 姚瑶

长沙学院 湖南长沙 410022

当前，国家推动创新驱动发展，对工程科技人才提出了更高要求。“新工科”更注重与行业的紧密对接，构建产教融合、科教融合的协同育人模式[1]。高校是科技创新体系的主力军，是推动协调创新的重要力量。协同创新已经成为我国高校提高人才培养质量、提升科研水平的重要选择。但近年来在大力发展产教融合的同时，协同育人的弊端也日渐凸显，其问题也主要集中在以下两点：(1)各方主体合作不紧密造成松散化发展状态；
(2)培养模式运作机理不实际导致效果显著性不足[2]。

随着现代科学技术和互联网的迅猛发展，混合式教学就是在这样一种背景下发展形成的[3]。“新工科”背景下的高等教育需要构建良好的学习生态环境，促进学生个性化发展，全方位开发学生的创新甚至研发能力。只有协同地方企业搭建针对不同学生的分级混合教学体系，才能更好地激发学生的主动创新学习能力，培养学生的研发意识。在提高教学质量的同时实现结果导向的目的，为企业输送提高生产力的新鲜血液。

“新工科”的提出是现代工程教育发展的必然结果，课程与教学内容的改革是无法回避的核心问题[3]。因此，混合式教学的发展和推进越来越受到许多一般高校的青睐[4]。可见，它是介于完全的传统课堂教学和完全的在线授课的一种中间形态，是二者优势互补的一种教学，也是加快传统工科专业到“新工科”升级的助推剂[2]。

当前的混合式教学改革，一部分教师采用的做法是将采用MOOC+SPOC来进行知识点的熟悉，并给出与知识点有关的问题，让学生带着问题自主学习课件或微课程的内容，然后上课时教师引导学生就知识点一一展开讨论。整个学习的过程还是以理论知识点为中心，在提高学生的整体创新能力以及与地方企业对接方面仍然存在短板[5]。当前，高校的混合课程建设还大多停留在较低层次的一些网络辅助教学和网络辅助教学管理的水平[6]。

针对大多数学校工科类学科基础学科的教学现状，有以下问题亟待解决：

(1)传统理论知识的可接受性较差，学生主观上认为相关性不好，就忽视了学习。

(2)多元化的知识需求与教材模式单一的矛盾，单片机作为机电产品的“智慧之芯”，学生在进入本课程学习之初，已经预设了自己的“Flag”，例如进行声光电玩具开发、城市景观设计、机器人运动控制等，同时未来职业中嵌入式工程应用开发也面临着各种不同的知识需求，如电路设计与焊接、程序设计与调试等，然而目前单片机教材、知识体系过于单一，知识面较窄并且相对滞后。而最新生产应用技术和科技的发展无法实现与教学过程的“无缝对接”，实例依然来源于课本上相对滞后传统的技术应用。因此教材理论、编程验证等千篇一律的模式已无法满足学生多元的知识需求。

(3)现代地方产业发展迅速，无论在生产力还是设备的更新方面随着人类科技的日新月异，理论教学中要不断更新内容，培养学生的创新能力，只有突破传统教学的束缚，才能培养出满足地方需求的学生。

综上所述，目前各高校工科类专业课程在教学内容、教学方法、考核指标等构成的教学体系均与“新工科”的内涵要求脱节严重，不利于培养学生的创新能力和解决问题的能力，也不能满足现代科技发展对于工程人才能力的需求，教学内容和方法的改革已经成为教师面临的十分紧迫的任务。

本文分析课程教学中出现的困境，如图1所示，本课程团队采用了“三三一”即“三分级+三混合+一平台”的教学模式，构建了包括基础应用级、创新拓展级和研发提升级三个层次的分级和三种混合式教学的创新理念和模式，自主研发了一套平台“单片机课程育人虚拟基地”，形成“分、混、融”。

该平台依据机电专业教学规律和学生成长成才规律，针对教学对象的行为特点和心理，对智慧教学工具进行大胆的创新，有机地融合学习通、教学立方、雨课堂等各教学平台优势，为机电专业学生量身定做了手机智慧教学系统——“单片机课程育人虚拟基地”。

图1 混合式分级教学理念及思路

(一)学科竞赛驱动下的分级协同创新培养体系内涵研究

根据分级教学思路，将协同创新培养体系层级分为基础应用级、创新拓展级和研发提升级，从以下方面对各级的内涵进行研究：基础应用级的课程以基础理论为主要内容，以工程项目为驱动，主要为学生今后在工程应用中能解决该类专业相关技术问题奠定理论基础；
创新拓展级课程主要根据专业课程所涵盖的知识体系，综合三个以上的知识点，以企业真实项目为驱动，达到课程理论知识的灵活运用；
研发提升级课程以相关学科内容为依托，以创新产品、各工科大赛为驱动，甚至参加到教师科研课题中去，实现企业需求与课程培养无缝对接。

(二)学科竞赛驱动下的分级协同创新培养方法及教学内容设计

(1)长沙学院工程类专业开设有机电类、电气控制类、计算机类等专业课程内容的分解，任课教师根据培养计划课时数要求，在教学大纲中确定基础应用级的课程，以工程模型为内容，利用微课、雨课堂等信息化手段分析即时学情，以问题为导向进行启发式的小翻转教学，培养学生工程意识。

(2)根据学生对课程群理论知识掌握程度及专业基础高低的实际进度差异，确定学生所属的创新拓展级，以企业实际案例、各类MOOC资源等为内容，以课立方为手段，以需求为导向进行研讨式的大翻转教学，培养学生创新意识。

(3)根据工科创新设计大赛的需求，对相关学科群进行协同整合，以开发小组、工作室等形式确定研发提升级，以开放实验、企业第三课堂为主要形式，形成头脑风暴，产品孵化，以产出为导向进行探究学习的大混合教学，培养研发协作意识。

(4)根据大学生工程训练综合能力竞赛、大学生机械设计创新竞赛等学科竞赛的内容融入实践教学的各个层次。从培养方案入手，大一培养兴趣，增加专业导论课程，大二培养能力，增加创新创业指导课程，大三大四培养专业核心技能和提升经验，对接地方企业对学生的实际能力需求，立足地方，个性化培养有创造力的学生。

(一)混合式教学分级体系实施

以机电类、电气控制类、计算机类等专业课程内容为例进行分解，任课教师根据培养计划课时数要求，在教学大纲中确定基础应用级的课程；
根据学生对课程群(如机电一体化、PLC可编程控制器、液压传动等)理论知识掌握程度及专业基础高低的实际进度差异，确定学生所属的创新拓展级；
根据企业对产品的设计(如机器人)或工科创新设计大赛(如机械设计创新大赛)的需求，对相关学科群(如机械类、电子类、计算机类等)进行协同整合，以开发小组、工作室等形式确定研发提升级。

而在具体的课堂教学中，分级混合式教学体系可以动态调整。如图2所示，分级混合式教学体系分为三层分级4组，每组5人，可以自主设定图片。利用标签ABC三类，先由学生自主选择适合自己的标签，然后根据标签类别和图片进行拼图，形成分级分组。教师可以根据前置课程进行微调，而学生有兴趣并确实达到上一级设计要求，可以提出申请进入高一等级学习，以达到提高学生高阶知识水平的目的。

图2 分级分组拼图及构成示意

(二)混合式教学方法和内容实施

1.小翻转教学的实施

首先，教师通过课程中心前置学习，掌握最基本的理论知识。课中，通过反馈分析的结果以工程模型设计课堂内容，用微课、雨课堂等信息化手段分析即时学情，以问题为导向进行启发式的小翻转教学，解决个性化问题，培养学生工程意识。

2.大翻转教学的实施

大翻转课堂引入企业工程师，针对相关产业正在研发的项目进行靶向性教学模式，在提高学生设计和解决实际能力的基础上，激发学生的创新能力。以“单片机原理及接口技术”和“传感与检测技术”课程群为例，利用项目化教学结合翻转课堂教学的教学设计，课堂上引入智能按需过马路、生产车间良品率智能电子看板等设计环节，使理论结合实践。

在智慧教室课堂上，以企业实际案例、各类MOOC资源等为内容，以课立方为手段，以需求为导向进行研讨式的大翻转教学。通过小组讨论、组间讨论、师生讨论的形式将问题逐一击破，通过该种教学方法有利于提高学生的自学能力和学习兴趣，增强学生的自信心，培养学生的创新意识。

3.大混合教学的实施

在总结翻转式课堂教学成果的基础上，根据企业对产品的设计(如机器人)或工科创新设计大赛(如机械设计创新大赛)的需求，加入课堂直播的教学改革模式：将原有的校企合作培养由简单地引入企业导师现场指导和学生去企业进行现场实践，转化成企业相关项目负责人直接以直播的形式在课堂上和学生互动，提出当前项目中需要解决的问题让学生提供方案。

与地方企业更紧密的合作，对相关学科群(如机械类、电子类、计算机类等)进行协同整合，以开放实验、企业第三课堂为主要形式，将学生学习和研发实践相结合。改变传统混合式教学的课前线上预习、课中线下教学以及课后线上交作业的简单混合模式，使线上线下在整个教学过程中成为一个整体，以产出为导向进行探究学习的大混合教学，培养研发协作意识，更加充分地体现出与地方产业相结合的混合式教学模式的优势。

(一)学生的基础知识水平增强和综合素质的提升

在以“三三一”为核心的分级混合教学实践过程中，从近四年来机械、机电专业连续开展教学应用的学生成绩可以看出，优秀率提升了8.1%，70～79分增加25.0%，不及格率减少了31%，学生的平均成绩稳步提升。从学生控制类毕业设计过程也可以看出，学生解决实际问题的能力有明显增强，学生参与学科竞赛获得国家、省级等比赛20余奖项。

(二)教学团队水平的提升

教学团队老师通过创新模式提升了教学能力，其中1人获得全国青年教师教学竞赛二等奖，1人获得省课堂教学竞赛一等奖，2人获得省信息化教学竞赛一等奖。教学相长的同时，也解决了学生的多元化知识需求。

(三)学生的学习动机得到了进一步激发

利用智慧教学平台对参与“单片机”课程的学生进行了评教。评教结果显示：92.7%的学生认为该课程提高了学习兴趣，94.4%的学生认为该课程提高了个人能力，100%的学生对该课程表示满意，50%以上的学生有了进一步考研继续学习的想法。因此单片机课程智慧融合教学实施，解决学科群的相对割裂，实现了工科思政。

改进原有的以单学科为教学中心的单一化的培养方式，将学科竞赛、企业工程案例引入课堂，构建产教融合的协同育人模式。针对学生的不同特点进行分级的目标化培养，最大限度地激励学生的创新意识和工程能力，真正做到践行“新工科”。

(1)构建包括基础应用级、创新拓展级和研发提升级三个层次的分级混合式教学体系，建立传统教学与混合式教学既独立又相辅相成的辩证统一关系；

(2)以学科竞赛为驱动力，综合启发式教学、研讨式教学和探究学习，利用现代信息化工具，结合“线下”和“线上”教学方法，形成小翻转、大翻转在内的包含企业参与的大混合式产教融合的协同育人模式。

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