“傳感器與測試技術”在線開放課程建設探索

邱曉天， 葉湘濱， 張 琦， 胡佳飛

(國防科技大學 智能科學學院，湖南 長沙，410003)

0 引言

在線開放課程(慕課)作為一種與互聯網相結合的新型教學模式，極具生命力、前途和未來。大力推動在線開放課程建、用、學，是實現中國高等教育質量特別是人才培養質量“變軌超車”的關鍵舉措[1～2]。2020年初受到新冠病毒疫情影響，各大高校開學時間被迫延遲，教育部指出要充分利用網絡資源，實現“停課不停學”，而在線開放課程在其中發揮了重要的作用。

傳感器與測試技術是生產生活、國防工業和科技發展中的關鍵技術，在“十三五”建設、“中國制造2025”等國家戰略層面具有重要地位[3]。隨著智慧城市、智能家居、無人技術、機器人、物聯網等新興領域飛速發展，急需大量傳感器與測試技術相關從業人員，對傳感器類課程資源的需求也日益增加。原有的國家精品課程、國家精品資源共享課程已不能完全滿足需求群體的多樣化和泛在學習方式的自由化。因此，瞄準“金課”建設的時代機遇，結合疫情背景凸顯的泛在學習需求，針對當前課程建設中存在的困惑和不足，進一步推進傳感器與測試技術在線開放課程建設，探索“互聯網+”時代遠程教學新模式和新教法，對于提升課程教學質量和人才培養質量，服務于國家高等教育改革發展大局極具意義。

1 現狀與問題

截至2019年8月底，我國在線開放課程的數量已增加到1.5萬門，在校生和社會學習者學習人數上漲至2.7億人次[4]。在線開放課程數量劇增的同時，部分課程“水量”亦增，如何提升課程質量，使學習者真正參與，做到主動、開放、思考和動手，建好、用好、學好尤為關鍵[5]。

國內在線開放課程的主要運營平臺包括中國大學MOOC、學堂在線、智慧樹等。傳感器類課程在國內工科院校是面向測控、光電、機電、物聯網等相關專業的一門重要專業課程，截至2020年6月，傳感器與測試技術相關課程在此三個平臺開課共計26門，其中73%開設于中國大學MOOC平臺。整體來看，國內傳感器類在線開放課程數量較多，類型豐富，已經形成了完整的課程內容體系，具有較為成熟的教學運行能力，并且能持續提供線上教學服務，但受限于平臺本身的框架和功能，在教學模式和教學資源的優化上存在一定局限，部分課程在高階性、創新性、挑戰度上存在一定欠缺，學習者參與度有待提升。

國防科技大學“傳感器與測試技術”MOOC課程，是國家精品課程、國家精品資源共享課程“傳感器與測試技術”團隊在多年積累的基礎上經持續更新打造的大規模在線開放課程，于2018年9月在中國大學MOOC平臺上線，截至2020年8月已完成4期教學運行。通過調研現有在線開放課程運行現狀，針對前期課程運行中存在的問題，課程團隊持續推進課程建設，運用信息技術優化課程內容體系，以學習者為中心設計教學模式和教學資源，改革課程考核方式，取得了一定成效和經驗。

2 探索與實踐

根據教育部關于一流本科課程建設原則，課程團隊主要從高階性、創新性和挑戰度三個方面的提升來開展課程建設探索[6]。主要從兩個方面增加高階性，一方面教學內容上更加注重能力和思維的訓練，提升學習者解決傳感與測試測量領域復雜工程問題的能力和綜合設計應用能力；一方面將課程思政融入教學設計，通過教學內容、教學資源、教學組織、互動交流等實現價值引領，完成立德樹人。主要從教學內容及教學模式上下功夫提高“創新性”，緊密跟蹤傳感器與測試技術前沿發展，將最新研究成果納入教學內容，利用平臺各項功能探索教學方法模式，增加學習者在學習過程中的參與感，促使其從沉默參與到積極互動再到主動探究。主要從考核方式及標準方面提高“挑戰度”，探索全過程、多角度、非標準式評價，引導學習者在課程學習上持續投入時間和熱情。

2.1 構建經典與現代、器件與系統、理論與實踐、知識傳授和價值引導結合的課程內容體系

“傳感器與測試技術”課程是一門應用范圍廣、實踐性較強、知識更新快的多學科綜合的課程。隨著科技的進步和時代的發展，傳感器與測試技術日新月異，在線開放課程內容體系絕非“一次定終身”，而是需要不斷豐富和完善，以適應不同類型、不同專業、不同層次人才培養需要。因此，在原有傳感器與測試技術基礎理論、典型傳感器、典型參量測量、精密測量儀器四部分課程內容的基礎上，主要從以下三個方面豐富課程內容體系：

(1)結合“十二五”、“十三五”、“十四五”建設規劃、“中國制造2025”等國家發展戰略需求，幫助學習者理解傳感與測試技術之“小用”推進國家整體發展之“大用”，推動學習者關注國家宏觀戰略，激發專業自豪感和民族自豪感；

(2)發揮軍事院校特色，結合軍事智能方面前沿研究成果，精選無人感知系統、戰場環境智能傳感網絡、智能安保機器人等典型案例融入教學內容，豐富學習者的學科視野，加強學術熏陶，使其感受到課程的先進性和工程實用性；

(3)抓住社會熱點問題，通過課程知識和時政熱點的融合，激發學習者的學習熱情，加深其對課程知識的理解，培養價值導向和責任擔當，比如增加傳感器與測試技術在新冠肺炎疫情防控中的應用案例、討論等。

2.2 設計以學習者為中心的泛在參與式教學模式

優質課程的核心特征之一是要求學生從傳統教學模式下的被動接受者變成知識的主動建構者。線上課程的教學運行模式和學習者學習方式極大區別于線下課程。在線開放課程往往初期選課人數較多，行至中后期會出現參與人數減少、學習積極性下降等問題，因此在課程教學運行周期內并不能僅僅只是按時上傳視頻等資源，而是要研究如何基于開課平臺和課程自身特點設計行之有效的教學模式，在教學過程中引導、促進學習者主動獲取知識，形成自主性、研究性的學習方式。

課程團隊以學生發展、學生學習、學習效果為中心，針對在線開放課程學習者的泛在學習需求，在教學模式上基于原有建設基礎和平臺固有的教學活動流程，利用各級內容發布、公告、討論區等交互功能，引導、促進學習者在任何時間地點根據需求參與全過程教學行為，如圖1所示。在整個課程閉環學習中，基于每個知識章節或每個知識點均為小的閉環學習，包含輸入、輸出、反饋環節，利用公告提示重要學習節點；增加輸入環節的多樣性，如發布章節知識點關聯圖、拓展閱讀、指導文檔等；增加輸出環節的多元化，如發布隨堂討論和測驗、章節討論/思考、章節測驗、自主實驗方案等；加強反饋環節的效果，如在測驗/作業中增大系統即時評閱的客觀題比例、上傳測驗/作業詳細參考解析等，最終提升學習者的參與感和體驗感，從而增強學習效果。

圖1 “傳感器與測試技術”在線開放課程教學模式

2.3 打造多層次多類型的立體化教學資源

隨著信息技術的發展，學習者獲取知識的渠道逐漸多元化，學習知識的思維方式也逐漸發生變化，視頻及課件已不能完全滿足學習者的個性化需求，必須適應信息時代學習者特點，建立支撐課程教學模式設計的線上、線下多樣化教學資源，以支持社會學習者、在校學生、用課老師等不同類型不同層次學習者運用多種形式手段開展課程學習。

課程團隊在前期課程教學視頻、課件、教材、習題等資源的基礎上，凝練了各章節知識點關聯圖，以幫助學習者梳理本章節知識點和層次；豐富完善討論/思考題庫，以支持課后討論和思考的開展；更新了習題/試題庫，并上傳了部分習題詳細參考解析，為檢驗、鞏固學習效果提供幫助；制作展現傳感器原理的動畫庫，以便更加直觀理解典型傳感器的原理及結構；結合課程團隊智能傳感方向科研成果以及指導學生創新實踐成果補充課程案例，使學習者了解傳感器與測試技術在實際問題中的解決方案；提供反映傳感器與測試技術前沿發展應用的網站、視頻資源鏈接、文檔等拓展閱讀資源，以便學習者開展自主學習；探索基于LabVIEW軟件的虛實結合自主實驗方案等，以支撐全過程教學活動，便于學習者根據自身學習習慣、學習特點按需取材，實現個性化學習。

2.4 探索以激發學習動力和專業志趣為著力點的多元化全過程評價方式

課程考核的評價方式應該以激發學習動力和專業志趣為著力點，引導學習者在學習過程中的學習行為，同時科學檢驗課程學習的達成程度，提升課程學習的挑戰度。在線開放課程考核評價很大程度依賴于授課平臺提供的統計功能，圖2為中國大學MOOC平臺提供的評分系統設置界面，由測驗、作業、考試及課程討論等部分設置不同總分占比而成。

圖2 中國大學MOOC平臺評分系統設置界面

根據調查，目前開設的傳感器類在線開放課程80%以上課程學習總成績僅由作業/測驗及考試成績組成。本課程前三期課程總成績評分標準為測驗/作業占40%，期末考試占60%，根據課程運行數據及個別反饋情況，存在討論區活躍度不高、學習過程參與度不夠等情況。因此，在第四期課程教學中，嘗試將課程討論環節納入總分評定，增大平時成績占比，將評分標準調整為測驗占60%，課程討論占10%，期末考試占30%。通過設置和課程內容相關聯的日常生活、社會熱點、國家戰略等方面的討論/思考題，以激發學習者的學習興趣，促進其自主學習，引導其積極互動、主動探究。另外，利用課程開展線上線下混合式教學的教師可以引入域外成績，使最終評價更加全面合理。

2.5 建立有效的維護、推廣和持續改進機制

由于每一期線上課程教學周期較長、選課人數較多且學習時間全天化，需要成立專門的課程建設運行團隊，建立有效機制開展課程維護、推廣和持續改進，通過全程維護保障課程良好運行，通過定期推廣擴大課程影響力，通過反饋和培訓實現課程的持續改進和教學團隊教學能力水平的提升，確保課程建設質量，具體機制如表1所示。

表1 維護、推廣和持續改進機制

3 建設成效

經過三期的教學運行，課程積累了良好口碑，通過不斷建設探索，第四期教學運行數據有效提升，與第三期數據對比如表2所示。選課人數達到9346人，較第三期增加122%，在同類課程中選課人數提升至當期第三；討論區互動發帖數達四千余次，參與互動情況較前期課程有明顯增加；SPOC使用學校超過30所，人數超過3000人，通過調查，課程對本校及其他院校相關專業學生對應畢業要求的達成提供了相應指標點的支撐。但隨著課程參與人數增多，如何更好的滿足各類需求、解決部分“虛假”互動等問題還需要進一步探索。

表2 課程第三、四期課程學習數據對比(來自平臺)

4 結語

在線開放課程建設是一項長期持續且與時俱進的工程。整體而言，課程團隊經過多期課程教學運行，在“傳感器與測試技術”在線開放課程建設上進行了較有成效的探索與實踐，其建設思路、方法和成果為本門課程的線上、線下及混合式教學改革的進一步推進和完善奠定了基礎，同時也可為其他工科專業在線開放課程建設提供一定借鑒。