電路原理基于SPOC翻轉課堂教學模式的反饋及思考

張 強 , 張海峰, 唐 巖, 于歆杰, 趙常麗

(1. 青海大學 水利電力學院, 青海 西寧 810016； 2. 清華大學 電機系, 電力系統國家重點實驗室,北京 100084； 3. 青海大學 教務處, 青海 西寧 810016)

電路原理基于SPOC翻轉課堂教學模式的反饋及思考

張 強1, 張海峰1, 唐 巖1, 于歆杰2, 趙常麗3

(1. 青海大學 水利電力學院, 青海 西寧 810016； 2. 清華大學 電機系, 電力系統國家重點實驗室,北京 100084； 3. 青海大學 教務處, 青海 西寧 810016)

2014年秋季學期,青海大學電路原理教學組利用學堂在線平臺和清華大學電路原理慕課資源,在青海大學水電學院大二本科生教學中實施了基于SPOC翻轉課堂的教學模式。對實施該模式的教師、學生課外所需工作做了詳細的說明,對實施中調查問卷情況進行了分析,并從教師的付出與收獲、學生和課程的選擇及未來發展路線幾方面進行了深刻思考。大部分學生認可這樣的課堂,這樣的課堂可以全方位、多角度地鍛煉學生的能力。

SPOC； 翻轉課堂； 教學模式

互聯網技術支撐下的全新知識傳播模式和學習方式正在顛覆傳統的學習模式[1]。2014年秋季學期,青海大學電路原理教學組利用學堂在線平臺和清華大學電路原理慕課資源,在青海大學水電學院大二本科生教學中實施了基于SPOC (small private online course)翻轉課堂的教學模式。改革目標定位于將傳統填鴨式教學變為主動式自發學習,突出“學生為中心”,激發學生學習熱情[2]。

1 基于SPOC翻轉課堂教學模式

1.1 SPOC學習模式

MOOC(massive open online course)開啟了“指尖上學習”的新時代。目前Coursera、edX、Udacity被稱為世界MOOC的三駕馬車。到現在為止,幾乎所有著名的全球頂尖大學都在這3個平臺上開設了自己的MOOC。隨著MOOC的發展,各種不足也日漸涌現,現在是該走出MOOC時代了[3]。 UC Berkeley的Armando Fox提出了SPOC模式,體現的主要特點為:

(1) 在線課程容量較小(small),而且只針對后續實施翻轉課堂的學生和其他部分感興趣的學生開放(private),便于教師及時了解學生課外學習進展；

(2) 經過精心設計后,SPOC視頻、講間練習、每周作業、復習Flash、討論區、Wiki等資源可以作為實施翻轉課堂教學改革的課前預習素材。

比起傳統的預習教材而言,SPOC資源內容簡單、手段豐富。將上述二者結合,可以在其他條件不變的前提下,以在校學生為主,縮小選課人數,讓選課學生心理上產生一種“公開對外宣示的責任感”,從而提高他的完成率[4]。

為了能夠實施SPOC,需要與MOOC平臺合作,利用MOOC平臺資源,使用公有云或私有云搭建供本校學生使用的SPOC平臺。青海大學SPOC平臺于2014年8月21日正式搭建成功,并于2014年8月29日正式開啟了基于SPOC教學模式的序幕——“電路原理”翻轉課堂。此次改革將電路原理實驗與理論緊密結合。

1.2 基于SPOC翻轉課堂教學

在擁有SPOC平臺的前提下,課堂授課采取翻轉課堂教學方法,重新建構學習流程。通常情況下,學生的學習過程由2個階段組成:第一階段是“信息傳遞”,第二階段是“吸收內化”[5]。

傳統課堂是通過課上教師講解實現“信息傳遞”,通過課后完成作業習題實現“吸收內化”。傳統“信息傳遞”過程由于依賴填鴨式的灌輸,教師一對多主講的開環系統導致教學效果欠佳。同時由于缺少教師的支持和同伴的幫助,“吸收內化”階段常常會讓學生感到挫敗,喪失學習的動機和成就感。

基于SPOC翻轉課堂對學生的學習過程進行了重構。“信息傳遞”由學生在課前利用SPOC平臺觀看名師講解的視頻進行。平臺不僅提供視頻,還提供講間練習、線上作業、復習Flash、討論區、Wiki等在線資源。學生看完視頻后,充分利用討論區對知識點疑惑問題展開線上討論,通過講間練習及時對知識點進行消化,通過線上作業對知識點內容進一步鞏固,實現自主“吸收內化”過程。在翻轉課堂上,教師能夠通過SPOC后臺數據提前了解學生的學習困難,通過有針對性的互動模式進行動態課堂組織,從而形成教師與學生面對面、學生與學生面對面的互動討論模式。討論內容從知識點、習題及實驗3個方面組織開展。

在課堂中,我們還開啟了學生的團隊合作與競爭模式。當學生遇到困難時,讓學生不再感到孤立無援。課堂中推崇互幫互助、共同進步。在自學與互學的模式中,通過大家思維的碰撞進一步完成更深層次的“吸收內化”過程。學生成為學習的主人,而教師僅充當主持、引導、協調、總結的角色。此種模式下,學生“吸收內化”的過程由于加入教師的支持和同伴的幫助,會大大提升學生對知識點的理解與掌握程度,從而激發學生學習熱情,提升學習的自信心。

1.3 教師課外工作

1.3.1 SPOC平臺后臺教師管理工作

授課教師需要利用SPOC平臺,針對本校教學進度和教學大綱,對資源進行剪裁和調整。學時分配、章節順序與本校大綱對應,課程信息發布、關鍵時間節點設置等都由授課教師按照自身授課需求設定。教師還需要維護討論區,隨時隨地發布與學生共享的資料。必要時,授課教師可以根據本校學生的認知水平,針對部分內容,自制視頻上傳SPOC平臺,為學生提供針對性更強的學習資源。教師還可隨時通過SPOC平臺大數據掌握學生線上學習數據,隨時指導學生有效學習。

1.3.2 課堂討論知識點的設計

根據大綱,教師需要提前對一周知識點進行討論問題設計,從理論聯系實際的角度對問題的質量嚴格把關。電路課程的顯著特點是理論性和邏輯性強。教師要善于從學生的角度多加考慮,將生澀難懂的知識點通過巧妙的問題設計,使學生多角度、全方位進行深刻理解。以第12講為例,課堂討論知識點設計如表1所示。

表1 青海大學翻轉班第12講知識點

1.3.3 課堂討論習題設計

習題對電路學習者而言至關重要,教師根據授課學生的實際水平,分易、中、難3個層次設計。所占比例分別為40%、40%和20%。易題大多選自青海大學電路原理試題庫,中等難度題摘自普通高校考研真題和實際電路分析,而所謂的難題摘自清華大學或一流高校歷年考研真題和工程實例分析。學生只要將課堂討論的易題掌握,便可以輕松通過本校期末考核。而打算考研的學生則要將中等程度甚至難題掌握,滿足不同層次水平學生的不同需求。

1.3.4 實驗教學環節的設計

實驗環節是電路教學的重要組成部分。青海大學基于SPOC的翻轉課堂積極開展實驗教學改革,加強理論與實踐的緊密結合,將實物搭接測試與虛擬、仿真實驗相結合,體現工程素質培養要求[6-7]。

本學期該課程共計10個實驗。大部分實驗教師不給出具體電路,只提出實驗任務、仿真要求和實物需要達到的效果及測試要求。教師只對少部分實驗給出實驗原理并給予一定的輔導。以實驗7產生非正弦周期信號為例,其任務書為:

(1) 試設計電路,選擇合適的參數,產生下列非正弦周期信號:方波、三角波、鋸齒波、基波為 30%,直流-2V～2V 變化,五次諧波 5%～20%變化,三次諧波含量從 5%～50%變化時產生的波形。

(2) 在 Multisim 中進行仿真,并用 myDAQ 對基波進行實物搭接,并進行測試。

(3) 將仿真與實物測試結果進行對比分析。

這樣一來,可使學生達到理論聯系實際,融會貫通的目的。同時突出每個學生的特質,突出個性化、創新性設計要求[8-9]。

1.4 學生課外學習

1.4.1 線上自學

根據教師提前一周下發的相應知識點,觀看SPOC平臺對應視頻。每段視頻時長3～8 min。看完視頻后,充分利用討論區對知識點疑惑問題展開線上討論,通過線上講間練習及時對知識點進行消化,通過線上作業對知識點內容進一步鞏固。視頻為中文講解,PPT內容、講間練習、線上作業均采用英文書寫。學生在學習專業知識的同時,提高了專業英語水平,自然實現了雙語教學。學生還可以利用自己所學知識及時體會、構建屬于本課程的Wiki。

1.4.2 線下學習

線下學習流程如圖1所示。課前學生根據教師提前一周下發的課上討論知識點進行MOOC視頻學習、教材閱讀、資料查閱、團隊討論。課后,學生通過完成與知識點相對應的習題,進一步鞏固學習知識點。依據清華大學的成功經驗,我們還要求學生在課后畫知識脈絡圖,將碎片化的知識用自己理解的方式重新整合。這樣可以達到既見樹木又見森林的目的。

圖1 學生線下學習路線圖

在實驗環節中,由學生通過線上學習、查閱資料、按設計要求自行設計或教師輔導等環節,采用LabVIEW和Multisim進行虛擬實驗和電路仿真,利用掌上移動實驗設備NI MyDAQ、電路元器件、面包板等實際實驗設備及器件搭接硬件電路,通過軟件接入個人電腦,實現實際電路測試,與仿真結果進行對比分析,并撰寫實驗報告。

2 反饋意見

在基于SPOC翻轉課堂的實施過程中,我們引入情感教育,引入團隊合作與競爭模式等實際策略,突出“學生中心主義”,注重學習的有效性,注重學生學習態度與價值觀,注重實際應用,注重探索創新,注重學生學習大數據的分析,并對線上quiz成績，期中、期末成績以及實驗成果方面進行分析,取得的效果顯著。本文主要從學生角度出發,討論這種課堂是否被學生所接受。為此我們進行了匿名的“學生意見反饋”調查問卷,結果所有學生都對此課堂給予了肯定,主要觀點整理如表2所示。

表2 翻轉班學生調查問卷(1)結果

針對缺點中觀點1在此加以解釋:青海大學電路原理學時分配如表3所示,從本學期的實施來看,時間比較緊張,未來將會考慮加大討論學時數。

表3 翻轉班平行班學生課時分配 學時

另一次匿名調查問卷調查于實施11次“翻轉課堂”之后開展,旨在與學生進入“翻轉課堂”之前相比。調查內容為其自學能力、查閱文獻能力、撰寫報告能力、語言表達能力、團隊合作能力、對知識點的理解能力、實際動手能力、分析問題能力等方面提高的程度(0分為無提高,10分為最大提高程度)。調查結果如圖2所示。結果顯示:各項能力的中位值分別提高了8、5、6、6、6、8、7、7分。由此可得出結論:大部分學生承認這樣的課堂可以全方位、多角度鍛煉他們的能力。此外需要指出,有2名學生除了認為討論對理解知識點的能力有所提高之外,其余各方面同之前相比沒有提高,說明這樣的課堂模式對他倆來說效果不佳。我們在一學期的授課過程中堅持不輕易放棄一個學生,但如果這種模式給學生帶來太大的壓力，使其不堪重負,則需要制定相應的退出機制。

圖2 翻轉班學生調查問卷2結果(各項能力提升中位數)

3 對基于SPOC教學模式的思考

3.1 教師的付出與收獲

在翻轉模式中,授課教師需要考慮學生的基礎、興趣、積極性、心理和自學能力,有針對性地選擇合適的教學策略,設計適合各層次需求的討論知識點及習題。教師不光是要擁有一桶水,更要內心擁有一把火,用更多的正能量鼓勵和表揚學生,點燃學生的學習欲望,激發學生的學習熱情和斗志。教師應深刻思考如何進行學生的有效組織、進行理論與實驗的有效結合,這樣的任務量并非一個人可以獨立完成的,需要一個擁有凝聚力的教學團隊共同完成。

這樣的模式也會點燃教師的授課熱情,容易實現“教學相長”的局面。教師在學生的疑問與成長中容易發現自身的不足,從而督促自己對授課內容進行全面深入的研究。

3.2 學生的思想要改變

SPOC模式首先突出“學生為中心”。課下多任務的下達,要求學生充分發揮主觀能動性和高效的自我時間管理能力。學生從思想上要先改變，一改之前習慣的“填鴨式”教學中的被動接受知識為如今的主動汲取。學生需要有較強的自控力和意志力,通過平臺,線上學習、線下查閱大量資料等方式最終完成課下任務。其次,SPOC模式推出團隊合作的學習模式，學生需要具備與教師、與同學互動交流的能力,需要具備團結合作的能力和高度的責任感。學生與教師之間,學生與學生之間的相互交流與合作所產生的思維碰撞是學習理解知識的有效途徑。這種思維上的不斷碰撞也正是學習興趣產生的源泉,學習的動力也會因此增強。對團隊中的靈魂人物還可以訓練其領導力。具備了以上的基本素質,學生就有條件來挑戰本文中所實施的翻轉模式,我們稱之為“徹底翻轉”模式。

3.3 如何選擇課程

首先,需要有與該課程相配套的優秀線上資源。所謂優秀,基于Coursera和edX數據的論文[10]指出:它需要足夠吸引學生,視頻短小精悍(5～8 min)、語言富有激情和感染力，給學生一對一講課的感覺。青海大學SPOC平臺采用的清華大學電路原理課程組講解的視頻資源,符合優秀的線上資源條件。

其次,需要學生感興趣,愿意花時間來學習此課程。一般對工科專業來說,核心的基礎課或專業基礎課(有實驗)比較適合開設。自主學習的訓練越早越好,從基礎課就開始有助于學生早期養成自主學習的學習習慣。有實驗的課程更適合開設。因為實驗的引入會激發學生的學習興趣。在青海大學的翻轉班中,很多學生會因為實驗而愛上電路原理這門課。

最后,需要有學校相應的政策支持和配套的翻轉教學環境。支持和配套表現在校方愿意在校園搭建公有云或私有云,滿足大數量學生隨時隨地訪問平臺資源。翻轉課堂的實施需要對傳統教室進行改造。需要有方便討論的圓桌、圍繞桌子方便每個學生看到的黑板(四面墻都設立黑板)、方便每位學生電腦接入的電源插座、方便隨時訪問平臺的寬帶接入、方便課堂演示實驗的投影設備等。由于此種模式學習會占用學生較多課余時間,學生同一時間最好只選一門課程開展此種模式學習,不能同時開展多門。青海大學翻轉班學生每周課上時間3個學時。據統計,學生課下課上時間投入時間比約為2.5∶1。

4 結束語

青海大學下一步改革的主要內容是利用學堂在線平臺和清華大學電路原理慕課資源進行電路原理信息化教學改革,讓更多,甚至所有的學生成為“學生中心”學習模式的主人[11-12]。我們希望提供多種模式供學生自由選擇,如徹底翻轉班(只有翻轉課堂,沒有傳統課堂)、部分翻轉班(部分內容采用傳統授課、部分內容采用翻轉模式)、傳統與資源的結合(采用傳統模式授課,課上對仿真及實驗演示部分采用SPOC平臺上的資源進行現場播放)。關鍵是突出“學生為中心”,注重學習的有效性,引入情感教育,注重學生學習態度與價值觀,注重實際應用,注重探索創新,注重學生學習大數據的分析。其目的在于通過大數據建立學生學習效果評價系統,通過討論列表建立討論熱點問題庫、知識點問題庫、錯題庫,最終更好地服務于學生電路原理課程的學習。

References)

[1] 郭曉珊,鄭旭東,楊現民.智慧學習的概念框架與模式設計[J].現代教育技術,2014,24(8):5-7.

[2] 陸源,厲旭云,葉治國,等.自主學習、自主實驗、自主創新教學的研究[J].實驗技術與管理,2012,29(6):11-16.

[3] 劉繼斌,趙曉宇,黃繼軍,等.MOOC對我國大學課程教學改革的啟示[J].高等教育研究學報,2013,36(4):7-9.

[4] 康葉欽.在線教育的“后MOOC時代”:SPOC解析[J].清華大學教育研究,2014(1):38-41.

[5] 于歆杰,朱桂萍,陸文娟,等.電路原理課程教學改革的理念與實踐[J].電氣電子教學學報,2012,34(1):1-8.

[6] 李勇軍,張海燕.大學生創新能力訓練模式探索與實踐[J].實驗技術與管理,2014,31(11):17-19.

[7] 朱桂萍,于歆杰,陸文娟.電路原理課程深度改革實踐初探[J].電氣電子教學學報,2013,35(10):6-9.

[8] 金波.電工電子基礎實驗教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2009,28(2):113-116.

[9] 鄭君里,龔邵文.電路原理課程改革之路[J].電氣電子教學學報,2007,29(3):1-2.

[10] Philip J Guo,Juho Kim,Rob Rubin. How Video Production Affects Student Engagement: An Empirical Study of MOOC Videos[C]. ACM Conference on Learning at Scale,2014.

[11] 肖冬萍,李新,李春燕.在“電路原理”教學中培養學生的工程觀念[J].電氣電子教學學報,2008,30 (1):115-117.

[12] 葉國榮,陳達強,吳碧艷.高校本科生教育中研究型教學模式探討[J].中國高教研究,2009(3):90-91.

Feedback and considerations of flipped classroom teaching modebased on SPOC in Electric Circuit Theory course

Zhang Qiang1, Zhang Haifeng1, Tang Yan1, Yu Xinjie2, Zhao Changli3

(1. School of Hydroelectric Engineering, Qinghai University,Xining 810016, China; 2. State Key Laboratory of Power System,Department of Electrical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084, China;3. Teaching Affairs Office, Qinghai University,Xining 810016, China)

In 2014 fall semester,the Electric Circuit Theory teaching group of Qinghai University used Xuetang Online platform and Tsinghua Circuit Theory MOOC resources to carry out the flipped classroom based on SPOC in the 2nd grade undergraduate students of Hydroelectric Engineering School in Qinghai University. Details of the extracurricular work for implementing the teaching mode done by teachers and students are introduced. A questionnaire is designed,collected,and analyzed. And the results show that this kind of classroom can be accepted by most students. Therefore,the all-round ability of the students can be trained in different perspectives by the flipped classroom based on SPOC. The cost and effect of teachers,the selection of the students,and the course’s future development are discussed.

small private online courses(SPOC); flipped classroom; teaching mode

2015- 02- 09 修改日期：2015- 04- 08

青海大學一類課程建設項目(KCFL-14-1-1)；青海大學課堂教學和考試綜合改革項目(KG-14-12)

張強(1978—),女,河北遷安,碩士,副教授,研究方向為電力市場及新能源.

E-mail：zq6321856@163.com

G642.0

A

1002-4956(2015)9- 0179- 04