基于SPOC的量子力學混合式教學模式改革與實踐

劉蓉　侯宏錄　董威　劉王云　惠迎雪

【摘 要】伴隨著在線開放課程和學習平臺在世界范圍迅速興起，基于SPOC的面向小規模特定學習人群的混合式教學模式應運而生，是真正體現“以學生為核心”教育理念的有力手段。本文結合我校電子科學與技術專業的培養目標，以及量子力學課程特點，探索了從“傳統教學”向“基于SPOC的混合式教學”轉變的教學模式改革方案，研究了以學生為核心、基于SPOC的量子力學課程混合式教學方法，為進一步改善課堂教學效果和質量提供重要保障。

【關鍵詞】SPOC；量子力學；電子科學與技術專業；教學模式

中圖分類號： O413.1-4 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）03-0052-002

Reform and Practice of Quantum Mechanics Hybrid Teaching Mode Based on SPOC

LIU Rong HOU Hong-lu DONG Wei LIU Wang-yun HUI Ying-xue

（College of Optoelectronic Engineering， Xian University of Technology， Xian 710021， China）

【Abstract】With the rapid worldwide rise of open online courses and learning platforms， a hybrid teaching model based on SPOC for small-scale specific learning groups has emerged as a powerful means of truly embodying the concept of “student-centered” education. Based on the training goal of electronic science and technology in our university and the characteristics of quantum mechanics course， this paper explores the reform of teaching mode from “traditional teaching” to “SPOC-based hybrid teaching”， studies the reform of teaching mode based on students， SPOC quantum mechanics course hybrid teaching methods， to further improve the effectiveness and quality of classroom teaching to provide an important guarantee.

【Key words】SPOC； Quantum Mechanics； Electronic Science and Technology； Teaching Mode

1 SPOC的產生

追溯國內外在線課程的發展，從1989年美國鳳凰城大學最先推行在線學位計劃，成為美國第一批被認可的提供網絡學位教育的學校開始，直至2001年美國麻省理工學院OCW（Open Course Ware）項目啟動，再到2008年MOOC（Massive Open Online Course）概念首次提出[1]，并在全球范圍內以迅猛之勢推廣應用，稱為現代教育改革的新興產物。為了順應新世紀的兩大發展趨勢，即全球化和信息化，中國高等教育也迎來了新的機遇和挑戰。2011年教育部出臺了《教育部關于國家精品開放課程建設的實施意見》（教高[2011]8號）、《精品資源共享課建設工作實施辦法》（教高廳[2012]2號）文件，全面啟動精品視頻公開課和精品資源共享課建設。2014年“中國大學MOOC”平臺全面運營。國內在線開放課程平臺日趨成熟，有效支持在線開放課程的建設與運行。大規模在線開放課程等新型在線開放課程和學習平臺在世界范圍迅速興起，不僅拓展了教學時空，實現優質教育資源共享，為學習者提供終身學習條件，而且增強了教學吸引力，激發了學習者的學習積極性和自主性。然而，MOOC缺乏教師的深度參與，脫離實體學校的小班教學，難以完全取代傳統的課堂教學。與此同時，一種將MOOC資源服務于校園內學習者的在線教育形式——SPOC（Small Private Online Course）應運而生。SPOC是一種將MOOC資源用于小規模、特定學習者的教學解決方案，賦予學生更完整、有針對性的學習體驗。采用混合式教學模式，既發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又能體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性，真正體現“以學生為核心”的教育理念[2]。

致力于建設面向工科專業學生的量子力學在線開放課程，結合我校電子科學與技術專業的培養目標，以及量子力學課程特點，立足于提高學生學習積極性和培養學生科學探索精神及創新能力，以“微課程”為載體，實現從“傳統課堂教學模式”向“SPOC教學模式”轉變，研究和構建以學生為核心的基于SPOC的量子力學課程教學模式，采取線上視頻教學和線下課堂教學有機結合的混合式教學方法，實現改善課堂教學效果及質量的目標。

2 SPOC教學模式設計

SPOC是線上和線下相結合，采用校內教師的在線資源與校外相關MOOC資源相結合，通過線上教學視頻、教學課間、在線作業、測驗等教學資源，讓學生先自行在線學習，然后在課堂上進行面對面的討論、答疑、實驗等，最后進行線下期末考試環節，至此，整個課程完成。SPOC的核心是教學流程變革所帶來的知識傳授的提前和知識內化的優化[3]。SPOC的教學模式全過程一般由三個環節構成：問題導入環節、線上學習環節和互動跟蹤環節。具體細化過程還包括：微視頻制作與上傳、設置任務單、提供資料庫、組織線上視頻學習、開展在線討論、線下互動教學、跟蹤監測等流程，SPOC教學模式設計流程如圖1所示。

在具體實踐中，結合量子力學的課程特點，做到以下幾方面：

（1）基于SPOC的量子力學課程建設采用以知識點碎片化視頻（10分鐘左右）與交互式練習為基本教學方式的知識點組織模式和學習模式，采取線上視頻教學和線下課堂教學有機結合的混合式教學方法，實現教與學的“翻轉”。

（2）基于SPOC的量子力學課程建設預期形成6-8小時的在線視頻課程，分為10周進行授課，每周授課時數為4節，每節10分鐘左右（即為一個視頻課程單元）。此外，還包含6-8小時的線下教師面授課程，分3-4周進行授課，每周授課時數為2節，每節50分鐘.在線視頻兼顧“快、高效、有趣”的特點。

（3）構建以知識點為單元的視頻課程模塊單元。結合量子力學的課程與內容特點，分解知識單元，構建以知識點為節點的知識架構。通過課程知識點的拆解、遴選和重組形成涵蓋課程基本知識點、基本概念、基本原理、前沿專題和熱點問題的課程體系課程內容。

（4）配備教學大綱、教案或演示文稿、重點難點、作業、試題庫、參考資料、資源庫等完整的課程支撐資源庫。

（5）基于學情分析，預習導學、設置單元作業、在線討論、在線考試等線上教學任務和線下教室討論、交流、答疑等教學活動，以幫助學習者有效進行學習并實現課程制定的目標。教學團隊每周會引領4個知識點的學習，漸進式的推進，配以豐富的案例與實操貼士，大家可以選擇適合的時間來學習、交流與練習。

（6）考核方式：視頻學習完成度+課內表現+期末考試成績。

3 SPOC教學實踐

SPOC采用線上視頻教學和線下課堂教學有機結合的混合式教學方法，以學生為核心，將學習置于復雜的有意義的問題情境中，通過視頻觀看和互動討論，激勵學生積極探索隱含于問題背后的科學知識，實現知識體系的建構和轉化，同時鼓勵學生對學習內容展開討論、反思，教師則以提問的方式推進這一過程，最終使學生在一個螺旋式上升的良性循環過程中理解知識，實現學習的不斷延續，以促進學生解決問題、自主學習能力的發展，以及創新意識和創新能力的提高，實現改善課堂教學效果及質量的目標。

與傳統教學方法相比，基于SPOC的混合式教學模式中，教師與學生的角色和任務發生巨大改變。教師從傳統課堂中的知識傳授者變成了學習的促進者和指導者，這意味著教師不再是知識交互和應用的中心，而是學生應用知識到真實情景的推動者。

教師的主要任務是：

（1）創設問題情境、呈現問題。提出問題是SPOC的起點和焦點。布朗、科林斯等學者認為，認知是以情境為基礎的，發生在認知過程中的活動是學習的組成部分之一，通過創設問題情境可吸引學習者。問題的產生可以是學生自己在生活中發現的有意義、需要解決的實際問題，也可以是在教師的幫助指導下發現的問題，還可以是教師根據實際生活問題、學生認知水平、學習內容等相關方面提出的問題。

（2）提供豐富的教學資源。教學資源是實施SPOC的根本保障。教師可以利用網絡課程為學生解決問題提供多種媒體形式和豐富的教學資源。

（3）對學習成果提出要求，給學生提供一個明確的目標和必須達到的標準。

（4）部分教學內容、難點問題講授。

（5）答疑，論壇主持，實驗，考試組織等。

學生的主要任務是：

（1）通過觀看視頻（任意時間）自主學習；

（2）在線完成作業和測試；

（3）線上論壇討論并相互回答問題；

（4）參與課堂討論和組間辯論。

例如，在講到微觀粒子的波函數時，有學生認為波函數是經典物理學的波，也有學生認為波函數由全部粒子組成。這些問題的討論激發了學生的求知欲望，可以通過線上視頻學習、網絡資源共享，再組織在線討論，最后線下教學互動和老師疑難解答，對各小組討論和辯論的觀點進行評述和指正，實現學生對一些不易理解的量子概念和原理的深入理解[4-6]。

4 SPOC教學設計的關鍵問題

（1）明確學習目標和內容。通常任課教師以整門課程為一個體系進行教學設計，但是這個體系過于龐大，學生往往看這個體系如“盲人摸象”，很難完整理解，甚至使學生產生畏難情緒，很難“留住”學生參與線上學習。所以，建議在設計學生的學習目標時以周為單位，定期發布視頻學習任務書，該任務書一定是具體的、可量化的，使學生可以在短時間內明確本周的學習目標和內容。

（2）教學內容的設計與教學環節的組織安排。基于SPOC的混合式教學不等同于傳統教學+在線學習，需要詳細設計教學內容，例如哪些內容適合學生在線學習？哪些內容需要課堂講授？設計哪些討論主題既緊密結合課程知識點又能夠激發學生的“好奇心”，有利于培養學生科學探索精神及創新能力？等等。此外，還需要細化各個教學環節的組織安排，確保各環節能夠有機結合。

5 結束語

近幾年，針對量子力學教學中出現的實際問題，結合量子力學的課程特點，我們提出了以學生為核心的基于SPOC的量子力學課程教學模式改革的研究和實踐，取得了一些成效，對于理論性較強的其他課程也具有較強的理論指導意義和推廣應用價值。

【參考文獻】

[1]呂靜靜.開放大學混合式教學新內涵探究——基于SPOC的啟示.遠程教育雜志，2015（3）：72-81.

[2]鄭奇，楊竹筠.SPOC：結合高校教學的融合創新[J].物理與工程，2014，24（1）：15.

[3]趙興龍.翻轉教學的先進性與局限性[J].中國教育學刊，2013（4）：65-68.

[4]鄒艷.淺談量子力學的教學改革[J].物理與工程，2009，19（4）：40-41.

[5]趙凱華，歲蔚茜.量子物理[M].北京：高等教育出版社，2001：30-45.

[6]范洪義.從量子力學到量子光學—數理進展[M].上海：上海交通人學出版社，2005：50-55.