《微機原理與接口技術》混合課堂建設與思考

賈小云 田延安 王長浩

本文為2017年陜西省高等教育MOOC中心在線課程轉化教改項目（17MZ08）

【摘 要】 本文依托陜西省高等教育MOOC中心2017年SPOC定制項目“《微機原理與接口技術》MOOC（SPOC）+翻轉課堂”的教學實踐項目，從傳統教學模式和混合課堂的優缺點入手，分析了項目實施的必要性、迫切性;從SPOC資源建設、翻轉課堂實施方案、即時通訊工具QQ群配合課堂教學等方面入手，詳細介紹了教學改革的思路、實踐過程;從與其他平行班級的對比入手，以學生問卷和考試成績的實際效果，總結了項目的突出成效和進一步推進的必要性。

【關鍵詞】 MOOC;SPOC;微機原理與接口技術;混合課堂

一、前言

陜西科技大學電氣與信息工程學院共有10個專業近千名同學，培養計劃于第7學期開設《微機原理與接口技術》。該課程培養學生理解微型計算機，掌握其基本組成、工作原理、輸入輸出控制方法等內容，并深刻理解微機系統整體概念，提升學習和應用的興趣和技能，能夠進行初步的軟硬件開發的能力。混合課堂的研究目的，是針對之前課程教學普遍存在的教學任務重、學生學習目標不明確、學習積極性不高、學習能力差、厭學等問題，改變傳統課堂”老師教、學生聽”的教學模式，引入多樣化的教學實踐。2016年12月，課程團隊申報了“《微機原理與接口技術》MOOC（SPOC）+翻轉課堂”的項目，獲得了“2017年陜西省高等教育MOOC中心在線課程轉化教改研究項目”批準。

在線開放課程MOOC是通過互聯網信息技術與教育的全面、深度結合引起了一場教育變革，[1]具有大規模、完全開放、完全在線等特征，可以近距離實現接觸“名校、名師、名課”的優秀教學資源。但MOOC的大規模特性，使師生之間難以互動，容易引發質量危機。

按照項目研究設計，翻轉課堂作為一種“學習知識在課外，內化知識在課堂”的新型教學模式，與傳統的教學過程相結合的混合課堂可以達到更好的效果。混合課堂的理念符合SPOC模式的特點，兩者的結合能有效避免傳統教育中學習內容的強制性和思維過程的依賴性，使學生的協作能力和創新能力較傳統課堂有了更大的提升空間。

二、MOOC（SPOC）+翻轉課堂的實施

1、《微機原理與接口技術》MOOC+翻轉課堂教學模式構建

翻轉課堂的SPOC模式可為學生提供優質的教學資源，通過數據分析，全方位地了解每個學生的學習情況，開展個性化的交互輔導，在相互協作的學習過程中全程提供學習支持。課題組結合翻轉課堂的特點，構建了SPOC教學模式，如圖1所示。

圖1 翻轉課堂的SPOC教學模式

2、《微機原理與接口技術》混合教學實踐

《微機原理與接口技術》混合教學實踐按SPOC教學模式展開。

資源組織以教學大綱為框架合理劃分線上線下教學任務。在 SPOC 模式中，學生的課外自主學習是必要環節，而如何為學生提供一個學習資料充足、知識結構清晰的自主學習平臺，是教學設計者需要考慮的重點問題。我們設計了5個部分的線上學習和6次翻轉課堂如圖1所示，其余全部線下教學。

在傳統教學中，教師往往按照教材的編排順序進行線性教學;而在 SPOC 模式下，教師要打破固有的線性教學模式，將理論教學與實踐教學緊密融合，把整合后的知識點分解為若干個工作任務，以任務驅動為核心，建立相關的工作任務列表。[2]比如在微機系統概述學習中，要求同學們完成兩項任務：討論主題“為新生配置一臺計算機”考查微機的硬件組成和微機系統概念的理解;主題討論“INTEL微處理器家族”考查對日新月異硬件的發展歷程和目前的發展狀況與趨勢的了解;“我與匯編語言的故事”讓大家學習了完成匯編程序設計后，講講體會與發現，更深入學習匯編程序設計等等，教學內容和教學目標巧妙地隱含其中，并根據任務開展的需要對教學內容進行重新調整和優化，理順各知識點之間的關聯性，設計一些知識競賽小游戲，使 SPOC 模式下的課堂教學環節更加富有挑戰性，學生的學習積極性也能得到有效激發。

整合SPOC 微視頻，設計視頻中斷題目。線上重點主要為概念引入、闡述解釋、典型實例、知識總結等教學關鍵環節，使學生能較為系統地完成一個知識點的學習內化。對于較復雜、視頻時長大于8分鐘的知識點，我們適當地設計了一些小問題中斷視頻學習，加深細微知識點的回顧，刺激學生關注度，在問題回答完畢后繼續觀看視頻課程。

SPOC課堂采用“視頻+作業+翻轉課堂”的形式開展學習，學生課前學習任務包括三個環節。第一，課前在線認知。在這個階段，課程組在課程優化教學資源的基礎上，提前一周發布課程任務——學習視頻、測試題目、調查問卷、線下課堂分組討論題目等工作，同時在QQ群營造學習氣氛、發布學習數據統計情況，線上資料發布預告等手段督促學習效果。第二，提交線上作業。作業即與教學視頻相關的配套練習，學生完成作業后將作業提交給自動評分系統。我們對作業進行了精心的設計，以期能實現既保證學習任務又不打擊積極性的原則，合理設計難度，在線下課堂或者QQ群實施調查。第三，調查解決主要矛盾。通過了解學生的學習狀況，以便設計出更有針對性的課堂教學活動。調查內容包括對各個知識點的掌握程度、目前尚存的難點、感興趣的相關知識等。

實踐中的線下進階任務主要分四部分，一是查閱發展前沿，拓展視野以便提升討論主題的質量;二是通過QQ作業布置，按周通過QQ照片的形式提交批改;三是就一些碎片化的知識引導學生做思維導圖，以便梳理知識點深入理解系統內容;四是在翻轉課堂上提倡學生積極研討，各組間展開辯論，組間總結并互相評價，各組做總結發言，討論主題成果展示評獎發獎等環節刺激學習熱情，提高學習質量。課程組針對SPOC翻轉課堂內容設計了6個討論主題，學生可以根據自己的實際情況，以學習小組為單位開展討論組織內容在翻轉課堂上予以展示。小組同學通過線上研究討論、線下協作實踐等方式來完成;教師根據學生展示和協作討論的交流記錄，進行課堂點評;學生將最終完成的實踐成果，以圖形、文字、動畫、視頻等多種形式在課堂上展示。我們將實施班級分為3人一組共7組展開討論與答辨，教師現場主持、引導和進行必要的解惑工作，把問題在課堂上消化。

過程支持模塊對于在SPOC模式下開展課外自主式學習的大學生來說，必須有學習過程支撐，這將直接影響到自主學習能否持續、有效地開展。適當做思維導圖增加知識點關聯。《微機原理與接口技術》課程知識點零碎繁雜而且邏輯關聯不大。在學生自主學習過程中容易對知識點造成機械的記憶，容易遺忘也使得學習過程枯燥容易厭倦。而思維導圖的使用可以較好地避免這種情況的發生。

學習分析是以評估學業成就、預測未來表現、發現潛在問題為目的，對學生產生和收集的大量數據進行闡釋的過程。在SPOC模式下，通過學習分析，對這些數據進行測量、收集和分析，挖掘出學習者的特征、學習需求、自主學習規律、交互行為模式等，并以此為學生定制個性化的學習策略和學習方法，改進教學計劃，優化教學效果。

SPOC教學提供學習數據統計、課程數據統計、學生成績管理、學習行為分析等功能。便于課程組及時了解學生學習狀態、學習效果、學習態度和學習風格以及學習效果。將教學重心由“教”的怎么樣轉移到了“學”的怎么樣上，真正關注了教學效果。另外也可以對學習者學習行為進行分析，在傳統課堂中，教師可以直接對學生在教學過程中的學習行為進行“監控”。課程教學實踐中，憑借教學數據與學習行為分析，課程組通過QQ群發或公告的形式完成教學實踐的全過程管理。

3、《微機原理與接口技術》混合課堂教學考核

在課程建設期間，考慮到學習過程的特點，課程組設計的期末考核比例：線上學習數據占10%，線上測試成績5%，翻轉課堂（5%）以及傳統課堂（5%），而線下實驗室實驗過程以及實驗報告等占20%，期末考試占55%。這一比例的設置一方面考慮新模式的特點，又考慮學生日后的獎學金評定和優秀研究生生源計劃等公平性問題，既保證考核機制內容全面性，還實現了學習考核評價的科學性和公正性。

三、《微機原理與接口技術》混合課堂的主要特色

教學中引入現代教學模式，取得了較好效果，特別是混合課堂的效果最好。這種課堂教學模式的主要特色突出了以下幾點。

1、實現教學資源融合

在教學準備階段，一方面組織學生認識MOOC平臺，使用MOOC課堂，開展網上主題討論，打破了學校課堂局限。另一方面課程團隊實施課程建設，認真篩選調整視頻資源，精心策劃課堂翻轉主題，整合周測試題，使SPOC課堂更契合我院教學實際。

2、教學實踐飽滿富有成效

教學過程發布教學內容61講，單元測試10次，設計翻轉課堂6次，線下作業6次，思維導圖2次、線上討論幾十次。教學中分組討論，合作完成每次翻轉課堂的分享及討論、知識小游戲等，小組競爭綜合評獎，營造積極歡樂的學習氛圍。其中微機硬件結構之為新生配置新電腦、日新月異的微處理器家族、我與匯編語言的故事、存儲器的前世今生、我要更大的內存、I/O接口的那些事兒等翻轉主題，緊密結合課本，又不拘泥于課本，既讓學生回顧發展歷史又探索技術前沿，既理解原理又聯系生活實際，學以致用，學生很有成就感。

3、實現全過程管控

從教學前的SPOC公告、郵件通知模式下發，到課程QQ群公布，從QQ公告中明確說明教學重難點及注意事項，需要預習、討論的難重點，到教學后三種習題（隨機課堂練習、SPOC周測試和每2周QQ作業群發）以及SPOC視頻數量和時長等數據統計及獎懲，實現全過程管理，激勵了學習熱情，保證了學習質量。

4、學習評價更科學富有引導性公正性

傳統課堂期末總評，平時分10%，實驗20%，期末考試70%。混合課堂期末考試55%，平時線上線下占25%，既保證調動學生線上學習狀態持續性，又保證了學習內容全面性，還實現了學習考核評價的科學性。期末的調查問卷也收到滿意的效果，其中喜歡混合課堂的學生占71%，認為混合課堂對自身學習的能力提高有幫助的占67%。

四、結語

混合課堂教學實踐歷時一學期，收到了良好的教學效果，實現了傳統教學方式的改變，增強了學生學習興趣和課堂參與意識。課堂上通過內容回顧、課堂游戲、知識拓展和專題討論等環節，學生參與度與參與熱情顯著提高;專題討論和演講，學生們有精彩的主題、奇妙的創意，激發了學習熱情，又增加了對知識點的獨到理解，提高了教學質量。這次教學實踐，課堂教學效果、學生自主學習態度、參與熱情、學生調查問卷等方面，均取得了令人欣喜的效果，期末考試成績理想，這種課堂模式將會在我們的教學中繼續實踐推廣。

【參考文獻】

[1] 黃嵐，袁鋼等.基于 SPOC 理念的計算機組成原理課程互動教學研究[J].計算機教育，2015.13.15-18.

[2] 王盛.基于翻轉課堂的高校SPOC模式構建[J].現代教育，2016.10.100-105.

【作者簡介】

賈小云（1971—），副教授，碩士，研究方向：圖形圖像處理，軟件工程.

田延安（1978.10—），陜西科技大學講師，研究方向：模式識別.

王長浩（1980.10—），陜西科技大學講師，研究方向：深度學習.