新工科視角下高校工程類專業課程“SPOC+雨課堂”混合式教學模式研究

馮磊華 李錄平 田 紅 胡章茂 張 巍

長沙理工大學能源與動力工程學院 湖南長沙 410015

近年來，隨著第四次工業革命的到來，世界范圍內新一輪的科技革命和產業變革對工程教育的改革和發展提出了新的挑戰[1]。“新工科建設”的提出正是對上述挑戰做出的積極回應。對于工科類本科教育，面向社會需求培養應用型人才，增強學生的創新能力和工程應用能力是新工科教育的根本目標[2]。

新工科教育以“卓越計劃”為示范，通過對課程體系和教學內容的改革，完善新工科教育人才培養方案。在新工科教育的實施過程中，課程體系與教學內容的改革是關鍵環節，重點體現在理論教學與實踐教學的深度融合問題，而理論教學的重點又主要體現在專業課程上。目前針對“卓越計劃”實施的專業課程教學模式，存在諸多問題，較難調動學生學習的積極性[3]，更難滿足新工科教育培養目標的要求。因此，對專業課程教學模式的研究與改革是新工科教育得以順利實施的重中之重。

1 高校工程類專業課程教學現狀

從近年高校工程類專業及“卓越計劃”的教學過程可以發現，專業課程的教學在內容與方法上存在較多問題[4]。這些問題導致了工程類專業學生學習專業課程缺乏熱情、專業課程的教學質量普遍不高等問題。具體而言，存在的主要問題有以下幾方面：(1)專業課程教學目標模糊不清。新工科的專業課程教學應起到培養學生個人效能、知識能力、學術能力、技術能力和社會能力等五類核心能力的作用[5]。而當前的高校工程類專業課程普遍存在教學目標模糊不清等問題。(2)專業課程教學過程與培養目標嚴重脫節。目前，高校工程類專業課程的教學仍大多采用課堂講授的方法，很難培養出具有創造性思維與人格的創新型人才[6]。(3)專業課程教學效果的考核不足以支撐培養目標。目前，工程類專業在專業課程教學效果考核方面存在考核方式單一死板，考核內容結構不合理，重知識細節考核、輕綜合能力培養等一系列問題[7]。

上述問題的存在直接影響了學生綜合素質和五類核心能力的培養，更不足以支撐新工科及“卓越計劃”的培養目標。

2 高等工程類專業課程教學模式研究

在新工科培養目標的要求下，針對專業課程的教學特點，研究國內外近年出現的各種先進教學模式，探索出一套專門針對我國工程類專業的課程教學模式，更好地實現新工科背景下學生五類核心能力培養的總目標。

2.1 OBE教學模式

OBE教學是一種基于成果的教學(Outcome-Based Education，OBE)模式，已被世界各國不同層次的教育系統廣泛采用[8]。OBE教育理念與新工科教育的專業課程教學過程相融合時，應做到以下幾點：(1)以產出為導向，通過預測學習產出結果制訂教學目標。(2)設計“以學生為中心”的反向教學模式。(3)構建持續改進的良性教學模式。

2.2 慕課教學模式

大規模在線開放課程(Massive Open Online Course，MOOC)平臺，提供了更加豐富的教學資源[9]。慕課的學習者不受在線人數、時間、空間的限制，任何人均可以在世界的任何地方，用電腦或者手機終端選擇學習課程[10]。慕課的大規模屬性顯示了其低成本、高效率的優勢，但也存在學習效率低、面對面交流少等問題。

2.3 SPOC翻轉課堂教學模式

小規模私有在線課程SPOC(Small Private Online Courses)是對MOOC的有益補充[11]。SPOC強調要針對學習者的個性化特點開展教學，并有針對性地對學習者進行管理和控制[12]。

翻轉課堂與傳統的教學模式比較，主要完成了兩個方面的轉換[13]：(1)教師任務與角色的轉換：教師由主導地位變為輔導地位，學生進行自主學習，最后再由教師答疑解惑；(2)學生的任務與角色轉變：學生由被動學習轉為主動學習，學習過程由學生主導。

基于SPOC的翻轉課堂教學模式，完美地將SPOC模式和翻轉課堂模式相結合[14]，提高了教學效率和教學質量。

2.4 基于微信的“雨課堂+PowerPoint”教學模式

清華大學“學堂在線”推出的“雨課堂”是一種基于“微信+PowerPoint”進行授課和師生互動的移動網絡教學模式[15]。雨課堂軟件是以插件的形式與PowerPoint相融合的，再通過掃描二維碼與微信相結合，不需要更新硬件教學設備，操作簡單易學。

雨課堂的應用極大地便利了教師和學生，也很好地調動了學生學習的積極性，但其只是教學組織和管理工具，對于課堂中出現的專業軟件和圖像，目前還沒有很好的解決方法。

3 基于OBE理念的“SPOC+雨課堂”混合式教學模式研究

針對目前我國高等工程類專業課程的教學特點及在教學過程中出現的主要問題，結合上述各種教學模式的特點和應用情況，本文提出一種基于OBE教學理念的“SPOC+雨課堂”的混合式教學模式，并將該模式應用到能源與動力工程專業2015級“卓越計劃”班的單元機組集控運行專業課程的教學中。

本研究依據OBE教學理念、依托超星SPOC教學平臺及清華大學“學堂在線”的雨課堂移動網絡教學平臺，構建的“SPOC+雨課堂”的混合式教學模式共包含基于OBE理念的教學內容設計與開發、教學策略的制訂與實施、教學考核三部分內容，如圖1所示。

圖1 “SPOC+雨課堂”混合式教學模式

3.1 基于OBE理念的教學內容設計與開發

針對單元機組集控運行課程，采用基于OBE的教學理念進行開發，須明確四個對應關系：(1)明確培養目標與內外需求之間的關系；(2)明確畢業要求與培養目標之間的關系；(3)明確課程體系與畢業要求之間的關系；(4)明確教學內容與畢業要求之間的關系。通過對能源與動力工程專業“卓越計劃”學生畢業要求的分解，將其逐個落實到單元機組集控運行課堂教學之中，進而明確教學內容，確保教學內容為畢業要求做出貢獻。

具體設計內容主要包括如下幾方面。

(1)課程內容的重構

基于上述課程目標，為了更好地實施混合式教學模式，本研究對課程內容進行了重構：將課程知識按照知識點的形式重新劃分，每個知識點安排一定的任務由學生完成。

(2)教學階段的劃分

本研究將單元機組集控運行課程的教學過程分為基礎導入、提高進階、綜合拓展等三個漸進的階段，具體安排為如下。

①基礎導入階段：介紹基本概念和定義，并用實例說明機組的基本啟停過程。

②提高進階階段：通過具體實例掌握機組的運行調節、運行控制和基本事故處理原則。

③綜合拓展階段：針對具體的事故案例，分析事故原因，并提出具體處理措施。

(3)教學資源的設計與開發

為了實現“SPOC+雨課堂”的混合式教學，教師需要在課前完成全部教學資源的設計與開發工作，針對每個知識點設計的教學資源見表1。

表1 單元機組集控運行教學資源設計

各類教學資源的設計與開發主要通過以下方法完成。

①學習任務單的設計：學習任務單為學生的課前學習提供了指引和方向，是翻轉課堂有效實施的保障。本研究中的課前學習任務單主要包括課前學習內容、小組匯報主題與要求、課后作業與反思三部分內容。

②微視頻的錄制：本研究采用專業的屏幕錄像軟件Camtasia Studio 9.0將主要知識點錄制成一個個短視頻，每個視頻長度為10分鐘左右，便于學生利用碎片時間學習。

③作業和測驗的設計：作業和測驗既可以作為學生自測學習效果的工具，又可以作為教師評價學生學習的有效手段。教師可對作用和測驗的內容提前設置好答案，再通過雨課堂推送到學生手機端。教師根據學生答題情況，再有針對性地在課堂教學中進行解答。

④實例素材包的搜集與制作：實例素材包主要包括典型機組啟動案例、典型事故處理案例等，可通過網絡或與電力企業聯系搜集，部分內容進行自主開發。

上述教學資源中，學習任務單、作業和測驗及PowerPoint課件可通過雨課堂推送給學生，微視頻及實例素材包則可以上傳到SPOC教學平臺，形成一套完整的在線學習課程資源。

3.2 教學策略的制訂與實施

為了更好地完成每一階段的教學目標，本研究采用多種授課形式：在基礎知識導入階段，采用雨課堂講授的方式；在提高進階階段，為了更好地鍛煉自主學習的能力，采用翻轉課堂的教學形式；在綜合拓展階段，為了讓學生更快地掌握一些重要原理，并鍛煉學生分析問題和解決問題的能力，采用“雨課堂講授+研究性學習”相結合的教學方式。而對于具體的教學過程，本研究將其劃分為課前、課中、課后三部分內容。

(1)課前部分

將25名學生共分成五組，每組學生在課前要根據雨課堂推送的學習任務單完成以下任務：①通過超星SPOC平臺觀看微視頻、并學習實例素材包的內容；② 通過協作互助的方式制作PowerPoint匯報課件，準備課上展示與講授。教師可以根據超星SPOC平臺的信息反饋，分析學生的在線學習情況，并可對教學流程和方式進行適當調整。

(2)課中部分

在課堂上，采用雨課堂講授和學生展示相結合的形式教學。學生展示是課堂上的主要形式，由任務組輪流展示和講授，再由教師進行點評和指導。而對于一些難點知識，則需要由教師通過雨課堂給學生進行講解，并可以利用雨課堂的彈幕互動、練習、測驗等內容及時了解學生的學習情況。

(3)課后部分

課后，雨課堂會推送課堂總結至教師微信，教師根據總結情況給學生推送復習作業。學生在學習中遇到的問題也可以通過SPOC平臺反饋給教師，教師可利用某一固定時間進行在線解答。

3.3 教學考核

對于“SPOC+雨課堂”的混合式教學考核，本研究采用過程性評價和總結性評價相結合的方式。其中，過程性評價部分占總成績的50%，主要包括學生的視頻觀看情況、任務完成情況、課堂展示情況及學生互評成績等內容；總結性評價占總成績的50%，主要包括學生的期末測驗和綜合考核。

3.4 教學效果與問題反思

(1)教學效果

①激發了學生學習的積極性。

② 提高了課堂互動性。通過小組協作、任務展示與評價，提升了學生之間的互動；通過雨課堂的彈幕、習題推送、SPOC平臺反饋，提升了師生之間的互動。

③提高了教學效率。采用“SPOC+雨課堂”的混合式教學模式，可以充分利用學生的課余時間，大大提升了課堂教學效率，學生對知識的掌握也更加牢固。

④鍛煉并提升了學生的多種能力。課前預習，提升了學生的自主學習能力；小組協作與展示，提升了學生的語言表達能力、溝通能力和協作能力；綜合拓展則充分鍛煉了學生解決實際問題的能力。

(2)問題與反思

①雨課堂的功能不夠完善，例如，對于主觀題的測試，不能預先設置答案；每一次的課堂成績評定不能夠匯總在一起形成最后的總成績等。

②仍有部分學生比較被動，在任務完成的過程中參與度較低。

4 結語

“新工科建設”背景下，高校工科教育改革發展存在諸多掣肘因素，其中，專業課程教學問題尤為突出，例如，專業課程教學目標模糊不清、專業課程教學過程與培養目標嚴重脫節、專業課程教學效果的考核不足以支撐培養目標等。

為了能夠較好地解決上述問題，本文首先研究了各種先進教學模式，并在此基礎上提出了一種基于OBE理念的“SPOC+雨課堂”的混合式教學模式。接著，分別從教學內容的設計與開發、教學策略的制訂與實施和教學考核三個方面分別對該混合式教學模式的實施進行了具體研究。最后，通過教學效果的分析可以看出，本教學模式極大地激發了學生學習的積極性、提高了課堂互動性及教學效率、多方面鍛煉和提升了學生的五類核心能力，可以較好地促進我國新工科教育的發展。