基于SPOC的混合式教學模式的設計與實踐

張恩旭， 趙 濤， 李 軍， 郝思鵬

(1．南京工程學院 電力工程學院，2.南京工程學院 自動化學院，江蘇 南京，211167)

0 引言

2019年以來，國家先后頒布了《中國教育現(xiàn)代化2035》與《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案(2018—2022年)》，共同構成了教育現(xiàn)代化的頂層設計和行動方案。從2019年到2021年，教育部全面實施“六卓越一拔尖計劃2.0”，其中核心任務之一是完成萬門左右國家級一流本科課程和萬門左右省級一流本科課程(金課)認定工作，其中認定6000門左右線上線下混合式一流課程。從中可以看出，國家正在積極推進信息技術與教育教學的深度融合，全面貫徹以學生為中心教學理念，大力提升課程學習的挑戰(zhàn)度，建設有“深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的金課”[1]。目前我國教育信息化正處在轉型的關鍵期，其目標是推進信息化技術與教育教學的融合創(chuàng)新，核心價值是創(chuàng)新和變革教學模式[2]。

隨著信息技術的快速發(fā)展，基于MOOC和SPOC的混合式教學模式獲得到越來越多的關注。線上線下混合式金課建設正是當下各高校重點進行教學改革的方向。這既涉及信息化教學技術的升級，也包含新型教學方法的實施，更包括教師教學能力水平的提升。將傳統(tǒng)的面對面講授式課堂教學與信息技術支持下的在線學習有機結合，借助兩種學習環(huán)境的優(yōu)勢，重構教學設計和教學組織活動，以期達到提高教學效率和提升學習效果的目標。SPOC 是 Small Private Online Course 的簡稱，這個概念是由加州大學伯克利分校的阿曼德.福克斯教授最早提出和使用的[3]。麻省理工學院教授阿納特阿加瓦爾(Anant Agarwal)認為SPOC是實體課堂和MOOC 的融合[4]。

1 基于SPOC的混合式教學模式的實踐

本文以“電力電子技術”課程教學為例，基于SPOC與云班課智慧課堂構建線上線下混合式教學模式，依據教學系統(tǒng)設計原理和“電力電子技術”課程理論性實踐性強、技術發(fā)展迅速的特點，通過分析 SPOC 平臺特點和混合學習特征，在教學上采用基于問題學習PBL(Problem-Based Learning) 的教學方法。PBL是一種典型的以學生為中心的教學方法。 該教學方法強調在真實情境中開展探索活動，把學習置于復雜的、有意義的問題情境中，通過合作探究、獲得知識、形成技能、發(fā)展學生的學習能力。問題式教學鼓勵學生盡可能找到更多的方法，注重知識的探索過程。它從問題出發(fā)，通過對問題的分析，發(fā)現(xiàn)新的問題，再分析，最后達到解決問題的目的，其中涉及材料收集，觀點分析與綜合、推斷與推理、質疑與辨析等過程[5]。

1.1 教學實施過程

“電力電子技術”課程的教學，按照PBL的教學理念，以電力電子器件為基礎、電力變換及控制為主線，教學內容在典型器件和典型電路的講授外，特別加大了對新型器件及電力變換電路在工程應用的講授。從而反映電力電子技術發(fā)展的前沿性和時代性，加強知識能力素質的有機融合。教學形式分為課堂教學部分、課程實驗和在線教學3部分，線上教學貫穿于整個教學過程。實施過程分為課前、課中、課后三個階段，每個階段的學習任務和學習活動組織形式都各有側重點。

課前學習：根據教學大綱和教學日歷設計學習任務單，定時推送教學資源并發(fā)布于云班課平臺之上。表1給出直流-直流降壓斬波電路一節(jié)學習任務單。教師首先在線布置設計任務、提出設計要求，

表1 降壓斬波電路學習任務單

并推送相關教學資源包括：教學視頻、微課、教學資源及技術手冊等。學生接收教師的設計任務，明確設計要求，自行分組和安排各自承擔的設計任務，并根據教師提供的教學視頻、PPT等教學資源或通過網絡檢索進行自主學習。

課中學習：課中教學是混合式教學的主要階段，采用基于PBL方法，主要是通過教師的情景導入、重點講解、以及學生的自主探究和合作學習來進行，具體教學流程如圖1所示。

圖1 課堂教學流程

以降壓斬波電路一節(jié)的學習為例，首先教師通過以光伏發(fā)電為代表的新型直流能源的發(fā)展和電動汽車等直流負載的廣泛應用這樣一個場景，引出直流—直流變換中的降壓斬波電路；再利用分段線性和周期穩(wěn)定的概念引導學生分析電路的工作過程，推導電壓輸入輸出關系式。教師再提出“光伏電池充電系統(tǒng)，要實現(xiàn)由于光線變化原因，光伏電池電壓是變化的，而負載端的蓄電池電壓基本不變，要選擇何種開關頻率、濾波電感值、開關頻率占比比變化范圍等設計控制參數(shù)，如果讓你們學生設計一個這樣的系統(tǒng)，你們會怎么做呢？”然后學生圍繞教師提出的任務展開學習。在學習過程中，教師給予學生適當幫助，引導學生如何應用學習過的知識去解決問題。待學生設計完后成各小組進行匯報。再此基礎上，指導學生查閱器件手冊，讓學生比較LM2596器件手冊關于紋波電壓和理論計算值之間的區(qū)別，并分析其原因。最后教師根據任務完成情況和評價結果判斷學習效果，對學生學習情況進行總結點評，對本節(jié)課中的知識進行梳理。

小組成員對組內成員學習過程學習效果評價，小組之間對彼此學習成果進行效果評定和存疑解答。教師根據學生的完成情況和評價，對學生學習情況進行總結，對本節(jié)課中的知識進行梳理。課堂教學通常由教師作為引導者和監(jiān)督者、 學生作為參與主體來共同完成， 借助智慧課堂，教師可有機地采取問題學習自主學習、協(xié)作學習等多種方式開展線下線上深度融合的教學活動，提高學生參與度。

課后學習：教師可以在線完成相關測試和拓展練習。此外，學有余力的同學可以根據在平臺上發(fā)布仿真模型進行進一步的學習和研究。

1.2 教學評價

教學設計的價值體現(xiàn)依賴于評價階段，有效的學習評價有助于教學效果提升。由于混合教學線上線下相結合的特性，教學評價采用教學環(huán)節(jié)形成性的過程評價、實驗環(huán)節(jié)的表現(xiàn)性評價和期末考試的總結性評價相結合。圖2給出了考核評價框圖。課程評價考核采用平時成績、期末成績相結合的方式；平時成績主要根據學生的課堂表現(xiàn)、線上學習、練習、測驗、實驗操作與報告的完成情況進行綜合評定，得到形成性和表現(xiàn)性評價，最后與期末考試的總結性評價形成學生該課程的綜合評價。

圖2 考核評價框圖

過程評價貫穿于混合式教學設計的各個階段，并在后期階段中對教學設計方案予以不斷完善。為了更全面了解學生學習態(tài)度、興趣和學習效果，教師可以利用云班課平臺提供的數(shù)據，如學生的課堂表現(xiàn)、觀看情況和課堂討論匯報以及組間和組內互評結果了解學生學習效果。

表現(xiàn)性評價主要考察學生運用學習的理論知識進行實驗操作、實驗數(shù)據和實驗報告撰寫的能力。總結性評價則在教學實施完成后進行，通過期末考試就學生的知識掌握、能力養(yǎng)成、素質培養(yǎng)等方面進行考察和評鑒。并結合過程性評價、表現(xiàn)性評價形成電力電子技術的總體評價。

2 教學效果

表2給出了2018-2019學年的16級實驗班和對照班的“電力電子技術”課程課程目標的平均達成度。其中TL是采樣傳統(tǒng)的教學方法，PBL為采用線上線下混合式教學方法。

表2 實驗班和對照班達成課程目標達成度

圖3給出了兩個班級在課程目標達成度的數(shù)據分布的箱形圖。

圖3 課程目標達成度箱形圖

從圖中可以看出，實驗班的3個課程目標達成度的上四分位數(shù)與下四分位數(shù)的距離小于傳統(tǒng)教學，除課程目標2的最大值，3個課程目標的中位數(shù)、最大值和最小值均高于對照班。由于實驗班的最小值較高，因此出現(xiàn)了低值的異常值，但該值依然高于對照班的最小值。通過對圖3的分析可知，實驗班的教學效果要好于對照班。對2019學年的教學效果進一步的分析。表3為2017 級兩個班級“電力電子技術”期末考試成績分布表，大致符合正態(tài)分布規(guī)律。采用python對兩個班級考試成績、線上測試、課堂表現(xiàn)、資源學習和實驗成績的數(shù)據進行處理。

表3 期末考試成績分布表

圖4給出了期末考試成績和線上測試成績、課堂學習成績、資源學習和實驗成績正相關性的散點圖。從圖中可以看出，期末考試成績和線上測試成績、課程表現(xiàn)的相關度較高，而與實驗成績和資源學習成績的相關性較低。這是因為實驗是小組項目，其中不乏滑水的學生，而資源學習成績只是體現(xiàn)學生反映視頻，瀏覽了教學課件，不能體現(xiàn)其是否認真學習。從圖中可以得出這一結論：高平時成績是獲得良好考試成績的必要不充分條件，是低考試成績的充分不必要條件。

圖4 平時成績和期末成績相關性散點圖

上文分析了線上測試成績、課堂學習成績、資源學習和實驗成績這四部分與期末筆試成績之間的相關性，但無法確定這四個因素對期末筆試成績的影響程度。 為了分析影響“電力電子技術”期末筆試成績的主控因素，引入灰色關聯(lián)分析方法，利用Python定量確定各影響因素與期末考試成績之間的關聯(lián)度，從而客觀地評價各因素對期末筆試成績的影響程度。

如表4 所示，影響“電力電子技術”期末考試成績的因素依次為: 線上測試成績 > 課堂學習>實驗課成績>線上資源學習成績。 這意味著在這四個因素中線上測試成績對期末考試成績的影響最大，其次為課堂練習。線上的測試和練習在“電力電子技術”課程中起到關鍵作用， 直接影響到學生對理論知識的掌握程度。

表4 考試成績和其他因子的關聯(lián)度分析

混合式教學在學生綜合能力培養(yǎng)、教學目標達成等方面有顯著的效果，但也存在需要進一步解決的問題：

(1)考慮到教學資源推送等問題，教學內容遵循 “短小精悍”的設計原則，學習內容依舊未擺脫傳統(tǒng)教學思維限制，表現(xiàn)形式較為單調乏味，教學資源建設還有待提高。

(2)由于線上教學資源多是講授知識點，學生主要能建立概念，對于難點和重點問題， 在缺乏教師引導的情況下很難深入。

(3)學生評價體系還需要進一整合，加強線上和線下及時溝通，形成相互勾連的評價系統(tǒng)。需要真正發(fā)揮評價的診斷、鑒定、約束、激勵作用。

3 結語

本文在分析基于 SPOC 的混合學習優(yōu)勢的基礎上，設計了以問題為導向的課前、課中、課后一體 化的混合學習教學模式，并在“電力電子技術”課程中進行實踐，通過對教學內容的重構，將學習置于復雜工程問題的場境中，在解決工程問題的基礎上，引發(fā)學生探索興趣，進而學習隱含于問題背后的科學知識，培養(yǎng)學生自主學習和終身學習能力，有助于課程教學目標的實現(xiàn)。通過對學生的“電力電子技術”平時成績( 由線上測試、課堂表現(xiàn)和線上資源學習成績組成) 和期末考試成績相關性的研究發(fā)現(xiàn)，平時成績與期末考試筆試成績之間呈正相關性，這說明平時成績對期末筆試成績的影響是顯著的。在進行混合教學時，應有針對性提高資源吸引力，注重學習過程監(jiān)督， 提升學習監(jiān)控力，通過多種評價方式促進學生綜合能力培養(yǎng)。(張恩旭等文)