基于SPOC普通化學課程教學設計及效果評價

龍海濤，蒲陸梅，李永娟，虎玉森，桂文君

（甘肅農業大學 理學院，蘭州730070）

0 引言

教育信息化對于傳統的教學方法產生了巨大的影響，面對全面提高高等教育質量的挑戰，教育信息化改變了教師“教”的方式、學生“學”的方式.SPOC（Small Private Online Course）是指小規模限制性在線課程［1］，其與MOOC（Massive Open Online Course）的區別在于規模小以及具備限制性，有效地解決了MOOC人數眾多及考核困難的問題，因此，一般認為SPOC是MOOC的升級版本.

新工科要求以學生為中心，以產出為導向，培養面向未來的卓越工程創新人才，其核心在于提高人才能力培養.在此背景下，普通化學課程的能力培養目標主要是培養學生的創新能力，掌握化學的基本知識和基礎理論，為將來的科學研究和工作打好理論基礎，同時讓學生正確認識其所學專業對環境保護和社會可持續發展的意義.

1 普通化學課程教學現狀與存在的問題

普通化學課程對于工科專業學生的發展具有重要影響.首先，普通化學課程對于培養具有創新性思維的工程技術人才非常重要，因為在工程設計中，材料的選擇及安全涉及普通化學知識［2］；其次，普通化學能幫助學生正確認識工程項目在設計及開發過程中對于環境的影響［3］.目前，國內外高校開展了基于普通化學課程的教學改革，其主要目的是拓展學生的知識面，提高學生的創新能力.如同濟大學結合國家資源共享課開展了SPOC 普通化學課程教學，極大地提高了學生的創新能力.大連理工大學也積極開展了基于中國大學生MOOC平臺的混合課程教學，能有效幫助學生建立完整的化學知識結構框架.國外的學校如美國塞勒姆州立大學開展了基于翻轉課堂的普通化學教學，密蘇里科技大學也開展了普通化學混合課程教學，有效地解決了化學實驗室不足的問題并提高了學生的成績.

目前，普通化學課程教學呈現出百花齊放的趨勢，但存在兩個問題：一是教學設計尚處于初始階段.近年來的實踐表明，采用MOOC、SPOC 等信息化教學方式確實推動了教育改革，有助于素質教育的推進，但是如何通過教學設計將線上教學與線下教學進行緊密結合是一個值得探討的問題.二是教學效果評價體系缺乏.目前的考核體系過于繁瑣，不僅不利于教師在實際教學過程中實施，而且增加了學生的學習負擔.因此，本文結合甘肅農業大學工科普通化學課程教學實際，探索了新工科背景下基于SPOC混合課程教學改革及效果評價，以期為提升學生的創新能力提供理論基礎.

2 SPOC與傳統教學的比較

傳統的教學模式主要是以教師為中心，學生被動接受知識，在此種教學模式下，學生的自主探究學習能力被大大限制，創新能力也被束縛.課堂上主要強調書本知識的傳授，教師與學生之間的互動較少，即便是互動也是停留在淺層次，而沒有達到探究性的互動.顯而易見，在新工科認證的教育背景下，將目前這種傳統教學模式轉變為以學生為中心的教學模式則顯得非常重要.

SPOC 是課堂教學與在線教學的混合學習模式［4］.SPOC 教學中網絡教學平臺只是知識傳授的載體，課堂授課才是鞏固教學效果和掌握教學節奏的關鍵，這彌補了MOOC教學只在網絡平臺，教師不能有效掌握學生學習情況的缺陷［5］.更關鍵的是SPOC 兼顧了課堂教學與線上教學的配合，使得教學效果更加有效.課堂教學是以教師講授和學生討論并行的方式進行，討論的問題是基于線上學習而得到，課堂是解決問題的主要載體.SPOC混合課程是體現以學生為中心的教學模式，有助于培養學生的創新能力.

3 基于SPOC混合教學模式的設計

SPOC教學模式主要是基于創新能力的培養.提高學生的創新能力最有效的措施是問題導向學習模式，即提出問題和解決問題的能力，其基本設計流程如圖1所示.問題的提出是通過學生課前在線閱讀教師上傳的材料而產生，而課堂上通過教師講授及學生的討論使得問題得以解決，并發現新的問題，課后探究式自學過程使得新問題得以解決.SPOC 的教學設計遵循了學習的一般規律，即提出問題、解決問題，然后發現新的問題、解決新的問題.通過這樣一個漸進的過程，在發現問題和解決問題的過程中提高學生創新能力.此外，提出問題和解決問題也是一個主動協作學習的過程，這與傳統教學模式中被動接受知識的效果有顯著差異性［6］.

圖1 基于SPOC的混合教學模式設計流程

3.1 教學組織

基于SPOC普通化學混合課程教學組織分為兩部分，一部分是線上教學，另一部分是線下教學［7］.與傳統教學不同的是，SPOC 混合式教學注重線上教學與線下教學的銜接，教學組織以提出問題和解決問題為主要模式.

SPOC線上教學的組織主要以學生自學為主，主要目的是提出問題.提出合理的問題是非常重要的，問題的提出意味著學生已經開始參與到主動協作學習中，而且對于知識點已經有所掌握.針對普通化學這門課程，問題的提出是基于甘肅農業大學在線教育綜合平臺的學習，教師提前在平臺上傳教學課件以及進行一些在線測試，讓學生在學習過程中發現問題并提出問題.

SPOC 線下學習的組織以教師講授和討論為主.線下學習主要目的就是解決問題和發現新問題.解決問題主要以教師的課堂講授為主，與傳統講授不同的是SPOC 混合課程要求教師提前了解學生提出的問題，以解決問題為驅動力.因此，線上教學與線下課堂教學的銜接是SPOC 混合課程的關鍵點.教師主要依靠兩個途徑來做好銜接工作，一是依靠在線教育平臺課程活動中的答疑討論板塊，觀察學生討論問題的關鍵點，將其作為課堂教學的問題提出并加以解決；二是按照課程中的重難點進行預測可能出現的問題.

理想的SPOC 混合課程教學主要以討論為主，但是受目前班級人數的限制，要組織有效的課堂討論顯然存在一定的缺陷，為此普通化學課程的教學采取了傳統講授和分組討論并行的模式.討論部分分為三個階段，第一階段每個小組先提出一個問題，然后教師選出3～4 個代表性的問題開展討論，在討論的基礎上解決問題；第二階段教師根據討論的問題，設計一些具有探究性的問題，然后進一步講授；第三階段是學生在解決上述問題的過程中掌握基本知識并且提出新的問題，教師安排對應的閱讀資料并指導學生課后探究學習.這種模式改變了傳統教學組織中以講授為主的模式，也避免了討論中問題過于分散而教學重難點沒有得到有效解決的缺陷，既注重課堂講授，也強調討論.

3.2 課堂設計與實施

SPOC 教學模式是MOOC 與傳統課堂教學相互結合的模式，能夠有效提高學生的創新能力，并且提高學生在課堂上的參與度［8］.其課堂教學設計主要包括教學內容體系設計、學習策略設計、教學活動組織以及評價反饋體系，具體流程如圖2所示.

圖2 基于SPOC的混合課程的課堂設計

以普通化學課程中“沉淀的生成”這一知識點為例，課堂教學內容設計的目標是讓學生理解沉淀生成的本質是反應商大于溶度積，因此，教學內容設計采取循序漸進的步進式策略.首先提出0.1 mol/L NaOH 水溶液與0.1 mol/L MgCl2等體積混合是否有沉淀生成？然后提出將上述溶液濃度稀釋至1×10-5mol/L 時是否有沉淀生成？第三步提出將0.1 mol/L NaOH 水溶液換為0.1 mol/L 氨水時是否有沉淀生產？第四步提出往上述溶液中加入多少克固體氯化銨不生成沉淀.這種步進式的教學策略，不僅讓學生逐漸理解沉淀生成的本質，而且能夠將酸堿平衡與沉淀的生成融合在一起，對于提高學生的創新能力、邏輯思維能力具有較好的效果.

教學活動的實施主要是以教師講授和小組討論為主，通過這種方式，實現了課堂的翻轉，達到了良好的教學效果.但在教學過程中要避免將課堂完全交給學生，教師不僅要講好課，而且要引導學生思考和討論，這才是SPOC 課程的目的.SPOC 課程對于教師的教學水平及課堂的掌控能力有著較高的要求.如在酸堿平衡中有學生提出計算一元酸堿的pH 值，為何要忽略水中解離出的H+的濃度，作為教師要從誤差的角度適當分析，告訴學生什么條件下可以忽略，什么條件下不能忽略，并建議有興趣的學生可以從質子平衡的角度在課后自學這部分知識.教學過程中通過討論發現問題，教師的講授解決問題，課堂教學互動過程中又會產生新的問題，教師的指導為課后學習指明方向.

教學評價反饋體系包括兩部分，線上及線下反饋.線上反饋主要依托甘肅農業大學章節測試等指標，能夠反映出學生對于知識的掌握程度.線下反饋主要是依據課堂的答疑討論、調查問卷及期末考試成績分析來得出教學效果.

4 教學效果評價

教學效果是衡量SPOC 混合課程是否成功的標準.通過對2018 級水利水電專業1 班54 名學生及2019級水利水電專業1班58名學生實施SPOC混合課程兩年的追蹤，針對SPOC混合課程對教學效果影響的調查問卷結果如圖3所示.由圖3可以看出，兩年共計112名學生中有45.4%的學生認為開展SPOC混合課程有助于創新能力的提高，35.7%的學生認為有助于分析問題和解決問題能力的提高，12.3%的學生認為有助于學習興趣的提高.由此可以看出SPOC 混合課程相對于傳統的以教師為中心的授課模式更受學生歡迎.但同時發現，有4.4%的學生認為教學效果與傳統授課一樣，沒有差異，還有2.2%的學生認為沒有傳統教學效果好.分析其原因主要有兩點：一是SPOC 混合課程的實施需要高質量的視頻教學資料為支撐；二是部分學生對于這種與高中傳統授課方式差異性較大的方式不適應.解決上述問題主要有兩個途徑：一方面要加強高質量視頻教學資源的錄制，這是SPOC 混合課程達到良好教學效果的基礎；二是要鼓勵學生積極參與討論，盡快使學生適應新的教學模式.學生參與討論才能提出問題，并進一步積極思考問題，從而才能深入了解教學的知識點，進一步培養其創新能力.

圖3 SPOC混合課程的教學效果問卷調查結果

以2018級和2019級水利水電工程專業1班的期末成績為數據進行分析，結果如圖4所示.2018級水利水電工程專業1班的平均綜合成績為70.91分，2019級水利水電工程專業1班的平均成績為69.88分，可以看出兩個班級的平均綜合成績差異性較小.但與未實行SPOC 混合課程的園林專業相比，明顯看出改革后的水利水電工程專業成績要高于園林專業.此外，從不及格率的角度來看，2018級水利水電專業1班不及格率為3.6%，2019級水利水電專業1班不及格率為25.8%，但是2018級園林專業的不及格率為11.4%，2019級園林專業為35.7%，其中2019級園林專業不及格率顯著高于2018級園林專業的原因在于2019年開始實施“雙60制度”，即要求卷面成績要高于60分才能計算綜合成績，而2018級是綜合成績高于60 分.同時觀察到實施SPOC 混合課程的班級不及格率要顯著低于同年未實施SPOC 混合課程的班級.因此，實行SPOC混合課程提高了平均成績，降低了不及格率.

圖4 SPOC混合課程的成績分析

普通化學課程教師團隊成員對于采用SPOC混合課程的評價結果如表1所示，總體上教師團隊成員對于SPOC混合課程持積極態度.84%的教師認為SPOC混合課程有利于學生掌握知識，90%的教師認為SPOC 混合課程有助于提高課堂教學氛圍.分析其原因在于教學模式的轉變，從教師為主導轉變為學生為主的學習模式，極大地調動了學生的學習興趣，所以有利于知識的掌握以及提高課堂的教學效率.但是從表中還可以看出，有35%的教師認為SPOC 混合課程增加了教師的工作負擔.教師的工作負擔加重這是一個客觀存在的問題，主要的負擔在于建設在線課程資源，所以在調查中有80%的教師認為SPOC混合課程遇到的最急迫的問題是線上課程資源，同時，在課程資源需求的推動下，提高了教學團隊內部的研討氛圍（75%）以及有利于教師個人發展（65%）.最后，調查結果總體顯示普通化學課程教師團隊成員對于SPOC混合課程的改革還是持積極態度.

表1 課程教師團隊對SPOC混合課程的教學效果問卷調查結果

學校督導對于普通化學SPOC 混合課程的反饋意見主要集中在三個方面.首先，肯定了SPOC 混合課程教學是推動高等教育事業邁上新臺階，是實現“三全育人”的有效手段；其次，普通化學SPOC 混合課程尚存在一些缺點，主要集中在教師對學生學習效果的實時監測需要進一步加強，教師線上教學中教學方法尚需進一步改善，尤其是使用在線教學平臺的技巧；最后，學生自主學習能力的提高是SPOC 混合課程能否順利實現的前置條件，需要教師調動學生學習的積極性，讓學生主動參與線上線下課堂，保證學習效果.

5 結論

新工科背景下基于SPOC 普通化學混合課程教學改革取得了豐碩的成果.普通化學作為省級精品資源共享課程，課程組利用甘肅農業大學綜合教育網絡平臺給學生提供了線上學習資源，并且利用在線測試、在線討論等環節實現問題的提出，利用線下課堂實現問題的解決，并通過任務式課程設計和討論實現知識點的探究式學習.通過兩年的SPOC 混合課程教學實施及探索，從學生、課程教師團隊、教學督導的反饋及改革后的成績來看，SPOC 普通化學混合式教學促進了學生創新能力及成績的提高，同時SPOC普通化學混合課程加強了線上教學與線下教學的聯系，提升了人才培養的質量.