基于“雨課堂”的 SPOC 混合式教學研究與實踐

周長敏 佘佐明 楊光臨

關鍵詞：雨課堂；SPOC；混合式教學；數據挖掘課程

0 引言

隨著互聯(lián)網應用的高速發(fā)展與普及，“互聯(lián)網+”教育受到了社會的廣泛關注。線上教學與線下課堂教學相結合的混合教學模式正在逐漸替代傳統(tǒng)課堂教學。混合式教學融合了傳統(tǒng)面授教學與在線教育的優(yōu)勢，既能夠發(fā)揮教師引導、啟發(fā)、監(jiān)控教學的主導作用，又能充分激發(fā)學生學習的主動性、積極性[1]。SPOC（Small Private Online Course） 是一類小規(guī)模限制性在線課程，教師定期發(fā)布視頻教學材料，布置作業(yè)和組織網上討論，學生在學習清單的引導下按照時間點完成視頻觀看、作業(yè)和討論等[2]。“雨課堂”是學堂在線與清華大學共同研發(fā)的一款可以嵌入PowerPoint中使用教學插件[3]。教師使用手機微信“掃碼”登錄“雨課堂”后，可將整合了習題、視頻、投票等內容的PPT 課件發(fā)送給學生，幫助教師輕松實現課前預習資料推送。課堂教學過程中，學生使用微信掃碼登錄班級后可通過發(fā)彈幕、實時投票等方式實現與教師的互動，課后教師可以使用雨課堂制作用于知識復習鞏固的試卷和練習題發(fā)送給學生。雨課堂將學生課前、課中、課后學習緊密聯(lián)系在一起，并且能夠根據學生的資料閱讀及習題完成情況生成可視化圖表，幫助老師及時掌握學生學習動態(tài)、學習進度和知識掌握程度。雨課堂簡單易用，方便快捷，借助雨課學開展SPOC混合式教學是提高教學效率的一種有效方式。

1 數據挖掘技術課程教學現狀分析

數據挖掘技術作為數據科學與大數據技術專業(yè)的主干課程，是培養(yǎng)學生數據分析能力的重要課程之一。數據挖掘技術課程的內容涉及數學、統(tǒng)計學、計算機科學的知識，教學內容中包含大量的算法理論和公式推導，是一門難度系數較高的綜合性課程。通過教學實踐發(fā)現，數據挖掘技術采用傳統(tǒng)課堂教學方式主要存在以下問題。

1.1 學生處于被動學習的狀態(tài)，課堂參與度不高

在理論教學方面，由于課時有限，教師為了趕進度會采用以教師為中心“滿堂灌”的教學方式，課堂上學生按照教師的教學計劃推進學習進度，學生處于被動學習的狀態(tài)，課堂參與度不高。課程涉及較多的數學知識，對于數學知識基礎薄弱的應用型本科生而言，在短時間內難以透徹理解理論知識，導致在學習過程中容易產生畏難情緒，失去學習興趣，課堂教學變成了教師一個人的“獨角戲”。

1.2 重知識傳授輕能力培養(yǎng)

在傳統(tǒng)教學模式下，教師較關注的是如何在課堂教學中將知識點傳授給學生，并且課程教學環(huán)節(jié)總是以套路化的固定框架呈現。在有限的課堂教學時間內，學生在教師事先設定好的框架下，只能跟著教師的思維走，缺乏探究性思考和批判性思維訓練。長此以往，讓學生產生思維惰性，當學生面對復雜問題時就會手足無措，無法完成知識的遷移與應用，阻礙了學生分析問題與解決問題的能力培養(yǎng)。

1.3 教學反饋不及時不精準

傳統(tǒng)教學模式下，教師主要通過課堂提問、課后作業(yè)完成情況等方式了解學生的學習情況及知識掌握情況。此方式具有滯后性，并且不能精準地定位學生出現的問題，導致教師的教學策略調整也存在滯后性，使得教學效果大打折扣。

為滿足不同層次學生的學習需求，激發(fā)學生的學習主動性，提高教學質量，必須改變傳統(tǒng)的以教師為中心的教學模式。

2 基于“雨課堂”的 SPOC 混合式教學的流程

如圖1所示，基于“雨課堂”的SPOC混合式教學的具體流程分為前期準備、教學實施、效果評價三個主要階段。

2.1 前期準備

教師根據教學目標及學生的學情，確定線上和線下的學習內容，收集、制作和整合學習資源，設計線下課堂教學的方案，制定線上及線下的教學評價方式。

學生熟悉雨課堂的使用，了解各階段的教學評價方式。

2.2 教學實施

1） 課前學習。教師制定學習任務單，發(fā)布預習學習資源到雨課堂，督促學生預習并查看預習的反饋情況。將教學內容與預習反饋相結合，確定課堂教學的重點和難點。結合實際應用設計案例，將重點和難點以問題討論的方式融入案例中，為課堂教學做好充分準備。

學生以教師的學習任務單為引導，結合自身的學習習慣和基礎，完成預習任務，如有不懂可以在雨課堂中直接反饋。

2） 課中教學。教師組織學生登錄雨課堂，將學生課前學習情況統(tǒng)計圖表呈現給學生，達到監(jiān)督的目的。介紹本節(jié)課的教學目標，就學生在預習階段反饋的問題進行講解，組織學生進行問題討論和分析，在學生討論結果的基礎上引導學生進行歸納總結，把知識構建的主動權交給學生。學生在教師引導下通過投票、答題等方式參與問題的討論與分析，通過答題、發(fā)彈幕等方式進行教學內容的歸納總結，對自己疑惑的內容按下“不懂”按鈕。整個課堂環(huán)節(jié)，每個學生都能通過投票、答題等活動全面參與到課堂當中。

3） 課后鞏固。教師布置課后作業(yè)及實驗任務，向學生推送知識延伸的文獻資料。對“不懂”的學生進行個別指導，收集課堂教學中的各種數據，充分掌握課堂教學的情況，為教學評價提供參考。學生完成課后作業(yè)和實驗任務，閱讀文獻資料，在完成作業(yè)的同時仍然可以按下“不懂”按鈕，向教師尋求幫助。

2.3 教學效果評價

采取問卷調查、階段自測、綜合作業(yè)、考試等多種形式的評價方式對教學實施的效果進行評價。問卷調查內容主要包括混合式教學方式是否提高學習興趣和聽課效率；學生學習能力、分析問題、解決問題的能力是否有所提高等主觀評價。理論課的評價方式包括階段性的章節(jié)測試、過程性的作業(yè)、課堂參與表現和終結性的期末考試等。實驗課的評價依據包括實驗課表現、實驗完成情況、綜合實驗作業(yè)等。

3 基于“雨課堂”的 SPOC 混合式教學的實施——以K-Means 聚類算法為例

3.1 K-Means 聚類的教學目標和教學內容

聚類是數據挖掘技術教學內容中重要的一個知識單元，聚類算法可以發(fā)現數據集中隱藏的模式和異常值，幫助用戶進一步對數據集進行分析和挖掘。如表1所示，按照認知層次將K-Means聚類知識單元的教學目標分為低階、中階、高階層次的目標，并選取對應的教學內容。

3.2 K-Means 聚類混合式教學的實施

確定教學目標及對應的教學內容后，按課前、課中、課后三個階段實施混合式教學。

1） 課前教學活動。教師將學習任務單、聚類應用實例材料、K-Means聚類原理實例講解視頻、預習練習題整合到一個預習PPT中，然后將預習PPT發(fā)布到雨課堂。學生根據任務單閱讀預習PPT，觀看KMeans聚類原理實例講解視頻，完成相應練習題，不懂的直接按“不懂”按鈕進行反饋。課前的評價方式為學生查看預習課件的情況，練習題完成情況及分數。

2） 課中教學活動。教師通過一個生活實例：宿舍內同學之間的小團體的形成過程，引入聚類的概念。在雨課堂中發(fā)布第一個討論議題：分類與聚類的區(qū)別，聚類的應用場合，展示分析討論結果。教師簡要回顧K-Means聚類算法流程，反饋預習練習題完成情況，講解“不懂”頁。發(fā)布第二個討論議題：如何獲得最佳K值。教師根據學生討論結果，詳細講解K值的確定方法——手肘法。教師結合實驗任務介紹Py?thon實現K-Means聚類的方法。教師將K-Means聚類方法的知識小結以課堂練習的方式發(fā)布給學生，讓學生通過練習進行小結。教師引入根據購物中心客戶會員卡的數據，使用K-Means聚類方法對客戶群體進行細分的應用案例，并發(fā)布第三個討論議題：使用K-Means聚類對客戶群體細分的基本步驟是有哪些？教師總結和修正學生的討論結果，布置實驗任務。

學生在課堂教學中的任務是登錄雨課堂，使用投票、主觀題作答等功能參與討論，與老師共同完成重難點的解析，完成課堂練習，對不懂的內容按“不懂”按鈕進行反饋，課堂的參與度得到極大的提高。借助雨課堂，讓學生的討論結果以更直觀的形式展示出來，吸引學生能夠積極主動地思考問題，對學生的思維訓練起到了很大促進作用。課中活動的評價方式主要包括學生參與討論的表現、課堂練習的完成情況。

3） 課后教學活動。教師在雨課堂上發(fā)布課后鞏固練習題、實驗任務及要求、參考文獻，學生在雨課堂中完成鞏固練習，并查看實驗任務和參考文獻。課后活動的評價方式為課后練習完成情況。

4） 實驗教學活動。教師在雨課堂中發(fā)布實驗任務后，學生在實驗課前了解實驗要求，學習實驗資料。實驗課上完成實驗任務，教師進行現場答疑和指導。教師在實驗完成后發(fā)布實驗應用練習題到雨課堂，學生通過完成實驗應用練習題鞏固所學知識。通過“課前—課中—課后—實驗”這種貫穿式教學活動的開展，加強了學習過程的迭代反復和螺旋上升，逐步完成理論知識的內化、整合和實踐應用[4]。

4 教學效果評價

以上教學模式在2020級數據科學與大數據技術專業(yè)進行了實踐，對授課班級的50名同學進行了問卷調查，回收問卷49份。調查結果顯示，72%的同學認為使用基于雨課堂的混合教學模式能夠提高聽課效率，58%的同學認為該教學模式提高了自己的自主學習能力。

從理論課成績的評價上看，理論課的成績?yōu)榘俜种疲渲姓n堂表現成績占15%，課程作業(yè)成績占15%，階段測試占10%，期末終結性考試占60%。開展混合式教學的2020級學生的理論課過程性考核（課堂表現、作業(yè)、階段測試）平均成績?yōu)?1分，比2019級學生提高了3.2 分；期末終結性考試平均成績?yōu)?8.4，比2019級學生提高了2.7分。

從實驗課成績的評價上看，2020級實驗過程考核（包含實驗表現40%，實驗報告20%） 平均成績?yōu)?2.4 分，比2019級提高了4.3分；綜合分析實驗平均成績（40%） 為82.12分，比2019級提高了6.92分。綜合分析實驗平均成績的提高較明顯，說明混合式教學對學生數據分析能力的提升有較明顯的成效。

5 結論與反思

5.1 教學模式的優(yōu)勢

基于雨課堂的 SPOC 混合教學強調課前預習，通過雨課堂推送課前學習任務單和包含了短視頻講解的學習PPT，讓學生在任務單的引導下按自己的節(jié)奏開展預習，可使學生對即將學習的新知識有直觀的認識，比學生自己閱讀教材更加高效、生動，使得課前預習不再形式化，能夠有效地促進課堂教學質量的提高。在課堂教學過程中，學生討論和回答問題都在雨課堂平臺上進行，每個同學都參與討論，教師可以實時看到學生的討論結果，相比傳統(tǒng)課堂中的討論只有部分同學發(fā)言的情況，該模式極大提高了學生的參與度和積極性，讓學生更主動積極地思考問題，學生分析問題能力得到增強。雨課堂彈幕、投票等功能的使用增強了課堂的互動性，將原來教師唱獨角戲的課堂轉變?yōu)檩p松活潑的師生互動課堂。在雨課堂中完成課后習題讓學生的知識得到及時鞏固，學生遇到不懂的問題可以直接反饋，教師可以快速得到學生作業(yè)完成情況的反饋數據，及時調整教學策略，提高了教師和學生雙方的溝通效率，提升了教學效率和教學質量。

5.2 存在的問題

線上學習效果難以保證。部分學生認為教師會在課堂中講授知識點，對線上的預習資料只是敷衍瀏覽，沒有認真預習，個別學生甚至不參與課前預習，導致部分學生課堂上跟不上節(jié)奏而掉隊。

教學資源設計有待提高。教學資源質量很大程度上影響混合學習效果。精致的學習資源可以吸引學生注意力，提高學習興趣和效率，提升學習體驗效果[5]。在實際教學過程中，教師設計的教學資源往往總是局限于視頻、語音、PPT三種形式，表現形式略顯乏味，學生新鮮感過去后對學生的吸引力就會驟減，導致學習效果下降。

實踐證明，基于雨課堂的 SPOC 混合教學模式實現了課前、課中、課后，線上線下學習的融合，能夠較好地解決課堂時間有限的問題，提高了學生的課堂參與度，在一定程度上彌補了傳統(tǒng)教學的不足，受到學生的支持和好評。在今后的教學工作中，要進一步加強學習過程監(jiān)督，在確保教學資源質量的前提下有針對性提高資源吸引力，充分發(fā)揮學生的主體作用和教師的引導作用，通過多種評價方式促進學生綜合能力培養(yǎng)。