SPOC翻转课堂模式在虚拟仪器课程中的应用研究*

2016-12-20方江雄刘花香刘军钟念兵杨志超侯庆明

中国教育信息化 2016年24期

关键词：虚拟仪器个性化学习者

方江雄，刘花香，刘军，钟念兵，杨志超，侯庆明

（东华理工大学测控系，江西南昌330013）

SPOC翻转课堂模式在虚拟仪器课程中的应用研究*

方江雄，刘花香，刘军，钟念兵，杨志超，侯庆明

（东华理工大学测控系，江西南昌330013）

为实现信息技术和教学方法改革模式的深度融合，将“以教师教为中心”转变为 “以学生自学为中心”的教学范式改革，本研究结合SPOC翻转课堂的特点和高校教学改革实际需求，设计了SPOC翻转课堂学习模式，并应用于虚拟仪器课程教学中。本文通过结合SPOC课程与虚拟仪器课程内容特点，根据翻转课堂的内涵以及系统化教学设计理论，从虚拟仪器课程教学内容体系设计、个性化学习策略设计、设计多样化的教学活动和多元化的教学评价体系等四个方面构建了SPOC在传统高校教学中的应用模式，为高校深入建设和应用SPOC翻转课堂模式提供借鉴。

翻转课堂；课程教学；SPOC；MOOC

一、引言

近年来随着信息技术和教学模式改革的日渐深入融合，促使教学方法与教学结构及管理体制发生变革，给教育带来了空前的机遇。MOOC[1]作为最具有代表性的互联网与教育方法融合产物，由于具有大规模、免费开放和在线共享等特点，在短时间内在高等教育领域引起广泛的关注，并有力推动了在线教学模式的创新。然而，MOOC平台的构建投资成本高，课程资料堆积繁杂，师生了解少，阻碍个性化教学发展和技术本身内在教育价值的实现，从而影响大学教育的本质功能[2]。为解决MOOC平台存在的缺陷，大量在线学习新形式不断涌现，小规模专有在线课程[3]以小规模和限制性准入的显著优点来提升MOOC学习效果，成为国内外名校探索在线课程的热点。SPOC教学平台主要提供特殊的人群使用，对申请参加课程的学生设定一定的准入要求，便于较少人群之间面对面交流。因此，SPOC平台通过将传统课堂教学和网络教学的优势结合起来，构建一种更精致、更小众的在线开放课程类型，既融合了大规模在线开放课程的优点，同时也能弥补传统课堂教学的不足。

虚拟仪器课程是仪器类和电子类等专业学生的一门专业基础课程，具有较强的理论性和实践性。该课程通过将图形化开发工具应用于产品设计的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。传统采用“以教师讲授为主”的虚拟仪器课程教学模式，无法满足现有课程内容量大、课时少和学生基础差别大等特点。特别是自2011年中国仪器仪表学会和教育部高等学校仪器科学与技术教学指导委员会举办的全国虚拟仪器大赛开展以来，虚拟仪器课程的教学内容与大赛的目标差距巨大，学生难以将课程所学的知识直接应用于大赛的创新类项目。SPOC翻转课堂教学模式通过将以“以教师教为中心”转变为“以学生自学为中心”，既能使不同层次的学生得到个性化的学习体验，又使教师有更多精力了解每个学生的问题[4]，有助于提高课堂教学质量，为虚拟课程中的教与学提供了新的思路。因此，研究如何将SPOC翻转课堂的教学模式融入虚拟仪器课程中，来提高虚拟仪器课程在实际项目中的应用，满足学生的学和教师的教，具有重要的指导意义。

二、SPOC翻转课堂涵义

SPOC是Small Private Online Course的缩写，意译为 “小众私密在线课程”，2013年由美国加州大学伯克利分校Armando Fox（阿曼多·福克斯）教授率先提出。其中，Small（小众）与MOOC中的Massive相对应，限制学生人数在数十人到数百人之间，有助于提升学习参与度、互动性和参与度；Private相对于MOOC中的Open，指的是对满足准入条件的申请者完全开放课程，而对其他学生仅限于开放部分课程，故具有一定的私密性。SPOC的基本思路是授课教师通过网络获取或自己制作相关课程的视频，并在网络平台上按照课程的内容上传视频作为学生的课前作业，学生在线下进行自学，然后授课教师在课堂中与学生进行交流、讲解、面对面解答学生提出的问题，通过了解学生对知识点的把握程度，调整教学内容和时间安排，并对最后的学习效果进行考核评价。康叶钦[5]认为SPOC在教学过程中通过将授课、视频等要素相互交织融合，赋予学习者完整、深入的学习体验，提高了课程的完成率，从而提升了自主学习效果。

混合学习模式[6]的探索为网络学习提供了新的学习方式，基于SPOC翻转课堂的学习模式将面对面的课堂教学和网络学习的优势有机融合起来，实现教学效果的最优化。开放资源SPOC平台对开展翻转课堂（Flipped Classroom）的教学有很好的支持作用[7]，SPOC的“小规模性”与“专有性”也是开展翻转课堂教学的有利条件。将MOOC的思想植入翻转课堂，借助MOOC教学平台实施翻转课堂，实现资源共享的同时优化教学效果。翻转课堂[8]的涵义是在信息化环境中，授课教师以微视频为主要形式提供学生学习资源，学生在课后依托教学视频中的学习资料自主学习，在课中授课教师和学生面对面一起解答疑惑，课后教师对授课内容评价和提升的一种教学模式。该模式在国内外教学研究和实践中得到日渐深入和推广，主要原因在于翻转课堂教学秉持“以学生自学为主”的教学理念，关注学生的个性化发展，使教学内容和课时分配以学生为中心，改变了教师和学生的角色，从而避免传统教学方式中的教学内容和教学时间的约束[9]。

目前SPOC翻转课堂主要由高校内部或高校联盟的学生参加，充分发挥互联网平台和教学模式相结合的改革模式[10]。在国外，美国的加州大学伯克利分校最先将SPOC运用到《云计算与软件工程》课程，保证了学生线上学习的同时参与线下课堂活动，并完成相应的任务和考试。麻省理工学院开展了SPOC课程与翻转课堂的实验及推广[7]，该平台的实施结果表明，SPOC课程与翻转课堂融合既提高了授课教师的教学效率，又提高了学生成绩的通过率。2013年起，国内高校纷纷进行有关SPOC典型案例的实验尝试，到2015年2月末，中国MOOC平台上有51所大学共上线了85门SPOC课程[10]。最早由清华大学通过“学堂在线”开展SPOC课程，对内也在利用这个平台进行《C++程序设计》和《云计算与软件工程》这两门课的翻转课堂教学模式的实验[11]。总结国内外SPOC翻转课堂上课流程，将SPOC的课程模式总结如图1所示。

图1 SPOC翻转课堂模式流程

三、SPOC翻转课堂模式的虚拟仪器课程构建

信息化的飞速发展和教学方法的改革，网络信息获取已成为大学生的必备能力之一，特别是近年来各种类型的物联网大赛和虚拟仪器大赛的盛行，虚拟仪器课程成为各高校仪器类专业的特色课程。笔者依托学校教改课题虚拟仪器课程改革研究和实践，针对虚拟仪器课程存在内容多、学时少、实践性强、学生需求不均衡等问题，探索SPOC翻转课堂在虚拟仪器课程中的教学模式。通过将虚拟仪器课程内容和SPOC的特点结合起来，根据翻转课堂的内涵以及系统化教学设计理论，以学生与教师得到共同发展为目的，提出了如图2所示的详细实施方案。

图2 基于SPOC的虚拟仪器课程教学模式实施方案

1.虚拟仪器课程教学内容体系设计

在SPOC平台和翻转课堂平台下，本节课程教学内容结合我校学生的学习特征及学习目标来设计双平台的教学内容体系，设计了以下三个模块：虚拟仪器课程信息结构设计、课程内容设计和课程交互活动模块，如图3所示。

（1）虚拟仪器课程信息结构设计模块

虚拟仪器课程基本信息结构主要包括课程教学大纲、课程教学目标、课程讲授时间（学期周数）、学习内容要求、考核方式、评分方式和标准等内容。课程教学大纲和学习目标由任课老师制定，经学校审核后执行。因此，任课老师在制定时，应根据教师的教学活动设计流程进行编写，具有一定的结构性。课程讲授的时间要体现出SPOC平台学习的灵活性，评分方式和标准的设计要有一定的科学性，便于学习者准确的了解自身的学习情况，随时调整自己的学习。

图3 基于SPOC的虚拟仪器课程教学模式模块设计

（2）虚拟器课程内容设计

虚拟仪器课程属于实践类课程，通过在SPOC平台上将课程内容以视频和操作为重点，以记忆类和知识结构梳理的为核心，同时提供一定的学习指导。由于虚拟仪器课程内容由理论和实践紧密结合，其理论知识包括软件和硬件知识，主要涉及微电子、计算机测控技术、信号处理等。学习者可以通过看书和视频资料较快掌握工具的使用，满足翻转课堂中以学生为中心的核心思想。学习内容的设计新颖且符合大学学习者学习的需要，并结合翻转课堂中教师有针对性地答疑解惑，有助于改善学生的学习主动性问题，促进学生的学习效果。

（3）交互活动设计

教学活动中的交互活动指的是在SPOC平台中使用物联网中交互工具进行互动等活动，包括在SPOC平台中的实时交互（电话、视频等）和非实时交互（微博、讨论版、QQ群、微信公众号、Wiki、BBS等），也包括在翻转课堂中师生面对面协作交流的深度交互活动，授课老师根据学习者在不同交互环境中的学习体验提供针对性和个性化的指导，引导教师与学生、学生与学生、学生与学习资源之间的交互活动。

2.个性化学习策略设计

个性化学习策略目的是促进学习者有效调控学习的知识加工过程，以便高效学习和建立知识库。本研究基于在线学习模型和MOOC设计研究的基础上[9-10]，尝试建构了SPOC学习者个性化学习模型，如图4所示。

图4 SPOC个性化学习策略

个性化学习模型包括个性化学习路径设计、学习方式设计、整合知识和个性化知识网构建，个性化知识网的建立是整个模型的核心部分。SPOC学习者目标和背景的多样性决定了学习路径、学习方式设计和学习结果的多样性。SPOC学习者的个性化学习过程包括以下四个阶段：

（1）活动/学习路径的选择：根据学习者自身的目标和原有的学习经历、背景等，制定虚拟仪器课程学习目标；

（2）学习方式设计：学习者根据自己的学习目的，制定实施学习活动虚拟仪器课程的学习计划等；

（3）整合知识：学习者对已获得的课程信息进行重新组织和整理消化，将其整合为对自己有益的知识。在这个过程中，SPOC学习者借助网络工具、分析工具、学习网络和共同体进行交互。

（4）个性知识库创建：学习者根据自己的学习方式、知识整合等进行反思，对整理的知识重新加工与升华，创造出新的知识。在知识库的创建过程中，学习者之间通过分享和交流教学内容，并互相协助，不断提升自己的知识。

3.设计多样化的教学活动

教学活动是授课教师为达到特定的教学目标或效果而进行的学习总和[11]。笔者通过学习众多学者的观点、结合SPOC的特点以及学习者的需求，将SPOC翻转课堂分为课前、课中和课后三个阶段，如图5所示。

（1）课前阶段：本阶段分两个方面，即以教师为主体和以学生为主体。以教师为主体时，教师是课程内容及进度的设计者，应先进行网络平台的搭建、微课的制作、学生的跟踪练习、资源的发布和任务的布置等。教师应根据学生具体学习情况，进行微视频、相关资料查看任务的布置，作业的设计，及在线交流活动的组织。以学生为主体时，根据老师的要求进行在线学习视频的学习，以及作业和在线交流活动。

（2）课中阶段：以学生为主体的教师指导为核心，完成知识技能内化，答疑学生课前的学习内容。在对知识点有一定的认知基础上，通过与教师的交流，进一步的实践操作，使知识得到内化，提高学习的质量。对于“翻转课堂”的教学内容，主要措施有：课堂知识的巩固练习、提问解答、小组讨论、个性化问题的探讨和学生之间的交流等。

（3）课后阶段：本阶段分两个方面，即以学生为主体和以教师为主体。以学生为主体时，学生在老师的辅助下及小组内和小组间的协作交流下，使知识得到升华。以教师为主体时，通过对学生的课堂表现、教学时间安排、教学方案和教学资源进行评价和讨论。

图5 基于SPOC的虚拟仪器课程教学模式三个阶段

4.多元化的教学评价体系

虚拟仪器课程教学评价主要采用深度学习技术的形成性评价为主和总结性评价为辅相结合的多元化评价体系，即在虚拟仪器课程评定中，采用深度方法对教学过程中产生的历史数据进行学习，分析出适合学习者个性化的学习模式和个性化教学方式。这种多元化评价体系必须以学生为中心，以教师为主导，教师根据学生在课前阶段和课堂阶段对学生的实践项目、课堂表现、学习能力、参与程度和合作精神等做出评估。终结性评价即为传统评价方式，应有一定的科学性，包括期中考试、期末考试、实验成绩和课程设计成绩等。

四、结束语

基于SPOC翻转课堂模式促使教学实现了以学生为主体、教师为主导的课堂教学理念，相对于传统教学模式而言，是一次颠覆式创新。笔者应用翻转课堂模型经过近两年的实践教学检验，得到了学生和学校的认可与好评。在翻转课堂模式实施以来，在课程成绩上，选修本课程学生比以前传统教学方式平均成绩提高了8个点，参加省级和校级创新创业大赛以虚拟仪器课程为主题，年平均5组成员。如何保证在课前和课后完成对教与学时间的延伸以及课堂的高效性是实现SPOC翻转课堂模式的难点问题，我们探讨如下思路：

1.教学微视频的录制好坏是能否吸引学生课前和课后延伸的关键。为保证高质量的教学视频，在录制教学视频时教师应考虑知识主题的突出性、互动策略、趣味性等。

2.教师应通过信息技术构建学习支持系统，为学生提供个性化的学习环境，确保学生与学生、学生与教师之间能随时随地进行互动交流。

3.采用“过程”和“结果”两方面结合的多元化学习评价机制。教师对学习过程的评价，需要考虑学生的学习能力和学习成效等多方面的因素，激励和引导学习者提高学习的兴趣。

4.在课堂教学活动的组织方面，教师要真正做到因材施教，需要在课前充分了解学生的学习情况，精心准备和观察课堂的问与答、学生间的协作讨论。

以后将进一步将在SPOC平台上实现翻转课堂的研究和实践，通过多角度、多元化对实施方案评价与分析，为本校其他课程的翻转课堂教学模式改革提供更好的可借鉴的实施方案。我们同时也看到新的翻转课堂模式的研究仍处于初始阶段，需要深入研究，提高学习者的学习效率，并提升教师自身的教学水平。

[1]谢幼如，倪妙珊，柏晶，张惠颜．融合翻转课堂与MOOCs的高校MF教学模式[J].中国电化教育，2005.

[2]Sidorko,PeterE.“MOOCs and SPOCs:Where is the Library”[R].Penang:The Access Dunia 2013 Online Conference,2013.

[3]贺斌，曹阳．SPOC：基于MOOC的教学流程创新[J].中国电化教育，2015，(3).

[4]高磊，江克斌，邵飞，金广谦．基于SPOC平台的钢结构课程教学改革[J].高等教育研究学报，2016（1）.

[5]康叶钦．在线教育的“后MOOC时代”——SPOC解析[J].清华大学教育研究，2014，(2).

[6]陈然，杨成．SPOC混合学习模式设计研究[J]．中国远程教育，2015，(5).

[7]薛云，郑丽．基于SPOC翻转课堂教学模式的探索与反思[J]，中国电化教育，2016，(5).