基于SPOC的混合学习教学模式设计与实践——以“数据结构”课程教学为例

任苗苗，马 燕，李明勇



基于SPOC的混合学习教学模式设计与实践——以“数据结构”课程教学为例

任苗苗1，马 燕2，李明勇1

(1. 重庆师范大学计算机与信息科学学院，重庆 401331；2. 重庆师范大学研究生院，重庆 401331)

SPOC以其小规模和限制性一定程度弥补了MOOC的缺点，有助于在线学习与传统课堂的深度融合。文章从SPOC和混合学习的特征出发，对基于SPOC的混合学习优势进行理论分析，然后设计教学模式，并选取“数据结构”课程进行教学实践研究，总结实际应用中显现的优势，剖析实践中存在的问题，对基于SPOC的混合学习实践应用开展进行反思并提出相关建议。

教育技术学；SPOC；MOOC；混合学习；数据结构课程

0 引言

随着移动互联网技术的迅猛发展，信息技术与教育的关系越来越紧密，教育信息化已然成为当今教育发展的趋势。2015年地平线报告曾指出混合学习是目前许多高等教育机构正在探索的模式，将会在未来1-2年内在高等教育中得到广泛应用[1]。混合学习（Blending Learning）把传统学习方式的优势和e-Learning（数字化或网络化）的优势结合起来，既发挥教师引导、启发、监控教学的主导作用，又充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性[2]。小规模私密在线课堂（Small Private Online Course，SPOC）作为一种基于MOOC平台发展起来的新型教学形态，以其“小规模”和“私密性”将数字资源与传统课堂深度融合，受到很多高校青睐。利用SPOC进行混合教学，有利于优质资源共享和校本课程的质量提升，促进转变教学结构。研究从SPOC和混合学习的特征出发，对基于SPOC的混合学习优势进行理论分析，然后基于计算机学科教学设计教学模式，并选取“数据结构”课程进行教学实践研究，根据教学效果对基于SPOC的混合学习进行反思并提出相关建议。

1 SPOC和混合学习

1.1 SPOC特征分析

SPOC是Small Private Online Course的简称，由阿曼德.福克斯（Armando Fox）教授最早提出，按其字面直译是“小规模私密在线课堂”[3]。对于MOOC，SPOC不仅是批判和超越，更是继承和发展。EDX 总裁、麻省理工学院教授阿纳特×阿加瓦尔（Anant Agarwal）认为SPOC是实体课堂和MOOC的融合[4]。与MOOC相比，SPOC具有如下特点（见表1）[5][6]。

表1 SPOC与MOOC对比

Tab.1 Comparison of SPOC and MOOC

1.2 混合学习分析

混合学习是指面对面教学和计算机辅助在线学习的结合[7]。混合学习包括学习理论、学习资源、学习环境、学习方式以及评价方式的混合，如表2所示，从这五个方面阐述了混合学习具体的内容。混合学习不是一个泛化的概念，而是具有可操作性的和可行性的[8]。注重以学生为中心，又不忽视教师的主导作用。为了更好地把握混合学习，本研究对教学四要素（教师、学生、教学媒体、教材）在混合学习和传统学习中的地位和作用进行了对比分析，如表3所示。

1.3 基于SPOC的混合学习优势分析

传统教学以教师讲授为主，强调知识的系统传授。基于SPOC的学习主要利用数字资源，注重学生自主知识构建。基于SPOC的混合学习利用SPOC平台将传统学习和在线学习有机融合。通过对现有SPOC学习和混合学习研究分析，利用SPOC进行混合学习具有如下优势。

表2 混合学习内容分析

Tab.2 Content analysis of blending learning

表3 混合学习与传统学习中教学四要素对比分析

Tab.3 Comparative analysis of four factors between blending learning and traditional learning

1.3.1 注重知识建构，促进协作学习

混合式教学是随着网络技术和多媒体的发展产生的一种教学方式。在在线教育发展初期，教学过分注重知识传递，重教轻学，忽视学习者互动交流，缺乏教学反馈。随着技术发展，在线学习添设学生交流互动模块，增加互动反馈功能，教学并重。然而，在学生体验方面混合式教学仍然不够完善，缺乏浸润式学习体验。SPOC注重协作学习中教学讨论的问题解决，提供有效的教师指导，关注学习者有意义的知识建构。将SPOC引入混合教学，可以很好地改善这一点。

1.3.2 平台设计人性化，方便师生操作

SPOC在平台设计方面更加简单人性化，教师和学生用很少时间便可熟练使用。在课程设计上更加灵活，SPOC提供教学资源共享、多种模式课程模板、课组管理等功能，教师可根据教学环境和学生情况开发教学资源或利用已有教学资源，将已有资源重组或根据学情制定目标性课程内容，减少机械重复的操作。

1.3.3 培养学生自控力，提高学习自觉性

由于我国长期的“填鸭式”教学方式影响，学生自我约束能力差、学习自控能力低的现象明显，这导致混合学习效果大打折扣。SPOC支持大数据挖掘技术和智能学习分析，教师可通过后台数据了解学生学习轨迹，倒逼学生认真对待在线学习。此外，利用SPOC提供的学习分析结果，教师可提供更符合学生“最近发展区”的教学支架，从而激发学习者学习热情，提高学习自觉性。

1.3.4 便于因材施教，促进教学结构变革

在我国各级各类学校教学改革存在的主要问题是侧重教学内容、手段和方法的改革，忽视教学结构的改革[9]。SPOC将课程学习人数控制在教师能力范围之内，并且允许教师灵活地课程设计，加之其支持学习分析技术，利用其进行的教学活动符合学生学习风格，贴合学生需求。通过SPOC平台教师可为学生提供整合的优质分层教学资源[10]，营造良好的信息化教学环境，充分考虑学生主体地位的同时又发挥了教师主导作用。

2 基于SPOC的混合学习教学模式设计

依据教学系统设计原理以及计算机学科教学的特点，通过分析现有SPOC平台特点和混合学习特征，设计了以问题为导向的课前、课中、课后一体化的混合学习教学模式[11][12]，如图1所示。该混合学习模式由四个模块组成：前端分析，资源建设，教学组织，教学评价。

图1 基于SPOC的混合学习教学模式

前端分析包括对教学环境、教学对象以及教学内容的分析。通过前端分析，确定部分教学约束条件，为教学资源建设和教学策略抉择奠定基础。

资源建设针对传统教材之外支持SPOC教学平台的数字资源建设。资源建设分为两种形式：一种是引进利用已有的优质教学资源；另一种是自建教学资源，自建教学资源包括整合已有的学校资源（如精品课程、微课视频）和全新的教学课程两种形式。

教学组织分为教学前准备和混合式教学。教学前准备保证混合教学顺利开展，是实施混合教学并使其达到理想效果的前提。混合教学中教师要发挥引导的作用，促进探究合作学习的发生，要分析学习情况及时调整教学。

从传统角度出发，教学评价可以诊断学生的优势和不足、监测学生的发展、给学生评定等级、判断教学效果；从全新的视角看，教学评价影响公众对于教育效能的看法、有助于评价教师、明确教师的教学目标[13]。有效的评价有助于教学效果提升。除了传统的形成性评价和总结性评价，为了更全面了解学生学习态度、兴趣和价值观，该模式中引入了非正式评价。

3 基于SPOC的混合学习教学实践

鉴于“数据结构”课程的特殊性[14]，本研究选取该课程进行基于SPOC的混合学习实践研究。教学对象为申请了该课程的计算机相关专业的大二学生。

3.1 前端分析

学期开始之前，教师对教学环境、教学对象以及教学内容进行分析。学校校园网完全覆盖，教室具有可以联网的多媒体电脑且桌椅摆设固定安装不可移动，实验室机房具备上网条件，教师和学生也都有电脑和移动设备（如手机、iPad）而且可以方便的上网，MOOC平台基本教学功能（具体见图2）完备，具备基于SPOC的线上学习条件。“数据结构”课程面向计算机及相关专业的本科学生，在学习该课程之前，他们已经学习过“计算机文化基础”、“C语言程序设计”、“C++面向对象程序设计”、“高等数学”等课程，具备一定的前置课程学习基础，但是对于较抽象的程序语言知识和数理逻辑问题理解能力仍有待提升。根据教学内容，教师将线性表、串、栈和队列、数组和广义表、树和二叉树、图的遍历等作为课程学习重点，将循环单链表和双链表、链式栈、循环队列、Huffman树、树的孩子兄弟链表实现等作为学习难点。结合课程内容和学生情况，将该课程教学目标设定为：可以复述数据结构基本概念；可以实现并应用数据结构基本运算；会利用算法的基本思想设计程序；学生提高数据抽象能力和复杂程序设计的能力。

图2 MOOC平台功能模块

3.2 资源建设

根据前端分析，构建基于SPOC的教学资源。研究中利用该平台上的已有的数据结构课程资源。此外，借助微课实验室提前录制微学习片段，以二维动画辅助表现数据结构典例中抽象的空间内存变化。整理数据结构实践经典应用案例详细分析教程（以文本形式为主）如停车场的停车管理、储蓄账户查询系统，案例教程包括项目实际意义、知识要点、设计流程、程序清单以及运行结果，以及网络优质教学作为学习拓展资源。

3.3 教学组织

为了保证混合式教学顺利进行，在教学开始之前，教师向学生介绍该学习平台，要求学生注册组建在线教学班级并对学生进行平台应用培训，根据学生前置课程学习情况（以相关前置课程学习成绩为主要参照标准并辅助咨询任课教师和辅导员对学生的了解），适当考虑学生意愿，以组内异质、组间同质的原则将学生进行分组（每组人数为5-6人），各小组选取一名组长负责本小组混合学习中的交流讨论组织和问题汇总。参照教学大纲和学情制定教学目标生成学习任务单、选取教学材料并发布于平台之上供学生课前学习（为保证学生及时了解学习任务，教师也可以QQ或微信群聊将教学任务单通知学生）。如下表4所示为“二叉树”一节的学习设计的任务单。

表4 二叉树学习任务单

Tab.4 learning task list of binary trees

根据教师发布的任务单，在课堂面对面教学之前学习，学生将遇到的问题在班级讨论组先行讨论。学习委员将各组问题总结归类，教师根据学生提交的问题和平台上的相关数据聚焦课堂教学问题，准备面对面课堂教学支撑材料。

课中教学阶段，采用基于抛锚式的小组协作探究方式在面对面课堂环境中开展，具体教学流程如图3所示。以线性表一节的学习为例：首先老师提出来“学校要开发一个考生报名管理系统，这个系统要实现考生基本信息录入、考生基本信息查询、考生考号排序、考生信息修改、考生人数的统计这些功能，如果请同学们设计一个这样的系统，你会怎么做呢”。然后学生以小组为单位进行任务学习，各小组内每个人负责一个模块的实现，学生围绕教师呈现的任务展开学习。在学习过程中，教师给予学生适当帮助，如帮助学生回顾C语言中动态地址分配、空间释放相关函数，数据结构课程中的结构体的知识等等。学生根据分配的任务学习探究，在学习中学生遇到问题可以组间讨论解决，教师负责监督学习过程并向学生提供帮助。待学生设计完后成各小组进行汇报，先完成的小组成员可以申请指导其他组或者自己进行拓展学习。各小组成员对组内成员学习过程学习效果评价，小组之间对彼此学习成果进行效果评定和存疑解答。教师根据学生的任务完成情况和评价结果判断学习效果，对学生学习情况进行总结点评，对本节课中的知识进行梳理，然后针对课前学生学习的问题进行答疑。

图3 课堂教学流程

课后，教师请学生独自将课堂上的报名管理系统的每个模块都设计出来为接下来的上机课程做好准备。此外，教师在平台上发布铁路客运订票系统的课程设计框架供学有余力的同学参考学习。

3.4 教学评价

由于混合学习线上线下相结合的特性，教学评价采用形成性的过程评价与总结性评价相结合、正式评价与非正式评价相结合的方式。在教学过程中，教师利用MOOC平台提供的数据，如学生讨论情况、视频观看情况和课堂讨论汇报以及组间和组内互评结果了解学生学习效果。教师除了关注学生知识的学习，还关注学生学习能力和情感的的变化，并对这方面的变化予以欣赏或激励。学期末，教师根据教学平台设置的分数比例（如图4）定量判定学生的在线学习效果。课程考核方式为闭卷考试和开放的综合课程设计结合。学生总体成绩以“在线学习成绩+试卷考试成绩+课程设计成绩+课堂表现成绩”综合计算，各部分占比为2:3:3:2。

图4 在线学习分数构成

4 效果与反思

4.1 效果分析

4.1.1 有助于学生综合能力培养

在面对面教学中，教师以问题任务为导向，结合传统讲授、小组协作、探究学习和自主学习等多种形式，教学不再局限于灌输式的讲授，形式更加灵活多样，学生也不再被动的接受。学习过程中，小组任务分配不仅使学生明确各自任务，也提升了学生的组织能力。问题探究过程中，通过主动思考使自身原有图式主动得到同化或顺应，积极构建知识结构，提升学习能力。成果汇报和组间组内评价使学生课堂交流更加活跃，学习兴趣更加浓厚，对学生探索钻研、语言组织能力和自我表达能力的提升有正面的促进作用。

4.1.2 促进师生关系的良性发展

教师改变唯以成绩论英雄的评价方式，从学习兴趣、学习态度、学习能力、创新能力等多维度评价学生。教师对学生日常学习的肯定、学习态度的认同反向促进学生对教师教学成果的肯定。客观全面的评价，学生更乐于接受教师的建议，更主动向教师表露自己的情感态度，分享学习中遇到的疑惑问题。学生与教师有效的沟通，也使教师更了解学生学习状态和学习需求，教师学习进度安排和调整更加有针对性，促进产生良好的教学效果。

4.1.3 促进学习迁移和实践的应用

教师将现实案例融合进入课堂知识学习，学习不再限于枯燥的识记理解，注重问题研讨和学生思考，锻炼了学生解决问题的思维能力。任务结束后的知识梳理帮助学生进一步厘清知识，促进新旧知识关联建构。课后的拓展性资源和课堂内容紧密结合又有所差别，满足学有余力的同学需求，促进课程知识在实际中的应用迁移。

虽然采用这种形式学习有一定优点，但也存在若干需要进一步解决的问题：

4.1.4 线上学习效果难以保证

对于线上互动交流，由于视频以内容型讲授为主，学生多需要概念接受，对于难度较大的问题，在缺乏教师引导的情况下很难热烈讨论。部分同学认为课堂教师会讲授问题，对线上讨论热情不高。对于线上课前自学，个别同学由于种种原因并未完成该部分学习，导致线下课堂学习吃力，学习效果不尽人意。

4.1.5 在线学习问题解决不及时

在线教学中，教师花费了很大精力在有效时间段解决同学问题。由于学生在线学习时间无法固定，在学习中遇到难题在线提问时，同学教师仍然无法全部及时回复，而学习中的问题无法及时解决导致学生在线学习进度缓慢，影响在线学习积极性和学习效果。

4.1.6 教学资源设计有待提高

教学目标设定虽已划分层次，教学内容遵循微课“短小精悍”的设计原则，但学习内容多以Camtasia Studio录制PPT为主，知识呈现虽尽可能重构知识，但依旧未摆脱传统教学思维限制，表现形式略显乏味。

4.1.7 平台数据分析不完善

混合学习中的课前导学和课后巩固与拓展都是在MOOC平台上进行的。教师无法全程监督学生学习过程，虽然该平台提供基本的学习分析，但是缺少细致的学习数据，如学生学习时间段、观看资源的重复区间。

4.2 教学建议

综合教学取得的成效和课堂出现的问题，我们为基于SPOC的混合教学提出如下建议：

4.2.1 加强数字资源质量建设，增强在线学习吸引力

教学资源质量很大程度上影响混合学习效果。精致的学习资源可以吸引学生注意力，提高学习兴趣和效率，提升学习体验效果。在资源开发时，教师可根据自身情况与教育技术人员合作，教师着重教学资源脚本设计，教育技术人员侧重于教学资源实现。在表现形式上，在保证知识准确的前提下要尽可能多样化，除了PPT录屏、课堂实录视频，也可以增加动画提示[14]、操作演示，此外，还要注意色彩调配和音视频剪辑的衔接性。

4.2.2 加强学习过程监督，提升学习监控力

学习中，教师将主动权赋予学生，这就要求学生有很好的自我学习能力。但是，学习者的自我监控能力却很难保证，因此，在教学过程中，要加强外部学习监控，进而促使学生养成自我监控习惯。在平台建设上，建议学习分析数据更加精细化，不仅要有学生的笔记、签到、发帖数据，还要有视频播放量和重播视频段统计数据，详细记录学生线上学习轨迹。

在教学方面，建议有能力的助教参与线上教学活动，针对学生遇到的难题及时给予回答，对学生讨论发帖跟踪回复，及时了解学习动态，以便教师更有针对性的组织课堂互动，从而促进提升学习积极性和学习效果。

4.2.3 引入多种评价方式，重视综合能力培养

与传统学习只重视考试结果不同，混合学习中的教学方式和学习过程更加多元化，教学效果不仅有学业成绩考核，还包括学生综合素质考评。因此在教学评价时，除了关注学习结果，学习过程也不可忽略，要注重学习过程中学习态度、学习能力、探索能力、组织交流能力、应用能力的考评，运用多种手段从多个方面客观综合的评价学习效果。

5 结语

本文在分析基于SPOC的混合学习优势的基础上，设计了以问题为导向的课前、课中、课后一体化的混合学习教学模式，并在数据结构课程中进行实践。实践表明，对于计算机专业课程教学，混合学习对学生综合能力、师生关系以及学习迁移和应用方面具有促进作用，而线上学习效果、问题解决及时性、资源设计以及数据分析仍然需要进一步提升。在进行混合学习时，应在加强资源质量的前提下有针对性提高资源吸引力，注重学习过程监督，提升学习监控力，通过多种评价方式促进学生综合能力培养。

[1] NMC地平线项目, 龚志武, 吴迪, 等. 新媒体联盟2015地平线报告高等教育版[J]. 现代远程教育研究, 2015, (2): 3- 22+42.

[2] 何克抗. 从Blending Learning看教育技术理论的新发展(上)[J]. 中国电化教育, 2004, (03): 5-10.

[3][4][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, 35(01): 85-93.

[6] 曾明星, 李桂平, 周清平, 等. 从MOOC到SPOC: 一种深度学习模式构建[J]. 中国电化教育, 2015, (11): 28- 34+53.

[7][8] 詹泽慧, 李晓华. 混合学习: 定义、策略、现状与发展趋势——与美国印第安纳大学柯蒂斯·邦克教授的对话[J]. 中国电化教育, 2009, (12): 1- 5.

[9] 何克抗. 从Blending Learning看教育技术理论的新发展(下)[J]. 中国电化教育, 2004, (4): 10-15.

[10] 陈晨, 隋雪莉. 计算机基础分层教学和任务驱动教学方法的探究[J]. 软件, 2015, 36(8): 41-43.

[11] 尹合栋. “后MOOC”时期基于泛雅SPOC平台的混合教学模式探索[J]. 现代教育技术, 2015, 25(11): 53-59.

[12] 刘波, 沈岳, 戴小鹏, 等. 融合MOOC与翻转课堂原理的信息类课程设计方案与实践[J]. 软件, 2014, 35(5): 97-101.

[13] (美)詹姆斯·波帕姆著, 王本陆, 赵婧等译. 教师课堂教学评价指南[M]. 重庆. 重庆大学出版社. 2010: 8-18.

[14] 曹素娥, 杨泽民. 数据结构课程教学改革探讨[J]. 软件, 2014, 35(3): 214-215.

Design A Teaching Model Design and Practical Study of Blending Learning Based on SPOC——Taking Data Structure Course Teaching As an Example

REN Miao-miao1, Ma Yan2, Li Ming-yong1

(1. College of Computer and Information Science, Chongqing Normal University, Chongqing 401331, China; 2. Graduate School of Chongqing Normal University, Chongqing 401331, China)

SPOC, to some degree, makes up for the shortcomings of MOOC, with its small-scale and privacy, which helps deep integration of online learning and traditional classroom. This paper, starting from the characteristics of SPOC and blending learning, analyzed the advantages of blending learning based on SPOC. Then, designed teaching mode, and carried on a practice research taking data structure course teaching as an object to make a teaching practical study. Finally, summed up the advantages in practical application, analyzed the problems, and put forwards recommendations on the practice and application of blended learning based on SPOC by reflection.

Instructional Technology; SPOC; MOOC; Blending learning; Data structure course

TP311.12; G434

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.04.003

重庆市教委研究生教改重大项目“重庆市研究生创新创业实践教育研究”(Yjg151007)；重庆市研究生教改项目“基于课题驱动、校企导师协作的全日制工程硕士实践能力培养的研究与实践”(项目编号：yjg143091)；重庆市教委科技项目“基于Hadoop+Mahout的教育大数据个性化资源推荐的研究及实现”(项目编号：KJ1500320)

任苗苗(1992-)，女，在读硕士研究生，主要研究方向为教育技术前沿理论研究与新媒体技术应用；马燕(1960-)，男，博士，教授，重庆师范大学研究生院院长，主要研究方向为人工智能、社会计算、现代教育技术等；李明勇(1979-)，男，在读博士，副教授，主要研究方向为教育大数据。

本文著录格式：任苗苗，马燕，李明勇. 基于SPOC的混合学习教学模式设计与实践——以“数据结构”课程教学为例[J]. 软件，2017，38（4）：12-17