基于SPOC的量子力学混合式教学模式改革与实践*

刘 蓉 侯宏录 董 威 刘王云 惠迎雪

（西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021）

1　SPOC的产生

追溯国内外在线课程的发展，从1989年美国凤凰城大学最先推行在线学位计划，成为美国第一批被认可的提供网络学位教育的学校开始，直至2001年美国麻省理工学院 OCW（Open Course Ware）项目启动，再到 2008年 MOOC（Massive Open Online Course）概念首次提出[1]，并在全球范围内以迅猛之势推广应用，称为现代教育改革的新兴产物。为了顺应新世纪的两大发展趋势，即全球化和信息化，中国高等教育也迎来了新的机遇和挑战。2011年教育部出台了《教育部关于国家精品开放课程建设的实施意见》（教高 [2011]8号）、《精品资源共享课建设工作实施办法》（教高厅[2012]2号）文件，全面启动精品视频公开课和精品资源共享课建设。2014年“中国大学MOOC”平台全面运营。国内在线开放课程平台日趋成熟，有效支持在线开放课程的建设与运行。大规模在线开放课程等新型在线开放课程和学习平台在世界范围迅速兴起，不仅拓展了教学时空，实现优质教育资源共享，为学习者提供终身学习条件，而且增强了教学吸引力，激发了学习者的学习积极性和自主性。然而，MOOC缺乏教师的深度参与，脱离实体学校的小班教学，难以完全取代传统的课堂教学。与此同时，一种将MOOC资源服务于校园内学习者的在线教育形式——SPOC（Small Private Online Course）应运而生。SPOC是一种将MOOC资源用于小规模、特定学习者的教学解决方案，赋予学生更完整、有针对性的学习体验。采用混合式教学模式，既发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又能体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性，真正体现“以学生为核心”的教育理念[2]。

致力于建设面向工科专业学生的量子力学在线开放课程，结合我校电子科学与技术专业的培养目标，以及量子力学课程特点，立足于提高学生学习积极性和培养学生科学探索精神及创新能力，以“微课程”为载体，实现从“传统课堂教学模式”向“SPOC教学模式”转变，研究和构建以学生为核心的基于SPOC的量子力学课程教学模式，采取线上视频教学和线下课堂教学有机结合的混合式教学方法，实现改善课堂教学效果及质量的目标。

2　SPOC教学模式设计

SPOC是线上和线下相结合，采用校内教师的在线资源与校外相关MOOC资源相结合，通过线上教学视频、教学课间、在线作业、测验等教学资源，让学生先自行在线学习，然后在课堂上进行面对面的讨论、答疑、实验等，最后进行线下期末考试环节，至此，整个课程完成。SPOC的核心是教学流程变革所带来的知识传授的提前和知识内化的优化[3]。SPOC的教学模式全过程一般由三个环节构成：问题导入环节、线上学习环节和互动跟踪环节。具体细化过程还包括：微视频制作与上传、设置任务单、提供资料库、组织线上视频学习、开展在线讨论、线下互动教学、跟踪监测等流程，SPOC教学模式设计流程如图1所示。

图1　SPOC教学模式设计流程图

在具体实践中，结合量子力学的课程特点，做到以下几方面：

（1）基于SPOC的量子力学课程建设采用以知识点碎片化视频（10分钟左右）与交互式练习为基本教学方式的知识点组织模式和学习模式，采取线上视频教学和线下课堂教学有机结合的混合式教学方法，实现教与学的“翻转”。

（2）基于SPOC的量子力学课程建设预期形成6-8小时的在线视频课程，分为10周进行授课，每周授课时数为4节，每节10分钟左右（即为一个视频课程单元）。此外，还包含6-8小时的线下教师面授课程，分3-4周进行授课，每周授课时数为2节，每节50分钟.在线视频兼顾“快、高效、有趣”的特点。

（3）构建以知识点为单元的视频课程模块单元。结合量子力学的课程与内容特点，分解知识单元，构建以知识点为节点的知识架构。通过课程知识点的拆解、遴选和重组形成涵盖课程基本知识点、基本概念、基本原理、前沿专题和热点问题的课程体系课程内容。

（4）配备教学大纲、教案或演示文稿、重点难点、作业、试题库、参考资料、资源库等完整的课程支撑资源库。

（5）基于学情分析，预习导学、设置单元作业、在线讨论、在线考试等线上教学任务和线下教室讨论、交流、答疑等教学活动，以帮助学习者有效进行学习并实现课程制定的目标。教学团队每周会引领4个知识点的学习，渐进式的推进，配以丰富的案例与实操贴士，大家可以选择适合的时间来学习、交流与练习。

（6）考核方式：视频学习完成度+课内表现+期末考试成绩。

3　SPOC教学实践

SPOC采用线上视频教学和线下课堂教学有机结合的混合式教学方法，以学生为核心，将学习置于复杂的有意义的问题情境中，通过视频观看和互动讨论，激励学生积极探索隐含于问题背后的科学知识，实现知识体系的建构和转化，同时鼓励学生对学习内容展开讨论、反思，教师则以提问的方式推进这一过程，最终使学生在一个螺旋式上升的良性循环过程中理解知识，实现学习的不断延续，以促进学生解决问题、自主学习能力的发展，以及创新意识和创新能力的提高，实现改善课堂教学效果及质量的目标。

与传统教学方法相比，基于SPOC的混合式教学模式中，教师与学生的角色和任务发生巨大改变。教师从传统课堂中的知识传授者变成了学习的促进者和指导者，这意味着教师不再是知识交互和应用的中心，而是学生应用知识到真实情景的推动者。

教师的主要任务是：

（1）创设问题情境、呈现问题。提出问题是SPOC的起点和焦点。布朗、科林斯等学者认为，认知是以情境为基础的，发生在认知过程中的活动是学习的组成部分之一，通过创设问题情境可吸引学习者。问题的产生可以是学生自己在生活中发现的有意义、需要解决的实际问题，也可以是在教师的帮助指导下发现的问题，还可以是教师根据实际生活问题、学生认知水平、学习内容等相关方面提出的问题。

（2）提供丰富的教学资源。教学资源是实施SPOC的根本保障。教师可以利用网络课程为学生解决问题提供多种媒体形式和丰富的教学资源。

（3）对学习成果提出要求，给学生提供一个明确的目标和必须达到的标准。

（4）部分教学内容、难点问题讲授。

（5）答疑，论坛主持，实验，考试组织等。

学生的主要任务是：

（1）通过观看视频（任意时间）自主学习；

（2）在线完成作业和测试；

（3）线上论坛讨论并相互回答问题；

（4）参与课堂讨论和组间辩论。

例如，在讲到微观粒子的波函数时，有学生认为波函数是经典物理学的波，也有学生认为波函数由全部粒子组成。这些问题的讨论激发了学生的求知欲望，可以通过线上视频学习、网络资源共享，再组织在线讨论，最后线下教学互动和老师疑难解答，对各小组讨论和辩论的观点进行评述和指正，实现学生对一些不易理解的量子概念和原理的深入理解[4-6]。

4　SPOC教学设计的关键问题

（1）明确学习目标和内容。通常任课教师以整门课程为一个体系进行教学设计，但是这个体系过于庞大，学生往往看这个体系如“盲人摸象”，很难完整理解，甚至使学生产生畏难情绪，很难“留住”学生参与线上学习。所以，建议在设计学生的学习目标时以周为单位，定期发布视频学习任务书，该任务书一定是具体的、可量化的，使学生可以在短时间内明确本周的学习目标和内容。

（2）教学内容的设计与教学环节的组织安排。基于SPOC的混合式教学不等同于传统教学+在线学习，需要详细设计教学内容，例如哪些内容适合学生在线学习？哪些内容需要课堂讲授？设计哪些讨论主题既紧密结合课程知识点又能够激发学生的“好奇心”，有利于培养学生科学探索精神及创新能力？等等。此外，还需要细化各个教学环节的组织安排，确保各环节能够有机结合。

5　结束语

近几年，针对量子力学教学中出现的实际问题，结合量子力学的课程特点，我们提出了以学生为核心的基于SPOC的量子力学课程教学模式改革的研究和实践，取得了一些成效，对于理论性较强的其他课程也具有较强的理论指导意义和推广应用价值。

【参考文献】

［1］吕静静.开放大学混合式教学新内涵探究——基于SPOC的启示.远程教育杂志,2015(3)：72-81.

［2］郑奇,杨竹筠.SPOC：结合高校教学的融合创新[J].物理与 工 程 ,2014,24(1)：15.

［3］赵兴龙.翻转教学的先进性与局限性[J].中国教育学刊,2013(4)：65-68.

［4］邹艳.浅谈量子力学的教学改革[J].物理与工程,2009,19(4)：40-41.

［5］赵凯华,岁蔚茜.量子物理[M].北京：高等教育出版社,2001：30-45.

［6］范洪义.从量子力学到量子光学—数理进展[M].上海：上海交通人学出版社，2005：50-55.