浅析SPOC在高校实验教学中的应用

余 泰, 李 莉, 李同明

(海军军医大学 教保处, 上海 200433)

教育部2013年开始启动国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作,虚拟仿真实验教学中心的建设宗旨是营造虚实结合的实验环境和平台,为学生提供多元化的实验环境,促进学生自主探究能力和创新精神的培养,是信息技术融入实验教学的重要举措。随着虚拟现实和网络技术的发展,网络教育的发展前景也越来越广阔,虚拟现实和“互联网+”环境带来的不仅仅是一个技术平台或工具,更会激发教学模式和教学方法的深刻变革[1]。小规模限制性在线课程SPOC相对于大型开放网络课程MOOC而言,更强调线上课程和线下课堂的互补和融合,同时由于更注重有限学生个数的教学效率,更适合个性化学习和新型教学模式的开展。利用SPOC进行线上线下混合式教学,有助于虚实结合的实验教学环境的设计与呈现,促进新型教学模式的开展和深化[2]。

1 传统高校实验教学弊端

实验教学对实验环境专业度、风险度和成本投入等要求都很高,实验教学的最终目的一定落脚于人才培养实践,致力于培养学生的实践能力和自主探索能力。由于传统实验设备、操作环境的制约性,学生在实验过程中通常按照教师制定的步骤严格进行,在特定的时间内完成特定任务,学生实验缺乏主动性和探究性,学生的主观能动性没有被充分激发出来,实验效果不够理想[3]。在高校日常教学中,从教学模式到教学评价方式,都存在以下普遍问题：

(1) 教学模式单一,师生交互单向化。长期以来,无论是教学者还是学习者,都认为实验教学应当依附于理论教学,实验教学的目的在于验证知识、得出结论。因此完整的实验教学课程体系并未建立,教学模式仅局限于单一的教师讲解、示范实验过程,学生在实验过程中被动完成学习目标,实验课程过于形式化、单向化、低效化,教学效果欠佳。

(2) 教学设备陈旧,实验流程程式化。在医科院校,实验动物饲养问题、生物安全问题、仪器设备成本上涨问题、实验教学经费紧缩等问题一直制约着医科院校实验教学的开展。由于实验教学在高校中长期处于从属和次要地位,存在实验教学经费紧缺与实验费用上涨的冲突、探究性实验教学花费时间长与学习考试压力大的冲突、学生期望自主探究学习与教师按部就班程式化教学的冲突,影响了实验课的效果[4]。同时实验器材损耗、维修费用高昂、专业实验技术人员流动性大,都影响了实验教学的效果。

(3) 教学评价死板,考查方式标准化。高校实验教学多以实验报告、纸质测验、操作考试等单一的结果性评价为考核标准,忽视了在实验过程中对学生考核。有些实验教师甚至要求学生背诵实验报告和实验流程来通过考试,学生的自主学习能力和创新思维完全没有得到锻炼和深化,单一的实验考查方式并不符合当下“中国学生发展核心素养”的考核标准[5]。同时,很多高校都没有把实验课与理论课同等重视起来,考核与激励机制不健全,实验课教师奖酬金低于理论课教师,影响了实验课教师的积极性。

2 利用SPOC开展混合式教学的优势

实验教学作为医学院校不可或缺的一部分,其教学质量的高低对医学生的动手能力、创新能力、发现问题、分析问题以及解决问题能力的培养有着重要的影响。这些能力的培养直接影响着医学生的临床实践能力和专业素养[6]。SPOC的应用打通了线上教学和线下实验的壁垒,学习者可以在任何时间选取学习内容开展学习,并可以根据个人的学习兴趣和实验偏好,自由掌控学习进度和实验流程,从而在实验教学中真正开展自主学习和个性化学习[7]。它以内容定制、交互灵活、高效教学的优势,为传统的实验教学带来了新的定义和冲击。

(1) 强化预习效果,加强理论知识掌握。SPOC的出现翻转了传统课堂的教学模式,教师可以在课前约束学生利用教学视频进行虚拟实验操作，开展预习。学生可以反复观看预习视频,加强实验理论知识掌握；开展课前预实验,总结实验中可能遇到的问题,反复纠错,熟练掌握实验基本操作；及时向教师反馈预习情况和疑惑,教师根据反馈及时调整课上教学内容及教学进度,实现个性化、定制化的混合式实验教学模式。

(2) 节约实验成本,避免高危实验操作。我校作为海军直属的医科类院校,学科设置中既有大量的传统基础医学实验,也有大量与军事航海相关的在高危、极端环境中开展的实验，如海上战创伤救治、航海特殊损伤医学等。这些实验普遍存在病理切片标本消耗量大、重复利用率低，以及高致命性微生物感染、放射性污染等不确定风险，同时存在航海类救治实地环境难以构建及实验费用高昂等缺陷。实验安全问题和高昂的实验教学成本,困扰着军事类医科院校的实验教学开展。SPOC的出现,可以为师生搭建一个低成本、无风险、可重复操作的实验教学训练平台,实现实验教学混合式教学模式的转变和开展[8]。

(3) 实现闭环交互,丰富实验教学内容。在传统的医学实验教学中,主要是以教师为主导的程序化教学,基本流程为教师进行理论和实验内容讲解,学生按照学习内容,独立或分组按照要求开展实验,提交实验报告,整个实验过程单向传递内容,缺乏双向交互和及时反馈[9]。目前我校已建成在线学习平台,95门课程上线供学生选修使用；建成2个国家级实验教学与虚拟仿真实验教学“双中心”实验室,具备成熟的可实施线上线下混合式实验教学的环境。将SPOC应用于实验教学中,可以实现线上交互和线下见面课辅导相结合。课前学生通过SPOC中的视频和理论知识点解读,实现学生间的互动、师生间的互动；课中利用线上线下虚实结合的实验教学,实现虚拟与现场的师生交流、小组讨论；课后学生可以通过在线平台实时提交小组实验报告,并根据同伴或其他小组及教师提出的评价意见实时修改；教师同时可以根据学习效果重新修改教学目标和教学进度,从而实现实验教学的闭环管理,优化实验教学效果。

3 基于SPOC的线上线下混合式实验教学模式

SPOC的应用,并不应该只局限于脱离课堂和线下实验的网络课程,而应该结合学校具体课程,实现“实验操作课”与 “线上视频”相结合的一种混合模式,融合日趋成熟的虚拟SPOC和现实的操作课,建立现行医学教学模式和SPOC驱动的新型教学模式的有机混合通道,从教学手段到教学成本以及教学效果上,都将带来颠覆式的变革。基于SPOC课程中的微实验、微视频、微互动、微测验,结合传统课堂过程中的3大环节：课前、课中、课后,从线上线下2个教学环境出发,提出了基于SPOC的线上线下混合式实验教学模式,具体流程见图1。

图1 基于SPOC的线上线下混合式实验教学流程图

3.1 课前部分

在课前,教师以教学班级为单位,向学生推送预实验内容、理论学习内容、实验课重点难点、预习考查测验,并设定相应的学习目标,如必须观看视频100%、提交初步实验方案、通过预习测验,才能允许进入线下实验室开展实验。学生通过网络端可在线反复观看教学视频、完成教师设定的学习任务,并可以自主讨论、小组合作，初步形成实验方案,及时向教师反馈自己的疑惑及实验建议,教师通过与学生的交互和问题答疑,根据学生实验前对理论内容掌握程度及学习基础,修改教学目标、教学难度及教学进度,为接下来的线上线下交互与学习提供定制化、个性化、凸显学生自主性和能动性的实验教学。

3.2 课中部分

在课中,针对线上实验部分进行答疑讨论,即教师针对课前预习情况及学生反馈,在课堂上进行集中答疑,引导学生确定实验重难点,组织学生开展小组讨论、成果汇报；学生也可以根据线上提交的实验方案,小组协作或独立完成实验,获取实验数据,撰写实验报告。在课中,学生和教师既能通过线上移动客户端进行沟通交流、资料共享、修改实验方案,也能在线下开展实验操作,结合线上的学习内容和学习效果,创设实验情境,提出实验问题,师生、生生面对面交流合作。在该混合教学模式下,根据课程性质及内容不同,线上线下的具体内容选取和比例设置非常重要。

3.3 课后部分

课后部分是对前期学习的巩固、升华,并为下一阶段的自主探索作准备。学生完成实验操作后必须完成相关的实验数据与思考讨论,通过SPOC平台在线提交自测题、数据处理和思考题,用实验所测的数据撰写实验报告。提交实验报告后,不同学生小组开展线上互评,教师实施监督并给予评价。线上操作的数据,教师可以实时查看,如师生、生生互动次数，及发帖回帖次数、观看视频时长、在线测试成绩、课堂互动数据等,都应作为教师考核的参考依据[10]。线下可开展常规测试,根据学生的成绩,有针对性地进行个性化辅导,培养学生独立思维能力,进一步挖掘潜能,提高科研创新能力和团队协作能力。

3.4 混合式实验教学考核评价机制

随着课程教学模式的改变,课程考核也应随之做系统调整。传统的考核方式主要包括实验前方案、预习内容考核、现场操作和实验报告4个部分[11]。引入SPOC到线上线下混合式实验教学中,教学结构和教学模式的转变,促使考核方式也应多样化、系统化。新模式下的考核评价机制应以现场实际操作内容为主,线上课前预习情况以及课后交互、过程性评价为辅。评价主体有教师、学生、辅助实验员等。

教师通过建立评价考核机制,促进学生对实验过程与实验结果的反思,培养学生自主探索、协作学习的思维,提升学生深层思考的能力[12]。具体说来,即通过形成性评价等方式综合考查学生的预习情况、实验过程、实验结果、思考与讨论、科研创新等方面的能力。其中：预习占10%,主要考查学生的课前在线观看视频是否完成、是否完成预习测试以及对预习内容的双向交互反馈情况；线下实验过程占40%,考查学生实践能力、合作能力、自主探索能力；实验报告和数据处理占50%,也是考查中最重要的部分,着重于考查学生的自我总结能力和混合式教学模式的应用效果[13]。多元化、系统性的考核机制,既能保证评价的客观性和公正性,又能充分激发学生的实验热情,培养学生的创新思维、合作能力和科研能力[14]。

4 结语

融合虚拟实验的线上微视频和实际线下实验仪器操作,充分利用SPOC的教学资源和“翻转式”课堂混合式教学模式,势必成为高校实验教学的未来发展趋势[15]。基于SPOC的线上线下混合式实验教学模式为学生提供了一个自我学习和主动提升的环境和契机,在 “互联网+”、人工智能突飞猛进的新时代背景下,应不断探索新技术在传统实验教学中的应用和融合,不断完善和普及新型教学模式的应用,有效提升医学教学质量。