SPOC混合教学模式在综合实践课程中的应用

吴春雷， 王雷全， 张俊三， 崔学荣

(中国石油大学(华东) 计算机与通信工程学院， 山东 青岛 266580)

0 引 言

2012年，大规模在线开放课程(Massive Open Online Course，MOOC)开始在国内教育领域兴起，并在随后几年快速发展成为研究热点[1-3]。与传统教育模式相比，MOOC具有不受时空限制的学习形式、类型多样且内容丰富的学习资源，以及低门槛的学习许可，这对于普及教育范围、推动教育公平等具有显著优势。然而，对于高等教育主要关注的高层次、专门型人才培养而言，MOOC存在的不足逐步凸显出来，引发高教工作者思考以寻求变革。于是小规模专有在线课程(Small Private Online Course，SPOC)模式被提出并在校园教学环境中初步应用。因为它不仅具有在线资源优势及时空拓展特性，而且能够针对特定背景的人群定制教学过程、开展线下实体课堂教学活动，所以成为一种更加灵活、高效的教学模式。

综合实践课程在高等学校许多专业的人才培养计划中占有重要的地位，旨在使学生综合运用所学知识，通过系统的实战训练，提高工程实践能力，增强创新意识。然而，传统的课堂讲授和实践指导方式遇到了一些结构性的问题，限制了学生能力和素质的进一步提升。随着MOOC/SPOC等信息化教学技术的快速发展，综合实践类课程也亟需借助网络平台，探索线上与实体课堂相结合的混合教学模式来解决面临的问题，实现教学效果的新突破。

1 SPOC混合教学模式概念及特点

1.1 SPOC的概念特点

SPOC是相对于MOOC的一种新型在线教学模式，具有学习人群规模小、服务面向专一的特点。SPOC是由加州大学伯克利分校的阿德曼·福克斯教授提出的[4]。相对于MOOC，SPOC中的Small是指将学习人群的规模限缩在数十人的小班规模内，便于开展线下交流；Private是指对加入者设置比较严格的准入条件，使学习人群具有特定学习背景或必要的知识基础，更易于达成预定的教学目标。

相比于呆板单调的传统线下教学和完全开放的MOOC线上学习，SPOC倡导了新的教育理念，重新定义了各个要素的功能涵义，以及它们在教学过程中的地位和作用[5-7]。SPOC倡导了以学生为主体、以教师为主导的教育理念。一方面，SPOC平台具有教学内容丰富、学习形式灵活的特点，为发挥学生的学习主体性、成长个性化提供了更大的空间。另一方面，在相对固定的人员范围内，教学过程和活动需要在专业教师的主导下进行，保证教学过程的可控、教学效果与目标的一致。

1.2 混合教学模式

由SPOC的特点不难看出，这种新型的教学模式非常适合面向高层次、专门型人才培养的大学课堂教育。因为这里不仅有知识背景相似、学员素质相当、学习目标相同的人群，也有学识丰富、业务精专的教师。通过将线上平台与线下实体课堂结合，就产生了线上线下混合型教学模式。传统课堂教学强调教师的知识讲授和学生的课后练习，而且以教师讲授为主，这严重削弱了学生的主体作用，导致学生在没有或少有知识背景铺垫的情况下完全听懂、掌握课堂内容非常困难。SPOC混合教学改变了这种情况，强调学生在课前要借助SPOC平台观看视频、查阅资料、准备讨论内容等，回到课堂后在教师的引导下交流讨论、解决问题并完成作业。

基于SPOC的混合教学模式符合学习理论中的认知学习和建构学习理论。建构学习理论认为，学生的学习不应该是被动的接受外部的刺激或灌输知识，而应当是信息的主动接受、加工和知识的主动构建，而且这种构建过程应当在更符合实际情况的学习活动中完成。SPOC网络平台能够提供视频、课件、案例、参考资料等生动的学习情境和资源，而实体课堂则能够提供有利于协作的交互式学习氛围。因此，基于SOPC的混合教学模式为实现建构主义的学习条件提供了非常理想的技术手段。

2 综合实践课程面临的问题

综合实践类课程在许多专业的培养计划中占据重要地位，它强调以实际工程问题为背景，以知识综合运用为基础，通过完整的项目开发训练，培养和发展学生解决相关领域复杂工程问题的实践能力和创新意识[8-10]。例如，软件开发过程实战课程是我校软件工程专业面向高年级学生开设的一门综合实践课程，教学内容包括了软件项目构思、需求分析、结构设计、编码测试、运行维护等软件生命周期的全部重要节点。通过完整的实战型软件开发训练，使学生增强对专业核心理论知识的掌握和应用，建立软件工程专业的系统概念，提升实践能力和创新意识。然而，调查发现目前综合实践课程的教学仍然沿用数十年来形成的刻板模式，即教师在课堂上进行实践要求的讲解和布置，学生按照既定的讨论开展实验，最终提交项目成果进行验收打分。随着教育教学要求的不断提升，以及信息化教学技术的快速发展，这种方式显然难以满足新时期的教学要求，遇到许多挑战[11]。

(1) 课程的综合性、创新性成分不够，学生探索意愿不足。因为只依赖教师在课堂上的讲授会限制学生想象力的发挥，学生对老师提供的解决思路产生先入为主的印象，最后以达到或接近老师提出的要求为目标，很难实现较大的突破和创新。例如，在以前的软件开发实战课程中，学生开发的软件项目主要停留在简单的Web或App应用层面，高端技术运用不足，而且软件系统的并发性、可靠性等重要性能考虑偏少[12]。究其原因，发现传统的实践教学方式没有给学生预留足够的探索空间和时间，学生处于被动接受的状态，缺乏开展深入研究的必要引导和内在动力。

(2) 学生对学习和实践的兴趣难以贯彻始终，存在“前热后冷”的普遍现象。为了提高学生的兴趣和主动性，课程在一开始特别强调了项目选题和团队组建的重要性，要求学生务必选择自己感兴趣的实践题目，并且鼓励志同道合的同学组建团队[13]。该项措施确实促使学生在课程开始阶段拥有兴趣和活力，但是随着架构设计、代码编写、复杂测试、系统集成等难度较大实践环节的不断出现，一些学生就逐渐变得疲于应付，导致学习效果变差。究其原因，发现传统的实践指导方式存在不足，老师针对学生遇到的问题仅凭即兴分析给予一些口头指导，缺少系统性和条理性，导致一些学生难以跟上节奏，逐渐丧失兴趣甚至掉队。

(3) 开展综合实践的平台支撑落后，课外时间和空间利用不够。传统的综合实践课程，几乎全部的学习和实验任务都是在课堂上开展，这是因为许多课程没有网络教学平台或者只有简单的信息发布网站，难以支撑学生开展在线的任务接收、协作交流、资料查阅和过程辅助等工作。落后的平台难以实现教学时间和空间的有效拓展，也导致了课堂环节存在回顾和保存等环节而变得效率低下。例如，软件工程的实战开发强调学生要分组协作、全员参与、角色扮演，充分发挥团队潜力，而课堂上有限的时间还要被老师的任务布置、理论讲解、考核验收等占去相当大的比例，留给学生进行团队交流、研究探索的时间较少，最终导致学生处于从属地位。

SPOC融合了MOOC的优点，提供丰富的视频、课件、主题和资料能够让学生自行安排学习时间和地点，自主决定学习进度和频率，以及与线上教师和同学充分交流，从而保证学习时间和探索空间。同时，混合教学可以通过课前、课上和课后3个教学环节的合理衔接，发挥教师、学生等要素的最大作用，真正融合线上学习与实体课堂的优势，这为解决上述问题提供了可行思路。

3 SPOC混合教学模式的教学设计

3.1 教学内容设计

教学内容是人才培养的主要载体，是教育理念付诸实施和教学目标得以实现的途径。教学目标和标准规定了学生通过课程学习在知识、能力和素质方面的预期及规格要求，而教学内容则决定了学生最终掌握的知识、能力和素质的组成结构。不同于传统实体课堂的教学体系，基于SPOC的混合教学内容既要整合、优化传统教学的已有资源，又要针对线上学习特点，增补大量新的教学资源，最终形成完整的教学内容体系。

如同所有综合实践课程一样，软件开发过程实战与简单上机练习有很大区别，因为它需要依托软件项目管理、需求分析、架构设计、构建测试等整个软件工程核心课程群的理论知识，进行一次完整的开发过程训练[14]。因此，它需要在相对较长的课程教学过程中，为学生提供丰富且恰当的理论知识、技术指导和探索引领。为了达到精品优质的SPOC课程教学内容建设标准，课程组提出了“多类型、清单式”的教学内容设计思路。

“多类型”是指课程设计包括理论知识、实践过程、主题研讨为主，重点难点指导、习题作业、项目案例、试卷测试、拓展资源为辅，内容非常完整的SPOC教学资源体系，这些资源分别通过微视频、多媒体课件、演示动画、文档等多种形式发布到SPOC平台。“清单式”是指针对课程的重点、疑点、创新、拓展等内容分别制定清晰的清单，使学生明确课程的内容结构和学习边界，有助于教学过程的有序推进和精细考核的顺利实施。

(1) 理论知识教学内容设计。把实践教学所需的理论知识要点融入到项目开发情境中，按照先后顺序列出并形成清单。清单中的每个条目都包括多媒体课件、教学微视频、参考资料和拓展资源等内容，在SPOC平台上发布上线，使学生在综合实践推进过程中随时随地观看。2016年课程提供了包含16项主要条目的清单，如表1所示。

作为化工园区一体化配套服务企业，上海化工区中法水务发展有限公司的智慧水务是园区生产性服务业的一大亮点。据公司副总经理邵伟介绍，智慧水务以独特的污水处理模式，全过程的污水水质监控，为企业提供量身定制的水处理服务。据介绍，目前公司运营着一个供水能力为20万t/d的工业水厂、一套供水能力为7000 t/d的生活水装置和一个供水能力为280 m3/h的脱盐水厂。同时还运营一个拥有多套生化处理装置，能够处理水质复杂的高浓度污水的污水处理厂，处理能力达到4.45万m3/d，为园区内用户提供全天候不间断的供水及污水处理服务。

表1 2016年理论指导教学内容设计示例

(2) 实践过程教学内容设计。为了使学生能够在近乎真实的场景下，以行业先进的设计、开发、测试和协作平台进行实战训练，规范化、系统化地培养学生的工程实践能力，课程建立了以企业标准化项目开发过程为主线的实践流程学习清单，并将相关技术方法录制成微视频进行发布，并以SPOC练习和作业的形式布置阶段性实践任务和检查标准。

(3) 主题探索与研讨教学内容设计。为了充分调动学生的学习兴趣，培养学生探索意识和创新精神，课程设计了基于主题的探索和研讨教学内容清单。研讨主题包括一些重要概念、技术方法和创新方向。这些主题在SPOC平台以讨论作业的形式进行布置，通过学生的探索研究、实体课堂实践讨论，并在SPOC平台提交研讨报告。研讨主题的清单每年会根据行业发展进行调整。

3.2 教学过程设计

开展基于SPOC的混合式教学，需要在建设好教学内容的基础上，做好教学过程的精细设计，通过课前、课上和课后3个主要教学环节的合理衔接，发挥教师、学生和教学平台、教学管理制度等4个主要维度的最大作用，真正融合SPOC线上学习与实体课堂教学的优势。为此，课程组提出了“3阶段、4维度”的课程SPOC混合教学过程，如图1所示。

图1 3阶段、4维度的SPOC混合教学过程

(1) 课前教师准备与学生自主学习。在传统课程教学中，学生课前的主要任务是预习，除了课本和基本参考资料外，难以获得更多指导，更加深入学习的任务也不明确。因此，课前阶段发挥的作用很小，甚至一些教师直接忽略了这一环节。在SPOC混合教学中，课前自主学习非常重要。教师需要进行高质量的教学设计，将包括理论、实践、研讨、作业、参考文献等的教学资源分别以视频、课件、文档、通知等多样化的形式发布到SPOC平台，然后通过平台的交流互动模块为学生提供答疑辅导。其中，SPOC平台提供了重要的支撑和连接作用。

软件开发实战课程中设计了多个贯穿软件开发全过程的综合案例。理论、实践和主题研讨教学资源都是围绕这些案例进行录制和编排的。例如，针对“测试驱动的开发”模块，课前要求学生观看视频资料，不仅要掌握测试驱动开发的含义，理解在案例中的应用方法，还要观看Junit单元测试、Ant自动构建测试、AutoRunner自动化测试等技术的演示视频。同时，SPOC平台还发布了一个与本部分密切相关的探索性主题作业：测试驱动的开发理念的核心价值是什么？从开发者角色和责任的变化角度分析它与传统开发的主要区别，自己的项目将如何协调开发与测试工作。因此，通过SPOC平台开展的课前学习，为学生在理论知识、实践技术和探索方向上都提供了充分的学习资源和引导。

(2) 实体课堂教师与学生翻转教学。SPOC混合教学的实体课堂，一般采用的是翻转式教学方法。通过课前在线学习、探索和交流，学生对新的学习内容已经非常熟悉，能够进行基本的技术操作和实战开发，并对项目阶段任务的进展向教师汇报。该阶段学生是学习的主体，教师的作用也非常关键，教师需要在课前掌握学生的在线学习情况，了解学生遇到的主要问题。然后指导学生现场实践，细致检查项目进展，引导学生进行主题讨论，并与学生一起解决疑难问题，帮助学生完成知识和能力的构建。在此阶段，SPOC平台可以为师生讨论交流提供参考资料，因为它记录了每次课程的任务清单、阶段进展、问题列表和课前的在线交流历史，这使得课堂翻转教学针对性强，效率更高。

线下实体课堂上师生当面的交流讨论带有场景和情感，容易就特定问题和方案达成共鸣。在软件开发过程实战的知识和技术体系中，需求变更、架构设计、持续构建、集成测试等都具有一定的难度，需要学生课前在线学习基础上，通过实体课堂逐步、细致解决。因此，基于SPOC混合教学模式的线下教学对于复杂工程问题的解决和学生知识的升华不可或缺。

此外，SPOC混合教学过程的顺利开展还需要完善的教学管理和运行制度作保障。授课教师需要进行专门培训以提升SPOC教学能力，相应的教学管理规定能够督促教师严格执行课前的教学设计、过程中的检查指导和课后的验收评价等教学任务。宣传和激励措施能够为课程营造良好的改革氛围，调动教师和学生的参与热情。每轮课程教学结束后要进行综合评估，发现问题并提出整改方案，保证SPOC混合教学方法得到不断优化。

3.3 考核方法设计

传统的综合实践课程考核一般以项目开发结果的展示和技术文档为主，通常在结课时进行。然而，这种考核方式已无法适应SPOC混合教学模式的要求。因为SPOC混合教学包括线上与线下两种形态下的3个阶段，所以考核内容也要体现出多元性，只有在每个阶段设置相应的考查点，才能确保考核结果更加准确合理。

经过不断探索，课程组实施了多元性、过程化的考核评价方法，重视学生的专业知识、开发技术、项目结果、创新能力等多方面的考评。多元性体现在考核内容包含线上学习和实体课堂的多个方面：① 实践过程中学生提交的阶段性输出物，例如5次开发迭代产生的里程碑成果，包括系统检查结果和项目规划、产品订单、需求报告、架构设计、测试方案等技术文档。② 课程结束时交付的软件系统，考察指标包括项目的任务完成率、系统的可用性、可靠性、项目管理和过程控制能力等。③ 实践课程衍生出的创新成果，包括申请的国家软件著作版权、发表的学术论文、获得的竞赛奖励等。过程化体现在许多评价发生在教学过程中，通过SPOC平台记录的各类信息及时进行评价。新的考核方法使教师能够在教学中及时发现学生的学习状态和存在的问题，并给出指导，真正达到“学考结合、以考促学”的效果。

4 改革成效

作为山东省卓越工程师教育培养计划专业建设的重要组成部分，自2014年开始在软件开发过程实战课程中实施基于SPOC的混合教学模式改革。课程组选用中国石油大学(华东)云课堂网络系统作为SPOC平台，面向软件工程专业大三年级的学生授课。课程安排了96课内学时，贯穿软件工程专业培养计划的整个第六学期。经过3年多的教学实践和不断完善，取得了显著成效。

① 学生的自主学习能力和探索精神明显增强。由于SPOC混合教学给学生提供了丰富的学习资源和自学空间，辅以必要的引导，使得学生参与学习和实践的热情得到激发，完成了大量综合性和创新类题目的实践开发。3年来软件工程专业学生参加省级以上学科竞赛并获奖的人数大幅提高，达到83项，相比之前相同时间周期增长了1倍多，获得国家软件著作版权26项。② 学生对课程学习的兴趣和主动性能够贯穿始终，解决了“前热后冷”的问题。先后共发放调查问卷285份，结果显示，83%的学生认为SPOC平台能够给他们系统性的资源支持和精细的过程指导，帮助他们始终跟随教学节奏。③ 线上与线下相结合的学习、实践、交流形式使得学生的综合能力得到提高，这些能力包括主动学习、协作开发、系统思维、过程控制、表达展示等，在传统的教学中难以实现。

5 结 语

我校的改革成效在学生的初次就业率和就业层次方面得到最直观的反映，软件工程专业近4年的就业率实现了连续增长：2013年96.67%、2014年为98.78%、2015年为100%、2016年100%，就业层次也得到不断提升，每年约有1/3的学生升入国内外知名大学深造，其余就业的学生约有一半进入IT知名企业。我校的改革做法也得到了教育专家的很高评价，获邀参加了教育部“高校计算机类专业应用型人才培养方案研究”研讨会并进行大会交流。行业企业代表也认为改革思路符合软件工程教育改革发展的基本方向。