SPOC+翻转课堂在项目驱动式综合实验教学中的实践与探索

李 莉 ，陈玲玲，韩 力

(1.吉林大学 通信工程学院，吉林 长春 130012；2.吉林化工学院 信息与控制工程学院，吉林 吉林 132022；3.吉林大学 物理学院，吉林 长春 130012)

近年来，小规模限制性在线课程(Small Private Online Course，SPOC)继承了“慕课”(Massive Open Online Courses,MOOC)MOOC的开放性和共享性等特征，但是在授课对象和授课规模上进行了调整，授课对象主要针对在校大学生，甚至于本学校的某个专业学生。这种教学模式的在线部分往往是由某门课程的教师进行设计与实施的，具有针对性，易于与大学某门课程相结合[1-2]。

翻转课堂就是重新调整课堂内外的时间，打破传统的学生课上学习课下作业的模式，创造学生课下学习课上解决疑难问题的一种新的课堂模式。翻转课堂的教学模式始于2000年的美国。目前，国内翻转课堂教学模式的研究者层出不穷[3-5]，主要研究不同的课程性质实施翻转课堂的内容与步骤，目标都是能够让学生自己掌控学习、自主学习，加强学习过程中的师生之间的互动，能够使学生在学习与实验过程中的能动性得到提高，学习效率得到提高。

实验教学是大学理论教学的重要组成部分，是深化理论教学的重要手段。针对通信原理综合实验教学改革，李莉等人研究如何对综合实验项目进行优化设计以及对教学模式的改革，并将研究成果公开发表[6-7]。在吉林大学2018版培养方案中，通信原理课程和实验学时压缩，内容增加。因此，作为学科基础的通信原理实验课程，需要对其教学模式进行进一步的探索。

本文首先介绍了针对综合实验的特点，采用项目驱动设计法，以翻转课堂为教学方式的通信原理综合实验的研究现状，在此基础上，将SPOC引入到通信原理综合实验，以解决因课时压缩带来的课时不足的问题。为了更好地督促学生线上学习，设计了成绩评价体系，评价学生线上、线下学习效果。

一、通信原理综合实验现状

由于综合实验具有整体性、自主性、开放性、生成性的特点，针对通信原理综合实验现行的教学方法，采用了吉林大学本科教学改革研究项目—项目驱动教学法在通信原理综合实验教学中的创新与实践的研究成果。考虑到学生的差异化以及不同的需求，对项目进行了阶梯式设计。由于学时限制，在学生进入实验室前，会提前将实验指导书及实验要求发给学生，学生进行预习及相应的编程，带着问题进入实验室。在实验室的教学方式采用了翻转课堂的教学手段。

(一) 项目驱动教学法的实施

项目驱动法是一种教、学、做相结合的教学模式，在工科实验中实用性较强。采取“从基本入手，逐步综合，指导做大项目”的实施过程，更大程度地调动学生的学习兴趣，工程设计能力得到加强[8-10]。“阶梯式”的通信系统设计项目体系结构分三层：基础理论层、综合应用层、创新提高层，共14个项目。基础理论层、综合应用层为必做项目，创新提高层为选做项目。

1.基础理论层

在进行通信原理综合实验的第一个阶段，以学生为主，教师指导，有针对性地进行理论知识的温顾。学生选择教师设计的基础通信项目，完成理论与实际相结合的认知，包括基础通信项目原理学习、简单系统设计以及借助相应的软件，例如SystemVue软件，完成系统实施。

2.综合应用层

在基础理论层的基础上，学生应该具备了系统的概念，也应该具备了系统实施的方法。在综合应用层，学生选择通信理论课程中的内容，完成一个较大规模的通信系统项目。项目应具备发送端、接收端以及信道的描述。学生与教师之间进行沟通，教师认可学生的系统设计方案后，学生进行设计的通信系统的实施；在这个层面上，学生设计的系统应该是完整的，并且能够具备系统性能分析的能力。

3.创新提高层

经历了基础理论层与综合应用层，学生的能力有所提高，应该积累了一些通信系统模块。在创新提高层，教师仅给出实验项目的功能，学生根据自己积累的理论知识和实验的方法，完成教师提出的实验项目。这部分项目内容在通信原理教材中没有详细的实现方法，但是通过功能的分析，学生可以自主设计发送端、接收端的功能，并借助适当的信道模型，给出整体的设计与实施方案，并利用相应软件给予验证。在创新提高层，通信原理综合实验的开放性会淋漓尽致地体现，大大激发了学生的自主学习的能动性。

按照“阶梯式”项目体系构架，将通信原理综合实验分层为基础实验部分、综合实验部分以及提高实验部分。基础实验部分包括通信原理课程中的简单的易于实现的通信系统，诸如：标准调幅(AM)、双边的调幅(DSB)、脉冲调幅调制(PAM)以及幅移键控(ASK)，通过基础实验部分一方面让学生熟悉实验软件，另一方面让学生有完整的通信系统的概念，包括发送端、信道以及接收端，理解模拟通信系统与数字通信系统的抗噪声性能分析方法；在此基础上，学生就可以尝试自己独立完成较为复杂的通信系统，诸如：调频(FM)、调相(PM)、脉冲编码调制(PCM)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)以及多进制幅度调制(MASK)、多进制相位调制(MPSK)。综合实验部分是通信原理课程中的重要组成部分，这部分完成后，学生能够更加深入地理解模拟通信系统与数字通信系统。提高实验部分包括现代数字通信系统中的正交幅度调制(MQAM)、最小频移键控(MSK)以及正交频分复用(OFDM)[11-13]。

将项目驱动法应用于通信原理综合实验，已完成了三年的实验过程。可以看出，项目驱动激发了学生的积极性。分层实验也给学生带来了更多的选择，有的学生选择完善基础实验与综合实验，有的学生为了获得更好的成绩，投入更多的精力完成提高实验。还有的学生另立项目，自主设计感兴趣的其他通信系统。这种教学方法非常适合综合实验特点，适用于综合实验教学。

(二) 翻转课堂的实施

2013版培养方案中，通信原理综合实验共5周，每周8学时，实验对象为二年级通信工程专业本科生。在综合实验课堂时间内，与学生互动，采用了翻转课堂的教学方法。应用翻转课堂这种教学方法进行教学活动的课程流程如图1所示。

图1 翻转课堂教学流程

在课前，教师精心编制实验指导书，通过实验指导书行之有效的实例让学生了解实验软件，明确每个实验的实验内容、实验要求。督促学生在每次课前完成相应的实验编程。学生完成实验内容的预习以及相应编程任务。

在实验课堂上，教师首先巡查指导学生预习中存在的问题，并给学生提出预先编制的能够引导学生深化理论教学的问题，让学生合作讨论。这部分充分体现了翻转课堂的效果，往往在对某个问题的深入研究后，学生会顿悟理论教学中的某个定理或问题。

在课后，教师汇总问题，对每个学时在实验课堂的表现进行考核评价，作为综合实验总体成绩的一部分。学生在每次课后总结本次实验的收获，并生成新的实验想法。这也是对综合实验生成性的很好的体现。最典型的是有的学生，整个综合实验结束后，将通信原理课程中的所有通信系统都仿真出来，并且还考虑因某个参数的改变，会带来什么影响。这是翻转课堂与综合实验对学生能动性的刺激，更有利于学生自主学习。

(三) 翻转课堂存在的问题

将翻转课堂教学方法实施到通信原理综合实验后，应该说在对理论教学内容的深化理解是非常有帮助的。但目前通信工程学院通信原理综合实验还存在一些实际问题。主要体现在如下两个方面：

1.学生预习效果不好

学生是翻转课堂的主体，其课前主动学习的程度和质量直接影响了翻转课堂的效果。翻转课堂在通信原理综合实验的实施中，发现学生预习质量还需要提高。主要体现在学生还更依赖教师，依赖教师提出问题与讲解问题。教师提供给学生的预习资料还需要更加生动、高效。另外，需要一个能够督促学生高质量完成课前预习的机制，以保证课前预习质量。

2.实验时间不够

实施翻转课堂后，与学生关于某个问题进行交流，比较费时。另外，在通信工程学院最新的2018版培养方案中，通信原理综合实验学时为32学时，面对学院三个专业共550名左右学生开设。新的培养方案中，通信原理理论课学时压缩，内容增加，相应地通信原理综合实验的学时压缩，内容也增加。因此，学时更显不够。

学时压缩前，预习效果不好，还可以在课堂上弥补。学时压缩，内容增加后，预习效果不好问题会更显突出。

二、SPOC在通信原理综合实验的应用探索

SPOC是小范围在线学习方式，它的在线学习内容往往是由课程教师根据课程需求进行设计，以求对课堂教学有所帮助。这种设计针对性比MOOC要强。通信原理综合实验将SPOC引入到实验教学中，通过生动、易懂的在线视频教学，将课堂内的基础原理复习、实验软件的学习以及需思考问题引导等由课内移到课外，解决实验课堂学时不足的问题。将SPOC与翻转课堂相结合，完善通信原理综合实验的教学，还需做如下三个方面的工作。

(一) 教师自身素质的提高

将项目驱动教学法应用于通信原理综合实验的三年实践，可以体会到教师素质对综合实验教学的深远影响。如何针对综合实验的特点，设计融会贯通的综合实验项目，当学生提交项目成果后，如何对各种各样的项目成果进行准确、快速、客观的评价，对教师素质确实是一种考验；采用翻转课堂方式进行通信原理综合实验，对教师素质进行了进一步考验。传统的教学模式下，以“教”为主，教师是课堂的主体，可以自己提出问题，并解答问题。翻转课堂是以学生为主体，课堂上不仅仅是教师设计的问题，而更多的问题来自学生。为了能够准确、高效地回答学生的问题，教师需要有很丰富的专业知识。将SPOC与翻转课堂相结合，并不是简单地将课堂上的知识，推到课堂之外。对于学生来讲，每个学期的课程不是一门，课外时间也是很紧张的。实验教师需要打造师生互动平台，将课程内容经过凝练，制作高效的教学视频，能够让学生高效地利用课外时间，也能够提高学生学习的积极性。通过SPOC互动平台，教师可以及时、高效地解答学生线上学习出现的问题。

(二) 线上线下内容合理规划

通信原理综合实验采用了SPOC与翻转课堂相结合的方式。在通信原理综合实验中的SPOC是为实验课堂教学服务的。什么内容、多少内容适合线上学习，如何与课堂教学进行衔接，需要合理规划。

通信原理综合实验是整个课程完成之后，通常在理论教学的下一个学期进行。学生实验前，需要对理论教学内容进行复习，需要提纲挈领的复习手段。通信原理综合实验三层，在理论教学中，每个层次学生掌握程度是不同的。基础实验与综合实验部分理论教学中课时多，讲的透彻，学生们掌握得较好，如果复习不提纲挈领，仅仅是简单的重复，会让学生失去兴趣，浪费时间。如果不复习，往往由于理论教学与实验教学不在同一学期，学生已经淡忘了理论课程，对实验效果都是不利的。提高实验部分，在理论教学中讲的相对基础部分课时少，理论课程中学生掌握程度没有基础部分好，在线上视频中，内容就要比较丰富，让学生能够感到线上学习有收获，有在实验课堂上进一步探讨的欲望。根据不同层次实验的特点，设计好视频课程的内容，这个内容要和线下学习有机结合，浑然一体。具体内容如何划分，还需要通过几轮课程进行协调、磨合、调整。

(三) 评价体系设计

通信原理综合实验成绩评价体系的设计，是通信原理综合实验取得良好效果的保障。考虑到部分学生学习还是有一定的惰性，也考虑学生学习科目多，为了能够让学生有更多的精力投入到通信原理综合实验中，激发学生的兴趣，通信原理综合实验成绩评定分布如表1所示。

表1 通信原理综合实验成绩分布

采用SPOC+翻转课堂教学模式后，为了评价在实验课堂外的学习效果，线上成绩占总成绩的20%。学生实验预习以报告形式提交，为了让学生能够了解实验中的关键点，在线上进行了问题测试。活跃度用于衡量网上出勤情况。在2018版通信工程培养方案实施后，通信原理综合实验分组进行，为了激发学生的学习热情，提高学生对理论与实验知识的综合运用能力，线下成绩中设计了5%的组间打分。

三、结 语

通信原理课程是通信工程专业的标志性课程，也是电子信息类专业中的诸如信息工程、测控技术与仪器专业、电子信息工程等专业普遍设置的课程。通信原理综合实验是通信原理课程的重要组成部分，是深化通信原理理论教学的重要手段。在通信工程学院最新本科生培养方案中，通信原理综合实验被设置为大类学科基础必修课程，探讨通信原理综合实验的教学方法是非常重要且有意义的。目前，在通信工程学院通信原理综合实验采用的是项目驱动结合翻转课堂的教学模式，可以看出这种方式适用于综合实验教学。随着通信工程学院本科培养方案的演进，通信原理综合实验有面临学时严重紧张的问题。为了能够保证通信原理综合实验的教学质量，学时压缩，内容不能压缩，探索将SPOC引入到通信原理综合实验。通过教师素质的提高、评价体系的完善，设计精炼、有效的视频教学，以提高通信原理综合实验的教学效果。