基于BOPPPS的“自动控制原理”SPOC教学

苗 宇， 蒋大明， 刘 泽

(北京交通大学 电子信息工程学院, 北京 100044)

0 引言

SPOC(Small Private Online Course)是美国加州大学伯克利分校的阿曼多·福克斯教授在2013年首次提出的一种教学模式[1]。与MOOC(Massive Open Online Course) 相比，SPOC通过限定课程的准入条件和规模，使教学对象更有针对性地面向小规模的特定人群。

目前，SPOC课程主要有两种模式：一种是以高校为中心，将线上教学与课堂教学相结合的混合教学模式，另一种是小型精品MOOC课程，通过设置较高的课程准入条件，将课程参与人数设置在小范围内，以实现优质的教学效果和高完成率[2]。本文介绍的SPOC课程属于第一种课程模式。

在高校开设的SPOC课程中，视频资源通过SPOC课程平台引入到课程教学资源中来，学生可在线上自主观看视频，完成相关测试；在课堂教学中， SPOC课程平台可进行在线测试，从而帮助教师实时调整教学节奏和难度，进行更有针对性的课堂教学，提高教学效果。SPOC自提出以来，引起了全世界的广泛关注，并很快应用到高校教学的课程实践中[1～4]。

BOPPPS教学模式是加拿大推行的教师技能培训体系ISW(Instruction Skills Workshop)的理论基础[5]。该模式强调以学生为中心，将课堂教学过程进行模块化分解，将教学环节依次切分为引入(Brige-in,B) 目标(Objective,O)，前测(Pre-assessment,P)，互动学习(Participatory learning,P), 总结(Summary,S)六个模块。BOPPPS教学模式自提出以来一直应用于传统的课堂教学中，取得了较好的教学效果，但如何将BOPPPS教学模式应用到包含线上教学的SPOC课程教学中，是当前大学教师面临的一个新课题。

本文介绍了应用BOPPPS教学模式进行“自动控制原理”SPOC课程教学的改革实践，针对SPOC课程的特点，以时域法中的二阶系统性能分析为例，讲述了如何将BOPPPS教学模式贯穿到SPOC课程教学的线下课堂教学及线上教学的各个教学环节中，从教学内容的安排，教学过程的组织，考核方式等方面介绍了实施的具体过程，期望抛砖引玉，引起更多讨论，以进一步改进SPOC课程的教学效果。

1 “自动控制原理”SPOC课程介绍

SPOC课程是面向小规模特定人群的课程，可通过设定密码使选课学生进入到SPOC课程中，保证SPOC课程授课对象的特定性。

SPOC课程有同步SPOC课程及异步SPOC课程两种方式，笔者开设的“自动控制原理”SPOC课程为同步SPOC课程。与MOOC课程平台上开课的MOOC课程同步进行，MOOC课程平台中的视频资料及课后测试，单元测试均可同步引入到SPOC课程中，供学生学习。

SPOC课程分为线上教学和线下课堂教学两部分。线上教学主要包含教学视频学习，线上在线测试及讨论区答疑等环节；线下课堂教学主要指课堂教学中的讲授，测试及互动。SPOC课程平台提供了线下课堂教学的辅助工具，比如慕课堂。教师通过慕课堂创建线上课堂，并通过分享课堂码或课堂二维码引导学生进入课堂，教师通过慕课堂可进行如问卷，测试，公告，讨论等教学活动。

我院“自动控制原理”MOOC课程于2018年9月在中国大学MOOCs平台上线，至今已开设三个学期的课程。为了充分利用线上MOOC教学资源，笔者于2019年秋季学期在轨道交通信号及控制专业2个班(共63人)尝试开展了SPOC课程教学，并采用BOPPPS教学模式进行SPOC课程的教学设计，通过问卷调查及与同专业未采用SPOC课程教学的平行班的学生期末考试成绩对比，发现该方法获得了学生的认可并取得了较好的教学效果。

2 BOPPPS教学模式的六个阶段

BOPPPS教学模式认为教学环节应分为六个阶段，并用六个英文缩写字母来表示，分别为：

B导言：是正式开启一次学习周期之前的引入部分，主要对教学内容进行介绍，其目的是引起学生注意，增加学习兴趣动机，并了解教学内容的重要性和意义。

O目标：具体说明本次学习的具体学习目标是什么。即学习完成后学生在何种条件下，应该理解，思考，判断和操作哪些具体内容，并应达到何种程度。

P前测：通过口头或书面测试的方式了解学生对于即将进行的学习内容的了解认知程度，从而实时调整教学内容的安排及难度。

P参与式学习活动：这是一个学习周期中的核心部分，主要是通过一系列教学活动或互动学习帮助学生开展主动学习，实现先前给定的教学目标和预期效果。

P后测：通过口头测试或书面测试验证是否实现了教学目标，是否需要补充教学。

S总结：引导学生对学习内容进行回顾，归纳和总结，以加深印象，巩固教学内容。

BOPPPS教学模式一直应用于传统的课堂教学，并取得了很好的教学效果，如何将BOPPPS教学模式应用于包含线上教学的SPOC课程中，是值得教师思考的一个问题。

3 应用BOPPPS进行SPOC课程教学设计

SPOC课程教学分为两个环节：线下课堂教学和线上教学。因此，BOPPPS教学模式的各个环节也必将贯穿在这两个教学环节中。下面以时域响应法中的二阶系统性能分析为例从教学内容的安排，教学过程的组织及考核模式三个方面介绍如何应用BOPPPS教学模式进行SPOC课程的教学设计。

3.1 教学内容的安排

二阶系统性能分析的教学目标是：在学生充分理解和掌握二阶系统主要特征的基础上，学习用时域分析法进行系统的性能分析并计算系统的时域性能指标。围绕该教学目标，教学内容包含如下四部分内容：①二阶系统的模型介绍；②二阶系统的阶跃响应曲线分析；③二阶系统的时域性能指标分析及计算；④二阶系统性能的改善及实现[6]。

其中，前两部分内容相对比较简单，可安排学生采用线上视频学习的方式；第三部分和第四部分内容是重点内容和难点内容，采取线下课堂讲授，讨论，测试等方式进行学习。

3.2 教学过程的组织

如果将SPOC课程教学划分为线上教学和线下课堂教学两部分，那么以线上教学为分界，可以将线下课堂教学划分为前课堂教学和后课堂教学，如图1所示。

图1 应用BOPPPS教学法的SPOC课程组成

1)前课堂教学

前课堂教学是线上教学之前的课堂教学。按照BOPPPS教学模式，教学周期应以B导言和O目标作为一个教学周期的开始，因此，教师应在线上教学之前，即前课堂教学中进行教学内容的介绍即B导言部分，及教学目标的引入即O目标部分。

导入环节可以采用不同的形式，如视频，案例，或问题介绍，也可利用SPOC课程在线问卷等形式，只要能够引起学生的学习兴趣，导入就是成功的。如在二阶系统性能分析的教学周期中，导言部分是以问题的形式引入的，具体地说，即以一个二阶RC网络为实际应用案例进行教学内容的导入，并将该系统的性能分析和改善作为教学达成的目标[7][8]。

2)线上教学

在前课堂引入B导言及O目标部分之后，学生即可有针对性地进行线上自主学习。

在线上教学中，学生主要完成视频资料的自主学习及测试。视频学习后的自主测试属于BOPPPS教学法中的前测环节，可记为前测1，其目的是帮助教师了解学生视频的掌握学习情况，并在接下来的课堂教学中进行重点讲解。

3)后课堂教学

在线上教学之后的后课堂教学中，主要完成的BOPPPS环节是：互动学习环节P，后测环节P和总结环节S。其中，互动学习环节和后测环节可相互交织进行，最后以总结环节S结束。

以二阶系统性能分析的SPOC课程教学为例，后课堂教学的各个环节及时间安排如表1所示。

表1 二阶系统性能分析的线下课堂组织及时间安排

其中，视频自学内容总结是对线上自主学习的教学内容进行汇总，为课堂教学内容的引入进行铺垫。

课堂讲授主要是针对教学内容中重点及难点的讲解，比如二阶系统性能分析中的二阶系统的时域性能指标的计算及二阶系统性能的改善及实现。课堂讲授部分与后测部分常常交叉进行，如表1中课堂讲授1之后为后测环节1，课堂讲授2之后为后测环节2。课堂讲授也属于互动学习环节。

互动学习环节除了课堂讲授之外，还包含测试及讨论。比如表1中的前侧2，后测1，后测2。前测2是在视频内容总结之后进行的，主要目的是考核学生对于视频学习内容的理解和掌握程度，以便在接下来的课堂教学中调整教学节奏及难度。

在二阶系统性能分析中，视频学习内容是二阶系统的定义及二阶系统阶跃响应曲线与阻尼比的关系，因此，前测2设计如下。

前测2：已知二阶RC网络系统的结构图如图2所示，当①K=1，τ=1；②K=4，τ=1；③K=1，τ=4；④K=0.5，τ=1时，试分别确定该系统的阻尼比及自然振荡角频率并绘制其单位阶跃响应曲线。

图2 二阶系统结构图

后测1及后测2是在课堂讲授之后进行的，主要考评学生对讲授内容的理解和掌握情况，并帮助教师对测试中出现的问题进行有针对性的讲解。后测1是在“二阶系统性能指标计算”的讲授之后的测试，对应后测题中的(1)小问；后测2是考核二阶系统性能指标的校正及改善，对应后测题中的(2)小问。

后测题 ：已知二阶RC网络系统的结构图如图2所示(同前测2的图)，若τ=0.25，①试确定系统超调量为4.3%时的K值，并求此时的调节时间,输入信号为单位斜坡信号时的稳态误差；②若加入比例微分或速度反馈环节，使其调节时间为0.25s，超调量为4.3%，确定K值及加入校正环节的参数值。

最后是总结S。针对学生的学习情况和测试结果，进行讲评和总结，主要针对学生的错误给出正确的解决方案，并对教学内容进行总结。

二阶系统的性能分析之后，是高阶系统的性能分析，因此在表2中的序号11，12部分是下一个教学周期的导入部分和教学目标部分的介绍。如此循环往复，可以将BOPPPS的各个环节与SPOC课程的线上教学和课堂教学相结合，达到节省课堂时间，提高教学效率，改善教学效果的目的。

3.3 考核方式

学习过程的合理考评对教学效果的影响巨大，SPOC课程考评的关键在于重视过程考评。考评可通过线上测试及SPOC慕课堂在线测试等方式进行，线上测试为自主测试，慕课堂测试为实时测试，这两种测试方式有利于督促学生进行高效的自主学习，同时可以帮助教师实时掌握学生的学习情况，以便于及时调整教学节奏和难度[9]。

按照SPOC课程的教学过程，“自动控制原理”课程过程考核分为4个部分。其中平时考核占40%，期末成绩占60%。平时考核中，视频自学内容的线上测试的成绩记入总成绩10%；课上SPOC慕课堂测试部分的成绩记入总成绩20%；小组讨论及汇报成绩记入总成绩的10%，合计40%。期末考试主要综合考察学生对于知识的理解及应用能力，成绩记入总成绩60%。

4 基于BOPPPS教学法实施SPOC课程教学的体会

SPOC课程教学是新兴的教学方式，在实施的过程中不可避免地面临着许多新的问题。

首先是学生的配合问题。由于视频学习是在线上进行的，缺乏有效的监督和指导，虽然教师布置了学习任务，但是学生是否能够足量完成，效果如何却不得而知。尽管在视频学习环节有线上测试，但不能保证学生全部是自主完成而不是互相抄袭，因此BOPPPS的课堂测试环节是必须补充的环节，如表1中的前测2环节。

其次教师需要准备多种课堂教学方案。在SPOC课程的课堂教学中，互动学习环节与后测环节交替进行，后测结果为教师接下来的教学提供了参考，要求教师根据后测结果不断地调整教学节奏及教学难度。因此，教师应在课堂的教学设计中设置几个不同的方案，根据学生的后测结果选择相应的方案，从而有效地进行课堂教学。

5 基于BOPPPS教学法实施SPOC课程教学的效果

笔者在2019年秋季学期针对轨道交通信号及控制专业本科生开设的“自动控制原理”课程，课堂上应用了基于BOPPPS的SPOC教学，并在学期末对该教学模式的应用反馈进行了问卷调查。63人课堂中参加问卷人数60人(3人请假)，调查结果显示，34人的评分为非常好，19人的评分为良好，7人评分为一般，反馈良好率为88%，显示出该教学模式得到了学生的认可。(苗 宇等文)

学生反映的主要问题是SPOC慕课堂中的在线测试环节中只能以客观题的形式进行测试，测试结果没有过程分，所以难以客观地考评学生的学习效果，该问题在后续的教学中准备逐步解决。

另外，从期末考试的结果来看，笔者63人的教学课堂，期末平均成绩为78分，85分以上学生比例为28%，与另外一个同专业没有实行SPOC教学的平行课堂比较，平均分高5分左右，85分以上的同学比例高14%。虽然成绩受很多因素的影响，但也在某种程度上反映了学生的学习热情和掌握情况。

6 结语

高校的SPOC课程是线上教学和线下课堂教学的结合，有效地组织教学内容，分配教学时间，可以提高教学效率，改善教学效果。本文将BOPPPS教学模式应用到SPOC课程教学中，针对SPOC课程教学的特点，将BOPPPS的各个环节与SPOC课程的教学过程相融合，通过线上教学及测试，课堂讲解及讨论，将BOPPPS的各个环节贯穿到SPOC课程的各个环节中，调动了学生学习的积极性，形成良好的正反馈，提高了学生的自主学习能力及分析问题解决问题的能力，改善了教学的效果。