基于SPOC普通化学课程教学设计及效果评价

龙海涛，蒲陆梅，李永娟，虎玉森，桂文君

（甘肃农业大学 理学院，兰州730070）

0 引言

教育信息化对于传统的教学方法产生了巨大的影响，面对全面提高高等教育质量的挑战，教育信息化改变了教师“教”的方式、学生“学”的方式.SPOC（Small Private Online Course）是指小规模限制性在线课程［1］，其与MOOC（Massive Open Online Course）的区别在于规模小以及具备限制性，有效地解决了MOOC人数众多及考核困难的问题，因此，一般认为SPOC是MOOC的升级版本.

新工科要求以学生为中心，以产出为导向，培养面向未来的卓越工程创新人才，其核心在于提高人才能力培养.在此背景下，普通化学课程的能力培养目标主要是培养学生的创新能力，掌握化学的基本知识和基础理论，为将来的科学研究和工作打好理论基础，同时让学生正确认识其所学专业对环境保护和社会可持续发展的意义.

1 普通化学课程教学现状与存在的问题

普通化学课程对于工科专业学生的发展具有重要影响.首先，普通化学课程对于培养具有创新性思维的工程技术人才非常重要，因为在工程设计中，材料的选择及安全涉及普通化学知识［2］；其次，普通化学能帮助学生正确认识工程项目在设计及开发过程中对于环境的影响［3］.目前，国内外高校开展了基于普通化学课程的教学改革，其主要目的是拓展学生的知识面，提高学生的创新能力.如同济大学结合国家资源共享课开展了SPOC 普通化学课程教学，极大地提高了学生的创新能力.大连理工大学也积极开展了基于中国大学生MOOC平台的混合课程教学，能有效帮助学生建立完整的化学知识结构框架.国外的学校如美国塞勒姆州立大学开展了基于翻转课堂的普通化学教学，密苏里科技大学也开展了普通化学混合课程教学，有效地解决了化学实验室不足的问题并提高了学生的成绩.

目前，普通化学课程教学呈现出百花齐放的趋势，但存在两个问题：一是教学设计尚处于初始阶段.近年来的实践表明，采用MOOC、SPOC 等信息化教学方式确实推动了教育改革，有助于素质教育的推进，但是如何通过教学设计将线上教学与线下教学进行紧密结合是一个值得探讨的问题.二是教学效果评价体系缺乏.目前的考核体系过于繁琐，不仅不利于教师在实际教学过程中实施，而且增加了学生的学习负担.因此，本文结合甘肃农业大学工科普通化学课程教学实际，探索了新工科背景下基于SPOC混合课程教学改革及效果评价，以期为提升学生的创新能力提供理论基础.

2 SPOC与传统教学的比较

传统的教学模式主要是以教师为中心，学生被动接受知识，在此种教学模式下，学生的自主探究学习能力被大大限制，创新能力也被束缚.课堂上主要强调书本知识的传授，教师与学生之间的互动较少，即便是互动也是停留在浅层次，而没有达到探究性的互动.显而易见，在新工科认证的教育背景下，将目前这种传统教学模式转变为以学生为中心的教学模式则显得非常重要.

SPOC 是课堂教学与在线教学的混合学习模式［4］.SPOC 教学中网络教学平台只是知识传授的载体，课堂授课才是巩固教学效果和掌握教学节奏的关键，这弥补了MOOC教学只在网络平台，教师不能有效掌握学生学习情况的缺陷［5］.更关键的是SPOC 兼顾了课堂教学与线上教学的配合，使得教学效果更加有效.课堂教学是以教师讲授和学生讨论并行的方式进行，讨论的问题是基于线上学习而得到，课堂是解决问题的主要载体.SPOC混合课程是体现以学生为中心的教学模式，有助于培养学生的创新能力.

3 基于SPOC混合教学模式的设计

SPOC教学模式主要是基于创新能力的培养.提高学生的创新能力最有效的措施是问题导向学习模式，即提出问题和解决问题的能力，其基本设计流程如图1所示.问题的提出是通过学生课前在线阅读教师上传的材料而产生，而课堂上通过教师讲授及学生的讨论使得问题得以解决，并发现新的问题，课后探究式自学过程使得新问题得以解决.SPOC 的教学设计遵循了学习的一般规律，即提出问题、解决问题，然后发现新的问题、解决新的问题.通过这样一个渐进的过程，在发现问题和解决问题的过程中提高学生创新能力.此外，提出问题和解决问题也是一个主动协作学习的过程，这与传统教学模式中被动接受知识的效果有显著差异性［6］.

图1 基于SPOC的混合教学模式设计流程

3.1 教学组织

基于SPOC普通化学混合课程教学组织分为两部分，一部分是线上教学，另一部分是线下教学［7］.与传统教学不同的是，SPOC 混合式教学注重线上教学与线下教学的衔接，教学组织以提出问题和解决问题为主要模式.

SPOC线上教学的组织主要以学生自学为主，主要目的是提出问题.提出合理的问题是非常重要的，问题的提出意味着学生已经开始参与到主动协作学习中，而且对于知识点已经有所掌握.针对普通化学这门课程，问题的提出是基于甘肃农业大学在线教育综合平台的学习，教师提前在平台上传教学课件以及进行一些在线测试，让学生在学习过程中发现问题并提出问题.

SPOC 线下学习的组织以教师讲授和讨论为主.线下学习主要目的就是解决问题和发现新问题.解决问题主要以教师的课堂讲授为主，与传统讲授不同的是SPOC 混合课程要求教师提前了解学生提出的问题，以解决问题为驱动力.因此，线上教学与线下课堂教学的衔接是SPOC 混合课程的关键点.教师主要依靠两个途径来做好衔接工作，一是依靠在线教育平台课程活动中的答疑讨论板块，观察学生讨论问题的关键点，将其作为课堂教学的问题提出并加以解决；二是按照课程中的重难点进行预测可能出现的问题.

理想的SPOC 混合课程教学主要以讨论为主，但是受目前班级人数的限制，要组织有效的课堂讨论显然存在一定的缺陷，为此普通化学课程的教学采取了传统讲授和分组讨论并行的模式.讨论部分分为三个阶段，第一阶段每个小组先提出一个问题，然后教师选出3～4 个代表性的问题开展讨论，在讨论的基础上解决问题；第二阶段教师根据讨论的问题，设计一些具有探究性的问题，然后进一步讲授；第三阶段是学生在解决上述问题的过程中掌握基本知识并且提出新的问题，教师安排对应的阅读资料并指导学生课后探究学习.这种模式改变了传统教学组织中以讲授为主的模式，也避免了讨论中问题过于分散而教学重难点没有得到有效解决的缺陷，既注重课堂讲授，也强调讨论.

3.2 课堂设计与实施

SPOC 教学模式是MOOC 与传统课堂教学相互结合的模式，能够有效提高学生的创新能力，并且提高学生在课堂上的参与度［8］.其课堂教学设计主要包括教学内容体系设计、学习策略设计、教学活动组织以及评价反馈体系，具体流程如图2所示.

图2 基于SPOC的混合课程的课堂设计

以普通化学课程中“沉淀的生成”这一知识点为例，课堂教学内容设计的目标是让学生理解沉淀生成的本质是反应商大于溶度积，因此，教学内容设计采取循序渐进的步进式策略.首先提出0.1 mol/L NaOH 水溶液与0.1 mol/L MgCl2等体积混合是否有沉淀生成？然后提出将上述溶液浓度稀释至1×10-5mol/L 时是否有沉淀生成？第三步提出将0.1 mol/L NaOH 水溶液换为0.1 mol/L 氨水时是否有沉淀生产？第四步提出往上述溶液中加入多少克固体氯化铵不生成沉淀.这种步进式的教学策略，不仅让学生逐渐理解沉淀生成的本质，而且能够将酸碱平衡与沉淀的生成融合在一起，对于提高学生的创新能力、逻辑思维能力具有较好的效果.

教学活动的实施主要是以教师讲授和小组讨论为主，通过这种方式，实现了课堂的翻转，达到了良好的教学效果.但在教学过程中要避免将课堂完全交给学生，教师不仅要讲好课，而且要引导学生思考和讨论，这才是SPOC 课程的目的.SPOC 课程对于教师的教学水平及课堂的掌控能力有着较高的要求.如在酸碱平衡中有学生提出计算一元酸碱的pH 值，为何要忽略水中解离出的H+的浓度，作为教师要从误差的角度适当分析，告诉学生什么条件下可以忽略，什么条件下不能忽略，并建议有兴趣的学生可以从质子平衡的角度在课后自学这部分知识.教学过程中通过讨论发现问题，教师的讲授解决问题，课堂教学互动过程中又会产生新的问题，教师的指导为课后学习指明方向.

教学评价反馈体系包括两部分，线上及线下反馈.线上反馈主要依托甘肃农业大学章节测试等指标，能够反映出学生对于知识的掌握程度.线下反馈主要是依据课堂的答疑讨论、调查问卷及期末考试成绩分析来得出教学效果.

4 教学效果评价

教学效果是衡量SPOC 混合课程是否成功的标准.通过对2018 级水利水电专业1 班54 名学生及2019级水利水电专业1班58名学生实施SPOC混合课程两年的追踪，针对SPOC混合课程对教学效果影响的调查问卷结果如图3所示.由图3可以看出，两年共计112名学生中有45.4%的学生认为开展SPOC混合课程有助于创新能力的提高，35.7%的学生认为有助于分析问题和解决问题能力的提高，12.3%的学生认为有助于学习兴趣的提高.由此可以看出SPOC 混合课程相对于传统的以教师为中心的授课模式更受学生欢迎.但同时发现，有4.4%的学生认为教学效果与传统授课一样，没有差异，还有2.2%的学生认为没有传统教学效果好.分析其原因主要有两点：一是SPOC 混合课程的实施需要高质量的视频教学资料为支撑；二是部分学生对于这种与高中传统授课方式差异性较大的方式不适应.解决上述问题主要有两个途径：一方面要加强高质量视频教学资源的录制，这是SPOC 混合课程达到良好教学效果的基础；二是要鼓励学生积极参与讨论，尽快使学生适应新的教学模式.学生参与讨论才能提出问题，并进一步积极思考问题，从而才能深入了解教学的知识点，进一步培养其创新能力.

图3 SPOC混合课程的教学效果问卷调查结果

以2018级和2019级水利水电工程专业1班的期末成绩为数据进行分析，结果如图4所示.2018级水利水电工程专业1班的平均综合成绩为70.91分，2019级水利水电工程专业1班的平均成绩为69.88分，可以看出两个班级的平均综合成绩差异性较小.但与未实行SPOC 混合课程的园林专业相比，明显看出改革后的水利水电工程专业成绩要高于园林专业.此外，从不及格率的角度来看，2018级水利水电专业1班不及格率为3.6%，2019级水利水电专业1班不及格率为25.8%，但是2018级园林专业的不及格率为11.4%，2019级园林专业为35.7%，其中2019级园林专业不及格率显著高于2018级园林专业的原因在于2019年开始实施“双60制度”，即要求卷面成绩要高于60分才能计算综合成绩，而2018级是综合成绩高于60 分.同时观察到实施SPOC 混合课程的班级不及格率要显著低于同年未实施SPOC 混合课程的班级.因此，实行SPOC混合课程提高了平均成绩，降低了不及格率.

图4 SPOC混合课程的成绩分析

普通化学课程教师团队成员对于采用SPOC混合课程的评价结果如表1所示，总体上教师团队成员对于SPOC混合课程持积极态度.84%的教师认为SPOC混合课程有利于学生掌握知识，90%的教师认为SPOC 混合课程有助于提高课堂教学氛围.分析其原因在于教学模式的转变，从教师为主导转变为学生为主的学习模式，极大地调动了学生的学习兴趣，所以有利于知识的掌握以及提高课堂的教学效率.但是从表中还可以看出，有35%的教师认为SPOC 混合课程增加了教师的工作负担.教师的工作负担加重这是一个客观存在的问题，主要的负担在于建设在线课程资源，所以在调查中有80%的教师认为SPOC混合课程遇到的最急迫的问题是线上课程资源，同时，在课程资源需求的推动下，提高了教学团队内部的研讨氛围（75%）以及有利于教师个人发展（65%）.最后，调查结果总体显示普通化学课程教师团队成员对于SPOC混合课程的改革还是持积极态度.

表1 课程教师团队对SPOC混合课程的教学效果问卷调查结果

学校督导对于普通化学SPOC 混合课程的反馈意见主要集中在三个方面.首先，肯定了SPOC 混合课程教学是推动高等教育事业迈上新台阶，是实现“三全育人”的有效手段；其次，普通化学SPOC 混合课程尚存在一些缺点，主要集中在教师对学生学习效果的实时监测需要进一步加强，教师线上教学中教学方法尚需进一步改善，尤其是使用在线教学平台的技巧；最后，学生自主学习能力的提高是SPOC 混合课程能否顺利实现的前置条件，需要教师调动学生学习的积极性，让学生主动参与线上线下课堂，保证学习效果.

5 结论

新工科背景下基于SPOC 普通化学混合课程教学改革取得了丰硕的成果.普通化学作为省级精品资源共享课程，课程组利用甘肃农业大学综合教育网络平台给学生提供了线上学习资源，并且利用在线测试、在线讨论等环节实现问题的提出，利用线下课堂实现问题的解决，并通过任务式课程设计和讨论实现知识点的探究式学习.通过两年的SPOC 混合课程教学实施及探索，从学生、课程教师团队、教学督导的反馈及改革后的成绩来看，SPOC 普通化学混合式教学促进了学生创新能力及成绩的提高，同时SPOC普通化学混合课程加强了线上教学与线下教学的联系，提升了人才培养的质量.