基于SPOC的汽车CAD/CAE课程教学模式设计研究

熊欣，郭巍，王玮

（1.武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室；2.武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心；3.武汉理工大学湖北省新能源与智能网联车工程技术研究中心，湖北武汉 430070）

一、研究背景

在教育部发布的《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中指出：“教育信息化发展要以教育理念创新为先导，以优质教育资源和信息化学习环境建设为基础，以学习方式和教育模式创新为核心”；摒弃“信息技术与课程整合”提法，提出信息技术应与教育全面“深度融合”全新理念[1]。

汽车CAD/CAE课程为武汉理工大学汽车工程学院车辆工程专业本科生学科基础选修课和汽车服务工程专业本科生学科大类选修课。通过本课程的学习，选课学生掌握CAD/CAE的基本理论和基础知识，了解CAD/CAE在汽车工程中的应用范围，并具有进行汽车三维零部件设计、工程分析和虚拟样机技术应用的初步能力。

二、SPOC概述

（一）SPOC的源起与定义

随着MOOC（Massive Open Online Course：大规模开放在线课程，又可称为“慕课”）的大规模实施，高校教师们发现其存在着诸多自身无法解决的问题，为了更好地解决这些问题，美国加州大学伯克利分校计算机科学教授阿曼多·福克斯（Armando Fox）于2013年提出了SPOC（Small Private Online Course：小规模私密在线课程，又可称为“私播课”）[2]。阿曼多·福克斯认为，MOOC只是课堂教学的补充，并不能完全替代传统教学[3]。当MOOC发展到能够对教师的利用率、学生产出量、学生自主学习能力以及学习参与度做出贡献时，MOOC便发展为SPOC[4]。

通过分析国内外研究者对于SPOC的定义可以发现，SPOC（私播课）是用来描述一种小型的私有网络在线课程，即MOOC（慕课）课程在受控的小众范围内使用的，其本质是仅仅只面向在籍、在册大学生们开设的MOOC（慕课）课程，并适当、酌情增加任课高校教师们的课堂教学、在线辅导和互动答疑等教学内容，在真正意义上使得全体在校大学生们受益于质量优良、内容丰富的MOOC（慕课）网络学习资源，以此来促进选课学生的深度学习和能力提升，提高选课学生学习效果。

（二）SPOC的特点与内涵

SPOC（私播课），Small Private Online Course的直译为“小规模私密在线课程”，其中的“Small/小规模”，是与MOOC（慕课），Massive Open Online Course中的“Massive/大规模”相对应，特指SPOC（私播课）学习者的人数需要在符合实际班级教学容量特征的条件下，限定在一定的范围，几、十几、几十至几百人之间；而Small Private Online Course 中的“Private/私密”，则是与Massive Open Online Course中的“Open/开放”相对应，特指SPOC（私播课）并不是在广域网、全平台对所有的学习者进行无限制全开放，只是针对小范围内相对固定的学习受众（如在校大学生群体）来开展的，申请者会被设定一些限制性的前置条件和准入要求，与MOOC（慕课）相比较，具有比较严格的审批流程与适当前置的申请条件。“小规模”有助于提升学习参与度、交流互动性及课程完成率，“私密”也使课程具有一定的限制性[5]。

概括来说，SPOC（私播课）是以提升教学质量为目的的MOOC（慕课）本地化创新性应用，其内涵是让新型网络MOOC（慕课）与传统校园教学环境的有机融合，成为一种能够较为容易实现的可能。通过设计高效的教学活动并灵活采用，将MOOC（慕课）学习模式与课堂教学合理地整合为一个有效的整体，使用优质MOOC（慕课）资源来辅助课堂教学，并以此来联通不同类型的学习信息交流，拓宽学生学习视野、丰富学生学习资源、扩大学生学习环境，是一种快速提升教学效果的新型教学模式。

“后MOOC（慕课）时代”下，SPOC（私播课）是MOOC（慕课）逐步走向完善、走向成熟的必然产物，SPOC（私播课）除了具备MOOC（慕课）的全部特征（高效的精干测验、特色的微视频、基于大数据的学习分析等）之外，还具有以下一些显著的自身特点：

1.教学活动的混合性

SPOC（私播课）的教学活动可以分为两个部分，在线MOOC（慕课）的自主学习与传统课堂的集中学习，其不仅采用MOOC（慕课）的单元式知识点、集成式多媒体和进阶式流程管理等资源，且与传统教学课程资源有机地结合，通过教师的教学设计与教学活动科学安排，使各个教学要素重组、综合和融为一体，很好地体现了SPOC（私播课）教学活动的混合性。

2.学习体验的完整性

在SPOC（私播课）教学模式下，可以将选课学生们的学习过程有效地拓广至传统课堂内外，通过合理设计教学内容和妥善安排教学任务，让选课学生们对所学知识的获取、巩固、运用和评价这四个过程得到全面、全程的监控和掌握。相对于单一线下课堂教学与全程在线自主学习来说，各类型教学活动的组织、展开和整合可以变得更加紧密，选课学生们的学习体验更加完善、知识的获得感更强。

3.个性指导的针对性

SPOC（私播课）的学习人数规模较小，且具有限制性准入条件，学习者的学习水平与学习能力相似，教师可以对学习者的原有知识层次、身心特征等进行预先辨识，有针对性地设计教学课程与安排教学活动，开展个性化教学，同时观察选课学生线上以及线下的学习行为，针对选课学生出现的各种学习状况进行个性化的指导。

（三）SPOC教学模式

对于教学模式，布鲁斯·乔伊斯（Bruce Joyce）和玛莎·韦尔（Marshall Weil）的观点较有代表性，他们认为，教学模式即为学习模式，其含义为构成课程、选择教材、指导在教室和其他环境中教学活动的一种计划或范型[6]。因此，可以这样理解SPOC（私播课）教学模式是为应对MOOC（慕课）教学模式存在的诸多问题应运而生的、以促进MOOC（慕课）在大学实体（或虚拟）校园内的应用为导向的一种新型教学范式，其将MOOC（慕课）教学模式灵活应用于大学校园教学，并形成了一套较为稳定和完整的教学活动程序和架构。

SPOC（私播课）教学模式倡导高参与度的深度学习，通过设置一些必要的前置条件，来限定参与课程学习的学生规模与准入条件，能够为有特殊需求的选课学生专门定制更适合的学习活动和课程内容，并提供力度更大的学习辅导与学习支持，从而进一步激发选课学生们更深度地学习与更高效地参与。SPOC（私播课）教学模式促使网络在线学习超越了仅仅复制教室课程内容的阶段，将传统课堂转变为高附加值活动的学习场所，有利于提高课程学习的完成率。

SPOC（私播课）教学模式允许教师们更多地回归到所授课程的课堂中。课前，教师们是所授课程教学资源的整合者，根据课程大纲、教学日历以及学生需求整合MOOC（慕课）资源是他们的主要任务。课上，教师们又是学习过程的指导者和促进者，需要积极引导选课学生参与教学实践、解决学习问题，并提供个性化、差异化指导。SPOC（私播课）教学模式重新定义了高校教师的教学作用，激发了高校教师的课堂活力与教学热情。

SPOC（私播课）教学模式限制性准入和规模小众化的特点有助于提升学习者的学习互动性和参与度，通过将MOOC（慕课）在线学习与课堂教学有机融合，创造了一系列灵活有效的教学方式，赋予了选课学生个性化的、完整的、深度的学习体验，是在线教育在大学校园中的真正价值所在，也使教师有了更多的精力去洞察选课学生们学习方面的各种信息，有助于更好地实现个性化、差异化的教学目标，使高校的教学质量得到有效提高。

三、传统教学模式存在的问题

教学模式是教学活动的最基本结构，可以这样理解，在一定的教学原则与学习理论的指导下，在特定的教学环境中逐步、有序展开的，由授课教师、参与学生、教学内容、教学结构和教学过程等要素共同组成的一个理论化、系统化与整体化的操作形式。每一位积极参与教学活动的高校教师，都会自发或自觉地遵循一定的教学模式进行课程教学，而这种教学模式的合理性与科学性将会直接影响到教学效果。

通常，可以根据学习受众所处不同年龄阶段及其心理、生理特征，针对不同学习阶段的课程教学的特点，进行个性化、差异化的教学模式设计。其中，高校课程教学模式属于教学模式中的一个非常重要的分支，它是指在一定的高校教学理念和高等教育理论的指导下，为达成特定的高校课程教学目标而构建的由高校教师、在籍学生和教学内容等诸多必备要素组成的较为完整和稳定的教学活动架构和流程。

目前，大学课堂教学普遍采用的仍然是“讲授式”的传统教学模式[7]，教学活动主要发生在特定的较为封闭的教室中，高校教师普遍以“讲授法”为主，其基本模式表现为“授课教师讲 —— 选课学生听”，高校教师是课程教学活动的绝对主导，学生仍处于被动接受知识的角色，且课程评价方式以总结性评价为主。

教师在传统课堂中，需要一遍遍重复讲授相同的知识点，才能使大多数学生理解和掌握，无法分出时间用来了解学生的学习状态，进行个别指导，缩小学生之间的差异。也无法在有限的课堂时间增大课程容量，扩大知识面涵盖范围，满足学有余力的学生需求。

现代教学发展的过程中，诞生了很多有效的工具和方法（如学习分析技术、测评反馈技术等），这些方法与工具的广泛运用，使得教学评价更为客观合理，能够让高校教师更准确地了解学生的学习情况；同时，可以很容易地将“总结性评价”转变为“过程性评价”。但是在传统教学模式下，高校教师并不能有效地从学生的章节作业、阶段测验、讨论参与度等多方面整体考查学生们的学习表现，也不能进行学生学科课程成绩的多维度综合评定，无法避免学生们“临阵磨枪，不亮也光”不良现象的产生。

因此，对于“互联网+教育”时代下成长起来的新一代大学生们来说，传统教学模式早已不能完全满足其学习需求，迫切地需要采用一种新型的教学模式。

四、基于SPOC的汽车CAD/CAE课程教学模式

（一）基于SPOC的汽车CAD/CAE课程教学模型

结合SPOC（私播课）教学模式特点以及学习者的需求，可以将汽车CAD/CAE课程分为课前、课中和课后三个阶段来构建教学模型。基于SPOC（私播课）的汽车CAD/CAE课程教学模型如图1所示，其包含：1个资源库（教学资源库）、3大平台（SPOC —— 课堂 —— 课外）、3个阶段（课前 —— 课中 —— 课后）、3大步骤（认知 —— 内化 —— 升华）和9个环节（每个阶段又分别包含三个关键的教学环节），简称“13339”教学模型。

图1 基于SPOC的汽车CAD-CAE课程教学模型

课前阶段，主要是选课学生通过SPOC（私播课）网络教学平台进行自主学习，实现对知识的“认知”。高校教师是教学内容和学习进度的“设计者”，需要根据不同特点选课学生的具体学习情况，布置课程资料与教学视频学习任务、设计章节作业与线上测试以及组织在线互动和交流活动等。选课学生作为教学活动不可或缺的“执行者”，需要根据高校教师所列的各类型学习要求，按时、保质地完成各种学习内容、章节作业、线上测试、在线互动及交流活动，成为学习的真正“主角”。

课中阶段，主要是选课学生在教室中，通过课堂学习平台与高校教师互动交流，进行讨论、解惑与答疑，实现对所学知识的“内化”。高校教师是课堂学习的“主导者”，根据选课学生们完成的作业情况，综合分析与判断，对知识点进行必要的归纳与总结，可以灵活安排课堂教学。对于“基础知识”，突出“重点”，不必刻意反复赘述；对于“提高知识”，强调“难点”，选取极具代表性的案例强化讲解；对于“拓展知识”，提倡“创新”，对于锐意进取、学有余力的选课学生适当个别教授。高校教师对于宝贵的课堂时间可以更科学合理安排，摒弃过往的“填鸭式”教学模式，赋予崭新的教学任务，极大提高大学课堂的授课效率。

课后阶段，选课学生们通过合理的分组协作、有效的课外实践等方式，共同完成团队或小组的作品（或作业），实现对知识的“升华”。针对汽车CAD/CAE课程实践性强、创造性强的特点，高校教师是课外实践的“辅助者”，利用课程综合大作业等方法，有的放矢地进行学习交流和实践辅导，选课学生们在高校教师的辅助以及团队内部和团队之间的协作交流下，融会贯通，进一步巩固学习内容，获得掌握多种汽车CAD/CAE工具的成就感，提高整体实践能力。

（二）基于SPOC的汽车CAD/CAE课程教学平台结构

基于SPOC（私播课）的教学平台的结构设计及推行方式必须符合专业学生的学习规律及高等教育的基本运行模式。借助Keller提出的影响学生学习动机的因素 ARCS模型，它是教学设计领域常用的动机模型，其界定了构成动机主体内部动机的四个相对独立又紧密联系的关键因素，包括：注意（Attention）、关联（Relevance）、自信（Confidence）和满意（Satisfaction）四个因素[8]。从SPOC教学平台的结构设计着手关注学生的A/R/C/S之间的联系，进而转变学习者的学习理念。

如图2所示，基于SPOC（私播课）的教学平台的结构主要包括三大主干模块，它们共同构成了SPOC（私播课）教学平台的展现方式。基本信息、课程资源与学习资源相结合，共同为学习者个体搭建一个积极自主的学习空间和良性循环的学习环境。在这个空间和环境中，学习者按照课堂教学进度自由选取各类教学资源，进行有目标地预习、练习和复习，随时查看学习进度，与师生进行全方位互动；学习者也带着学习任务或问题参与在线讨论，通过找寻相关教学内容，采用同伴交流或独立自学的方式，获取知识，并及时获得“肯定性”评价。

图2 基于SPOC的汽车CAD/CAE课程教学平台结构

图中的箭头导向着重强调，在构建SPOC（私播课）教学平台的三大模块时，一定要以ARCS模型为指导思想，在每个具体内容的构建上不断渗透学习者主动关注（A）、与自身某个学习目标关联（R）、学习过程中不断获得提升（C）、最终实现目标（S）的基本原则[9]。这个思想贯穿整个教学平台中的各个功能单元模块，使得基于SPOC（私播课）的教学平台更具有高效能化。

（三）基于SPOC的汽车CAD/CAE课程教学模式

根据教学设计的主动性、社会性和系统性的三大原则，在综合国内外专家已有研究基础上，设计基于SPOC（私播课）的汽车CAD/CAE课程教学模式，如图3所示。该教学模式主要包括三个主要阶段内容：

图3 基于SPOC的汽车CAD/CAE课程教学模式

1.第一阶段为基于SPOC的“教学前期准备”阶段 —— 该阶段需要进行教学结构分析、教学内容设计与教学资源开发

教学结构分析主要包括学习受众、教学内容及教学环境的综合分析。对教学活动开展所必需的各个要素进行必要的教学结构分析，能够保证选课学生学习活动的顺利展开。学习受众分析包括对学习者学习态度、知识需求以及应用SPOC（私播课）教学平台的熟练程度等因素进行综合分析。高校教师在掌握了受众特征、先修课程和预备知识等的基础上，先确定相应的教学目标，再根据教学目标详细划分不同学习阶段以及对应的学习内容，科学地区分适合网络线上与线下课堂的不同教学单元。线上与线下学习内容的深度融合，使汽车CAD/CAE课程教学环境成为一个复杂且关联的完整“教学生态系统”，因此，汽车CAD/CAE课程教学环境分析必须准确把握SPOC（私播课）教学活动的内、外部环境，为选课学生顺利进行汽车CAD/CAE课程学习提供一个强有力的环境支撑。

教学内容设计与教学资源开发需由高校教师团队主导，团队成员可以由责任教授、任课讲师、学习助教、实验助管及技术支持等专业人员组成，主要模式包括引进、自建和改造三种，即引进相关的已发布的优质公共MOOC（慕课）课程资源；自主建设自有全新的校园网SPOC（私播课）课程；或升级和转型校内已有网络精品开放课程，并将其改造成为SPOC（私播课）课程。综合各方面的情况，汽车CAD/CAE课程的教学内容设计与资源开发采用“自建为主、引进和改造为辅”的模式进行。

2.第二阶段为基于SPOC的“教学中期实施”阶段 —— 该阶段以“案例”式学习活动为设计主线，包括“课前导学”“课中研学”和“课后练学”三大环节

“课前导学”环节的主要任务是提出和引导学习问题。基于SPOC（私播课）教学模式的学习任务、课程视频以及操作案例作为必不可少的教学资源，充分发挥了其课前导学作用。借助对操作案例和课程视频的学习，可以将传统课堂中的“浅层学习”向基于SPOC（私播课）的“课前导学”转移，使选课学生在完成汽车CAD/CAE课程学习任务的过程中，初步了解自我预备知识的掌握情况以及所学专业知识疑点、难点、重点，还可利用SPOC（私播课）教学平台的论坛私信、留言互动等功能，交流彼此的收获以及疑问，从被动浅层学习不断迈向主动深度学习。

“课中研学”环节的主要任务是收敛和解决学习问题，对课程所涉及的知识及其问题进行多空间、多方位、多维度的探讨。一方面，SPOC（私播课）教学平台记录的选课学生“课前导学”的学习日志和数据分析结果，为高校教师聚焦具体的汽车CAD/CAE课程学习疑难和教学问题提供了必要的决策辅助；另一方面，能够为选课学生提供多种解决学习问题的方法，拓展了选课学生课内学习的深度，对于难以解决的学习问题，高校教师可以在课堂上适时加以详述，这样能够进一步促进专业学习的触类旁通和有的放矢。由于传统课堂在促进高校教师与选课学生之间的深度互动等方面发挥着十分重要的作用，所以汽车CAD/CAE课程“课中研学”环节主要在传统课堂环境中进行，但SPOC（私播课）教学平台的支持作用仍旧是无可替代的，它能够为选课学生创设一个网络讨论和协作探究的虚拟学习环境，也是学习者提高学习成效的重要一环。

“课后练学”环节的主要任务是归纳和深化学习问题。高校教师进行实例练习、布置课后作业和实施在线测试等，SPOC（私播课）教学平台提供的智能评价功能可以为选课学生提供实时结果反馈，帮助选课学生评估所掌握知识的程度；在线学习数据被可视化直观展示，使选课学生能够及时、高效地优化学习方法、调整学习状态和提高学习效率，成为学习的真正“主导者”。知识的巩固离不开选课学生对所学知识的“自我内化”，汽车CAD/CAE课程的课后深度反思是选课学生对自身的思维架构、思维过程和思维结果进行再提炼、再加工、再认识的一个十分必要的检验过程，极大地促进了新专业知识“内化”。

简而言之，课前，高校教师主要通过视频导学、案例导学和任务导学等方式，使选课学生在SPOC（私播课）教学平台的支持下进行自主学习；课中，高校教师课堂教授，师生可以面对面展开深入学习研讨，辅以协作探究和网络讨论，共同解决教学活动中遇到的各种疑难学习问题；课后，选课学生通过实例练习、在线测试、作品展示、阶段小结和深度反思等检验手段巩固所学知识。

3.第三阶段为基于SPOC的“教学后期评价”阶段 —— 该阶段根据课程教学实施的效果及时提供反馈和评价，多轮优化、迭代和完善，以期优化后续教学

教学评价是基于SPOC（私播课）教学过程的一个非常重要的组成环节，主要涉及选课学生的表达能力、沟通能力、理解能力、学习能力、实践能力与协作能力等多个互相关联的考查方面和评价维度。基于SPOC（私播课）的汽车CAD/CAE课程教学平台内的学习分析技术能够为高校教师创设细致化且多元化的评价体系，提供了一套可靠及可行的解决方案，主要涉及双重评价模式 —— “形成性评价”与“总结性评价”相辅相成，分别应用于汽车CAD/CAE课程教学活动的不同教学环节。

在“课前导学”教学环节中，高校教师可以将选课学生的讨论交流表现与视频学习进度等纳入“课前形成性评价指标体系”；在“课中研学”教学环节中，SPOC（私播课）教学平台能够实时记录选课学生的访问行为数据（如话题贡献度、评测准确度、在线参与度等），可以作为施行“课中形成性评价指标体系”的重要考评依据；在“课后练学”教学环节中，高校教师可以建立“课后总结性评价指标体系”，主要包括课后作业、在线测试和期末综测等多个部分。因此，基于SPOC（私播课）的汽车CAD/CAE课程教学需要加强“教学评价体系”的建设，综合考虑与考察课程教学活动中的每一项教学任务及其完成度，优化与完善课程教学目标的设计，为汽车CAD/CAE课程教学活动提供一个有规律可循、有方法可行、有标准可依的多维度、多元化智能评价体系。

基于SPOC（私播课）的汽车CAD/CAE课程教学并不是固化和封闭的，它是一个不断调整、优化和完善的“动态闭环系统”。从汽车CAD/CAE课程的教学内容设计与教学资源开发开始，就采用优先搭建“课程主旨”教学框架的模式，高校教师和技术团队结合基于SPOC（私播课）的汽车CAD/CAE课程教学平台实际情况，并根据授课时段、教学要求及课程安排等，优先建设前半学期授课章节，并结合后期实施反馈和教学评价，在实践中不断调整、优化、完善后续章节的教学设计，持续不断推进基于SPOC（私播课）的汽车CAD/CAE课程建设。

五、结束语

与传统课堂教学相比，基于SPOC（私播课）的汽车CAD/CAE课程教学模式改变了一刀切的集体授课模式，极大地丰富了后MOOC（慕课）时代背景下的高校新工科教学模式，高等教育与信息技术得以深度融合，实现了课前、课中、课后三个学习阶段与线上线下教学的有机结合，选课学生始于“知识认知”开始，习于“知识内化”，精于“知识升华”的全过程，有助于促进高校教师教学效果的最优化，以及选课学生学习方式的华丽转换，实现了真正意义上“以学生为中心”的教学范式的深度变革。

加快教育模式和学习方法的转变是教育变革跟上时代步伐的关键，基于SPOC（私播课）的汽车CAD/CAE课程教学模式促使教学逐步从一成不变的静态走向灵活适应的动态，实现了“以教师为主导、学生为主体”的课堂教学理念，是适应新时期教学改革的必然。

不可否认，随着基于SPOC（私播课）的教学模式在高校新工科教学中应用的不断深入，势必需要更多的研究者、实践者和参与者踊跃加入，其理论研究还需要高校教师在教学实践中，不断进行归纳、总结、检验、优化和完善，其具体的实施方法必须“因时而异”“因课而异”和“因人而异”，也需要坚守在教学一线的高校教师们在教学活动中不断地探索和反思。