基于SPOC混合教学模式的构建与实施——以“太阳能级硅提纯技术与装备”课程为例

饶森林,陈裕先

(新余学院 新能源科学与工程学院,江西 新余 338004)

随着互联网技术的不断发展,数字教育与传统教学模式的融合成为当今教育的发展方向。慕课(MOOC)即大规模开放在线课程作为最具代表的产物,存在诸如师生互动少、教学模式单一、课程完成率较低等弊端,因此小规模限制性在线课程(SPOC)应运而生。SPOC(Small Private Online Course)的教学理念由加州大学教授率先提出,是相对于MOOC而言更小规模的限制性的在线课程,也被称为MOOC后时代的产物[1]。2014年以后,基于SPOC的教学模式开始逐渐引入我国高校[2－4]。在高校教学中,SPOC主要表现为一种线上、线下相结合的混合教学模式,也即传统的教学模式与信息化的教学模式进行有机的结合,在具体的教学实践中充分发挥各自的优势,并突出学生的主体地位和老师的引导者地位,最终提高学生的学习效率[5－6]。SPOC在混合式教学环境下,既弥补了传统教学模式的缺陷,又充分发挥了在线教学模式的优势。基于SPOC混合教学模式,一方面有效利用了线上教学平台,还能辅助线下教学,实现线上自主学习、线下面授教学、线上互动;另一方面,在教学手段上,能积极掌握学生自主学习及教师面授效果,可采用翻转课堂、云课堂形式,提升学生学习的积极性、学习能力以及独立思考能力[7－9]。“太阳能级硅提纯技术与装备”是新余学院新能源科学与工程学院材料科学与工程本科专业的一门专业课程,该课程知识点多,且实践、应用性较强,采用传统的教学模式,学生难以直观、深入地理解所授教学内容。因此,根据课程教学内容的特点,笔者引入基于SPOC的混合式教学模式。

1 基于SPOC的“太阳能级硅提纯技术与装备”混合式教学模式的构建

1.1 前期分析

“太阳能级硅提纯技术与装备”是新余学院新能源科学与工程学院材料科学与工程本科专业的一门专业课程,在第六学期开设,总学时数为48个,其中理论学时42个、实践学时6个。通过对材料科学与工程专业人才培养方案、本课程教学大纲、课程特点及学情进行分析,将教学内容概括为以下三个模块:课程的基本概况、太阳能级硅提纯技术分类及各自特点、太阳能级硅提纯设备分类及各自特点。本课程的教学目标包括:了解国内外光伏产业发展现状及趋势,理解化学法及冶金法制备高纯多晶硅的技术特点,理解太阳能级硅提纯设备的分类及各自特点,掌握国内外有关太阳能级硅提纯技术及装备的研究与应用成果。本课程的教学重难点包括:化学法及冶金法制备高纯多晶硅的技术特点、冶金法与化学法的工艺对比分析、定向凝固理论、太阳能级硅提纯设备及辅助设备的分类及各自特点、多晶硅与单晶硅制备技术的对比分析、太阳能级多晶硅定向凝固制备工艺的分类及各自的特点、定向凝固去除太阳能级硅中杂质的原理、太阳能级多晶硅定向凝固过程中的缺陷控制、太阳能级硅定向凝固制备技术存在的问题及改进方向等。

1.2 构建混合式教学模式的必要性

该课程的实践、应用性较强,与生产实践联系紧密,在进行理论知识讲解时,需结合企业生产工艺及相关设备,还须紧跟市场的变化来更新授课内容。采用传统的教学模式,对于教师而言,在教学设计与组织、授课的内容及方式上未能以问题为导向,理论与实践易出现失衡;教育资源的开放、共享性很差;授课过程中,也未能对学生的学习状况进行及时的评价与反思,问题情境化弱。对于学生而言,学生难以直观、深入地理解所授教学内容;在学习过程中易出现学习动机与动力不足、创新性难于跟上、学习目的性不强的现象。此外,也不能实现师生的及时互动、交流。因此,混合式教学模式提质增效有效路径的探究迫在眉睫。通过构建混合式教学模式,教师可设计与组织各种学习活动,创设情境,帮助学生构建学习知识与氛围,促进学生的不断进步和知识的获取,实现教师、学生及环境之间的动态平衡、和谐及可持续发展。

1.3 课程混合式教学模式的构建

结合学校教学条件,建立基于SPOC混合式教学模式,涉及线上课堂设计、线下课堂设计和考核体系的设计三个模块。具体包括“三个平台、四个交互、五个环节”,如图1所示。“三大平台”主要包括:实验软件模拟平台、SPOC教学平台、互联网平台。其中,实验软件模拟平台是指晶硅电池制备生产过程虚拟仿真实验平台、模拟仿真软件等;SPOC教学平台是指可以支撑SPOC教学实施的平台,具体是指基于SPOC混合式教学模式,并在超星学习通、雨课堂等网络教学平台的基础上开发的网络在线平台[10－11];互联网平台包括钉钉、腾讯等网络平台。“四大交互”主要包括:师生之间的互动、师生与模拟平台的交互、师生与SPOC教学平台的交互、师生与互联网平台的交互。“五个环节”主要包括:教学准备、课前、课中、课后及评价与反思等。

图1 “太阳能级硅提纯技术与装备”课程的SPOC混合式教学模式[12]

该教学模式的具体实施,将在“太阳能级硅提纯技术与装备”课程的教学活动设计、教学手段创新、教学评价反馈等过程中得以细化及应用。

2 基于SPOC的“太阳能级硅提纯技术与装备”课程混合式教学模式实施

该课程SPOC混合式教学模式的实施,从教学准备、课前、课中、课后及评价与反思等“五个环节”着手,借助实验软件模拟平台、SPOC教学平台、互联网平台,创设情境,实现“四个交互”,本课程的具体实施过程包括:课程设计、课程实施、学习评价与反思等三个方面。

2.1 课程设计

该课程实践、应用性较强,与生产实践联系紧密,实践中又受限于教学条件等客观原因,导致学生对授学内容难以直观、深入地理解,在学习过程中学习目的性不强,创新性难于跟上,师生的互动、交流也不及时。为了提升学生的学习积极性、学习能力以及独立思考能力,促进课堂中师生的互动、交流,对本课程的理论教学内容采用基于SPOC线上线下混合教学的模式,本课程的理论学习内容分配见表1。

表1 课程教学内容设计以及相应的教学形式安排

续表1

2.2 课程实施

本课程的授课对象为2017级材料科学与工程专业学生,第一节课教师将学生按照每4～5人一组分组,每组指定一名组长。在课前,通过超星学习通、钉钉、腾讯等平台发布以下信息:(1)课程资料。如:教学大纲、相关章节课件、课程相关学习资料、视频及图片等。(2)课前思考题。如:①硅材料按照纯度分包含哪几类?②硅材料纯度太高,为何反而不能制备太阳电池?③冶金硅→高纯硅的提纯,与定向凝固制备多晶硅锭的提纯有何不同?④改良西门子法、硅烷热分解法、流化床法之间有什么联系?(3)准备线上签到打卡信息。发布信息后实时查看学生的课前学习情况,通过学习通讨论区与学生随时随地进行交流互动。同时,搭建实验软件模拟平台,创设情境,供学生模拟练习,及时发现学生的问题,使授课内容更具针对性。在授课中采用线上、线下混合教学模式,线上及时反馈学生的自主学习情况,根据学习情况及时调整线下授课的重点、难点内容。同时,充分利用学校智慧教室条件,线上发布讨论课题,结合线下教学进行师生互动;线下可采用理论讲授、小组讨论等方式。同时采用SPOC教学平台,结合课前模拟平台练习情况,有针对性地进行难点突破、专项训练,通过交互使学生进行知识内化。在课后,创设情境,通过互联网实战平台及时发布课后作业及相关章节的练习题,进行强化训练,学生在接收到本次作业任务后,在截止日期前提交作业及任务,教师在截止日期后及时评阅。学生完成作业及实战训练的情况,将作为学生成绩考核的依据。

2.3 考核评价体系与反思

本课程的考核评价体系与反思贯穿于整个学习过程,细化的考核评价体系既有利于学生巩固学习内容,又有助于教学效果的提升。此外,教师还可通过学校提供的麦克思教学管理系统,发布随堂评价或调查问卷,并根据评价或问卷结果及时调整下一次授课安排及授课形式,从而提升教学质量。

3 实施效果

3.1 成绩分析

基于SPOC混合式教学学习,学生的出勤率100%。本课程线上资源共78个,视频10个、26个课前预习、14个课内练习、14个课外讨论及作业,根据学习通平台的互动数据显示,在一学期内,学生的访问数量达1 900余人次,在线学习1 110余人次。100%的学生完成线上自学及作业任务。与传统的教学模式相比,通过创建“情境”并构建“三个平台、四个交互,五个环节”的混合式教学模式后,教学效果得到了较好的提升。2017～2020年材料科学与工程专业“太阳能级硅提纯技术与装备”课程教学效果如表2所示。从表2可以看出,采用传统的教学模式时,两个学年的卷面平均分只有70.7分和68.05分,而通过实施SPOC混合式教学模式后,卷面平均分提高到81.44分。及格率方面,也由传统教学模式下的86.77%和83.03%提高到97.67%。此外,90分以上得分人数也由以前的3人提高到16人。这是由于新余学院材料科学与工程专业“太阳能级硅提纯技术与装备”课程改革之前,总评成绩按平时成绩(30%)＋期末闭卷考试成绩(70%)执行,其中平时成绩只包含考勤和作业。为了适应应用型人才培养目标要求,培养学生的动手操作能力以及充分调动同学们学习的乐趣和积极性,同时,为了突出基于SPOC混合式教学模式的优点,新教学模式下的评价机制不仅关联期末考试成绩,而且更加注重过程性评价(包括:线上学习情况、课堂提问、学生分组讨论和总结等)。因此,新的课程评价机制适当下调了期末成绩所占的比例,增加了实验成绩,同时将学生线上学习情况、课堂提问、学生分组讨论和总结纳入平时成绩中,新的总评成绩按照“总评成绩＝平时成绩(35%)＋实验成绩(15%)＋期末闭卷笔试(50%)”执行。

表2 2017－2020年“太阳能级硅提纯技术与装备”课程教学效果汇总表

3.2 课程满意度分析

为了进一步探讨本课程基于SPOC混合教学模式的教学效果与学生认可度,在学生中调查了:(1)是否喜欢SPOC混合教学模式?(2)SPOC混合教学模式是否能提高学习积极性和学习效率?调查结果显示,88.37%的同学喜欢SPOC混合教学模式,90.69%的同学认为SPOC混合教学模式能提高学习积极性和学习效率。此外,采用SPOC混合教学模式后,学生参与各类竞赛的积极性获得了提高,他们先后获得首届全国高校虚拟现实(VR)课件设计及制作大赛优胜奖、省级大学生科技创新与职业技能竞赛三等奖,申请本专业相关专利1项。

4 结论

基于SPOC混合式教学模式在很大程度上突破了传统教学模式的困境,在“互联网＋”快速发展的背景下可以得到更深入的应用。通过实践证明,该教学模式可以较好地提升教学效果,加强师生互动,并延伸学生的学习时空,学生有更高的积极性和主动性投入到课程学习中,从而为后期的课程教学改革工作提供了重要依据。