基于SPOC+虚拟仿真的翻转课堂模式在高校计算机教学中的运用

田华锋

山西警官职业学院，山西 太原 030000

信息技术已融入社会生产和生活的各个方面。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中明确指出，教育教学要注重培养学生的自主学习能力和注重培养学生学习的主动性、独立性、体验性和问题性。《大学计算机基础》是普通高校面向大一非计算机专业学生开设的一门公共基础必修课。课程涉及计算机的硬件和软件、网络与通信、信息安全、数据库等方面的基础概念与原理知识，在培养大学生的创新能力、信息技术知识和素养方面起着重要的作用。但是这些概念及知识繁杂而抽象，学生基础差异较大、人数众多、课堂交互不足等情况，想在课堂上有限的时间把知识点讲清楚、讲明白不是一件容易的事情。

目前，传统的课堂教学模式仍然是高校教学的主要方式，但高校计算机基础课程的教学不能局限于课堂教师讲、学生听的方式。如果还是一直使用这种满堂灌的方式进行计算机基础课程的教学，除了在有限的课时内难把知识讲完，学生更难在课堂把知识点全部理解透彻。所以我们需要对传统课堂上教师的单向教学和学生被动接受的这种模式进行改进。此外，由于存在着师资、学时、场地、设备等因素，对于计算机基础知识里一些硬件、网络等知识，学生想在真实的环境中动手实践是很难实现的。因此，高校有必要通过转变学生的学习方式和改革教学模式将课堂时间最大化利用来提升教学质量，采取以学生为中心，学生主动学习的教学策略，将课堂成为学习和答疑的地方，实现因材施教，使学生更好地掌握专业知识和专业技能以满足当今社会的需要。

一、翻转课堂教学模式的解决手段

（一）翻转课堂（Flipped Classroom）

翻转课堂是一套教学方法，是激励学生自主学习的最佳方法之一，它颠覆了传统的教学安排，将一些教学内容的信息传递移出了实体课堂。课堂之外通常在线上提供课堂中的教学内容，学生先观看在线视频教学内容，在线讨论与合作，完成课外自学。学生可以自己选择合适的时间和方式来学习，教师将扮演一个指导性的导师。教学内容是通过师生之间的互动来完成的，互动包括学生的报告和对学习情况的讨论，老师有针对性地答题，学生的学习测试和自我评估等。翻转课堂颠覆了“教师讲，学生做”的教学过程，学生从被动的知识接受者转变为教学活动的主动参与者。这种模式实现了学生角色从被动接受到主动学习的转变，从单纯的知识学习到知识的应用和素质的培养的转变。既节约时间，提高教师的教学效率，又使学生学习的有效性也随之提升。

因此，“翻转课堂”是以为学生提供大量的网络在线学习资源，增加学生、教师间的互动和个性化沟通为手段，发挥学生自主学习能力，从而达到较好的课堂学习效果。新冠肺炎疫情防控期间，线上教学成为很多学校的主要教学方式。一些人认为，线上教学即为“翻转课堂”，或者线上线下混合式教学是高质量的“翻转课堂”，这些理解都是片面的。笔者认为“翻转课堂”在线上线下混合式教学中的作用主要有以下几点：

1.教师对学生实施指导式、启发式和建议式学习；2.建设紧扣知识点，短小精悍的各类线上线下学习资源；3.教师安排学习任务，学生在完成学习任务过程中学习时间、学习方式自由灵活；4.教师与学生互动采取线下定期分组讨论和线上实时讨论答疑相互配合的模式；5.通过讨论、作业、测试等灵活多样的方式检验学生的学习效果。

（二）SPOC（Small Private Online Course）

SPOC是针对小规模的特定的学习者开放的在线课程，我们在此讨论的SPOC主要为校内的大学生提供翻转式教学，它是一种新的混合模式，将网络教学平台与传统课堂结合，在慕课（MOOC）基础上加以完善。SPOC的主要教学过程是：教师根据教学大纲定期发布视频教学材料，布置作业和组织网上讨论。学生根据要求登录像超星这类SPOC学习平台，按规定的实际观看视频、参加讨论、完成作业和参加考试等等。在预先设计好的SPOC在线学习资料上制定进度学习，教师指导学生在课前完成相关的在线活动，处理网络课程答疑，并进行课堂测试。这样可以让教师把时间和精力放到更高价值的活动中。例如，讨论、任务协作和面对面交流互动等。这种变化影响了大学生课程学习模式的转变。通过使用SPOC学习资源，学生已经从接受知识的单一被动学习模式转变为以自主、探究和合作为特征的主动学习模式。［1］

（三）虚拟仿真

虚拟仿真技术就是利用一个系统，搭建一个高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，使学生在虚拟环境中更直观地学习和掌握计算机硬件、软件的理论知识和实践知识。例如，计算机硬件的教学是计算机基础课程中的重要教学内容。利用虚拟仿真实验进行教学，是对传统实践教学方法的新尝试。在传统硬件实训教学过程中，老师通常是利用课件进行理论讲解、操作指导。这样很难把知识展开。如果利用真实的硬件进行讲解，则没办法同时让全部同学一起观看，只能以小组的方式来讲解。这样在有限的实验教学时间内，难以完成所有的教学内容。而采用虚拟仿真系统进行教学，可以同时面对所有学生把知识点直观动态地展示出来，有效减轻老师的教学负担是推动实验课程内容改革的有效手段。同时可以让学生自主学习，动手操作，以提高学生的积极性。［2］突破了原有课程实验的界限，增加了趣味性、综合性，加强现代实验方法、实验手段的应用，加深学生对实验的理解，激发创新思维与兴趣。为学生自主学习和实践创造良好的条件，更有利于培养学生的实际应用能力和综合素质。

二、基于SPOC+虚拟仿真的反转课堂设计

要实施SPOC+虚拟仿真教学的基本条件是要进行网络课程的建设，通过网络资源的建设实现多种教学资源有效整合达到支持丰富高效的教学互动。借助超星学习通平台、钉钉在线课堂来支持教学资源的集成和发布，能支持抢答、讨论等多种教学互动方式。建设在线的虚拟仿真实验平台可以对课程的实验提供支持，借助虚拟仿真系统平台，将《大学计算机基础》中抽象的知识内容开发成可视化、可交互的仿真教学资源，不但可以直观展示知识的原理，进行教学的仿真演示，而且还提供了虚拟的仿真操作。教师可以使用交互式模拟设计轻松地开发在线教学和在线操作练习。本专题设计以《大学计算机基础》中一个课时内容“计算机硬件介绍”为例进行展开设计。要成功实施翻转课堂主要分为以下三个阶段。1.通过混合式教学方式进行理论学习；2.通过虚拟仿真实验平台进行实验操作；3.教师总结、纠错和评分。具体实施过程如下：

（一）混合式教学方式进行理论学习

1.课前基于SPOC在线准备

教师依托SPOC教学平台，开发制作教学视频、微课、动画等多种教学资源，学生灵活地安排时间自主观看微课和视频等资源进行学习。在自习时，学生可以根据自己的学习情况反复或快速观看，通过超星、钉钉等SPOC平台进行交流和讨论，学生自己总结在自学中遇到的疑难问题，将问题反馈给老师，老师在课堂上进行讲解。通过SPOC平台上师生之间的交流，可以把一些问题在课前就提前解决掉。这样可以节省了很多实体课堂上的时间，让教师可以有时间传授和拓展更多的知识。

2.课堂反转

通过课前的自主学习，学生对计算机硬件的基本概念有了初步的了解，但还没有把握好每个硬件知识点的内在联系，需要老师在课堂上进行指导和探究。第1个环节，在实体课堂上，教师首先带领学生在课前复习SPOC平台上所学到的硬件知识，让学生针对SPOC平台上最常被问到的问题进行小组讨论。教师也参与讨论，引导学生探讨正确的解决方法。第2个环节，教师对学生在SPOC平台上提出的问题较多的知识点进行总结，针对这些问题把知识讲清楚和讲透彻。第3个环节，课后理论拓展；在经过前面的两轮学习，学生应该已经把理论知识掌握得比较好了，然后让学生登录SPOC平台，完成每课时所对应的作业和测试，查看成绩来判断学生对理论知识的掌握情况。［3］

（二）虚拟仿真实验平台进行实验操作

通过SPOC的课前准备、课堂上的讲解、总结和课堂测试，使学生对理论知识有了一定的基础。教师在课堂上打开在线虚拟仿真系统，演示虚拟仿真实验的具体操作，让学生通过观看演示学习后进入虚拟仿真系统进行操作练习。教师对学生在虚拟仿真平台的操作练习进行辅导和帮助。［4］当然，学生也可以通过课前理论知识的学习，结合虚拟仿真模拟系统的帮助文档，自己操作学习。学生在课前已经学习了计算机主机的硬件理论知识和安装方法，可以通过虚拟仿真系统独立模拟硬件的安装。利用虚拟仿真系统进行虚拟实验，学生可以在整个虚拟实验环境中安全地进行操作练习。不需要准备大量的硬件给学生进行安装操作，同时也可免除学员操作失误而造成的硬件损坏或者其他事故。学生在虚拟仿真教学系统中进入组装练习，在虚拟仿真下组装计算机硬件，最后系统进行评分。教师通过评分可以了解每位学生对实验操作掌握的情况。通过这种教学模式的结合，实现教学创新、学科整合和延伸，使学习更有趣、更安全。学生积极性明显提高，虚拟仿真系统提供的逼真操作界面，让学生有了身临其境的学习体验，加深了形象记忆，对基础理论和实验操作掌握更加有利，有效改变计算机硬件实验教学面临的困境。［5］

（三）教师总结、评分和纠错

通过前面两个阶段的学习，学生已经对计算机硬件的理论知识和实验操作都有了较好的掌握。将实战与理论知识充分结合起来能让学生更加深刻地理解理论知识的真正含义，可以让学生较好地掌握各个硬件知识的内在联系。教师通过学生在SPOC平台理论知识测试的成绩和虚拟仿真平台实验操作的成绩相结合，对学生知识的掌握情况进行分析，找出内在的问题，最后做出总结。把理论的在线测试和虚拟仿真实验的测试等各环节出现的问题和错误进行讲解和点评。［6］最后对每个学生的成绩作出评价，并让每个学生及时地把错误纠正。

三、实施效果

为了有效地评价基于SPOC+虚拟仿真的翻转课堂实施效果，我们对教学效果进行了纵向和横向的对比；课程结束后通过成绩分析和问卷调查来评价教学的效果，学生对SPOC和虚拟仿真平台相结合的翻转课堂教学方法评价较好。把翻转课堂教学的班级和传统模式教学的班级的平时成绩、期末成绩、最终平均分和及格率等进行对比。根据统计结果表明，采取SPOC+虚拟仿真翻转课堂教学班级的成绩明显高于传统课教学的班级。经过我们不断的探索与不懈努力，同科学生平均期末成绩较往年有所提高，学生挂科率明显下降。教学实践表明，将SPOC和虚拟仿真技术相结合的翻转课堂教学模式应用于《大学计算机基础》教学中可以起到事半功倍的作用，不仅提高了课程的教学质量和学生的学习效果，而且为进一步建设高水平的精品课程奠定了基础。

四、结束语

基于SPOC+虚拟仿真的翻转课堂，可以把实体课堂教学和在线学习很好地衔接起来，弥补相互的不足，把理论知识和实际操作相结合，可以让知识融会贯通，学生更易于理解。这种教学模式同时提高了传统课堂的学习效果，充分的学习体验为教学创造更好氛围。通过这种模式的教学，可以有效地解决目前《大学计算机基础》教学中存在的内容多学时少、理论知识抽象、难以理解等问题。在今后的教学过程中，我们应该吸引更多的教师和学生来体验这种新的教学模式，并共同探讨和研究存在的问题。让信息化为课堂教学带来更多的便利和取得更大的成效。