SPOC翻轉課堂模式在虛擬儀器課程中的應用研究

方江雄　劉花香　劉軍　鐘念兵　楊志超　侯慶明

摘 要：為實現信息技術和教學方法改革模式的深度融合，將“以教師教為中心”轉變為 “以學生自學為中心”的教學范式改革，本研究結合SPOC 翻轉課堂的特點和高校教學改革實際需求，設計了SPOC 翻轉課堂學習模式，并應用于虛擬儀器課程教學中。本文通過結合SPOC課程與虛擬儀器課程內容特點，根據翻轉課堂的內涵以及系統化教學設計理論，從虛擬儀器課程教學內容體系設計、個性化學習策略設計、設計多樣化的教學活動和多元化的教學評價體系等四個方面構建了SPOC在傳統高校教學中的應用模式，為高校深入建設和應用 SPOC 翻轉課堂模式提供借鑒。

關鍵詞：翻轉課堂；課程教學；SPOC；MOOC

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2016）24-0020-04

一、引言

近年來隨著信息技術和教學模式改革的日漸深入融合，促使教學方法與教學結構及管理體制發生變革，給教育帶來了空前的機遇。MOOC[1]作為最具有代表性的互聯網與教育方法融合產物，由于具有大規模、免費開放和在線共享等特點，在短時間內在高等教育領域引起廣泛的關注，并有力推動了在線教學模式的創新。然而，MOOC平臺的構建投資成本高，課程資料堆積繁雜，師生了解少，阻礙個性化教學發展和技術本身內在教育價值的實現，從而影響大學教育的本質功能[2]。為解決MOOC平臺存在的缺陷，大量在線學習新形式不斷涌現，小規模專有在線課程[3]以小規模和限制性準入的顯著優點來提升MOOC學習效果，成為國內外名校探索在線課程的熱點。SPOC教學平臺主要提供特殊的人群使用，對申請參加課程的學生設定一定的準入要求，便于較少人群之間面對面交流。因此，SPOC平臺通過將傳統課堂教學和網絡教學的優勢結合起來，構建一種更精致、更小眾的在線開放課程類型，既融合了大規模在線開放課程的優點，同時也能彌補傳統課堂教學的不足。

虛擬儀器課程是儀器類和電子類等專業學生的一門專業基礎課程，具有較強的理論性和實踐性。該課程通過將圖形化開發工具應用于產品設計的各個環節，從而改善了產品質量、縮短了產品投放市場的時間，并提高了產品開發和生產效率。傳統采用“以教師講授為主”的虛擬儀器課程教學模式，無法滿足現有課程內容量大、課時少和學生基礎差別大等特點。特別是自2011年中國儀器儀表學會和教育部高等學校儀器科學與技術教學指導委員會舉辦的全國虛擬儀器大賽開展以來，虛擬儀器課程的教學內容與大賽的目標差距巨大，學生難以將課程所學的知識直接應用于大賽的創新類項目。SPOC翻轉課堂教學模式通過將以“以教師教為中心”轉變為“以學生自學為中心”，既能使不同層次的學生得到個性化的學習體驗，又使教師有更多精力了解每個學生的問題[4]，有助于提高課堂教學質量，為虛擬課程中的教與學提供了新的思路。因此，研究如何將SPOC翻轉課堂的教學模式融入虛擬儀器課程中，來提高虛擬儀器課程在實際項目中的應用，滿足學生的學和教師的教，具有重要的指導意義。

二、SPOC翻轉課堂涵義

SPOC是Small Private Online Course的縮寫，意譯為“小眾私密在線課程”，2013年由美國加州大學伯克利分校Armando Fox（阿曼多·福克斯）教授率先提出。其中，Small（小眾）與MOOC中的Massive相對應，限制學生人數在數十人到數百人之間，有助于提升學習參與度、互動性和參與度；Private相對于MOOC中的Open，指的是對滿足準入條件的申請者完全開放課程，而對其他學生僅限于開放部分課程，故具有一定的私密性。SPOC的基本思路是授課教師通過網絡獲取或自己制作相關課程的視頻，并在網絡平臺上按照課程的內容上傳視頻作為學生的課前作業，學生在線下進行自學，然后授課教師在課堂中與學生進行交流、講解、面對面解答學生提出的問題，通過了解學生對知識點的把握程度，調整教學內容和時間安排，并對最后的學習效果進行考核評價。康葉欽[5]認為SPOC在教學過程中通過將授課、視頻等要素相互交織融合，賦予學習者完整、深入的學習體驗，提高了課程的完成率，從而提升了自主學習效果。

混合學習模式[6]的探索為網絡學習提供了新的學習方式，基于SPOC翻轉課堂的學習模式將面對面的課堂教學和網絡學習的優勢有機融合起來，實現教學效果的最優化。開放資源SPOC平臺對開展翻轉課堂（Flipped Classroom）的教學有很好的支持作用[7]，SPOC的“小規模性”與“專有性”也是開展翻轉課堂教學的有利條件。將MOOC的思想植入翻轉課堂，借助MOOC教學平臺實施翻轉課堂，實現資源共享的同時優化教學效果。翻轉課堂[8]的涵義是在信息化環境中，授課教師以微視頻為主要形式提供學生學習資源，學生在課后依托教學視頻中的學習資料自主學習，在課中授課教師和學生面對面一起解答疑惑，課后教師對授課內容評價和提升的一種教學模式。該模式在國內外教學研究和實踐中得到日漸深入和推廣，主要原因在于翻轉課堂教學秉持“以學生自學為主”的教學理念，關注學生的個性化發展，使教學內容和課時分配以學生為中心，改變了教師和學生的角色，從而避免傳統教學方式中的教學內容和教學時間的約束[9]。

目前SPOC翻轉課堂主要由高校內部或高校聯盟的學生參加，充分發揮互聯網平臺和教學模式相結合的改革模式[10]。在國外，美國的加州大學伯克利分校最先將SPOC運用到《云計算與軟件工程》課程，保證了學生線上學習的同時參與線下課堂活動，并完成相應的任務和考試。麻省理工學院開展了SPOC課程與翻轉課堂的實驗及推廣[7]，該平臺的實施結果表明，SPOC課程與翻轉課堂融合既提高了授課教師的教學效率，又提高了學生成績的通過率。2013年起，國內高校紛紛進行有關SPOC典型案例的實驗嘗試，到2015年2月末，中國MOOC平臺上有51所大學共上線了85門SPOC課程[10]。最早由清華大學通過“學堂在線”開展SPOC課程，對內也在利用這個平臺進行《C++程序設計》和《云計算與軟件工程》這兩門課的翻轉課堂教學模式的實驗[11]。總結國內外SPOC翻轉課堂上課流程，將SPOC的課程模式總結如圖1所示。

三、SPOC翻轉課堂模式的虛擬儀器課程構建

信息化的飛速發展和教學方法的改革，網絡信息獲取已成為大學生的必備能力之一，特別是近年來各種類型的物聯網大賽和虛擬儀器大賽的盛行，虛擬儀器課程成為各高校儀器類專業的特色課程。筆者依托學校教改課題虛擬儀器課程改革研究和實踐，針對虛擬儀器課程存在內容多、學時少、實踐性強、學生需求不均衡等問題，探索SPOC翻轉課堂在虛擬儀器課程中的教學模式。通過將虛擬儀器課程內容和SPOC的特點結合起來，根據翻轉課堂的內涵以及系統化教學設計理論，以學生與教師得到共同發展為目的，提出了如圖2所示的詳細實施方案。

1.虛擬儀器課程教學內容體系設計

在SPOC平臺和翻轉課堂平臺下，本節課程教學內容結合我校學生的學習特征及學習目標來設計雙平臺的教學內容體系，設計了以下三個模塊：虛擬儀器課程信息結構設計、課程內容設計和課程交互活動模塊，如圖3所示。

（1）虛擬儀器課程信息結構設計模塊

虛擬儀器課程基本信息結構主要包括課程教學大綱、課程教學目標、課程講授時間（學期周數）、學習內容要求、考核方式、評分方式和標準等內容。課程教學大綱和學習目標由任課老師制定，經學校審核后執行。因此，任課老師在制定時，應根據教師的教學活動設計流程進行編寫，具有一定的結構性。課程講授的時間要體現出SPOC平臺學習的靈活性，評分方式和標準的設計要有一定的科學性，便于學習者準確的了解自身的學習情況，隨時調整自己的學習。

（2）虛擬器課程內容設計

虛擬儀器課程屬于實踐類課程，通過在SPOC平臺上將課程內容以視頻和操作為重點，以記憶類和知識結構梳理的為核心，同時提供一定的學習指導。由于虛擬儀器課程內容由理論和實踐緊密結合，其理論知識包括軟件和硬件知識，主要涉及微電子、計算機測控技術、信號處理等。學習者可以通過看書和視頻資料較快掌握工具的使用，滿足翻轉課堂中以學生為中心的核心思想。學習內容的設計新穎且符合大學學習者學習的需要，并結合翻轉課堂中教師有針對性地答疑解惑，有助于改善學生的學習主動性問題，促進學生的學習效果。

（3）交互活動設計

教學活動中的交互活動指的是在SPOC平臺中使用物聯網中交互工具進行互動等活動，包括在SPOC平臺中的實時交互（電話、視頻等）和非實時交互（微博、討論版、QQ群、微信公眾號、Wiki、BBS等），也包括在翻轉課堂中師生面對面協作交流的深度交互活動，授課老師根據學習者在不同交互環境中的學習體驗提供針對性和個性化的指導，引導教師與學生、學生與學生、學生與學習資源之間的交互活動。

2.個性化學習策略設計

個性化學習策略目的是促進學習者有效調控學習的知識加工過程，以便高效學習和建立知識庫。本研究基于在線學習模型和MOOC設計研究的基礎上[9-10]，嘗試建構了SPOC學習者個性化學習模型，如圖4所示。

個性化學習模型包括個性化學習路徑設計、學習方式設計、整合知識和個性化知識網構建，個性化知識網的建立是整個模型的核心部分。SPOC學習者目標和背景的多樣性決定了學習路徑、學習方式設計和學習結果的多樣性。SPOC學習者的個性化學習過程包括以下四個階段：

（1）活動/學習路徑的選擇：根據學習者自身的目標和原有的學習經歷、背景等，制定虛擬儀器課程學習目標；

（2）學習方式設計：學習者根據自己的學習目的，制定實施學習活動虛擬儀器課程的學習計劃等；

（3）整合知識：學習者對已獲得的課程信息進行重新組織和整理消化，將其整合為對自己有益的知識。在這個過程中，SPOC學習者借助網絡工具、分析工具、學習網絡和共同體進行交互。

（4）個性知識庫創建：學習者根據自己的學習方式、知識整合等進行反思，對整理的知識重新加工與升華，創造出新的知識。在知識庫的創建過程中，學習者之間通過分享和交流教學內容，并互相協助，不斷提升自己的知識。

3.設計多樣化的教學活動

教學活動是授課教師為達到特定的教學目標或效果而進行的學習總和[11]。筆者通過學習眾多學者的觀點、結合SPOC的特點以及學習者的需求，將SPOC翻轉課堂分為課前、課中和課后三個階段，如圖5所示。

（1）課前階段：本階段分兩個方面，即以教師為主體和以學生為主體。以教師為主體時，教師是課程內容及進度的設計者，應先進行網絡平臺的搭建、微課的制作、學生的跟蹤練習、資源的發布和任務的布置等。教師應根據學生具體學習情況，進行微視頻、相關資料查看任務的布置，作業的設計，及在線交流活動的組織。以學生為主體時，根據老師的要求進行在線學習視頻的學習，以及作業和在線交流活動。

（2）課中階段：以學生為主體的教師指導為核心，完成知識技能內化，答疑學生課前的學習內容。在對知識點有一定的認知基礎上，通過與教師的交流，進一步的實踐操作，使知識得到內化，提高學習的質量。對于“翻轉課堂”的教學內容，主要措施有：課堂知識的鞏固練習、提問解答、小組討論、個性化問題的探討和學生之間的交流等。

（3）課后階段：本階段分兩個方面，即以學生為主體和以教師為主體。以學生為主體時，學生在老師的輔助下及小組內和小組間的協作交流下，使知識得到升華。以教師為主體時，通過對學生的課堂表現、教學時間安排、教學方案和教學資源進行評價和討論。

4.多元化的教學評價體系

虛擬儀器課程教學評價主要采用深度學習技術的形成性評價為主和總結性評價為輔相結合的多元化評價體系，即在虛擬儀器課程評定中，采用深度方法對教學過程中產生的歷史數據進行學習，分析出適合學習者個性化的學習模式和個性化教學方式。這種多元化評價體系必須以學生為中心，以教師為主導，教師根據學生在課前階段和課堂階段對學生的實踐項目、課堂表現、學習能力、參與程度和合作精神等做出評估。終結性評價即為傳統評價方式，應有一定的科學性，包括期中考試、期末考試、實驗成績和課程設計成績等。

四、結束語

基于SPOC翻轉課堂模式促使教學實現了以學生為主體、教師為主導的課堂教學理念，相對于傳統教學模式而言，是一次顛覆式創新。筆者應用翻轉課堂模型經過近兩年的實踐教學檢驗，得到了學生和學校的認可與好評。在翻轉課堂模式實施以來，在課程成績上，選修本課程學生比以前傳統教學方式平均成績提高了8個點，參加省級和校級創新創業大賽以虛擬儀器課程為主題，年平均5組成員。如何保證在課前和課后完成對教與學時間的延伸以及課堂的高效性是實現SPOC翻轉課堂模式的難點問題，我們探討如下思路：

1.教學微視頻的錄制好壞是能否吸引學生課前和課后延伸的關鍵。為保證高質量的教學視頻，在錄制教學視頻時教師應考慮知識主題的突出性、互動策略、趣味性等。

2.教師應通過信息技術構建學習支持系統，為學生提供個性化的學習環境，確保學生與學生、學生與教師之間能隨時隨地進行互動交流。

3.采用“過程”和“結果”兩方面結合的多元化學習評價機制。教師對學習過程的評價，需要考慮學生的學習能力和學習成效等多方面的因素，激勵和引導學習者提高學習的興趣。

4.在課堂教學活動的組織方面，教師要真正做到因材施教，需要在課前充分了解學生的學習情況，精心準備和觀察課堂的問與答、學生間的協作討論。

以后將進一步將在SPOC平臺上實現翻轉課堂的研究和實踐，通過多角度、多元化對實施方案評價與分析，為本校其他課程的翻轉課堂教學模式改革提供更好的可借鑒的實施方案。我們同時也看到新的翻轉課堂模式的研究仍處于初始階段，需要深入研究，提高學習者的學習效率，并提升教師自身的教學水平。

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（編輯：郭桂真）