基于SPOC的混合學習教學模式設計與實踐——以“數據結構”課程教學為例

任苗苗，馬 燕，李明勇

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基于SPOC的混合學習教學模式設計與實踐——以“數據結構”課程教學為例

任苗苗1，馬 燕2，李明勇1

(1. 重慶師范大學計算機與信息科學學院，重慶 401331；2. 重慶師范大學研究生院，重慶 401331)

SPOC以其小規模和限制性一定程度彌補了MOOC的缺點，有助于在線學習與傳統課堂的深度融合。文章從SPOC和混合學習的特征出發，對基于SPOC的混合學習優勢進行理論分析，然后設計教學模式，并選取“數據結構”課程進行教學實踐研究，總結實際應用中顯現的優勢，剖析實踐中存在的問題，對基于SPOC的混合學習實踐應用開展進行反思并提出相關建議。

教育技術學；SPOC；MOOC；混合學習；數據結構課程

0 引言

隨著移動互聯網技術的迅猛發展，信息技術與教育的關系越來越緊密，教育信息化已然成為當今教育發展的趨勢。2015年地平線報告曾指出混合學習是目前許多高等教育機構正在探索的模式，將會在未來1-2年內在高等教育中得到廣泛應用[1]。混合學習（Blending Learning）把傳統學習方式的優勢和e-Learning（數字化或網絡化）的優勢結合起來，既發揮教師引導、啟發、監控教學的主導作用，又充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性[2]。小規模私密在線課堂（Small Private Online Course，SPOC）作為一種基于MOOC平臺發展起來的新型教學形態，以其“小規模”和“私密性”將數字資源與傳統課堂深度融合，受到很多高校青睞。利用SPOC進行混合教學，有利于優質資源共享和校本課程的質量提升，促進轉變教學結構。研究從SPOC和混合學習的特征出發，對基于SPOC的混合學習優勢進行理論分析，然后基于計算機學科教學設計教學模式，并選取“數據結構”課程進行教學實踐研究，根據教學效果對基于SPOC的混合學習進行反思并提出相關建議。

1 SPOC和混合學習

1.1 SPOC特征分析

SPOC是Small Private Online Course的簡稱，由阿曼德.福克斯（Armando Fox）教授最早提出，按其字面直譯是“小規模私密在線課堂”[3]。對于MOOC，SPOC不僅是批判和超越，更是繼承和發展。EDX 總裁、麻省理工學院教授阿納特×阿加瓦爾（Anant Agarwal）認為SPOC是實體課堂和MOOC的融合[4]。與MOOC相比，SPOC具有如下特點（見表1）[5][6]。

表1 SPOC與MOOC對比

Tab.1 Comparison of SPOC and MOOC

1.2 混合學習分析

混合學習是指面對面教學和計算機輔助在線學習的結合[7]。混合學習包括學習理論、學習資源、學習環境、學習方式以及評價方式的混合，如表2所示，從這五個方面闡述了混合學習具體的內容。混合學習不是一個泛化的概念，而是具有可操作性的和可行性的[8]。注重以學生為中心，又不忽視教師的主導作用。為了更好地把握混合學習，本研究對教學四要素（教師、學生、教學媒體、教材）在混合學習和傳統學習中的地位和作用進行了對比分析，如表3所示。

1.3 基于SPOC的混合學習優勢分析

傳統教學以教師講授為主，強調知識的系統傳授。基于SPOC的學習主要利用數字資源，注重學生自主知識構建。基于SPOC的混合學習利用SPOC平臺將傳統學習和在線學習有機融合。通過對現有SPOC學習和混合學習研究分析，利用SPOC進行混合學習具有如下優勢。

表2 混合學習內容分析

Tab.2 Content analysis of blending learning

表3 混合學習與傳統學習中教學四要素對比分析

Tab.3 Comparative analysis of four factors between blending learning and traditional learning

1.3.1 注重知識建構，促進協作學習

混合式教學是隨著網絡技術和多媒體的發展產生的一種教學方式。在在線教育發展初期，教學過分注重知識傳遞，重教輕學，忽視學習者互動交流，缺乏教學反饋。隨著技術發展，在線學習添設學生交流互動模塊，增加互動反饋功能，教學并重。然而，在學生體驗方面混合式教學仍然不夠完善，缺乏浸潤式學習體驗。SPOC注重協作學習中教學討論的問題解決，提供有效的教師指導，關注學習者有意義的知識建構。將SPOC引入混合教學，可以很好地改善這一點。

1.3.2 平臺設計人性化，方便師生操作

SPOC在平臺設計方面更加簡單人性化，教師和學生用很少時間便可熟練使用。在課程設計上更加靈活，SPOC提供教學資源共享、多種模式課程模板、課組管理等功能，教師可根據教學環境和學生情況開發教學資源或利用已有教學資源，將已有資源重組或根據學情制定目標性課程內容，減少機械重復的操作。

1.3.3 培養學生自控力，提高學習自覺性

由于我國長期的“填鴨式”教學方式影響，學生自我約束能力差、學習自控能力低的現象明顯，這導致混合學習效果大打折扣。SPOC支持大數據挖掘技術和智能學習分析，教師可通過后臺數據了解學生學習軌跡，倒逼學生認真對待在線學習。此外，利用SPOC提供的學習分析結果，教師可提供更符合學生“最近發展區”的教學支架，從而激發學習者學習熱情，提高學習自覺性。

1.3.4 便于因材施教，促進教學結構變革

在我國各級各類學校教學改革存在的主要問題是側重教學內容、手段和方法的改革，忽視教學結構的改革[9]。SPOC將課程學習人數控制在教師能力范圍之內，并且允許教師靈活地課程設計，加之其支持學習分析技術，利用其進行的教學活動符合學生學習風格，貼合學生需求。通過SPOC平臺教師可為學生提供整合的優質分層教學資源[10]，營造良好的信息化教學環境，充分考慮學生主體地位的同時又發揮了教師主導作用。

2 基于SPOC的混合學習教學模式設計

依據教學系統設計原理以及計算機學科教學的特點，通過分析現有SPOC平臺特點和混合學習特征，設計了以問題為導向的課前、課中、課后一體化的混合學習教學模式[11][12]，如圖1所示。該混合學習模式由四個模塊組成：前端分析，資源建設，教學組織，教學評價。

圖1 基于SPOC的混合學習教學模式

前端分析包括對教學環境、教學對象以及教學內容的分析。通過前端分析，確定部分教學約束條件，為教學資源建設和教學策略抉擇奠定基礎。

資源建設針對傳統教材之外支持SPOC教學平臺的數字資源建設。資源建設分為兩種形式：一種是引進利用已有的優質教學資源；另一種是自建教學資源，自建教學資源包括整合已有的學校資源（如精品課程、微課視頻）和全新的教學課程兩種形式。

教學組織分為教學前準備和混合式教學。教學前準備保證混合教學順利開展，是實施混合教學并使其達到理想效果的前提。混合教學中教師要發揮引導的作用，促進探究合作學習的發生，要分析學習情況及時調整教學。

從傳統角度出發，教學評價可以診斷學生的優勢和不足、監測學生的發展、給學生評定等級、判斷教學效果；從全新的視角看，教學評價影響公眾對于教育效能的看法、有助于評價教師、明確教師的教學目標[13]。有效的評價有助于教學效果提升。除了傳統的形成性評價和總結性評價，為了更全面了解學生學習態度、興趣和價值觀，該模式中引入了非正式評價。

3 基于SPOC的混合學習教學實踐

鑒于“數據結構”課程的特殊性[14]，本研究選取該課程進行基于SPOC的混合學習實踐研究。教學對象為申請了該課程的計算機相關專業的大二學生。

3.1 前端分析

學期開始之前，教師對教學環境、教學對象以及教學內容進行分析。學校校園網完全覆蓋，教室具有可以聯網的多媒體電腦且桌椅擺設固定安裝不可移動，實驗室機房具備上網條件，教師和學生也都有電腦和移動設備（如手機、iPad）而且可以方便的上網，MOOC平臺基本教學功能（具體見圖2）完備，具備基于SPOC的線上學習條件。“數據結構”課程面向計算機及相關專業的本科學生，在學習該課程之前，他們已經學習過“計算機文化基礎”、“C語言程序設計”、“C++面向對象程序設計”、“高等數學”等課程，具備一定的前置課程學習基礎，但是對于較抽象的程序語言知識和數理邏輯問題理解能力仍有待提升。根據教學內容，教師將線性表、串、棧和隊列、數組和廣義表、樹和二叉樹、圖的遍歷等作為課程學習重點，將循環單鏈表和雙鏈表、鏈式棧、循環隊列、Huffman樹、樹的孩子兄弟鏈表實現等作為學習難點。結合課程內容和學生情況，將該課程教學目標設定為：可以復述數據結構基本概念；可以實現并應用數據結構基本運算；會利用算法的基本思想設計程序；學生提高數據抽象能力和復雜程序設計的能力。

圖2 MOOC平臺功能模塊

3.2 資源建設

根據前端分析，構建基于SPOC的教學資源。研究中利用該平臺上的已有的數據結構課程資源。此外，借助微課實驗室提前錄制微學習片段，以二維動畫輔助表現數據結構典例中抽象的空間內存變化。整理數據結構實踐經典應用案例詳細分析教程（以文本形式為主）如停車場的停車管理、儲蓄賬戶查詢系統，案例教程包括項目實際意義、知識要點、設計流程、程序清單以及運行結果，以及網絡優質教學作為學習拓展資源。

3.3 教學組織

為了保證混合式教學順利進行，在教學開始之前，教師向學生介紹該學習平臺，要求學生注冊組建在線教學班級并對學生進行平臺應用培訓，根據學生前置課程學習情況（以相關前置課程學習成績為主要參照標準并輔助咨詢任課教師和輔導員對學生的了解），適當考慮學生意愿，以組內異質、組間同質的原則將學生進行分組（每組人數為5-6人），各小組選取一名組長負責本小組混合學習中的交流討論組織和問題匯總。參照教學大綱和學情制定教學目標生成學習任務單、選取教學材料并發布于平臺之上供學生課前學習（為保證學生及時了解學習任務，教師也可以QQ或微信群聊將教學任務單通知學生）。如下表4所示為“二叉樹”一節的學習設計的任務單。

表4 二叉樹學習任務單

Tab.4 learning task list of binary trees

根據教師發布的任務單，在課堂面對面教學之前學習，學生將遇到的問題在班級討論組先行討論。學習委員將各組問題總結歸類，教師根據學生提交的問題和平臺上的相關數據聚焦課堂教學問題，準備面對面課堂教學支撐材料。

課中教學階段，采用基于拋錨式的小組協作探究方式在面對面課堂環境中開展，具體教學流程如圖3所示。以線性表一節的學習為例：首先老師提出來“學校要開發一個考生報名管理系統，這個系統要實現考生基本信息錄入、考生基本信息查詢、考生考號排序、考生信息修改、考生人數的統計這些功能，如果請同學們設計一個這樣的系統，你會怎么做呢”。然后學生以小組為單位進行任務學習，各小組內每個人負責一個模塊的實現，學生圍繞教師呈現的任務展開學習。在學習過程中，教師給予學生適當幫助，如幫助學生回顧C語言中動態地址分配、空間釋放相關函數，數據結構課程中的結構體的知識等等。學生根據分配的任務學習探究，在學習中學生遇到問題可以組間討論解決，教師負責監督學習過程并向學生提供幫助。待學生設計完后成各小組進行匯報，先完成的小組成員可以申請指導其他組或者自己進行拓展學習。各小組成員對組內成員學習過程學習效果評價，小組之間對彼此學習成果進行效果評定和存疑解答。教師根據學生的任務完成情況和評價結果判斷學習效果，對學生學習情況進行總結點評，對本節課中的知識進行梳理，然后針對課前學生學習的問題進行答疑。

圖3 課堂教學流程

課后，教師請學生獨自將課堂上的報名管理系統的每個模塊都設計出來為接下來的上機課程做好準備。此外，教師在平臺上發布鐵路客運訂票系統的課程設計框架供學有余力的同學參考學習。

3.4 教學評價

由于混合學習線上線下相結合的特性，教學評價采用形成性的過程評價與總結性評價相結合、正式評價與非正式評價相結合的方式。在教學過程中，教師利用MOOC平臺提供的數據，如學生討論情況、視頻觀看情況和課堂討論匯報以及組間和組內互評結果了解學生學習效果。教師除了關注學生知識的學習，還關注學生學習能力和情感的的變化，并對這方面的變化予以欣賞或激勵。學期末，教師根據教學平臺設置的分數比例（如圖4）定量判定學生的在線學習效果。課程考核方式為閉卷考試和開放的綜合課程設計結合。學生總體成績以“在線學習成績+試卷考試成績+課程設計成績+課堂表現成績”綜合計算，各部分占比為2:3:3:2。

圖4 在線學習分數構成

4 效果與反思

4.1 效果分析

4.1.1 有助于學生綜合能力培養

在面對面教學中，教師以問題任務為導向，結合傳統講授、小組協作、探究學習和自主學習等多種形式，教學不再局限于灌輸式的講授，形式更加靈活多樣，學生也不再被動的接受。學習過程中，小組任務分配不僅使學生明確各自任務，也提升了學生的組織能力。問題探究過程中，通過主動思考使自身原有圖式主動得到同化或順應，積極構建知識結構，提升學習能力。成果匯報和組間組內評價使學生課堂交流更加活躍，學習興趣更加濃厚，對學生探索鉆研、語言組織能力和自我表達能力的提升有正面的促進作用。

4.1.2 促進師生關系的良性發展

教師改變唯以成績論英雄的評價方式，從學習興趣、學習態度、學習能力、創新能力等多維度評價學生。教師對學生日常學習的肯定、學習態度的認同反向促進學生對教師教學成果的肯定。客觀全面的評價，學生更樂于接受教師的建議，更主動向教師表露自己的情感態度，分享學習中遇到的疑惑問題。學生與教師有效的溝通，也使教師更了解學生學習狀態和學習需求，教師學習進度安排和調整更加有針對性，促進產生良好的教學效果。

4.1.3 促進學習遷移和實踐的應用

教師將現實案例融合進入課堂知識學習，學習不再限于枯燥的識記理解，注重問題研討和學生思考，鍛煉了學生解決問題的思維能力。任務結束后的知識梳理幫助學生進一步厘清知識，促進新舊知識關聯建構。課后的拓展性資源和課堂內容緊密結合又有所差別，滿足學有余力的同學需求，促進課程知識在實際中的應用遷移。

雖然采用這種形式學習有一定優點，但也存在若干需要進一步解決的問題：

4.1.4 線上學習效果難以保證

對于線上互動交流，由于視頻以內容型講授為主，學生多需要概念接受，對于難度較大的問題，在缺乏教師引導的情況下很難熱烈討論。部分同學認為課堂教師會講授問題，對線上討論熱情不高。對于線上課前自學，個別同學由于種種原因并未完成該部分學習，導致線下課堂學習吃力，學習效果不盡人意。

4.1.5 在線學習問題解決不及時

在線教學中，教師花費了很大精力在有效時間段解決同學問題。由于學生在線學習時間無法固定，在學習中遇到難題在線提問時，同學教師仍然無法全部及時回復，而學習中的問題無法及時解決導致學生在線學習進度緩慢，影響在線學習積極性和學習效果。

4.1.6 教學資源設計有待提高

教學目標設定雖已劃分層次，教學內容遵循微課“短小精悍”的設計原則，但學習內容多以Camtasia Studio錄制PPT為主，知識呈現雖盡可能重構知識，但依舊未擺脫傳統教學思維限制，表現形式略顯乏味。

4.1.7 平臺數據分析不完善

混合學習中的課前導學和課后鞏固與拓展都是在MOOC平臺上進行的。教師無法全程監督學生學習過程，雖然該平臺提供基本的學習分析，但是缺少細致的學習數據，如學生學習時間段、觀看資源的重復區間。

4.2 教學建議

綜合教學取得的成效和課堂出現的問題，我們為基于SPOC的混合教學提出如下建議：

4.2.1 加強數字資源質量建設，增強在線學習吸引力

教學資源質量很大程度上影響混合學習效果。精致的學習資源可以吸引學生注意力，提高學習興趣和效率，提升學習體驗效果。在資源開發時，教師可根據自身情況與教育技術人員合作，教師著重教學資源腳本設計，教育技術人員側重于教學資源實現。在表現形式上，在保證知識準確的前提下要盡可能多樣化，除了PPT錄屏、課堂實錄視頻，也可以增加動畫提示[14]、操作演示，此外，還要注意色彩調配和音視頻剪輯的銜接性。

4.2.2 加強學習過程監督，提升學習監控力

學習中，教師將主動權賦予學生，這就要求學生有很好的自我學習能力。但是，學習者的自我監控能力卻很難保證，因此，在教學過程中，要加強外部學習監控，進而促使學生養成自我監控習慣。在平臺建設上，建議學習分析數據更加精細化，不僅要有學生的筆記、簽到、發帖數據，還要有視頻播放量和重播視頻段統計數據，詳細記錄學生線上學習軌跡。

在教學方面，建議有能力的助教參與線上教學活動，針對學生遇到的難題及時給予回答，對學生討論發帖跟蹤回復，及時了解學習動態，以便教師更有針對性的組織課堂互動，從而促進提升學習積極性和學習效果。

4.2.3 引入多種評價方式，重視綜合能力培養

與傳統學習只重視考試結果不同，混合學習中的教學方式和學習過程更加多元化，教學效果不僅有學業成績考核，還包括學生綜合素質考評。因此在教學評價時，除了關注學習結果，學習過程也不可忽略，要注重學習過程中學習態度、學習能力、探索能力、組織交流能力、應用能力的考評，運用多種手段從多個方面客觀綜合的評價學習效果。

5 結語

本文在分析基于SPOC的混合學習優勢的基礎上，設計了以問題為導向的課前、課中、課后一體化的混合學習教學模式，并在數據結構課程中進行實踐。實踐表明，對于計算機專業課程教學，混合學習對學生綜合能力、師生關系以及學習遷移和應用方面具有促進作用，而線上學習效果、問題解決及時性、資源設計以及數據分析仍然需要進一步提升。在進行混合學習時，應在加強資源質量的前提下有針對性提高資源吸引力，注重學習過程監督，提升學習監控力，通過多種評價方式促進學生綜合能力培養。

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Design A Teaching Model Design and Practical Study of Blending Learning Based on SPOC——Taking Data Structure Course Teaching As an Example

REN Miao-miao1, Ma Yan2, Li Ming-yong1

(1. College of Computer and Information Science, Chongqing Normal University, Chongqing 401331, China; 2. Graduate School of Chongqing Normal University, Chongqing 401331, China)

SPOC, to some degree, makes up for the shortcomings of MOOC, with its small-scale and privacy, which helps deep integration of online learning and traditional classroom. This paper, starting from the characteristics of SPOC and blending learning, analyzed the advantages of blending learning based on SPOC. Then, designed teaching mode, and carried on a practice research taking data structure course teaching as an object to make a teaching practical study. Finally, summed up the advantages in practical application, analyzed the problems, and put forwards recommendations on the practice and application of blended learning based on SPOC by reflection.

Instructional Technology; SPOC; MOOC; Blending learning; Data structure course

TP311.12; G434

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.04.003

重慶市教委研究生教改重大項目“重慶市研究生創新創業實踐教育研究”(Yjg151007)；重慶市研究生教改項目“基于課題驅動、校企導師協作的全日制工程碩士實踐能力培養的研究與實踐”(項目編號：yjg143091)；重慶市教委科技項目“基于Hadoop+Mahout的教育大數據個性化資源推薦的研究及實現”(項目編號：KJ1500320)

任苗苗(1992-)，女，在讀碩士研究生，主要研究方向為教育技術前沿理論研究與新媒體技術應用；馬燕(1960-)，男，博士，教授，重慶師范大學研究生院院長，主要研究方向為人工智能、社會計算、現代教育技術等；李明勇(1979-)，男，在讀博士，副教授，主要研究方向為教育大數據。

本文著錄格式：任苗苗，馬燕，李明勇. 基于SPOC的混合學習教學模式設計與實踐——以“數據結構”課程教學為例[J]. 軟件，2017，38（4）：12-17