《微機原理與接口技術(shù)》混合課堂建設與思考

賈小云 田延安 王長浩

本文為2017年陜西省高等教育MOOC中心在線課程轉(zhuǎn)化教改項目（17MZ08）

【摘 要】 本文依托陜西省高等教育MOOC中心2017年SPOC定制項目“《微機原理與接口技術(shù)》MOOC（SPOC）+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學實踐項目，從傳統(tǒng)教學模式和混合課堂的優(yōu)缺點入手，分析了項目實施的必要性、迫切性;從SPOC資源建設、翻轉(zhuǎn)課堂實施方案、即時通訊工具QQ群配合課堂教學等方面入手，詳細介紹了教學改革的思路、實踐過程;從與其他平行班級的對比入手，以學生問卷和考試成績的實際效果，總結(jié)了項目的突出成效和進一步推進的必要性。

【關(guān)鍵詞】 MOOC;SPOC;微機原理與接口技術(shù);混合課堂

一、前言

陜西科技大學電氣與信息工程學院共有10個專業(yè)近千名同學，培養(yǎng)計劃于第7學期開設《微機原理與接口技術(shù)》。該課程培養(yǎng)學生理解微型計算機，掌握其基本組成、工作原理、輸入輸出控制方法等內(nèi)容，并深刻理解微機系統(tǒng)整體概念，提升學習和應用的興趣和技能，能夠進行初步的軟硬件開發(fā)的能力。混合課堂的研究目的，是針對之前課程教學普遍存在的教學任務重、學生學習目標不明確、學習積極性不高、學習能力差、厭學等問題，改變傳統(tǒng)課堂”老師教、學生聽”的教學模式，引入多樣化的教學實踐。2016年12月，課程團隊申報了“《微機原理與接口技術(shù)》MOOC（SPOC）+翻轉(zhuǎn)課堂”的項目，獲得了“2017年陜西省高等教育MOOC中心在線課程轉(zhuǎn)化教改研究項目”批準。

在線開放課程MOOC是通過互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與教育的全面、深度結(jié)合引起了一場教育變革，[1]具有大規(guī)模、完全開放、完全在線等特征，可以近距離實現(xiàn)接觸“名校、名師、名課”的優(yōu)秀教學資源。但MOOC的大規(guī)模特性，使師生之間難以互動，容易引發(fā)質(zhì)量危機。

按照項目研究設計，翻轉(zhuǎn)課堂作為一種“學習知識在課外，內(nèi)化知識在課堂”的新型教學模式，與傳統(tǒng)的教學過程相結(jié)合的混合課堂可以達到更好的效果。混合課堂的理念符合SPOC模式的特點，兩者的結(jié)合能有效避免傳統(tǒng)教育中學習內(nèi)容的強制性和思維過程的依賴性，使學生的協(xié)作能力和創(chuàng)新能力較傳統(tǒng)課堂有了更大的提升空間。

二、MOOC（SPOC）+翻轉(zhuǎn)課堂的實施

1、《微機原理與接口技術(shù)》MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂教學模式構(gòu)建

翻轉(zhuǎn)課堂的SPOC模式可為學生提供優(yōu)質(zhì)的教學資源，通過數(shù)據(jù)分析，全方位地了解每個學生的學習情況，開展個性化的交互輔導，在相互協(xié)作的學習過程中全程提供學習支持。課題組結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的特點，構(gòu)建了SPOC教學模式，如圖1所示。

圖1 翻轉(zhuǎn)課堂的SPOC教學模式

2、《微機原理與接口技術(shù)》混合教學實踐

《微機原理與接口技術(shù)》混合教學實踐按SPOC教學模式展開。

資源組織以教學大綱為框架合理劃分線上線下教學任務。在 SPOC 模式中，學生的課外自主學習是必要環(huán)節(jié)，而如何為學生提供一個學習資料充足、知識結(jié)構(gòu)清晰的自主學習平臺，是教學設計者需要考慮的重點問題。我們設計了5個部分的線上學習和6次翻轉(zhuǎn)課堂如圖1所示，其余全部線下教學。

在傳統(tǒng)教學中，教師往往按照教材的編排順序進行線性教學;而在 SPOC 模式下，教師要打破固有的線性教學模式，將理論教學與實踐教學緊密融合，把整合后的知識點分解為若干個工作任務，以任務驅(qū)動為核心，建立相關(guān)的工作任務列表。[2]比如在微機系統(tǒng)概述學習中，要求同學們完成兩項任務：討論主題“為新生配置一臺計算機”考查微機的硬件組成和微機系統(tǒng)概念的理解;主題討論“INTEL微處理器家族”考查對日新月異硬件的發(fā)展歷程和目前的發(fā)展狀況與趨勢的了解;“我與匯編語言的故事”讓大家學習了完成匯編程序設計后，講講體會與發(fā)現(xiàn)，更深入學習匯編程序設計等等，教學內(nèi)容和教學目標巧妙地隱含其中，并根據(jù)任務開展的需要對教學內(nèi)容進行重新調(diào)整和優(yōu)化，理順各知識點之間的關(guān)聯(lián)性，設計一些知識競賽小游戲，使 SPOC 模式下的課堂教學環(huán)節(jié)更加富有挑戰(zhàn)性，學生的學習積極性也能得到有效激發(fā)。

整合SPOC 微視頻，設計視頻中斷題目。線上重點主要為概念引入、闡述解釋、典型實例、知識總結(jié)等教學關(guān)鍵環(huán)節(jié)，使學生能較為系統(tǒng)地完成一個知識點的學習內(nèi)化。對于較復雜、視頻時長大于8分鐘的知識點，我們適當?shù)卦O計了一些小問題中斷視頻學習，加深細微知識點的回顧，刺激學生關(guān)注度，在問題回答完畢后繼續(xù)觀看視頻課程。

SPOC課堂采用“視頻+作業(yè)+翻轉(zhuǎn)課堂”的形式開展學習，學生課前學習任務包括三個環(huán)節(jié)。第一，課前在線認知。在這個階段，課程組在課程優(yōu)化教學資源的基礎上，提前一周發(fā)布課程任務——學習視頻、測試題目、調(diào)查問卷、線下課堂分組討論題目等工作，同時在QQ群營造學習氣氛、發(fā)布學習數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況，線上資料發(fā)布預告等手段督促學習效果。第二，提交線上作業(yè)。作業(yè)即與教學視頻相關(guān)的配套練習，學生完成作業(yè)后將作業(yè)提交給自動評分系統(tǒng)。我們對作業(yè)進行了精心的設計，以期能實現(xiàn)既保證學習任務又不打擊積極性的原則，合理設計難度，在線下課堂或者QQ群實施調(diào)查。第三，調(diào)查解決主要矛盾。通過了解學生的學習狀況，以便設計出更有針對性的課堂教學活動。調(diào)查內(nèi)容包括對各個知識點的掌握程度、目前尚存的難點、感興趣的相關(guān)知識等。

實踐中的線下進階任務主要分四部分，一是查閱發(fā)展前沿，拓展視野以便提升討論主題的質(zhì)量;二是通過QQ作業(yè)布置，按周通過QQ照片的形式提交批改;三是就一些碎片化的知識引導學生做思維導圖，以便梳理知識點深入理解系統(tǒng)內(nèi)容;四是在翻轉(zhuǎn)課堂上提倡學生積極研討，各組間展開辯論，組間總結(jié)并互相評價，各組做總結(jié)發(fā)言，討論主題成果展示評獎發(fā)獎等環(huán)節(jié)刺激學習熱情，提高學習質(zhì)量。課程組針對SPOC翻轉(zhuǎn)課堂內(nèi)容設計了6個討論主題，學生可以根據(jù)自己的實際情況，以學習小組為單位開展討論組織內(nèi)容在翻轉(zhuǎn)課堂上予以展示。小組同學通過線上研究討論、線下協(xié)作實踐等方式來完成;教師根據(jù)學生展示和協(xié)作討論的交流記錄，進行課堂點評;學生將最終完成的實踐成果，以圖形、文字、動畫、視頻等多種形式在課堂上展示。我們將實施班級分為3人一組共7組展開討論與答辨，教師現(xiàn)場主持、引導和進行必要的解惑工作，把問題在課堂上消化。

過程支持模塊對于在SPOC模式下開展課外自主式學習的大學生來說，必須有學習過程支撐，這將直接影響到自主學習能否持續(xù)、有效地開展。適當做思維導圖增加知識點關(guān)聯(lián)。《微機原理與接口技術(shù)》課程知識點零碎繁雜而且邏輯關(guān)聯(lián)不大。在學生自主學習過程中容易對知識點造成機械的記憶，容易遺忘也使得學習過程枯燥容易厭倦。而思維導圖的使用可以較好地避免這種情況的發(fā)生。

學習分析是以評估學業(yè)成就、預測未來表現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)潛在問題為目的，對學生產(chǎn)生和收集的大量數(shù)據(jù)進行闡釋的過程。在SPOC模式下，通過學習分析，對這些數(shù)據(jù)進行測量、收集和分析，挖掘出學習者的特征、學習需求、自主學習規(guī)律、交互行為模式等，并以此為學生定制個性化的學習策略和學習方法，改進教學計劃，優(yōu)化教學效果。

SPOC教學提供學習數(shù)據(jù)統(tǒng)計、課程數(shù)據(jù)統(tǒng)計、學生成績管理、學習行為分析等功能。便于課程組及時了解學生學習狀態(tài)、學習效果、學習態(tài)度和學習風格以及學習效果。將教學重心由“教”的怎么樣轉(zhuǎn)移到了“學”的怎么樣上，真正關(guān)注了教學效果。另外也可以對學習者學習行為進行分析，在傳統(tǒng)課堂中，教師可以直接對學生在教學過程中的學習行為進行“監(jiān)控”。課程教學實踐中，憑借教學數(shù)據(jù)與學習行為分析，課程組通過QQ群發(fā)或公告的形式完成教學實踐的全過程管理。

3、《微機原理與接口技術(shù)》混合課堂教學考核

在課程建設期間，考慮到學習過程的特點，課程組設計的期末考核比例：線上學習數(shù)據(jù)占10%，線上測試成績5%，翻轉(zhuǎn)課堂（5%）以及傳統(tǒng)課堂（5%），而線下實驗室實驗過程以及實驗報告等占20%，期末考試占55%。這一比例的設置一方面考慮新模式的特點，又考慮學生日后的獎學金評定和優(yōu)秀研究生生源計劃等公平性問題，既保證考核機制內(nèi)容全面性，還實現(xiàn)了學習考核評價的科學性和公正性。

三、《微機原理與接口技術(shù)》混合課堂的主要特色

教學中引入現(xiàn)代教學模式，取得了較好效果，特別是混合課堂的效果最好。這種課堂教學模式的主要特色突出了以下幾點。

1、實現(xiàn)教學資源融合

在教學準備階段，一方面組織學生認識MOOC平臺，使用MOOC課堂，開展網(wǎng)上主題討論，打破了學校課堂局限。另一方面課程團隊實施課程建設，認真篩選調(diào)整視頻資源，精心策劃課堂翻轉(zhuǎn)主題，整合周測試題，使SPOC課堂更契合我院教學實際。

2、教學實踐飽滿富有成效

教學過程發(fā)布教學內(nèi)容61講，單元測試10次，設計翻轉(zhuǎn)課堂6次，線下作業(yè)6次，思維導圖2次、線上討論幾十次。教學中分組討論，合作完成每次翻轉(zhuǎn)課堂的分享及討論、知識小游戲等，小組競爭綜合評獎，營造積極歡樂的學習氛圍。其中微機硬件結(jié)構(gòu)之為新生配置新電腦、日新月異的微處理器家族、我與匯編語言的故事、存儲器的前世今生、我要更大的內(nèi)存、I/O接口的那些事兒等翻轉(zhuǎn)主題，緊密結(jié)合課本，又不拘泥于課本，既讓學生回顧發(fā)展歷史又探索技術(shù)前沿，既理解原理又聯(lián)系生活實際，學以致用，學生很有成就感。

3、實現(xiàn)全過程管控

從教學前的SPOC公告、郵件通知模式下發(fā)，到課程QQ群公布，從QQ公告中明確說明教學重難點及注意事項，需要預習、討論的難重點，到教學后三種習題（隨機課堂練習、SPOC周測試和每2周QQ作業(yè)群發(fā)）以及SPOC視頻數(shù)量和時長等數(shù)據(jù)統(tǒng)計及獎懲，實現(xiàn)全過程管理，激勵了學習熱情，保證了學習質(zhì)量。

4、學習評價更科學富有引導性公正性

傳統(tǒng)課堂期末總評，平時分10%，實驗20%，期末考試70%。混合課堂期末考試55%，平時線上線下占25%，既保證調(diào)動學生線上學習狀態(tài)持續(xù)性，又保證了學習內(nèi)容全面性，還實現(xiàn)了學習考核評價的科學性。期末的調(diào)查問卷也收到滿意的效果，其中喜歡混合課堂的學生占71%，認為混合課堂對自身學習的能力提高有幫助的占67%。

四、結(jié)語

混合課堂教學實踐歷時一學期，收到了良好的教學效果，實現(xiàn)了傳統(tǒng)教學方式的改變，增強了學生學習興趣和課堂參與意識。課堂上通過內(nèi)容回顧、課堂游戲、知識拓展和專題討論等環(huán)節(jié)，學生參與度與參與熱情顯著提高;專題討論和演講，學生們有精彩的主題、奇妙的創(chuàng)意，激發(fā)了學習熱情，又增加了對知識點的獨到理解，提高了教學質(zhì)量。這次教學實踐，課堂教學效果、學生自主學習態(tài)度、參與熱情、學生調(diào)查問卷等方面，均取得了令人欣喜的效果，期末考試成績理想，這種課堂模式將會在我們的教學中繼續(xù)實踐推廣。

【參考文獻】

[1] 黃嵐，袁鋼等.基于 SPOC 理念的計算機組成原理課程互動教學研究[J].計算機教育，2015.13.15-18.

[2] 王盛.基于翻轉(zhuǎn)課堂的高校SPOC模式構(gòu)建[J].現(xiàn)代教育，2016.10.100-105.

【作者簡介】

賈小云（1971—），副教授，碩士，研究方向：圖形圖像處理，軟件工程.

田延安（1978.10—），陜西科技大學講師，研究方向：模式識別.

王長浩（1980.10—），陜西科技大學講師，研究方向：深度學習.