基于SPOC的“自動控制元件”翻轉(zhuǎn)課堂實踐研究

張敬南　姚緒梁　彭輝

摘 ? ?要：文章依托小規(guī)模在線教學(xué)資源平臺對“自動控制元件”課程進行了翻轉(zhuǎn)課堂的實踐研究。在線教學(xué)資源的設(shè)計要考慮到學(xué)習(xí)者對碎片化時間的利用，學(xué)習(xí)者在計算機或者移動終端完成實驗平臺與基本理論的學(xué)習(xí)、研討過程，并在實驗室翻轉(zhuǎn)課堂環(huán)境下進行操作技能與實踐能力的鍛煉，實現(xiàn)了實驗教學(xué)效果的改善及實驗教育教學(xué)資源的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：SPOC;自動控制元件;翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642.3 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2019）11-0037-02

“自動控制元件”課程存在知識瑣碎、教學(xué)內(nèi)容抽象、實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容多、實驗教學(xué)比重大等現(xiàn)象。由于空間和時間的限制，學(xué)生在傳統(tǒng)的課堂和實驗教學(xué)方式下，存在知識掌握不夠深入、實踐效果差等問題，難以達成學(xué)生對解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的需求。薩爾曼·可汗于2011年詳細介紹了“翻轉(zhuǎn)課堂”（Flipped Classroom）教學(xué)模式，使得這一新型教學(xué)模式開始備受關(guān)注[1-3]。而借助現(xiàn)代信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)平臺為支撐的小規(guī)模在線課程（Small Private Online Course，簡稱SPOC）能夠與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相融合，有效地輔助課堂教學(xué)[4-6]。由于采用SPOC形式，學(xué)習(xí)資源是針對在校學(xué)生進行設(shè)置，能夠更好實現(xiàn)網(wǎng)上資源與校內(nèi)實驗資源的搭配。任課教師通過SPOC教學(xué)平臺為學(xué)生提供翻轉(zhuǎn)課堂需要的教學(xué)視頻資源以及在線交流環(huán)境;學(xué)生利用課余的碎片化時間通過計算機或移動終端參與到教學(xué)活動中，并通過課堂或?qū)嶒炇疫M行的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過程實現(xiàn)學(xué)生主動性和創(chuàng)造性的調(diào)動，改變了教師的教學(xué)方式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。

一、課程SPOC資源現(xiàn)狀

“愛課程”網(wǎng)是教育部、財政部“十二五”期間啟動實施的“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”支持建設(shè)的高等教育課程資源共享平臺。該網(wǎng)站的“中國大學(xué)MOOC”對上傳的課程資源進行運行、更新、維護和管理。網(wǎng)站利用現(xiàn)代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為課程提供 “教”和“學(xué)”功能。任課教師通過對“自動控制元件”課程進行的免費申請，獲得SPOC教學(xué)資源的上傳和管理資格。

哈爾濱工程大學(xué)“自動控制元件”課程包括了理論課程40學(xué)時，實驗環(huán)節(jié)16學(xué)時，分割知識點有100余個，都錄制成視頻上線運行顯然不切實際?？紤]到翻轉(zhuǎn)課堂的特點，僅將原理性知識、實驗認知、實驗操作等基礎(chǔ)知識作為SPOC上線視頻。學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識后，再將具有一定難度的實驗調(diào)試、運行、實驗分析等內(nèi)容通過見面課和實驗指導(dǎo)的形式完成?！白詣涌刂圃睂嶒灲虒W(xué)內(nèi)容如表1所示。

表1 ?實驗教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配

教學(xué)視頻資源支撐了實驗教學(xué)環(huán)節(jié)需要的理論基礎(chǔ)、實驗平臺介紹和實驗操作介紹?？紤]到本校學(xué)生課余時間的實際情況、移動終端學(xué)習(xí)的特點，對本課程的翻轉(zhuǎn)教學(xué)設(shè)計定位于學(xué)習(xí)者通過移動終端利用課余“碎片化”時間完成自主學(xué)習(xí)，將每個知識點的教學(xué)視頻控制在15分鐘以內(nèi)。被碎片化的教學(xué)視頻設(shè)計內(nèi)容包括了34個。

SPOC網(wǎng)站的教學(xué)視頻為學(xué)生提供了完整的學(xué)習(xí)資源;同時，SPOC教學(xué)平臺為課程提供了討論答疑區(qū)，為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)提供了良好的交流平臺。完善的SPOC資源與學(xué)習(xí)環(huán)境成為實現(xiàn)“自動控制元件”實驗教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂的必要條件。

二、 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型的設(shè)計與實踐

（一）翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模型與教學(xué)設(shè)計

基于SPOC教學(xué)平臺“自動控制元件”翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模型是基于傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境與SPOC教學(xué)平臺構(gòu)建的，屬于基于導(dǎo)學(xué)案的前置學(xué)習(xí)形式，采用了“先學(xué)后教”的理念實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)教學(xué)的流程[7]。主要由課前、課中及課后三階段組成[8]。學(xué)生通過SPOC教學(xué)視頻實現(xiàn)了課前學(xué)習(xí)，主要用于對理論知識、實驗裝置、實驗過程的掌握和了解;學(xué)生通過8次教師見面課完成了各個單元的導(dǎo)學(xué)和學(xué)生所遇問題的研討;通過6次實驗室翻轉(zhuǎn)課堂完成了安全教育、實驗接線、實驗結(jié)果驗證和分析。

基于SPOC教學(xué)平臺“自動控制元件”翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模型的3個階段的教學(xué)設(shè)計如下所述。

1.課前階段。（1）教師：將導(dǎo)學(xué)案、教學(xué)PPT和SPOC視頻資源提供給學(xué)生，讓每個學(xué)生能有足夠多的學(xué)習(xí)時間。將慕課教學(xué)平臺提供的答疑功能作為教師與學(xué)生的交流平臺，幫助學(xué)生依據(jù)導(dǎo)學(xué)案和SPOC視頻實現(xiàn)自學(xué)并練習(xí)。（2）學(xué)生：通過SPOC平臺資源進行基本理論、實驗平臺認識、基本操作流程的學(xué)習(xí);通過SPOC論壇與教師互動，完成答疑解惑。（3）教師：結(jié)合學(xué)生遇到的問題，通過SPOC平臺發(fā)布作業(yè)和實驗要求。（4）學(xué)生：根據(jù)作業(yè)和實驗要求，以小組形式完成設(shè)計、計算或分析工作，以及實驗前的準備工作。

在課前階段強調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)進度，教師要通過學(xué)生進度統(tǒng)計、單元測試和論壇提問等形式監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)進度，并做出督促措施。

2.課中階段。（1）學(xué)生：通過小組的形式，針對作業(yè)進行匯報與研討;針對具體實驗進行實驗操作、現(xiàn)象觀察與數(shù)據(jù)獲取。（2）教師：針對學(xué)生對作業(yè)的設(shè)計、計算與分析結(jié)果，實驗操作、數(shù)據(jù)處理與分析情況給出評價，促進學(xué)生形成系統(tǒng)的認知，明確典型自動控制元件的原理與應(yīng)用。

在課中階段主要強調(diào)小組的討論與協(xié)作，解決課前遇到的問題，并且通過完成作業(yè)進行實踐練習(xí)，將所學(xué)到的東西應(yīng)用到實踐中。這樣可以極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，可以促進學(xué)生對知識和操作技能的掌握。

3.課后階段。（1）學(xué)生：結(jié)合課后思考題對所學(xué)知識和實驗效果進行分析總結(jié)。（2）教師：依據(jù)學(xué)生對思考題的回答情況和實驗報告情況給出評價。

課程組結(jié)合教學(xué)過程和教學(xué)結(jié)果進行教學(xué)評價，并將評價意見和學(xué)習(xí)建議反饋給教師和學(xué)生，以便在下一個教學(xué)環(huán)節(jié)或過程中加以改進。

（二）基于SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂實踐效果分析

哈爾濱工程大學(xué)于2016年5月開始了基于SPOC的“自動控制元件”翻轉(zhuǎn)課堂實踐，由于反響良好，已運作3個周期并將持續(xù)下去。在2018年度教學(xué)中，共計378名學(xué)生注冊學(xué)習(xí)，根據(jù)慕課視頻學(xué)習(xí)人數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，慕課視頻人均受益率高于75%。由于學(xué)習(xí)過程中鼓勵個人獨立學(xué)習(xí)和多人協(xié)作學(xué)習(xí)的個性化學(xué)習(xí)過程，存在多人共同觀看同一視頻情況，所以受益率應(yīng)該更高。

任課教師在見面課中明顯感覺出學(xué)生具備更加扎實的基礎(chǔ)。一些學(xué)生表現(xiàn)出了往年學(xué)生所沒有體現(xiàn)出的認識深度，提出的相關(guān)問題也比較深入，說明這些學(xué)生很好地利用了碎片化課余時間和SPOC教學(xué)平臺。在知識點測試上也表現(xiàn)出較強的知識應(yīng)用能力。對比近年來“自動控制元件”課程期末測試（試題難度相當(dāng)）情況，2015年及格率為82.2%;2016年首次應(yīng)用基于SPOC翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式后及格率達到89.4%;2017年和2018年分別為88.5%和90.6%。顯然從期末測試成績上觀察培養(yǎng)效果，還是有明顯的作用。

實驗指導(dǎo)教師對學(xué)生在實驗中的表現(xiàn)也給予了較高的贊許，認為學(xué)生普遍對實驗系統(tǒng)很熟悉，能夠在較短的實驗時間獲得較大的實驗效果。與以往實驗過程相比較，學(xué)生遇到問題有了更強的分析能力，不再是遇到困難只知道求助于指導(dǎo)教師，并且能夠提出一些新的問題與指導(dǎo)教師交流。顯然，在較好地掌握理論知識的前提下，學(xué)生積極探索的科學(xué)精神得到培養(yǎng)。

三、結(jié)論

“自動控制元件”課程組對SPOC教學(xué)平臺和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實踐的研究，為新形勢下課程教學(xué)模式的探索提供了新的途徑和寶貴經(jīng)驗。（1）采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式利用了學(xué)生課余的碎片化時間，為學(xué)生的眾多閑暇時間被利用提供了可行性。（2）翻轉(zhuǎn)課堂過程調(diào)動了學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，為打造出具備研究能力、創(chuàng)新能力的專業(yè)人才提供了可行性。（3）在知識量增加、學(xué)時縮減的現(xiàn)代教學(xué)體系中，可以有效解決傳統(tǒng)課堂教學(xué)無法實現(xiàn)所有需要掌握的知識內(nèi)容在課堂中進行完整講解的問題。（4）學(xué)生能夠根據(jù)自身特點自主把握學(xué)習(xí)進度，能夠有效改進傳統(tǒng)課堂教學(xué)難以顧及因?qū)W生領(lǐng)悟能力不同而導(dǎo)致知識掌握過饑過飽現(xiàn)象，為因材施教提供了可行性。

綜上，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是能夠滿足知識量提升而理論學(xué)時縮減、具有創(chuàng)新意識高素質(zhì)人才培養(yǎng)、個性化學(xué)習(xí)要求的一種教學(xué)模式。

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