基于SPOC與翻轉課堂耦合模式的新能源材料與器件專業實驗教學研究

曹賽男

(南京工業大學 能源科學與工程學院，江蘇 南京 211816)

新能源材料與器件專業是一門化學、材料、電子以及物理等學科交叉的綜合性專業，和工程實際結合十分緊密，具有非常強的實踐性。實踐實驗教學在其專業教學工作中占有重要地位，對于新能源專業型技術人才的培養起著重要作用，有利于培養本科生把理論知識與生產實踐相結合，在實際應用中具有創新能力、分析和解決問題能力。

SPOC(Small Private Online Course)是一種將課堂教學與在線教學相結合的新型混合學習模式，主要特點是小規模、少數人、具有限制性[1]。其不僅融合了MOOC慕課的優點，而且彌補了傳統教育模式的不足。它有效地解決了傳統課堂被空間與時間所限的難題，并且對于學生課堂之外的自主學習能夠進行有效的引導和監督。SPOC具體的教學思路為老師在正式上課前根據教學大綱，提前向學生發布相關教學視頻材料，布置有關作業，并組織學生在網上進行討論。學生在老師的引導下完成觀看視頻、作業和討論等任務。等到正式課堂授課時，老師解答學生在網絡學習過程中遇到的問題，再進行課堂檢測。

翻轉課堂(Flipping Classroom)教學方法的核心是將兩個學習過程——知識傳授和知識內化進行反轉:即學生前置課外自主學習+課堂答疑、師生相互交流、討論互動式教學[2]。翻轉課堂能夠解決實驗課堂時間不夠，無法將理論與實驗一起講授的問題。老師可以在課前將理論性的實驗原理、實驗內容以及學生課前需要熟悉的實驗操作等采用ppt、word等形式上傳到課程網絡平臺，讓學生提前預習。實驗課堂上老師再進行重點答疑、內容深入，學生動手操作。

為了綜合SPOC和翻轉課堂各自不同的優勢，國內外對于“SPOC + 翻轉課堂”的二元耦合教學模式進行了一定的研究[1-4]。但是，新能源材料與器件專業的建設起步較晚，仍處于探索階段，沒有現成的經驗能夠借鑒。將“SPOC + 翻轉課堂”教學方法應用于新能源材料與器件專業實驗的案例鮮有報道。因此，本文將探討如何將“SPOC + 翻轉課堂”耦合教學新模式引入到新能源材料與器件專業實驗教學中。對傳統實驗教學方法進行改革，進一步激發學生對于學習的興趣，有利于培養優秀的新能源材料與器件專業創新創業型人才。

2 實驗教學中現存的問題

新能源材料與器件專業現有的實驗教學效果不甚理想，經分析主要是以下原因造成(如圖1所示)：

圖1 影響實驗教學效果的主要原因

(1)教學模式缺乏創新。實驗教學傳統模式為老師在課堂上講解實驗原理以及具體實驗操作過程，接著再由教師進行演示操作，然后學生“依葫蘆畫瓢”機械式模仿操作得到實驗報告[5]。在教學實施過程中，基本上學生都沒有參與到實際的設計環節來，依舊停留在“參照做”的階段。教師預先設定好實驗目的、實驗內容以及具體的實驗步驟，學生無須深入分析實驗原理，完全不需要自己思考就能進行實驗。學生分析、解決問題的能力得不到培養。

(2)教學內容不完善。實驗課程內容單一，以驗證演示性實驗居多，缺乏創新性、綜合設計性實驗[6]。驗證演示性實驗是一種較淺層次的實驗教學活動，學生在實驗過程中只要按照老師給出的實驗步驟進行測試，就能夠獲得預期的實驗結果，而對于各種物理參數的意義、取得的實驗數據的優劣沒有真正理解，只動手卻不動腦的現象嚴重。整個實驗教學過程缺少能讓學生獨立思考的環節，無法調動學生的學習興趣，學生的自主學習能力以及實踐創新能力得不到鍛煉。而且有部分昂貴的實驗儀器數量很少，學生甚至不能全部操作儀器，需要分組選少數學生作為代表進行操作，其他同學只能在一旁觀摩。

(3)學生缺乏實驗基礎知識，沒有認真完成實驗課程。學生只重視學習理論知識，忽視了將所學理論知識應用于實踐的重要性。

(4)實驗時間安排不合理。受限于大學傳統的課程時間安排，每個實驗項目也都像普通理論課一樣只有2個學時。老師需要在這么短的時間內完成實驗目的、原理以及實驗內容講解，操作演示，然后讓學生完成規定操作已經非常匆忙，根本無法再進行研究、探討等互動教學活動。

(5)實驗課程的考核、評價方式不完善。目前，新能源材料與器件專業實驗仍然使用“實驗結果+實驗報告”的考核方式。但是老師沒有辦法觀察了解到每位學生在實驗過程中的具體實驗情況，學生之間存在著互相幫忙操作儀器的現象，而且學生提交的實驗報告難免存在抄襲現象。所以老師根據“實驗結果+實驗報告”評定的成績難以對學生真實的實踐能力做出客觀評價。

針對實驗教學中現存的問題，我們可以采用“SPOC + 翻轉課堂”的耦合教學模式，把實驗教學劃分成線上學習和課堂學習兩個模塊。充分利用線上豐富資源和課堂實驗的優點，讓學生能夠隨時隨地觀看相關實驗教學視頻、學習相關實驗理論知識；同時充分利用線下課堂時間讓學生進行實驗操作，并和老師相互討論、交流，達到良好的實驗教學效果。

3 教學模式設計

本文設計了新能源材料與器件專業SPOC與翻轉課堂耦合的實驗教學模式，分為線上、線下兩個模塊(SPOC)，課前、課中和課后(翻轉課堂)三個階段，如圖2所示。

圖2 SPOC + 翻轉課堂的實驗教學模式設計

3.1 課前階段

首先老師需要根據教學大綱的教學目標以及教學內容進行實驗項目的設計，錄制主要實驗儀器的使用微視頻，然后把實驗指導書、教案、實驗視頻等教學資源制作成教學課件或者微課視頻，通過網絡相關學習平臺推送給學生。同時老師發布相應的學習任務，要求學生將平臺上的資源全部學完，能夠明確實驗內容、理解實驗原理、了解實驗儀器的使用方法，設計并提交實驗初步方案，完成預習測試，并回答相關思考題，然后才能允許其在課堂上進入實驗室操作。學生可以根據自己的個人情況選擇合適的時間在學習平臺上反復學習老師分享的教學資料，觀看微課視頻，然后自由組合成實驗小組，進行小組交流討論，完成初步實驗方案。學生如果在學習過程中遇到問題，可以通過網絡資源或者學校圖書館查閱有關文獻，也可以組內相互交流探討，并將無法解決的問題及時記錄下來，詢問老師。這也有助于老師了解學生們在課前的學習情況，以便能夠及時調整實驗教學內容。

3.2 課中階段

為了提高學生對于課前預習的重視，防止流于形式，老師在課堂上隨機抽查學生簡述實驗原理或者回答問題。回答錯誤的學生課前預習分數酌情扣減；然后，老師點評學生課前階段完成的測試和思考題，指出出現的錯誤，精講重要知識點，并對學生課前預習提出的疑問進行解答，隨后簡單介紹實驗內容安排；各小組派出代表逐一向老師展示實驗方案，并自我評述方案的優缺點。隨后，老師分析點評實驗方案是否具有可行性和創新性。在征得老師同意后，學生先按照自己的實驗方案自行操作儀器演示實驗流程，同時闡述實驗步驟，演示實驗時，實驗小組各組員要分工明確，做好操作實驗儀器、記錄數據、記錄實驗現象等工作。老師在一旁進行一對一提問、糾錯和指導，最后引導學生得到完善優化后的實驗方案；學生完成實驗操作，得到實驗數據。

3.3 課后階段

學生完成實驗后，需要歸納總結整個實驗過程，對知識進行鞏固和強化。例如課前預習遇到的難題是如何在實驗課堂上解決的；分析課前設計的實驗初步方案在課堂實施過程中遇到的問題的產生原因，同時從中總結出好的課前學習方法和經驗教訓，提升預習效果。然后，學生對獲得的數據進行處理和分析，撰寫實驗報告。并總結自己設計的實驗方案的優缺點，結合老師的點評和其他組的方案，思考如何對實驗方案進行進一步改進。另外學生將實驗獲得的成果進行整理，以PPT的形式上傳到網絡學習平臺，小組之間進行線上互評打分，小組得分將作為最終實驗成績的組成項之一。

老師需要對學生課堂實驗過程中遇到的問題進行總結，并以此分析學生對于知識的掌握程度，從而完善以及優化實驗教案；老師批改實驗報告以及課前預習測試和思考題時，著重評價學生思考和解決問題的能力以及創新能力。

為了保證SPOC與翻轉課堂耦合的實驗教學模式能成功實施，需要對傳統的實驗課程評價體系進行改善和調整，以期能夠對學生在課前、課中和課后這三個階段的學習表現作出全面的客觀評價。為此，我們在原來以實驗報告為主的課內評價指標上增加了其他內容，可以更加有效地調動學生的積極性。評價體系如表1所示。

表1 實驗課程評價體系

4 結語

基于SPOC與翻轉課堂耦合的實驗教學新模式將線上的教學資源與線下課堂的實驗操作相融合，通過課前、課中和課后三個階段的實驗教學使得學生學習的主觀能動性以及實驗創新能力大大提高，實驗教學質量得到有效提高。