SPOC的混合式教學在統計計算實驗課程中的應用研究

賈小寧 周林華 張文丹

摘 ?要：統計計算是一門理論與實踐緊密聯系的課程，當前教育形勢下，該課程的課內實驗出現內容多、課時少、指導教師人手緊缺等問題。SPOC混合式教學結合了面對面的實體課堂教學與在線教育，使得學生既能夠利用豐富的線上學習資源，又能夠利用課堂優勢，增加面對面的交流，提高學生學習興趣和自主學習能力。基于此，文章首先簡要介紹了統計計算實驗課程的教學現狀和基于 SPOC 的混合教學模式的概念意義，然后詳細探討了基于 SPOC 的混合式教學在長春理工大學統計計算實驗課程中的應用。實踐表明，應用SPOC混合式教學可提高學生的學習效果，但課程內容和考核評價體系仍須進一步優化。

關鍵詞：統計計算;SPOC混合式教學;教學流程;教學平臺

中圖分類號：G642.423 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1673-7164（2021）47-0046-03

統計計算課程是統計方法和實際計算的結合，主要解決統計學本身中的計算問題，利用統計學的思想方法解決科學中的計算問題。通過該課程的學習可強化學生的統計學基礎理論知識，并應用于實際數據的建模和分析，使學生能夠把統計建模過程變成適當的計算機算法，并通過編程實現，以培養學生應用數學統計的理論與方法解決實際問題的意識與能力和利用數學統計軟件進行數據處理分析與數值模擬計算的能力。對于統計計算實驗教學而言，在當前實驗內容多、實驗課時少、實驗指導教師緊缺的教育形勢下，需進行實驗教學流程、實驗教學內容的改革，才能進一步提高教學效果[1-5]。

一、基于SPOC的混合教學模式的概念意義

SPOC是小規模限制性在線課程（Small Private Online Course）的縮寫，區別于開放性的大規模的MOOC（Massive Open Online Courses），SPOC的開放具有一定的限制性，課程的管理者會在學校內部對學生的選擇設定限制，這也正體現了SPOC在課程的“限制性”和平臺的“開放性”上的兼容。SPOC混合式教學是一類結合了面對面的實體課堂教學與在線教育的混合教學方式，針對性強，更適合高等學校的實驗教學需求。SPOC混合式教學不僅能有效利用豐富的網絡教學資源，降低教學成本，而且能夠提高學生的自主學習能力，激發學生的學習興趣，進而取得好的教學效果，提高教學質量和效率。

（一）增強學生學習積極性，提升學習效率

SPOC混合式教學可使學生們選擇性增強，比如課程內容、學習時間、學習地點等可以自由選擇，進而采用主動學習的方式。學生可根據自己的學習基礎、平時的作業完成情況或學習難度，選擇適合自己的學習內容和方式。學生可更加合理地安排自己的空閑時間，如中午、晚上和周末節假日等時間，讓學生始終處于一種積極的學習狀態，逐步鍛煉自主學習能力，穩步提高學習的效率。

（二）完善網絡教學資源，提高實驗室使用效能

通過制作統計計算實驗課程的網絡授課視頻和單元練習題，可以提高學校網絡教學平臺的利用率，完善學校的網絡教學資源。學生通過網絡平臺自主預約實驗室的上機操作和上機單元測試以及上機期末考試，在這個過程中可以使實驗室資源得到更合理的配置，進而提高實驗室的使用效能，使實驗室更好地發揮在高校教學和科研中的重要保障作用。

（三）促進教師自身發展，加強教學創新

開放式的網絡授課平臺對教師來說也是個不斷學習的平臺，教師可在這種開放式網絡授課平堂上完善充實自己的現有知識水平，利用豐富的網絡資源豐富的專業知識，提高教學水平，從而使自己能夠不斷跟上時代的步伐，以提供給學生更高層次的教學。

二、統計計算實驗教學現狀

統計計算課程是長春理工大學數學與統計學院數學系“數學與應用數學”專業和“信息與計算科學”專業的特色專業選修課，也是面向其他專業開設的特色（大光電）選修課程，是統計方法和實際計算的結合，是統計學、數學和計算機科學的交叉學科，主要包括以下兩個方面的內容：一是把統計理論與方法變成高效、可靠的算法，并編程實現，如分布函數值和分位數函數值的計算、線性回歸參數的估計和檢驗、最大似然估計求解等;二是借助于現代計算機的強大處理能力，發展新的統計方法，如用隨機模擬方法求解貝葉斯模型、Bootstrap置信區間等[6]。

隨著長春理工大學“光電”理論研究與實驗條件的不斷進步和完善，“光電”數據的獲取越來越精準廣泛，在這些數據中蘊含著前所未知的現象和規律，能夠對數據進行合理搜集、整理、建模和分析。因此，本課程在凝練和完善學校“大光電”學科體系的內涵和體系結構中具有不可或缺的地位，對發展和建設學校特色“大光電”課程體系具有重要的推動作用。

現階段，統計計算實驗教學主要采用集中授課的教學模式和上機操作的期末考試考核方式，這種集中式、被動式的實驗教學模式和考核方式的弊端顯而易見。首先，學生積極性不高。實驗類課程尤其需要學生自主地多學多練，但這種固定時間、固定地點的學習模式很容易讓學生產生逆反和抵觸心理，導致實驗課上學生“出人不出力”的現象，部分學生只是機械式地“依葫蘆畫瓢”完成操作，缺乏積極主動的思考，遑論創新。其次，難以做到因材施教。統一集中授課的實驗教學模式，教師的講授和演示往往沒辦法做到多次重復進行，這使得部分動手能力不足的學生落下某節課或某個步驟后，后續的課程或操作可能就無法進行下去。最后，統一集中期末上機考試方式不能夠很好地考察學生平時的學習表現，部分學生往往采取“臨時突擊”的形式應付考試。

三、基于SPOC的統計計算實驗課程的教學改革

（一）基于SPOC的統計計算實驗教學流程

基于SPOC的混合式教學模式的主要教學過程為：課程教師根據學生培養方案和課程教學大綱，按課程安排提前在網絡授課平臺發布網絡教學材料，如教學視頻、教學知識點應用等，并布置相應的練習和作業，也可開展適當的網上討論。學生在網絡授課平臺上根據教師的引導按時完成教學視頻的觀看、完成作業和參加討論。在面對面的實體課堂上，教師可進行課堂補充授課，尤其是網絡平臺上學生集中出現的問題，并進行網絡課程答疑課堂測試等。

1.教師采用網絡授課和預約實驗指導相結合的授課方式

首先，授課教師需要根據統計計算實驗的課程目標和具體的教學單元目標制作相應的電子課件，以實際問題導入，建立統計計算模型，設計算法，應用R語言編寫程序，并分析結果檢驗模型。教師需要根據相應的授課環節，設置對應的練習題，供學生練習和測試。

其次，選擇錄播室進行多媒體授課，并錄制授課視頻。在這個過程中，需要教師能夠在講授基本統計計算理論知識的同時，在計算機上應用R-Studio軟件進行實際演示。在該環節需要借助專業的錄播室，授課計算機需要安裝R-Studio軟件，需要專業的視頻錄制人員指導教師錄課。

最后，由專業人員與授課教師合作完成授課視頻的制作與剪輯，將最終的授課視頻和配套的練習題放到相關網絡平臺中。這個過程，需要搭建或者利用已有的學習平臺，供學生自主學習。

2.學生采取自主學習與預約上機實驗相結合的學習方式

首先，學生可根據自身水平與興趣選擇課程內容，利用自主學習平臺，不受時空限制地根據授課視頻學習相應的統計計算理論知識，觀看教師在計算機上利用R-Studio軟件的實際演示。這樣，不僅可以激發學生學習的興趣，還能極大地提高學生的學習效率。

然后，學生可以根據自己的學習進度，通過自主學習平臺預約實驗室進行上機實驗，或上機完成單元測試題，或預約教師進行面對面指導。這樣，學生便可根據自己的學習時間、學習規律和學習程度自主完成上機操作，做到因地制宜、因材施教。

最后，學生完成所有視頻學習、練習題，預約完成所有上機實驗和單元測試題后，需要再次通過自主學習平臺，預約上機期末考試，獲得最終課程成績。

（二）優選統計計算實驗教學課程資源，打造多層次的教學平臺

優選統計計算實驗課程資源，建設具有多個層次的統計計算實驗課程線上教學平臺是基于SPOC混合教學模式的核心內容。依托學校“吉林省數學實驗教學示范中心”，主要打造了具備三個層次并逐層推進的統計計算實驗課程教學平臺：“基礎實踐教學平臺”“專業實踐教學平臺”“綜合實踐教學平臺”。

“基礎實踐教學平臺”主要用于學生課前自測課程基礎掌握程度和統計計算課程前期學習使用。本平臺以統計計算基礎理論與方法教學為核心，使學生能夠學習和掌握基本的統計軟件，訓練學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，建立統計模型，編寫算法，學習掌握用統計數學方法求解實際問題的基本技能。通過基礎實踐教學平臺可以幫助學生更好地了解自己的學習基礎，便于后續課程中更有針對性地進一步學習，可以使教師在第一時間掌握學生的學情，根據學生的反饋制訂適合學生的教學內容。

“專業實踐教學平臺”主要面向對統計計算課程更感興趣和課程后期學習使用，開展統計計算基礎理論與實際問題相結合的實現層次。主要以統計計算理論和統計軟件為基礎，利用數學建模思想與方法，使用MATLAB、SPSS、R等數學統計軟件，通過編寫程序解決實際問題，全方位培養學生的專業技能，使學生掌握各種統計計算的方法以及實際問題的處理方法。

“綜合實踐教學平臺”主要面向對統計計算課程學有余力并有進一步探索興趣的學生，主要包括大學生數學建模競賽、大學生創新創業訓練計劃項目，以及基于教師科研項目的“科研小課題”等數學創新與實踐活動，培養學生分析問題、解決問題的綜合能力和創新精神。

四、結語

本文介紹了基于SPOC的混合式教學在統計計算實驗課程中的應用，闡述了統計計算實驗課程采用該教學模式的優勢，制訂了詳細的SPOC統計計算實驗課程混合式教學的教學方案及其實施流程，優選統計計算實驗教學課程資源，打造多層次的教學平臺。實踐表明，SPOC混合式教學可以提升教學質量，大部分學生能夠有效提升學習效果，除全面學習統計計算課程知識之外，還培養了學生的溝通、實踐等能力。

為了進一步提升SPOC混合式教學在統計計算課程中的教學效果，仍然需要從如下兩個方面優化該教學模式。一方面需要教師根據學生層次和學校定位篩選優質合適的線上學習資源，精簡學習內容;另一方面，需要完善考核評價機制，對實驗課程應加強對學生實踐操作能力的考核，這也是未來的兩個重要的研究方向。

參考文獻：

[1] 沙春芳. MOOC背景下模擬電子技術實驗SPOC教學改革與實踐[J]. 科技風，2021（21）：49-50.

[2] 劉渝，朱柯. SPOC混合式教學在統計學課程中的應用[J]. 科技創業月刊，2021，34（07）：123-127.

[3] 武夢夢. 基于SPOC的混合式教學模式的探索與實踐——以《數學建模》為例[J]. 呂梁學院學報，2021，11（04）：92-94.

[4] 劉晶晶. 基于SPOC的混合式教學在高職計算機應用基礎課程中的應用[J]. 黑龍江科學，2021，12（15）：100-101.

[5] 楊右森. SPOC混合教學模式在高校“計算機基礎”課程中的應用探索[J]. 無線互聯科技，2021，18（13）：142-143.

[6] 李東風. 統計計算[M]. 北京：高等教育出版社，2017.

（責任編輯：淳潔）