SPOC+翻轉課堂在項目驅動式綜合實驗教學中的實踐與探索

李 莉 ，陳玲玲，韓 力

(1.吉林大學 通信工程學院，吉林 長春 130012；2.吉林化工學院 信息與控制工程學院，吉林 吉林 132022；3.吉林大學 物理學院，吉林 長春 130012)

近年來，小規模限制性在線課程(Small Private Online Course，SPOC)繼承了“慕課”(Massive Open Online Courses,MOOC)MOOC的開放性和共享性等特征，但是在授課對象和授課規模上進行了調整，授課對象主要針對在校大學生，甚至于本學校的某個專業學生。這種教學模式的在線部分往往是由某門課程的教師進行設計與實施的，具有針對性，易于與大學某門課程相結合[1-2]。

翻轉課堂就是重新調整課堂內外的時間，打破傳統的學生課上學習課下作業的模式，創造學生課下學習課上解決疑難問題的一種新的課堂模式。翻轉課堂的教學模式始于2000年的美國。目前，國內翻轉課堂教學模式的研究者層出不窮[3-5]，主要研究不同的課程性質實施翻轉課堂的內容與步驟，目標都是能夠讓學生自己掌控學習、自主學習，加強學習過程中的師生之間的互動，能夠使學生在學習與實驗過程中的能動性得到提高，學習效率得到提高。

實驗教學是大學理論教學的重要組成部分，是深化理論教學的重要手段。針對通信原理綜合實驗教學改革，李莉等人研究如何對綜合實驗項目進行優化設計以及對教學模式的改革，并將研究成果公開發表[6-7]。在吉林大學2018版培養方案中，通信原理課程和實驗學時壓縮，內容增加。因此，作為學科基礎的通信原理實驗課程，需要對其教學模式進行進一步的探索。

本文首先介紹了針對綜合實驗的特點，采用項目驅動設計法，以翻轉課堂為教學方式的通信原理綜合實驗的研究現狀，在此基礎上，將SPOC引入到通信原理綜合實驗，以解決因課時壓縮帶來的課時不足的問題。為了更好地督促學生線上學習，設計了成績評價體系，評價學生線上、線下學習效果。

一、通信原理綜合實驗現狀

由于綜合實驗具有整體性、自主性、開放性、生成性的特點，針對通信原理綜合實驗現行的教學方法，采用了吉林大學本科教學改革研究項目—項目驅動教學法在通信原理綜合實驗教學中的創新與實踐的研究成果。考慮到學生的差異化以及不同的需求，對項目進行了階梯式設計。由于學時限制，在學生進入實驗室前，會提前將實驗指導書及實驗要求發給學生，學生進行預習及相應的編程，帶著問題進入實驗室。在實驗室的教學方式采用了翻轉課堂的教學手段。

(一) 項目驅動教學法的實施

項目驅動法是一種教、學、做相結合的教學模式，在工科實驗中實用性較強。采取“從基本入手，逐步綜合，指導做大項目”的實施過程，更大程度地調動學生的學習興趣，工程設計能力得到加強[8-10]。“階梯式”的通信系統設計項目體系結構分三層：基礎理論層、綜合應用層、創新提高層，共14個項目。基礎理論層、綜合應用層為必做項目，創新提高層為選做項目。

1.基礎理論層

在進行通信原理綜合實驗的第一個階段，以學生為主，教師指導，有針對性地進行理論知識的溫顧。學生選擇教師設計的基礎通信項目，完成理論與實際相結合的認知，包括基礎通信項目原理學習、簡單系統設計以及借助相應的軟件，例如SystemVue軟件，完成系統實施。

2.綜合應用層

在基礎理論層的基礎上，學生應該具備了系統的概念，也應該具備了系統實施的方法。在綜合應用層，學生選擇通信理論課程中的內容，完成一個較大規模的通信系統項目。項目應具備發送端、接收端以及信道的描述。學生與教師之間進行溝通，教師認可學生的系統設計方案后，學生進行設計的通信系統的實施；在這個層面上，學生設計的系統應該是完整的，并且能夠具備系統性能分析的能力。

3.創新提高層

經歷了基礎理論層與綜合應用層，學生的能力有所提高，應該積累了一些通信系統模塊。在創新提高層，教師僅給出實驗項目的功能，學生根據自己積累的理論知識和實驗的方法，完成教師提出的實驗項目。這部分項目內容在通信原理教材中沒有詳細的實現方法，但是通過功能的分析，學生可以自主設計發送端、接收端的功能，并借助適當的信道模型，給出整體的設計與實施方案，并利用相應軟件給予驗證。在創新提高層，通信原理綜合實驗的開放性會淋漓盡致地體現，大大激發了學生的自主學習的能動性。

按照“階梯式”項目體系構架，將通信原理綜合實驗分層為基礎實驗部分、綜合實驗部分以及提高實驗部分。基礎實驗部分包括通信原理課程中的簡單的易于實現的通信系統，諸如：標準調幅(AM)、雙邊的調幅(DSB)、脈沖調幅調制(PAM)以及幅移鍵控(ASK)，通過基礎實驗部分一方面讓學生熟悉實驗軟件，另一方面讓學生有完整的通信系統的概念，包括發送端、信道以及接收端，理解模擬通信系統與數字通信系統的抗噪聲性能分析方法；在此基礎上，學生就可以嘗試自己獨立完成較為復雜的通信系統，諸如：調頻(FM)、調相(PM)、脈沖編碼調制(PCM)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)以及多進制幅度調制(MASK)、多進制相位調制(MPSK)。綜合實驗部分是通信原理課程中的重要組成部分，這部分完成后，學生能夠更加深入地理解模擬通信系統與數字通信系統。提高實驗部分包括現代數字通信系統中的正交幅度調制(MQAM)、最小頻移鍵控(MSK)以及正交頻分復用(OFDM)[11-13]。

將項目驅動法應用于通信原理綜合實驗，已完成了三年的實驗過程。可以看出，項目驅動激發了學生的積極性。分層實驗也給學生帶來了更多的選擇，有的學生選擇完善基礎實驗與綜合實驗，有的學生為了獲得更好的成績，投入更多的精力完成提高實驗。還有的學生另立項目，自主設計感興趣的其他通信系統。這種教學方法非常適合綜合實驗特點，適用于綜合實驗教學。

(二) 翻轉課堂的實施

2013版培養方案中，通信原理綜合實驗共5周，每周8學時，實驗對象為二年級通信工程專業本科生。在綜合實驗課堂時間內，與學生互動，采用了翻轉課堂的教學方法。應用翻轉課堂這種教學方法進行教學活動的課程流程如圖1所示。

圖1 翻轉課堂教學流程

在課前，教師精心編制實驗指導書，通過實驗指導書行之有效的實例讓學生了解實驗軟件，明確每個實驗的實驗內容、實驗要求。督促學生在每次課前完成相應的實驗編程。學生完成實驗內容的預習以及相應編程任務。

在實驗課堂上，教師首先巡查指導學生預習中存在的問題，并給學生提出預先編制的能夠引導學生深化理論教學的問題，讓學生合作討論。這部分充分體現了翻轉課堂的效果，往往在對某個問題的深入研究后，學生會頓悟理論教學中的某個定理或問題。

在課后，教師匯總問題，對每個學時在實驗課堂的表現進行考核評價，作為綜合實驗總體成績的一部分。學生在每次課后總結本次實驗的收獲，并生成新的實驗想法。這也是對綜合實驗生成性的很好的體現。最典型的是有的學生，整個綜合實驗結束后，將通信原理課程中的所有通信系統都仿真出來，并且還考慮因某個參數的改變，會帶來什么影響。這是翻轉課堂與綜合實驗對學生能動性的刺激，更有利于學生自主學習。

(三) 翻轉課堂存在的問題

將翻轉課堂教學方法實施到通信原理綜合實驗后，應該說在對理論教學內容的深化理解是非常有幫助的。但目前通信工程學院通信原理綜合實驗還存在一些實際問題。主要體現在如下兩個方面：

1.學生預習效果不好

學生是翻轉課堂的主體，其課前主動學習的程度和質量直接影響了翻轉課堂的效果。翻轉課堂在通信原理綜合實驗的實施中，發現學生預習質量還需要提高。主要體現在學生還更依賴教師，依賴教師提出問題與講解問題。教師提供給學生的預習資料還需要更加生動、高效。另外，需要一個能夠督促學生高質量完成課前預習的機制，以保證課前預習質量。

2.實驗時間不夠

實施翻轉課堂后，與學生關于某個問題進行交流，比較費時。另外，在通信工程學院最新的2018版培養方案中，通信原理綜合實驗學時為32學時，面對學院三個專業共550名左右學生開設。新的培養方案中，通信原理理論課學時壓縮，內容增加，相應地通信原理綜合實驗的學時壓縮，內容也增加。因此，學時更顯不夠。

學時壓縮前，預習效果不好，還可以在課堂上彌補。學時壓縮，內容增加后，預習效果不好問題會更顯突出。

二、SPOC在通信原理綜合實驗的應用探索

SPOC是小范圍在線學習方式，它的在線學習內容往往是由課程教師根據課程需求進行設計，以求對課堂教學有所幫助。這種設計針對性比MOOC要強。通信原理綜合實驗將SPOC引入到實驗教學中，通過生動、易懂的在線視頻教學，將課堂內的基礎原理復習、實驗軟件的學習以及需思考問題引導等由課內移到課外，解決實驗課堂學時不足的問題。將SPOC與翻轉課堂相結合，完善通信原理綜合實驗的教學，還需做如下三個方面的工作。

(一) 教師自身素質的提高

將項目驅動教學法應用于通信原理綜合實驗的三年實踐，可以體會到教師素質對綜合實驗教學的深遠影響。如何針對綜合實驗的特點，設計融會貫通的綜合實驗項目，當學生提交項目成果后，如何對各種各樣的項目成果進行準確、快速、客觀的評價，對教師素質確實是一種考驗；采用翻轉課堂方式進行通信原理綜合實驗，對教師素質進行了進一步考驗。傳統的教學模式下，以“教”為主，教師是課堂的主體，可以自己提出問題，并解答問題。翻轉課堂是以學生為主體，課堂上不僅僅是教師設計的問題，而更多的問題來自學生。為了能夠準確、高效地回答學生的問題，教師需要有很豐富的專業知識。將SPOC與翻轉課堂相結合，并不是簡單地將課堂上的知識，推到課堂之外。對于學生來講，每個學期的課程不是一門，課外時間也是很緊張的。實驗教師需要打造師生互動平臺，將課程內容經過凝練，制作高效的教學視頻，能夠讓學生高效地利用課外時間，也能夠提高學生學習的積極性。通過SPOC互動平臺，教師可以及時、高效地解答學生線上學習出現的問題。

(二) 線上線下內容合理規劃

通信原理綜合實驗采用了SPOC與翻轉課堂相結合的方式。在通信原理綜合實驗中的SPOC是為實驗課堂教學服務的。什么內容、多少內容適合線上學習，如何與課堂教學進行銜接，需要合理規劃。

通信原理綜合實驗是整個課程完成之后，通常在理論教學的下一個學期進行。學生實驗前，需要對理論教學內容進行復習，需要提綱挈領的復習手段。通信原理綜合實驗三層，在理論教學中，每個層次學生掌握程度是不同的。基礎實驗與綜合實驗部分理論教學中課時多，講的透徹，學生們掌握得較好，如果復習不提綱挈領，僅僅是簡單的重復，會讓學生失去興趣，浪費時間。如果不復習，往往由于理論教學與實驗教學不在同一學期，學生已經淡忘了理論課程，對實驗效果都是不利的。提高實驗部分，在理論教學中講的相對基礎部分課時少，理論課程中學生掌握程度沒有基礎部分好，在線上視頻中，內容就要比較豐富，讓學生能夠感到線上學習有收獲，有在實驗課堂上進一步探討的欲望。根據不同層次實驗的特點，設計好視頻課程的內容，這個內容要和線下學習有機結合，渾然一體。具體內容如何劃分，還需要通過幾輪課程進行協調、磨合、調整。

(三) 評價體系設計

通信原理綜合實驗成績評價體系的設計，是通信原理綜合實驗取得良好效果的保障。考慮到部分學生學習還是有一定的惰性，也考慮學生學習科目多，為了能夠讓學生有更多的精力投入到通信原理綜合實驗中，激發學生的興趣，通信原理綜合實驗成績評定分布如表1所示。

表1 通信原理綜合實驗成績分布

采用SPOC+翻轉課堂教學模式后，為了評價在實驗課堂外的學習效果，線上成績占總成績的20%。學生實驗預習以報告形式提交，為了讓學生能夠了解實驗中的關鍵點，在線上進行了問題測試。活躍度用于衡量網上出勤情況。在2018版通信工程培養方案實施后，通信原理綜合實驗分組進行，為了激發學生的學習熱情，提高學生對理論與實驗知識的綜合運用能力，線下成績中設計了5%的組間打分。

三、結 語

通信原理課程是通信工程專業的標志性課程，也是電子信息類專業中的諸如信息工程、測控技術與儀器專業、電子信息工程等專業普遍設置的課程。通信原理綜合實驗是通信原理課程的重要組成部分，是深化通信原理理論教學的重要手段。在通信工程學院最新本科生培養方案中，通信原理綜合實驗被設置為大類學科基礎必修課程，探討通信原理綜合實驗的教學方法是非常重要且有意義的。目前，在通信工程學院通信原理綜合實驗采用的是項目驅動結合翻轉課堂的教學模式，可以看出這種方式適用于綜合實驗教學。隨著通信工程學院本科培養方案的演進，通信原理綜合實驗有面臨學時嚴重緊張的問題。為了能夠保證通信原理綜合實驗的教學質量，學時壓縮，內容不能壓縮，探索將SPOC引入到通信原理綜合實驗。通過教師素質的提高、評價體系的完善，設計精煉、有效的視頻教學，以提高通信原理綜合實驗的教學效果。