基于BOPPPS的“自動控制原理”SPOC教學

苗 宇， 蔣大明， 劉 澤

(北京交通大學 電子信息工程學院, 北京 100044)

0 引言

SPOC(Small Private Online Course)是美國加州大學伯克利分校的阿曼多·福克斯教授在2013年首次提出的一種教學模式[1]。與MOOC(Massive Open Online Course) 相比，SPOC通過限定課程的準入條件和規模，使教學對象更有針對性地面向小規模的特定人群。

目前，SPOC課程主要有兩種模式：一種是以高校為中心，將線上教學與課堂教學相結合的混合教學模式，另一種是小型精品MOOC課程，通過設置較高的課程準入條件，將課程參與人數設置在小范圍內，以實現優質的教學效果和高完成率[2]。本文介紹的SPOC課程屬于第一種課程模式。

在高校開設的SPOC課程中，視頻資源通過SPOC課程平臺引入到課程教學資源中來，學生可在線上自主觀看視頻，完成相關測試；在課堂教學中， SPOC課程平臺可進行在線測試，從而幫助教師實時調整教學節奏和難度，進行更有針對性的課堂教學，提高教學效果。SPOC自提出以來，引起了全世界的廣泛關注，并很快應用到高校教學的課程實踐中[1～4]。

BOPPPS教學模式是加拿大推行的教師技能培訓體系ISW(Instruction Skills Workshop)的理論基礎[5]。該模式強調以學生為中心，將課堂教學過程進行模塊化分解，將教學環節依次切分為引入(Brige-in,B) 目標(Objective,O)，前測(Pre-assessment,P)，互動學習(Participatory learning,P), 總結(Summary,S)六個模塊。BOPPPS教學模式自提出以來一直應用于傳統的課堂教學中，取得了較好的教學效果，但如何將BOPPPS教學模式應用到包含線上教學的SPOC課程教學中，是當前大學教師面臨的一個新課題。

本文介紹了應用BOPPPS教學模式進行“自動控制原理”SPOC課程教學的改革實踐，針對SPOC課程的特點，以時域法中的二階系統性能分析為例，講述了如何將BOPPPS教學模式貫穿到SPOC課程教學的線下課堂教學及線上教學的各個教學環節中，從教學內容的安排，教學過程的組織，考核方式等方面介紹了實施的具體過程，期望拋磚引玉，引起更多討論，以進一步改進SPOC課程的教學效果。

1 “自動控制原理”SPOC課程介紹

SPOC課程是面向小規模特定人群的課程，可通過設定密碼使選課學生進入到SPOC課程中，保證SPOC課程授課對象的特定性。

SPOC課程有同步SPOC課程及異步SPOC課程兩種方式，筆者開設的“自動控制原理”SPOC課程為同步SPOC課程。與MOOC課程平臺上開課的MOOC課程同步進行，MOOC課程平臺中的視頻資料及課后測試，單元測試均可同步引入到SPOC課程中，供學生學習。

SPOC課程分為線上教學和線下課堂教學兩部分。線上教學主要包含教學視頻學習，線上在線測試及討論區答疑等環節；線下課堂教學主要指課堂教學中的講授，測試及互動。SPOC課程平臺提供了線下課堂教學的輔助工具，比如慕課堂。教師通過慕課堂創建線上課堂，并通過分享課堂碼或課堂二維碼引導學生進入課堂，教師通過慕課堂可進行如問卷，測試，公告，討論等教學活動。

我院“自動控制原理”MOOC課程于2018年9月在中國大學MOOCs平臺上線，至今已開設三個學期的課程。為了充分利用線上MOOC教學資源，筆者于2019年秋季學期在軌道交通信號及控制專業2個班(共63人)嘗試開展了SPOC課程教學，并采用BOPPPS教學模式進行SPOC課程的教學設計，通過問卷調查及與同專業未采用SPOC課程教學的平行班的學生期末考試成績對比，發現該方法獲得了學生的認可并取得了較好的教學效果。

2 BOPPPS教學模式的六個階段

BOPPPS教學模式認為教學環節應分為六個階段，并用六個英文縮寫字母來表示，分別為：

B導言：是正式開啟一次學習周期之前的引入部分，主要對教學內容進行介紹，其目的是引起學生注意，增加學習興趣動機，并了解教學內容的重要性和意義。

O目標：具體說明本次學習的具體學習目標是什么。即學習完成后學生在何種條件下，應該理解，思考，判斷和操作哪些具體內容，并應達到何種程度。

P前測：通過口頭或書面測試的方式了解學生對于即將進行的學習內容的了解認知程度，從而實時調整教學內容的安排及難度。

P參與式學習活動：這是一個學習周期中的核心部分，主要是通過一系列教學活動或互動學習幫助學生開展主動學習，實現先前給定的教學目標和預期效果。

P后測：通過口頭測試或書面測試驗證是否實現了教學目標，是否需要補充教學。

S總結：引導學生對學習內容進行回顧，歸納和總結，以加深印象，鞏固教學內容。

BOPPPS教學模式一直應用于傳統的課堂教學，并取得了很好的教學效果，如何將BOPPPS教學模式應用于包含線上教學的SPOC課程中，是值得教師思考的一個問題。

3 應用BOPPPS進行SPOC課程教學設計

SPOC課程教學分為兩個環節：線下課堂教學和線上教學。因此，BOPPPS教學模式的各個環節也必將貫穿在這兩個教學環節中。下面以時域響應法中的二階系統性能分析為例從教學內容的安排，教學過程的組織及考核模式三個方面介紹如何應用BOPPPS教學模式進行SPOC課程的教學設計。

3.1 教學內容的安排

二階系統性能分析的教學目標是：在學生充分理解和掌握二階系統主要特征的基礎上，學習用時域分析法進行系統的性能分析并計算系統的時域性能指標。圍繞該教學目標，教學內容包含如下四部分內容：①二階系統的模型介紹；②二階系統的階躍響應曲線分析；③二階系統的時域性能指標分析及計算；④二階系統性能的改善及實現[6]。

其中，前兩部分內容相對比較簡單，可安排學生采用線上視頻學習的方式；第三部分和第四部分內容是重點內容和難點內容，采取線下課堂講授，討論，測試等方式進行學習。

3.2 教學過程的組織

如果將SPOC課程教學劃分為線上教學和線下課堂教學兩部分，那么以線上教學為分界，可以將線下課堂教學劃分為前課堂教學和后課堂教學，如圖1所示。

圖1 應用BOPPPS教學法的SPOC課程組成

1)前課堂教學

前課堂教學是線上教學之前的課堂教學。按照BOPPPS教學模式，教學周期應以B導言和O目標作為一個教學周期的開始，因此，教師應在線上教學之前，即前課堂教學中進行教學內容的介紹即B導言部分，及教學目標的引入即O目標部分。

導入環節可以采用不同的形式，如視頻，案例，或問題介紹，也可利用SPOC課程在線問卷等形式，只要能夠引起學生的學習興趣，導入就是成功的。如在二階系統性能分析的教學周期中，導言部分是以問題的形式引入的，具體地說，即以一個二階RC網絡為實際應用案例進行教學內容的導入，并將該系統的性能分析和改善作為教學達成的目標[7][8]。

2)線上教學

在前課堂引入B導言及O目標部分之后，學生即可有針對性地進行線上自主學習。

在線上教學中，學生主要完成視頻資料的自主學習及測試。視頻學習后的自主測試屬于BOPPPS教學法中的前測環節，可記為前測1，其目的是幫助教師了解學生視頻的掌握學習情況，并在接下來的課堂教學中進行重點講解。

3)后課堂教學

在線上教學之后的后課堂教學中，主要完成的BOPPPS環節是：互動學習環節P，后測環節P和總結環節S。其中，互動學習環節和后測環節可相互交織進行，最后以總結環節S結束。

以二階系統性能分析的SPOC課程教學為例，后課堂教學的各個環節及時間安排如表1所示。

表1 二階系統性能分析的線下課堂組織及時間安排

其中，視頻自學內容總結是對線上自主學習的教學內容進行匯總，為課堂教學內容的引入進行鋪墊。

課堂講授主要是針對教學內容中重點及難點的講解，比如二階系統性能分析中的二階系統的時域性能指標的計算及二階系統性能的改善及實現。課堂講授部分與后測部分常常交叉進行，如表1中課堂講授1之后為后測環節1，課堂講授2之后為后測環節2。課堂講授也屬于互動學習環節。

互動學習環節除了課堂講授之外，還包含測試及討論。比如表1中的前側2，后測1，后測2。前測2是在視頻內容總結之后進行的，主要目的是考核學生對于視頻學習內容的理解和掌握程度，以便在接下來的課堂教學中調整教學節奏及難度。

在二階系統性能分析中，視頻學習內容是二階系統的定義及二階系統階躍響應曲線與阻尼比的關系，因此，前測2設計如下。

前測2：已知二階RC網絡系統的結構圖如圖2所示，當①K=1，τ=1；②K=4，τ=1；③K=1，τ=4；④K=0.5，τ=1時，試分別確定該系統的阻尼比及自然振蕩角頻率并繪制其單位階躍響應曲線。

圖2 二階系統結構圖

后測1及后測2是在課堂講授之后進行的，主要考評學生對講授內容的理解和掌握情況，并幫助教師對測試中出現的問題進行有針對性的講解。后測1是在“二階系統性能指標計算”的講授之后的測試，對應后測題中的(1)小問；后測2是考核二階系統性能指標的校正及改善，對應后測題中的(2)小問。

后測題 ：已知二階RC網絡系統的結構圖如圖2所示(同前測2的圖)，若τ=0.25，①試確定系統超調量為4.3%時的K值，并求此時的調節時間,輸入信號為單位斜坡信號時的穩態誤差；②若加入比例微分或速度反饋環節，使其調節時間為0.25s，超調量為4.3%，確定K值及加入校正環節的參數值。

最后是總結S。針對學生的學習情況和測試結果，進行講評和總結，主要針對學生的錯誤給出正確的解決方案，并對教學內容進行總結。

二階系統的性能分析之后，是高階系統的性能分析，因此在表2中的序號11，12部分是下一個教學周期的導入部分和教學目標部分的介紹。如此循環往復，可以將BOPPPS的各個環節與SPOC課程的線上教學和課堂教學相結合，達到節省課堂時間，提高教學效率，改善教學效果的目的。

3.3 考核方式

學習過程的合理考評對教學效果的影響巨大，SPOC課程考評的關鍵在于重視過程考評。考評可通過線上測試及SPOC慕課堂在線測試等方式進行，線上測試為自主測試，慕課堂測試為實時測試，這兩種測試方式有利于督促學生進行高效的自主學習，同時可以幫助教師實時掌握學生的學習情況，以便于及時調整教學節奏和難度[9]。

按照SPOC課程的教學過程，“自動控制原理”課程過程考核分為4個部分。其中平時考核占40%，期末成績占60%。平時考核中，視頻自學內容的線上測試的成績記入總成績10%；課上SPOC慕課堂測試部分的成績記入總成績20%；小組討論及匯報成績記入總成績的10%，合計40%。期末考試主要綜合考察學生對于知識的理解及應用能力，成績記入總成績60%。

4 基于BOPPPS教學法實施SPOC課程教學的體會

SPOC課程教學是新興的教學方式，在實施的過程中不可避免地面臨著許多新的問題。

首先是學生的配合問題。由于視頻學習是在線上進行的，缺乏有效的監督和指導，雖然教師布置了學習任務，但是學生是否能夠足量完成，效果如何卻不得而知。盡管在視頻學習環節有線上測試，但不能保證學生全部是自主完成而不是互相抄襲，因此BOPPPS的課堂測試環節是必須補充的環節，如表1中的前測2環節。

其次教師需要準備多種課堂教學方案。在SPOC課程的課堂教學中，互動學習環節與后測環節交替進行，后測結果為教師接下來的教學提供了參考，要求教師根據后測結果不斷地調整教學節奏及教學難度。因此，教師應在課堂的教學設計中設置幾個不同的方案，根據學生的后測結果選擇相應的方案，從而有效地進行課堂教學。

5 基于BOPPPS教學法實施SPOC課程教學的效果

筆者在2019年秋季學期針對軌道交通信號及控制專業本科生開設的“自動控制原理”課程，課堂上應用了基于BOPPPS的SPOC教學，并在學期末對該教學模式的應用反饋進行了問卷調查。63人課堂中參加問卷人數60人(3人請假)，調查結果顯示，34人的評分為非常好，19人的評分為良好，7人評分為一般，反饋良好率為88%，顯示出該教學模式得到了學生的認可。(苗 宇等文)

學生反映的主要問題是SPOC慕課堂中的在線測試環節中只能以客觀題的形式進行測試，測試結果沒有過程分，所以難以客觀地考評學生的學習效果，該問題在后續的教學中準備逐步解決。

另外，從期末考試的結果來看，筆者63人的教學課堂，期末平均成績為78分，85分以上學生比例為28%，與另外一個同專業沒有實行SPOC教學的平行課堂比較，平均分高5分左右，85分以上的同學比例高14%。雖然成績受很多因素的影響，但也在某種程度上反映了學生的學習熱情和掌握情況。

6 結語

高校的SPOC課程是線上教學和線下課堂教學的結合，有效地組織教學內容，分配教學時間，可以提高教學效率，改善教學效果。本文將BOPPPS教學模式應用到SPOC課程教學中，針對SPOC課程教學的特點，將BOPPPS的各個環節與SPOC課程的教學過程相融合，通過線上教學及測試，課堂講解及討論，將BOPPPS的各個環節貫穿到SPOC課程的各個環節中，調動了學生學習的積極性，形成良好的正反饋，提高了學生的自主學習能力及分析問題解決問題的能力，改善了教學的效果。