線上線下混合教學模式在程序設計類課程教學中的應用

王曉芳，荊 山，吳 鵬，喬善平，趙 燕，黃藝美

（濟南大學 信息科學與工程學院，山東 濟南 250022）

0 引言

目前，高校傳統課堂授課模式和在線慕課是兩種主要的授課方式。傳統課堂授課模式以教師為中心，教師負責課堂的組織、管理和控制，學生在教師的引導下，系統地學習課程知識。但這種模式以教師為主導，學生被動學習，不利于培養學生自主學習的能力以及學習的主動性和創造性，于是隨著慕課［1］的出現，越來越多的高校將在線慕課作為傳統課堂的有益補充。但是單純采用慕課的授課方式也存在一些不足，例如課程是開放的，學習時間沒有限制，導致學生沒有緊迫感，課程完成率較低。同時，由于慕課缺少教師和學生之間的溝通，教師不能很好地掌握學生的學習情況，影響了學習效果。因此，傳統課堂授課模式和在線慕課各有特點和優勢，只有將兩者有機融合起來，才能在發揮教師主導性的同時調動學生學習的積極性和主動性。

小規模限制性在線課程（Small Private Online Course，SPOC）是MOOC與傳統課堂教學的深度融合，是一種將線上學習與線下課堂教學相結合的混合式教學模式［2］。本文以JSP應用程序設計課程為例，闡述基于SPOC的線上線下混合式教學模式改革的具體方案和實踐過程。

1 相關工作

近年來，許多高校嘗試基于SPOC的混合式教學模式［2-7］，與傳統課堂和單純MOOC相比取得了不錯的教學效果。現有基于SPOC的混合式教學模式研究主要集中在MOOC+SPOC混 合 式 教 學［3-7］、SPOC+翻 轉 課 堂［8-9］、MOOC+SPOC+翻轉課堂［10］等方面。“MOOC+SPOC混合式教學”模式解決了純MOOC教學模式存在的不足，采用SPOC課堂教學能使學生注意力更加集中，師生和生生間可以互動交流和協作，學生可以對線上學習內容有更深入的理解，但是這種方式不利于課程“兩性一度”的實現。“SPOC+翻轉課堂”模式促進了課堂教學與信息技術的深度融合，滿足高階認知發展訴求和深度學習的內在追求，解決了課程的“兩性一度”問題。“MOOC+SPOC+翻轉課堂”模式集合了前兩種模式的優點，有利于實現課程的“兩性一度”并可以充分調動學生學習的積極性和主動性，達到了更好的教學效果，但是這種方式對于教師掌控課堂的能力要求比較高，需要任課教師花費大量時間和精力在課堂教學資源的準備、設計和課堂的組織上。

以上研究都未按照OBE理念和工程教育認證標準，也未提及課程思政相關內容，這兩方面是目前課堂教學中必不可少的重要內容。本文在OBE理念指導下，基于工程教育認證標準開展基于SPOC的線上線下混合式教學模式改革，并添加課程思政相關內容，彌補了這方面研究的不足。

2 JSP應用程序設計課程特點及現狀分析

JSP應用程序設計課程是為濟南大學計算機科學與技術專業和網絡工程專業開設的專業拓展課，是一門理論性和實踐性都很強的課程。課程以立德樹人為根本，按照OBE理念和工程教育認證標準，根據專業人才培養目標，確立了價值引領、知識傳授和能力培養三位一體的教學理念，如圖1所示，制定了課程的知識目標、能力目標和素養目標。通過本課程的學習，使學生能夠掌握Java Web程序設計的基本思想方法，會應用JSP、Servlet和JavaBean技術進行Web應用開發，培養學生解決復雜工程問題的能力以及團隊協作能力，并培養學生精益求精的新時代“工匠精神”以及紀律規則意識、職業素質和道德規范，為學生今后在軟件開發領域的學習和工作奠定基礎。課程的知識目標、能力目標和素養目標具體如下：

Fig.1 The trinity teaching concept of value leading，knowledge imparting and ability training圖1 價值引領、知識傳授、能力培養三位一體教學理念

（1）知識目標。了解Java Web開發思想和JSP運行原理；掌握JSP運行環境的配置方法；熟練掌握JSP語法；理解JSP內置對象；掌握JSP與JavaBean、Java Servlet技術；理解MVC開發模式；掌握JSP訪問數據庫的操作。

（2）能力目標。培養學生解決網絡軟件開發領域復雜工程問題的能力，能夠對軟件系統設計、開發和實施過程中的解決思路進行評判，分析關鍵影響因素，尋求合理的設計方案和實現方案，并對結果和數據進行分析與總結；培養學生誠實守信、嚴謹細致、善于溝通、團隊協作、敢于創新和奉獻社會的能力。

（3）素養目標。注重強化學生工程倫理教育，培養學生精益求精的新時代“工匠精神”，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當；培養學生的紀律規則意識、職業素質和道德規范，為今后在軟件開發領域的學習和工作奠定基礎。

課程大綱中課程目標與畢業要求的對應關系如下：①掌握JSP技術的基礎知識以及網絡程序設計的基本思想與方法，能夠運用所學知識與方法，分析和理解基于JSP的網絡軟件系統開發的工作原理，并能夠針對復雜網絡軟件系統問題需求選取恰當的開發工具和技術、凝練并表達設計流程，形成設計方案并研究其可行性（支撐畢業要求3-2）；②能夠運用JSP運行環境搭建、Web項目開發、調試和部署等知識，分析網絡軟件系統設計、開發和實施過程中的關鍵影響因素，并能夠針對復雜網絡軟件系統問題搭建恰當的實驗平臺實施軟件實驗并驗證（支撐畢業要求4-3）。

由于JSP應用程序設計這門課程實踐性很強，課程組自2016年開始在機房授課，通過邊講邊練的教學方式，提高了學生的實踐動手能力和編程能力。但同時也發現，學生課堂上在教師的帶領下可以順利完成課程實驗內容，但是課下自主學習能力以及獨立發現問題和解決問題的能力還有待進一步加強，而且這種授課方式沒有充分考慮學生間的差異性，導致不能充分挖掘學生的潛力。因此，課程組在2020年結合學生的學情以及本課程內容多學時少的特點，開始探索基于SPOC的線上線下混合式教學模式。

3 基于SPOC的混合式教學模式改革實踐

課程組基于超星網絡教學平臺（只針對授課班級開放），探索基于SPOC的線上線下混合式教學模式改革，具體改革方案如圖2所示。

Fig.2 Online and offline mixed teaching mode based on SPOC mode圖2 基于SPOC模式的線上線下混合式教學模式

課堂分為線上課堂和線下課堂兩部分，授課過程分為課前、課中和課后3部分。線上課堂基于超星網絡教學平臺，主要做課前導學，重點培養學生自主學習能力。課前教師布置線上學習任務和要求，提供學習資源，學生課前根據要求完成線上任務學習，對于學習過程中遇到的問題可以在線反饋或交流討論。線下課堂主要針對授課內容中的重點和學生在線學習中反饋的難點進行講授和答疑，并布置具有高階性、創新性和挑戰度的題目，然后進行隨堂研討，達到知識吸收內化的效果，并通過隨堂測驗檢查學生知識的掌握情況。通過布置課后拓學內容，包括作業、階段測驗、實驗等進一步鞏固所學知識，實現全過程質量監控和評價。本文主要從如下5個方面詳細介紹課程的改革方案和具體實踐情況。

3.1 教學內容

JSP應用程序設計課程一個教學班人數在40人左右，具備開設SPOC課程的條件。課程具有較強的實踐性，在課程實際教學中，教學內容較多、難度較大，但是課時量有限（計算機科學與技術專業40學時，網絡工程專業32學時）。采用SPOC模式，可以將學生易懂的基礎知識點放在線上講解，節省理論課學時，使教師在線下面授課堂上有更多的時間針對具有高階性、創新性和挑戰度的知識點進行講解和討論交流，更好地實現課程的“兩性一度”。

課程教學內容共分為13個章節，如圖3所示。課程內容設置兼顧了學生的差異性和不同層次學生的個性化需求，其中第1、3、4、5、6、7、9、11、13章為必學內容，第2章提供給基礎比較薄弱的學生補習HTML和CSS相關知識，第8、10、12章提供給基礎較好、學有余力的學生進行擴展學習。

Fig.3 Teaching content of JSP application design course圖3 JSP應用程序設計課程授課內容

此外，課程以立德樹人為根本，通過深入挖掘蘊含在授課內容中的思政元素，結合課程4個主要知識模塊：JSP運行原理、JSP語法、MVC開發模式、綜合項目開發實踐，設計了4個思政案例，將專業教學目標和課程思政目標相結合，在知識傳授中融入價值引領，通過思政元素的融入，突出科學倫理和工程倫理教育，培養學生精益求精、協作共進的新時代“工匠精神”，以及嚴謹細致、善于溝通、敢于創新、奉獻社會的優秀品質，為今后在軟件開發領域的學習和工作奠定基礎。

3.2 教學平臺

SPOC教學平臺采用超星網絡教學平臺和手機端“學習通”，該平臺操作簡單、易學，覆蓋了課前、課中和課后每一個環節，可以實現課前課后推送、課中實時接收教學資料、實時答題、在線測驗等互動。除具有瀏覽學習資料、在線討論交流、提交作業和批改等功能外，還將數字化的教學資源部署在其中，實現隨時隨地學習的功能。

3.3 教學資源

課程中的線上教學資源包括視頻與各類文檔（Word、PPT、PDF）、練習與測驗，其中視頻內容既有國家一流課程授課資源和國內專家學者視頻授課資源，還有部分根據本校課程特色自主錄制的視頻資源。題庫內容除包含理論客觀題，還加入經典實驗案例及綜合項目案例，以便幫助學生對理論知識的吸收內化。

為了提高學生分析和解決實際問題的能力，課程針對行業和企業的真實需求，以會員信息管理項目為例，按照項目驅動式方式授課，將課程相關知識點分解到真實項目中。例如，在學習JSP知識時，要求學生僅通過JSP知識實現會員信息管理；當繼續學習了JavaBean之后，讓學生理解組件化思想及其優勢，并要求學生在JSP實驗基礎上，修改已有程序并使用JSP+JavaBean實現同樣功能；接著學習JDBC數據庫，要求學生在應用中加入數據庫的增刪改查操作，完成對數據的持久化；當進一步學習Servlet后，首先要求學生僅利用Servlet知識實現會員信息管理，讓學生通過熟悉的案例更好地理解JSP與Servlet的區別；然后講解MVC模式，讓學生通過分小組的方式，修改已有程序并利用JSP+Servlet+JavaBean完成基于MVC模式的會員信息管理系統，并要求學生分組討論并匯報：“利用MVC開發模式完成的應用系統與前期完成系統的區別，這樣實現有什么樣的好處，應用場景是什么”，從而使學生系統掌握本課程內容并培養學生分工協作、精益求精、善于溝通的能力。綜上所述，通過一個真實案例貫穿整個教學過程，通過新學到的知識不斷對案例進行改進和完善，解決案例中存在的問題，提高了學生學習的主動性和學習興趣，同時培養了學生的編程能力和分析問題、解決問題的能力。

3.4 教學設計

課前，教師通過學生線上學習反饋了解學生課前自學情況，從而確定課堂授課的重難點；課中，教師采用“問題導入+理論講解+案例實踐”的教學方式，以學生為中心、授課教師為主導［11］。首先提出預先設計好的理論或者工程問題，對于這一問題可以由學生基于課前自學內容進行自主分析或者小組討論，在教師引導下，逐步分析獲得解決方案。如果有多種解決方案，會進一步引導學生進行對比分析以找出最優方案，隨著討論的深入，可能再生新的問題，從而激發學生的創新性思維。之后，教師對于問題解決中涉及到的理論知識點特別是學生在課前線上學習中反饋的難點進行有針對性的講授。理論講解同時配合案例實踐，邊講邊練，使學生進一步鞏固所學知識。最后，教師通過隨堂測驗及時了解學生知識點掌握情況，從而更有針對性地開展教學；學生課后通過完成教師布置的作業和實驗達到知識的鞏固和內化，并且借助課程教學平臺進行問題交流，查漏補缺。此外，同一個任務為不同基礎的學生提供差異化幫助，基礎較好的學生看任務要求即可完成；基礎一般的學生提供代碼提示，理解思路后實現，可以為基礎薄弱的學生提供參考答案，以此實現對學生的個性化培養。通過以上教學設計，既發揮了教師的主導性，又體現出了學生的主體性。

下面以課程的“MVC開發模式”這一節為例闡述如何開展教學設計，并將課程思政融入教學過程。教學目標如下：①知識目標：理解MVC開發模式及其應用；②能力目標：能夠基于對MVC模式的理解對系統進行恰當的系統分析和問題研究，提出解決方案并能驗證方案的合理性；③思政目標：培養學生協作共進、善于溝通、愛崗敬業、精益求精的新時代“工匠精神”，并提高學生的網絡安全意識。

3.4.1 線上課堂

學生課前通過SPOC平臺學習了解本次課程講授的基本概念和課程案例（共15分鐘）。

學生課前在學習要求的引導下進入SPOC教學平臺自主學習指定資源，本節課的學習要求是學習網絡教學平臺中的MVC處理過程及案例介紹，并要求學生們課前查閱資料解決如何在案例的登錄和注冊功能中使用MD5算法進行密碼加密。通過課前學習，學生可以初步了解MVC的概念，以及MVC中Model、View和Controller 3個模塊的具體分工和在進行應用程序開發時所起的作用。同時，通過一個案例的介紹讓學生們更直觀地了解到MVC模式，為線下課堂講授打下良好基礎。

3.4.2 線下課堂

采用“任務驅動+理論講解+案例實踐”的教學方法深入學習本堂課的重點和難點內容（共100分鐘）。

（1）課前測（10分鐘）。課堂中，首先通過10分鐘課前測了解學生課前學習情況，根據測試結果確定授課重點和難點。

（2）案例分析并提出思考（20分鐘）。授課過程中采用“任務驅動+理論講解+案例實踐”的教學方法，本次課程的任務案例為之前實驗四中已完成的基于Servlet實現的登錄和注冊功能，這次課在此實驗基礎上實現基于JSP+Servlet+JavaBean的MVC模式的登錄和注冊功能。關于該案例的基本介紹，學生已經在課前任務中學習完成，因此課堂上首先對案例進行分析，通過提問和小組討論的方式，讓大家思考實驗四已完成的代碼在系統中的可維護性、可移植性以及可擴展性方面存在哪里問題，是否滿足可復用的原則以及面向對象依賴倒置原則，一步步帶領學生改進程序，使已有代碼逐漸完善為基于MVC模式的應用程序。

（3）科學分析、融入思政元素（10分鐘）。首先以“蜜蜂王國”的故事為例（蜂王、雄蜂和工蜂分工明確、各司其職、精誠合作，總是圓滿完成各自所負的任務，保證了蜜蜂王國的安定和諧和繁榮昌盛，使蜜蜂王國形成了一個絕對高效的集體），引出MVC開發模式，引導學生將復雜的問題進行分解，采用模塊化分析方式理解MVC開發模式。并且，通過講解模型（Model）是由一個或多個Javabean對象組成，主要用于存儲數據，不涉及對數據的具體處理細節，以便增強模型的通用性。視圖（View）由一個或多個JSP頁面組成，其作用是向控制器提交必要的數據和顯示數據。控制器（Controller）是由一個或多個Servlet對象組成，根據視圖提交的要求進行數據處理操作，并將有關結果存儲到Javabean中，然后Servlet使用轉發或重定向的方式請求視圖中的某個JSP頁面顯示數據。讓學生了解Model、View和Controller 3個模塊之間的分離，每一層分工明確，發揮各自特長優勢，降低耦合性，又互相溝通、協作，以達到共同目標，提高了系統的可維護性、可移植性和可擴展性，讓學生們理解協作共進和善于溝通表達的重要性。

（4）理論講解（20分鐘）。基于前面的案例分析和思考，抽取出重要的理論和概念進行重點講授，并使用流程圖詳細介紹MVC 3個模塊是如何各自分工、相互協作完成一個應用系統的。

（5）案例實踐、融入思政元素（40分鐘）。為了鞏固和內化前面所講授的理論，通過案例實踐讓學生進一步理解MVC開發模式。案例實踐讓學生以小組為單位完成案例任務，要求學生按照MVC 3個模塊規劃小組內分工，最后成績評定以小組答辯的方式，給學生們項目展示和匯報機會，鍛煉學生相互協作和溝通表達的能力，加強學生團隊的合作精神和精益求精的精神。在案例實踐過程中，為了解決系統安全問題，提高學生網絡安全意識，課前給學生布置通過查閱資料解決利用MD5算法解決密碼加密的問題。在講解這部分時，利用3分鐘左右的時間簡單描述我國著名學者王小云十余年如一日潛心研究MD5系列算法并于2004年在國際頂級密碼學會議Crypto2004上做報告的場景。通過這些人物的故事，讓學生了解愛崗敬業、精益求精、協作共進、追求卓越的新時代“工匠精神”，并引導學生在“學中做”“做中學”，將價值觀的形成、基礎知識的學習以及基本技能的培養和提高進行有機結合，從而將學生培養成為社會所需的復合型高技能應用型人才。

（6）課后拓學。學生根據布置的課后實驗進行拓展訓練并且借助課程教學平臺進行知識鞏固和問題交流，查漏補缺，這樣既發揮了教師的主導性又體現了學生的主體性。此外，同一個任務為不同基礎的學生提供差異化幫助，基礎較好的學生看任務要求即可完成，基礎一般的學生提供代碼提示，理解思路后實現，對于基礎薄弱的學生提供參考答案，以此使每位學生學有所獲，達到對學生的個性化培養。

3.5 教學評價

為了調動和激發學生的學習動力，本課程實施全過程化考核，建立了學生自評+學生互評+教師評價的多維度評價體系。通過自評和教師評價，教師可以了解每個學生作業完成情況和存在的問題；通過互評，同學之間可以相互學習、相互借鑒。SPOC平臺可以將線上線下過程化數據記錄下來，學生可以及時發現學習過程中的問題，了解自己的學習效果，查漏補缺，適時對后續學習目標、學習方法和學習技巧作出調整。教師可以通過平臺查看班級學生的整體學習情況，多維度地掌握進而靈活調整課堂教學重點和難點，動態組織課堂教學活動的開展。同時，教師也可以查看某個學生的作業，根據每位學生的自評以及作業完成情況，了解每個學生在學習中存在的問題，有針對性地輔導到每一位學生，并與之互動從而達到個性化學習的目的，從而形成學習過程的閉環系統。過程化考核評價線上考核占60%，線下考核占40%。線上考核包括作業和實驗、視頻觀看、章節測驗和討論，分別占18%、18%、18%和6%。其中，作業和實驗主要考核學生對JSP開發技術的掌握情況，學生根據實驗要求和目標，完成設計方案、測試計劃、實驗改進等環節，主要考核形式是實驗報告、程序檢查（含調試）和實驗結果檢查。視頻觀看主要考核學生視頻的觀看進度情況。章節測驗考核學生對于章節知識的掌握情況。討論是在教學過程中或者課后給學生布置的思考題目，目的是充分調動學生學習的積極性，提高學生的參與度，通過討論相互借鑒、相互學習。此外，討論內容根據學生的差異設置不同難度的內容，學生可以根據自己的實際情況選擇適合自己的題目，達到差異化教學目的，從而提高課程的“兩性一度”。線下考核包括考試和線下課表現，分別占24%和16%。線下考核采用上機考試形式，主要考核學生對JSP+Servlet+JavaBean技術的掌握情況，在規定時間內，采用指定技術完成系統開發、測試和分析。

2020-2021-1學期，利用濟南大學網絡教學平臺開展線上線下混合式教學，本文將從該學期學生評教、學生學習效果和成績分布3方面介紹具體教學評價情況。

在學生評教方面，通過評教成績可以看出學生對該教學模式非常認可，課程取得了滿分的評教成績，高于前面所有學期的評教分數。2019-2020-1學期為線下授課，學生評教為98.63分；2019-2020-2學期因為疫情，課程采用超星平臺線上授課，并結合QQ群進行課程的組織和答疑，學生評教為99.94分，可見學生對于線上授課有較高的接受程度；2020-2021-1學期恢復線下授課后，采用基于SPOC的線上線下混合式授課模式，取得了比以往學期更好的授課效果，考試平均分比以往學期有所提高，不及格學生明顯減少，課程評教也達到了滿分。由此可見，基于SPOC的線上線下混合式授課模式得到了學生的認可。

在學生學習效果方面，為了進一步貫徹基于OBE的教學理念，2020-2021-1學期利用濟南大學網絡教學平臺開展線上線下混合式教學，基礎差的學生可以課下通過平臺進一步學習和鞏固，基礎好的學生可以通過平臺進行擴展學習。此外，通過平臺增加了課前測、章節測驗、討論等環節，加強了對學生的過程化考核。從該學期的學習效果看，課程目標1的達成度為0.85，課程目標2的達成度為0.83，如圖4所示，均高于前一學期的達成度（2019-2020-2學期課程目標1的達成度為0.81，課程目標2的達成度為0.79。

Fig.4 Analysis of the course objective achievement evaluation圖4 課程目標達成評價分析

本文從作業、實驗和期末綜合實驗3方面評價課程目標達成情況：

（1）平時作業情況。目標1和目標2都處于良好水平，整體上較好地達到了課程目標要求。

（2）課程實驗情況。目標1和目標2都處于良好水平，整體上較好地達到了課程目標要求。

（3）期末綜合實驗情況。期末綜合實驗主要考查學生綜合應用本門課程所學知識的能力，從學生完成情況看，大多數學生可以達到預期效果，目標1和目標2的達成都處于良好水平。但也存在個別學生僅滿足于完成基本功能以及解決代碼不熟悉、不完善的問題，這主要與這部分學生的學習態度有一定關系，他們一般缺乏學習的積極性和主動性。

從學生成績分布看，學生和學生之間的差異以及不及格學生數量相比上學期有所減少，這表明采用線上線下混合式教學取得了一定效果，根據不同學生的個性化情況開展和組織教學，基本實現了以學生為中心的教學，提升了班級的整體教學效果。對于成績較差的學生如何進行幫扶，是以后需要解決的重點問題。

基于以上教學效果分析，制定持續改進措施如下：①進一步利用濟南大學網絡平臺等輔助教學手段，加強對學生平時學習狀態的關注和管理，強化過程化考核，特別是對于基礎較差的學生，要多加關注，采取一定措施調動他們學習的積極性和主動性；②對于課堂教學，繼續采用邊講邊練的方式，提升學生的動手實踐能力，并通過布置線上學習內容，引導學生課下自學、研究式學習，培養學生帶著問題聽課以及自主學習和主動解決問題的能力；③進一步深入挖掘課程思政元素，提升課程育人質量。

4 結語

本文以JSP應用程序設計課程為例，采用基于SPOC的線上線下混合式教學模式對課程進行了改革，突出以學生為中心、以產出為導向的教學理念，關注學生個體差異，基于過程跟蹤持續改進教學方法。這種教學模式既能讓學生通過線上課堂自主學習，又能讓學生在線下課堂通過教師的講解、答疑、翻轉課堂和討論等一系列活動進行深層次的進階學習，而且借助于豐富的線上資源更有利于針對不同學生的不同需求開展差異化教學，提高課程的高階性、創新性和挑戰度。通過學生成績和學生反饋可以看出，該教學模式提高了學生的學習效率，并取得了較好的學習效果。當然，在改革過程中也遇到了一些問題和困難，例如：線上和線下課堂的有機融合做得還不夠好，個別課時存在銜接不暢的情況；此外，教師要不斷更新和制作教學資源，一定程度上增加了工作量。針對目前教學過程中存在的問題，后續會積極向有經驗的教師學習，并在實踐中不斷積累經驗，探索有效的解決辦法。