基于SPOC的機電控制技術混合教學探索與實踐

竇建平　郁建平

［摘 要］課程組以打造“金課”為愿景，開展了機電控制技術課程混合教學改革實踐。以產出導向理念為指引，更新了課程目標和內容，并改革了考核方式，開展了SPOC線上資源，如微視頻、習題和測驗題庫建設。運用慕課堂智慧教學和多種教學方法精心開展了線下教學。通過混合教學實施前后的效果對比，發現基于SPOC的混合教學對提高課程含金量是可行和有效的。

［關鍵詞］機電控制技術；SPOC；線上線下混合教學；產出導向；“金課”

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）07-0044-03

機電控制技術是東南大學（以下簡稱學校）機械工程專業（機械電子工程方向）本科生的專業核心課程，涵蓋了機械傳動、控制與檢測、電工電子等知識，是一門交叉性、應用性極強的課程，具有機電結合、電為機用的特點。為實現學校領軍人才培養目標，響應教育部打造“金課”的號召和滿足學校在線課程建設規劃的需求，機電控制技術課程于2019年上半年開展了在線課程建設，2019年底，該課程在中國大學MOOC網站正式上線。2020年春季學期，課程從傳統的線下教學轉為充分利用MOOC來開展的線上線下混合教學。

近年來的理論探索和實踐表明，線上線下混合教學有助于實現課程的深度教學，契合“金課”培養學生高階思維和解決復雜問題能力的目標[1]。線上線下混合教學能夠滿足學習者個性化學習、自主學習的需求，能夠發揮教師的主導作用，體現學習者的主體地位[2]。目前有關機電控制技術課程的教學改革研究和實踐，一方面集中于對新的教學方法的使用，如實例探究式教學法[3]、項目教學法[4]、研究型教學法[5]、新工科背景下教學模式研究[6]等。另一方面是從工程教育認證的角度出發，引入產出導向的理念來進行課程改革[7]。當前，對機電控制技術課程線上線下混合教學方式的探索與實踐不多[8]。為滿足學校特定的人才培養需求，以提高課程含金量為目標，課程組利用MOOC打造了適用于本校學生的小規模專有慕課堂（SPOC）資源，并基于SPOC進行了兩輪以上的線上線下混合教學實踐。本文對近年來基于SPOC的機電控制技術課程線上線下混合教學改革的探索和實踐進行了總結和梳理，以期與同仁進行交流，并為相關課程實施線上線下混合教學提供思路和參考。

一、機電控制技術教學改革目標和思路

開展機電控制技術課程教學改革，旨在解決傳統課程教學存在的不足。

1.課程學習內容高階性不足。受制于40學時的限制，課程缺乏對新技術的介紹，比如新型電力電子驅動技術、交流電機調速技術等，難以激發學生的學習興趣，也使得培養出的學生難以適應時代的發展。

2.課程考核方式創新性不夠。傳統課程以期末試卷筆試為主（成績占比達80%），缺乏過程性考核，難以充分調動學生的主動性和積極性。

3.課程在對學生機電傳動控制方案創新設計能力的培養上存在不足。受制于學時限制，在授課、考核和大作業方面對機電傳動控制方案創新設計的涉及有限，制約了部分學生創新設計能力的鍛煉和提升。

4.教學方法有待改進。目前傳統線下課堂教學主要采用以教師為中心的講授式教學，重心在傳授知識，學生被動地接受知識灌輸，忽視了對學生的自主學習能力、解決問題能力和團隊協作能力等的培養。

針對以上問題，本課程在教學改革中融合了“金課”、線上線下混合教學和產出導向（OBE）理念，即以打造“金課”為愿景，以線上線下混合教學為手段，結合OBE理念來制訂課程大綱和實施教學評價。

基于工程教育專業認證的要求，融合“金課”高階思維和解決復雜問題能力的目標，本課程確立了“工程知識”“問題分析”和“設計解決方案”三個維度課程目標，并重構和優化了課程內容與教學方法。本課程確立的課程目標如下：

1.掌握機械工程領域中機電傳動及控制基礎知識，理解機電系統常用電機及電器的基本原理和結構，掌握其特性及應用，能夠建立數學模型并求解。

2.能夠認識機械工程領域復雜工程問題解決方案的多樣性，并能通過文獻研究尋求機電傳動控制工程問題的可替代解決方案。

3.掌握機械工程設計和機電一體化產品開發全周期、全流程以及基本的設計開發方法和技術，了解影響設計目標和技術方案的各種因素。通過開發設計訓練，培養學生的工程技術素養和工匠精神。

實施教學改革最重要的是對課程考核方式進行改革，只有抓住了課程考核改革的“牛鼻子”，才能激勵學生主動參與課程改革。在改革前，本課程考核成績構成為平時成績占10%、單元測試成績占10%、期末考試成績占80%。在實施線上線下混合教學后，課程考核成績構成為線下課堂表現成績占20%、線上單元測試成績占20%、期末考試成績占60%。課程總體上加強過程性考核，降低期末占比，突出線上考核的比例。兩年的線上線下混合教學實踐表明，以上考核方式的改革有效地提高了學生參與線上自主學習和測驗以及線下課程學習的熱情。

二、線上SPOC課程資源建設

相對于MOOC 的純線上教學模式，SPOC 更傾向于混合教學模式，其目標是最大程度實現MOOC 與傳統課堂的深度融合。SPOC 是用于補充而非替代課堂教學的一種模式，它可以提高教師的杠桿作用、學生的掌握能力和學生的參與度。

課程組基于自建的MOOC并針對學校人才培養要求，打造了機電控制技術課程SPOC資源。首先結合自編國家級規劃教材《機電控制技術》三大內容模塊“機電傳動基礎”“邏輯控制”和“運動控制”，按照“金課”建設要求對課程內容和知識點進行了梳理與更新，共梳理了約40個知識點。在內容更新方面，主要加強了對新的電力電子器件（如IGBT）及相應的電力電子電路的介紹，同時加強了對直流PWM調速和交流異步電機調速內容的講授。由教學經驗豐富的教師結合有關知識點拍攝不超過15分鐘的微視頻（目前有32個微視頻），供學生隨時學習觀看。

除了將微視頻和課件上傳至SPOC以外，更為重要的是建設了線上作業、單元測驗、綜合測驗等在線練習和測驗題庫，便于學生對自學的效果進行檢驗。本課程為每章節設置了單元測驗題，學生完成相應章節的學習后需及時完成線上測驗; 完成所有章節學習后需在規定時間完成線上綜合測驗。教師需精心挑選題目，確保學生在認真觀看視頻后，答題正確率在70%及以上，以提高學生的學習質量。

另外，線下教學引入了基于慕課堂的智慧教學，教師需要提前針對每一個視頻設置相應的客觀性測驗題（針對基礎性學習內容）和具有一定深度的討論題（針對擴展性學習內容），同時配合線下教學建設涵蓋基礎性學習內容和擴展性學習內容的題庫。

三、基于SPOC的線上線下混合教學實施模式

基于SPOC的混合教學，包括SPOC線上教學階段——教師安排學習任務，學生進行線上自主學習；線下教學階段——面對面的教學、討論和交流。機電控制技術課程在線上和線下兩個階段均設置了作業和測試環節。線上測試包括各章節的單元測試和期末測試，線下測試包括隨堂測試和傳統的期末考試。

在線上教學階段，學生利用SPOC線上視頻、文件和PPT 等學習材料，按規定的教學進度自主學習并在規定的時間內完成章節測驗。教師在每次線下課上課之前，利用中國大學慕課堂平臺給學生布置觀看視頻等課外預習任務。學生預習任務完成情況在線上平臺均有記錄。

在線下課堂面授時，學生已經對相應課程的基本概念和基礎知識有了一定的了解，因而如何融合學生線上學習的情況，合理安排線上和線下的教學比重，有效實施線下教學就成了關鍵。要建設線下“金課”，就需要教師精心“備課”，并按照每次備課的教學設計來實施課堂教學。每次上課前還需充分“備學生”，即利用線上平臺數據，了解學生視頻學習情況、測驗得分等，從而根據學生學習的掌握情況采用靈活的授課方式。

本課程中針對不同章節內容，采取了不同的授課方法，包括講授式教學法、項目式教學法和研討式教學法等。總原則是線下課程不重復講授線上課程的知識點，而是幫助學生對知識點進行梳理、突破重點和難點，提高學生運用知識解決工程問題的能力。講授式教學的典型做法是用約一節課時間來梳理知識，講解難點和重點，第二節課則利用慕課堂智慧教學工具給學生發布客觀題和討論題（開放性題）。一節課（45分鐘）中，學生隨堂練習的時間一般控制在15分鐘左右，教師利用剩余時間根據慕課堂反饋的數據，對得分率較低的客觀題對應的知識點進行深入剖析。2020年春季某班級慕課堂線下教學情況如圖1所示。采用慕課堂智慧教學的好處是學生在課堂上的表現均在線上平臺有相應的數據記錄，便于教師將線下課堂表現納入過程性考核，同時對學生課堂學習起到激勵（表現好則得分高，學生本人可看到自己的數據）和鞭策作用。

實施線上線下混合教學，教師的教學流程包括備線上學情—備線下課—線下課堂面授—批改線上線下作業—在線問題回答與討論點評—線上數據統計分析與反思。

四、線上線下混合教學實施結果分析

為掌握線上線下混合教學情況，課程組按照工程教育專業認證的要求對學校2016級（傳統線下教學）和2017級（線上線下混合教學）的機電控制技術課程達成度進行了比較。需要說明的是，兩年的期末試卷難度大致相同，2017級比2016級試卷稍難一點（增加了機電控制系統設計題的分值）。兩屆學生的三個課程目標達成度對比情況如圖2（a）所示。2017級相對于2016級來說，課程目標1和課程目標2達成度均有所提高。可見，開展線上線下混合教學后，課程目標1和課程目標2的達成度，即學生基礎知識的掌握程度和問題分析能力有所提高。在課程目標3的達成上，因期末考試難度有所增加（分值和題量相對2016級試卷均增加）出現了一定下降。總的來說，從課程目標達成度來看，本課程基于SPOC的線上線下混合教學實施效果良好。2016級和2017級成績分段對比情況如圖2（b）所示，2017級學生成績優秀率較高，這從一定程度上反映了線上線下混合教學改革和實踐是可行與有效的。

五、結語

為滿足學校人才培養需求，課程組以打造“金課”為愿景，融合產出導向理念，在機電控制技術課程中實施了基于SPOC的線上線下混合教學探索與實踐。本文介紹了機電控制技術課程的建設目標和思路，確立了三大課程目標及相應的課程考核改革方式，以此來支撐混合教學的實施。基于自建的MOOC，建設了包括微視頻、PPT、練習題庫和測驗題庫等的SPOC線上資源。基于SPOC的混合教學包括線上學生自主預習和線下課堂面授兩個階段，教師上課前除了常規的“備課”，還需要在課前利用線上數據“備學生”。本課程在線下課堂教學時采用慕課堂智慧教學，每次課均設計隨堂測驗題和討論題，激勵學生自主學習。通過對傳統線下教學（2016級學生）和線上線下混合教學（2017級學生）的課程目標達成度和學生成績分段數據進行對比發現，基于SPOC的線上線下混合教學是可行和有效的，將有利于繼續穩步推進教學內容向高階性和挑戰度方向發展。為進一步提高課程的教學效果，今后還需要針對每次線下課程內容，探索靈活多樣的教學方法，比如翻轉課堂[9]等， 以此培養學生的高階思維和解決問題的能力。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 陳紫天.高校線上線下融合式深度教學的理論與實踐[J].沈陽師范大學學報（社會科學版），2020，44（6）：97-104.

[2] 陳宮，謝曉蘭，劉漢英.高校基于SPOC的差異化混合教學模式構建[J].大學教育，2020（4）：10-12.

[3] 熊曉松，熊建橋.“機電傳動控制”實例探究式理論教學探索：以異步電動機啟動為例[J].教育教學論壇，2013（34）：127-128.

[4] 楊旭東.基于項目教學法的機電傳動控制課程設計探討[J].科技視界，2016（8）：122.

[5] 蘇再軍，黃艷香.機電傳動控制課程研究型教學改革探討[J].中國教育技術裝備，2019（13）：102-103.

[6] 吳軍，李維嘉，郭卉，等.新工科背景下的船舶機電傳動控制課程教學模式初探[J].大學教育，2019（6）：48-50.

[7] 侯紅玲，任志貴，王長乾，等.基于OBE理念的機電傳動控制課程目標達成度評價策略[J].大學教育，2020（1）：31-33.

[8] 郝妮妮，楊俊茹，谷明霞，等.機電傳動控制課程混合式教學模式改革探析[J].中國教育技術裝備，2019（11）：93-95.

[9] 張新，張琛，許強.“翻轉課堂+”混合教學模式在軟件工程課程教學中的應用[J].大學教育，2020（8）：104-106.

［責任編輯：蘇祎穎］