基于SPOC 的流體力學課程線上線下混合式教學模式的改革與實踐

李金燕，唐蓮，李超超

（1.寧夏大學 土木與水利工程學院，寧夏銀川 750021；2.寧夏大學 旱區現代農業水資源高效利用教育部工程研究中心，寧夏銀川 750021；3.寧夏大學 旱區現代農業水資源高效利用教育部創新團隊，寧夏銀川 750021）

1 SPOC的發展

MOOC（Massive Open Online Course）由美國麻省理工學院于2008 年首次提出，之后在全球范圍內被廣泛應用[1]。MOOC 作為一種新的教學資源，改變了傳統單一的課堂教學形式，對高等教育的發展起到了重要的推動作用，因而受到高校教育工作者的廣泛關注。截至2014 年，中國大學MOOC 已成為被廣泛應用的在線課程平臺，其對提高在線精品課程共享率、支持線上開放課程的建設與運行發揮了重要作用。但是，使用MOOC 開展教學的模式由于缺乏教師的深度參與，師生之間互動較少，難以達到預期的教學效果。為了彌補這一不足，美國加州大學伯克利分校的阿德·福克斯教授提出了SPOC（Small Private Online Course）混合式教學模式[2]。SPOC 混合式教學具有小規模、專業性特點，其充分利用線上平臺的教學資源，通過將線上與線下兩個教學平臺有機結合，為學生提供完整、更具有針對性的教學內容，提升教學效果。SPOC 混合式教學既能夠發揮教師的引導、啟發和監控教學過程的主導作用，又能激發學生作為學習主體的積極性、主動性和創造性，真正體現“以學生為中心”的教育理念。在國內，SPOC 課程最早開設在清華大學“學堂在線”平臺。康葉欽對SPOC 的概念和理論進行了詳細的闡述[3]。隨著各高校相繼開設SPOC 課程，越來越多的教師開始關注、研究并使用SPOC 教學模式。

2 流體力學課程實施SPOC混合式教學模式的必要性

流體力學（水力學）課程是寧夏大學土木與水利工程學院土木工程、水利水電工程、農業水利工程、交通工程等本科專業的一門重要的專業基礎課程，在課程體系中具有承上啟下的作用，是學生學習后續專業課的基礎課程。對于土木類專業本科生而言，流體力學是一門重要的基礎課程，其知識體系可以大致分為三個方面：一是流體的基本物理性質和力學特性，二是流體力學三大基本定律，三是流體力學基本理論在工程中的應用。流體力學課程的特點是理論性、實踐性、應用性較強，教學目標是學生掌握流體平衡狀態下和運動狀態下的基本理論和方法，同時具備運用流體力學基本理論和方法解決實際工程問題的能力。寧夏大學土木與水利工程學院2019 年制定的新教學計劃將流體力學授課學時壓縮為32 學時，其中理論課為27 學時，實驗課為5 學時。為了保證流體力學（水力學）課程的教學質量，寧夏大學土木與水利工程學院流體力學（水力學）課程組于2019 年開始探索實行線上線下混合式教學模式。

課程組5 位教師于2019 年年底借助超星學習通平臺建成了符合學院實際需求的流體力學（水力學）課程線上教學資源。目前，課程線上資源經過流體力學、水力學兩門課程兩個學期的使用和建設，已經初步完善，為學生線上自主學習提供了教學資源。課程組教師在教學過程中充分利用線上資源，同時借助超星學習通平臺，將綜合案例融入教學，初步構建了基于案例的線上線下混合式教學模式。從學生的學習熱情、在線學習數據、課堂學習效果和期末考試成績來看，流體力學線上線下混合教學模式可以初步解決傳統教學中的一些問題，提高教學質量和教學效果。

3 流體力學課程SPOC線上線下混合式教學模式的實施

3.1 基于超星學習通平臺的在線課程資源建設

流體力學（水力學）課程作為寧夏大學土木與水利工程學院土木工程、水利水電工程、農業水利工程、交通工程等本科專業共同開設的一門課程，選課人數較多，達到200 人以上。為了進一步落實“以學生為中心”的教育理念，完善課程的在線開放教學模式，課程組5 位教師于2019 年年底借助超星學習通平臺建設完成了線上教學資源，并擁有了自主建設的線上平臺，通過開展SPOC 混合式教學，構建了學生深度參與的課堂教學模式。流體力學課程SPOC 線上資源內容主要包括：（1）結合流體力學的課程與內容特點，將各章節的內容通過分解、遴選和重組知識點，構建以知識點為節點的知識架構，制作完成40 個教學微視頻，內容包含流體的主要物理性質、流體靜力學、流體動力學、流動阻力與損失、有壓管道中的恒定流、明渠均勻流、明渠非均勻流七個章節，覆蓋了教學大綱要求的所有教學內容；（2）設置知識點課前檢測習題、習題求解過程演示、章節課后測驗題、線上線下討論、開放式學習、知識點總結回顧等實踐環節，建設包含電子教案和演示文稿、課程測試題、討論題、開放習題的資源庫；（3）收集與流體力學知識相關的工程案例，形成案例庫；制定每一次課前的預習任務書，形成學習任務庫。

線上課程資源體現了如下特點：（1）在課程教學資源建設方面，教師利用動態的圖像以及具有趣味性的文字介紹對理論知識進行講解，使學生加強對流動現象的理解記憶；（2）在討論題設置上，遴選“是否考慮黏滯性對流動問題求解的影響”“壁面壓力分布和壓力體之間的關系”等綜合性題目，以達到在討論過程中將多個章節的知識串聯到一起的目的，并鼓勵學生將討論的內容以文本形式記錄下來，從而加深理解；（3）教師輪流管理線上討論區，通過定期查看學生的討論過程，對疑難問題進行回復，從而達到及時掌握學生學習情況的目的。

3.2 線上線下混合式教學模式的構建[4-7]

結合自身教學特點，寧夏大學土木與水利工程學院流體力學（水力學）課程組自主建設的線上教學平臺為學生提供了豐富的學習資源，同時與傳統線下教學有效結合，發揮線上教學和線下教學的優勢，構建了“課前+課中+課后”相融合的SPOC 混合式教學模式，有效提升了課程教學效果。根據土木工程類專業流體力學的教學內容和特點，課程組教師發現教學設計是實施SPOC 線上線下混合式教學模式的關鍵，即如何將線上教學和線下教學有效結合起來，使兩者優勢互補，達到在有限的課時內提高教學效果的目的。流體力學課程內容涵蓋了流體靜力學、流體運動學和動力學、流動阻力和水頭損失、孔口和管嘴出流、明渠流、滲流等內容，知識點較難，公式推導復雜。教師在教學設計中需要著重考慮課程內容的安排，如課前教師要做什么準備和學生要達到什么要求；課中教師需要詳細講解哪些內容，學生需要在課堂上討論哪些內容和問題，教師如何組織課堂討論；課后教師如何安排檢測，學生如何鞏固課程內容。因而，教師需要優化“課前+課中+課后”各教學環節，在有限的課時內提高教學效果。

3.2.1 課前

SPOC 線上線下混合式教學模式借助線上平臺的微視頻，給予學生充分的自主學習時間。學生在課前要充分開展線上資源的學習，總結在學習中遇到的問題，并帶著問題在課堂上與教師、同學進行討論，從而使學生充分理解相關理論知識，使課堂教學質量更有保障。

對于課前學習環節，教師首先需要給學生設定明確的學習任務和目標，并在每節課課前一周發布。在傳統的教學模式下，任課教師通常將課程作為一個完整的體系進行教學大綱、教學目標和任務的設計，但是對于學生來講，這個體系過于龐大，其無法理解課程的教學目標，因此也很難產生學習的興趣。所以，課程組教師通常以一節課的學習內容來設計學習任務和目標，每次提前發布視頻學習任務，該任務一定是目標明確、具體、可量化的，使學生對本節課的學習目標和內容有一個明確的認識，以便指導學生進行有效的自主個性化學習。學習目標的作用是讓學生明白學什么，學到什么程度。并且，在教學改革中，流體力學課程學習目標的描述通常運用可達成的動詞，如指出、闡釋、描述、比較、設計等。同時，教師需要提前發布本節課的線下討論任務，讓學生提前做好準備，上課時更好地參與討論；也可以根據章節特點發布思考性作業，如繪制章節思維導圖等，讓學生加深認識，回顧知識點；還需要有針對性地設計課前學習檢測練習，讓學生對自己的預習效果進行檢驗。

學生在課前需要自主學習線上資源，并完成相應的任務點，如思維導圖的繪制、線下課堂匯報、討論任務PPT 的制作及課前測驗等；學生也可以把自己學習過程中存在的疑問發布于討論區，供教師進一步了解學生的學習情況并給予解答。學生可以在線上平臺反復學習本課程的相關知識，鞏固知識點，讓線上資源發揮長期指導作用（見圖1）。

3.2.2 課中

在線下教學中，教師要改變傳統教學方法。首先，教師應結合本節課的課程內容和特點，搜集學生感興趣并且貼近教學內容的工程案例或生活實例，以PPT形式展示給學生，讓學生認識到本節課的內容能夠解決工程或生活中的具體問題，以提高學生的學習興趣，調動學生的學習積極性。其次，教師針對課前設置的學習目標和布置的學習任務進行理論內容掌握程度的前測，檢測可采用多種方法實施，如隨堂通過學習通發布多種類型的測試題、開放式討論題等，通過學生的搶答結果，能夠很好地反映學生對本節課內容的掌握程度，加深學生對本節課內容的理解，同時也便于教師了解學生的學習情況和存在的問題，并調整后續課程的難易程度和教學進度。這兩個環節共占用課堂時間45min。然后，教師把每個教學班的學生分成10 組，每組6～7 人，教師隨機抽取5 組，指定組長，并進行組內其他角色分配（角色不定期更換），由組長充當教師的角色，以PPT 的形式演示自己準備的思維導圖，進一步展示線上學習的效果，其他學生通過投票選出前兩名的優秀“授課”組。“授課”完畢后，每一位學生均需在線上平臺上傳自己繪制的思維導圖，以便教師課后評定并給出成績。或者根據課前線上發布的討論任務要求，課堂上兩兩小組交叉討論，討論后各組修改完善自己的方案，通過學習通平臺上傳最終方案；學生進行評論、點贊，投票選出前三名的優秀方案，教師將優秀方案投屏，小組代表上臺分享方案設計思路，并說明組內分工以及如何解決遇到的問題等，教師給優勝小組加分，這樣可以增強學生的積極性。最后是教師總結環節，教師主要以思維導圖方式針對學生存在的問題及課堂內容及進行簡要的啟發式總結，同時進行簡單的知識延伸講解，并提示下節課內容以及相應的學習要求。

3.2.3 課后

課堂學習結束后，學生通過對課堂授課內容的深入認識，有針對性地再次借助線上平臺視頻、知識點總結鞏固學習，并完成教師在平臺中發布的課后作業，進一步對易混點、易錯點和重難點知識進行鞏固，了解自己對知識點的掌握情況；同時，學生也可以在討論區提出自己的疑問，其他學生或教師均可以給予答復。教師給學生布置不同類型的課后作業，并在批改作業后提供相應的答案，以供學生對照答案改正錯誤；同時，教師需要在討論區答復學生提出的問題，評閱學生在線下課堂上傳的思維導圖以及課堂問題討論方案。

3.3 通過線上平臺融入工程案例[8-10]

流體力學課程是一門工程應用性較強的課程，目前在教學中存在一些問題：學生工程觀不強、學習興趣不高，缺乏明確的工程目標和工程思維能力，分析解決實際問題能力較弱；學生工程應用、綜合分析能力弱，前后知識點的銜接及融會貫通能力較弱，理論聯系實際的能力不足，不能學以致用。

因此，在教學改革過程中，教師需要重點進行綜合案例素材的收集和整理，保證案例的內容緊貼教材，能夠使授課內容的每一個知識點都在案例中有所體現。同時，將精選的綜合工程案例在線上平臺按照理論內容進行整合與發布，學生在學習每部分內容前后均可在線上查看教師發布的綜合工程案例，并熟悉案例中涉及本章的內容以及教師所提供的一些導向性問題。教師對學生提交的設計方案進行評閱，并在線下進行相應的點評，學生也可以在線上查看自己獲得的點評，從而了解自己對本章知識的掌握情況。下一章內容講授完成以后，學生可以利用學習的知識去修改完善設計方案，并提交教師批改。當全部章節內容講解完，學生的整體設計方案也同步完成。通過這樣的過程，教師將課程中孤立的章節串聯起來，為學生呈現完整的知識體系。學生能夠進行水利工程的初步設計，還能夠多角度分析問題，形成發散性思維。

3.4 多元動態考核體系的實施[11-14]

在沒有實行線上線下混合式教學之前，流體力學課程一直采用傳統的評價方法：閉卷考試（占比60%）和平時作業（占比30%）、考勤/隨機提問（占比10%）。傳統考核方法主要從上課考勤、課堂隨機提問和平時作業幾個方面來考量平時成績，經常會出現期末閉卷考試成績與平時成績不一致的情況。實行了基于SPOC 的線上線下混合式教學后，改革考核模式也是提高教學效果的一項關鍵舉措。為了充分保障學習效果，課程組教師建立了將線上學習、討論、測驗等數據和線下課堂表現、期末閉卷考試有機結合起來的多元化考核評價體系，以調動學生在線學習的積極性，提高學生自主學習的能力，增強學生自主學習的意識。具體考核的單元模塊和考核成績占比如圖2 所示。從圖2 中可以看出，混合式教學考核模式期末閉卷考試成績占比依然較大，主要考慮的是閉卷考試模式依然是科學考查學習效果的有效途徑，能夠檢測學生的最終學習效果。但同時也兼顧了學生線上學習以及線下課堂PPT 的匯報情況以及參與課堂討論的程度，能有效促進學生自主學習習慣的養成和學習能力的提升。

圖2 基于SPOC 的線上線下混合式教學考核體系構成

3.5 教學效果對比分析[15]

為了分析實行線上線下混合式教學與傳統教學方法對學生滿意度、學習效果等方面的影響，課程組對寧夏大學土木與水利工程學院土木工程專業實行傳統教學的2018 級學生和實行線上線下混合式教學的2019級的學生進行網絡問卷調查和成績分析，調查結果見表1。

表1 混合式教學實施效果評價

成績分析采用的是卷面成績，這是由于學生的綜合成績是由平時成績和卷面成績加權合成，改革前后的權重不同，因此，學習效果的衡量選取閉卷考試卷面成績。選取2018 級實行傳統教學的土木工程專業78 人的期末考試卷面成績和2019 級實行混合式教學的73 人的期末考試卷面成績，進行統計分析，結果見圖3。

圖3 傳統教學與混合式教學成績對比

從表1 可以看出，學生普遍認為基于案例的混合式教學提高了學習興趣、學習效果，并培養了交流合作的能力，達到了學以致用的目標。通過進一步調查發現：部分學生認為線上學習占用了較多課余時間，由于大學二年級課程多，很多專業基礎課都在這個學期開設，而且學習難度都比較大，加上很多課程都開始采用線上線下混合式教學，導致學生花費在課后的時間比較多，因此忽視線上學習。對于這種情況，教師要從學生的思想認識著手，讓學生充分認識到課下花費的時間雖然多了，但自主學習能力增強了，學到的知識更多了。從圖3 可以看出，相較于傳統教學模式，混合教學模式的平均成績和及格率、高分段學生的數量都有提升，可以證明混合教學模式的教學效果優于傳統教學模式。

4 結語

（1）采用線上線下混合式教學，將學生課下自主學習與教師課堂講授有機結合，是一種全新的教學模式。首先，教師需要將課程體系設置得更為合理，對各個教學環節的設計、教學內容的取舍、課堂討論的設置、測試題的精選，都需要充分思考。學生通過線上自主學習、教師問題引導、線下自主匯報，提高了交流合作能力，增強了自主學習的動力。

（2）將理論與實踐相結合，將工程領域實際問題以及日常生活中的實例融入線上線下的授課過程，能夠讓學生明白如何應用理論指導實踐，將理論與工程實踐結合，并增強的學習興趣。