基于SPOC翻轉課堂的土木工程概論課程線上線下混合式教學模式構建與實踐

車 偉， 楊震柏

（中國地質大學（北京） 工程技術學院，北京 100083）

課程作為高校專業人才培養的核心單元和核心要素，其教學質量直接影響高素質人才培養的卓越程度。為全面消除“水課”，打造有創造性、有挑戰度的一流本科“金課”，2019 年10 月，教育部印發了《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》（教高〔2019〕8 號）［1］，明確提出了“雙萬計劃”，要求在2019—2021年期間，建設一萬門左右國家級一流課程和一萬門左右省級一流課程，積極推進以“質量”為核心的高校課程自我升華和創新改革，適應新時代下大眾普及化高等教育的內涵式發展需求。

土木工程概論課程是在“大土木、大工程”專業目錄調整背景下新開設的專業基礎課程，也是全國每年近10 萬名土木專業本科新生入學后接觸認識到的第一門專業課，在整個專業課程體系中起著十分重要的作用。因此，也常稱為土木工程專業導論課或專業先導課。通過課程的學習，使學生較全面地了解土木工程的內容、方法、成就和未來發展情況，了解土木工程的綜合性、社會性及其在技術、經濟與管理方面的統一性，初步構建專業基礎和專業思想，培養工程思維和工程倫理意識［2-3］。因此，它承擔著使這些“新手”初步認識、了解、憧憬土木工程專業，理解專業責任擔當的重要使命。

近年來，隨著“互聯網+”技術的普及和教學設備的升級改造，MOOC、SPOC、微課、翻轉課堂和建筑信息模型（BIM）等各種新的教育信息化技術形態得到了廣泛應用［4-6］，已經對傳統課程教學模式產生了巨大的沖擊和挑戰，直接切中傳統課堂教學的痛點。打破時間、空間、內容固定單一的局限，靈活、多樣、智能的“線上線下”混合和個性化的深度教學將成為未來高校專業教學模式的新常態［7］。針對中國地質大學土木工程概論課程傳統教學方式面臨的教學痛點，開展基于SPOC翻轉課堂的線上線下混合式課程教學模式構建與實踐應用，提出了以“問題導向、精準教學、個性學習”為主線的課前初步內化、課中深度內化、課后全面內化的新型教學模式，滿足新時代大學生多元化、個性化的培養需求，提高學生的綜合素質和創新能力。

一、傳統教學模式遇到的教學痛點

結合近4年土木工程概論課程的教學實際情況，在傳統“填鴨式”教學過程中面臨的痛點主要表現在以下4個方面［8-9］。

（一） 課時少、內容多

與多數土木院校一樣，土木工程概論課程開設在第一學期，但授課課時只有16 個學時，利用如此少的課堂時間將整個大土木、寬口徑的學科基本知識傳授給這些專業“新手”，并且要求大多數學生能理解掌握，并非易事。

（二） 互動少、主動性差

大班“填鴨式”教學模式的講課、提問、回答等所有課堂環節都按照教師提前備課設定的統一節奏進行，在有限的課堂上很少有師生之間、學生之間關于工程思維的交鋒和學習智慧的碰撞，學生難免覺得上課枯燥乏味，提不起興趣。同時，在這種“應試”教學環境下，偏重結果評價而忽視過程評價，明顯抑制了學生自主探究、合作交流、獨立獲取知識能力的培養，導致學生的主觀能動性不足。

（三） 因材施教、創新訓練不足

學生之間的能力、性格和志趣存在個性差異是不可避免的，“一對多”的傳統教學模式，很難照顧到每個學生的具體情況，班級中很容易出現“先進生吃不飽，后進生聽不懂”的現象，進而產生上課睡覺、逃課等厭學行為。這將不利于新時代大學生多元化、個性化綜合素質能力的培養，也無法根據學生個人自身特點及目標需求“因材施教、對癥下藥”。同時，知識相對封閉的課堂教學很難滿足學生的開放性和創新性思維訓練。

（四） 教師角色的位置偏差

知識學習有兩個階段：知識講授和知識內化。在傳統教學中，知識講授主要在課堂上進行，知識內化主要在課后完成，這樣會導致學生在消化課程的重點、難點時教師往往并不在身邊，教師角色出現位置偏差。如果將知識講授和知識內化的位置顛倒過來，知識講授在課外，知識內化在課內，在教師結合項目、案例的實時指導下，學生學習的有效性和學習的深度、廣度將大大提高。

二、SPOC翻轉理念下線上線下混合式課程教學設計框架

翻轉課堂是將“教”與“學”在時間順序上進行前后顛倒，強調先“自主學習”后“深度教學”。混合式教學關注的是學習場所和學習載體的變化，從實體空間向虛實結合空間轉變。因此，在混合式教學模式的改革中，要綜合考慮專業課程的內容特點，把握學生的認知水平，注重線上資源的導學性，有效提升絕大部分學生學習知識的深度和廣度［10］。

土木工程概論課程的學習難度相對較小，線上資源豐富，比較符合開展翻轉課堂的教學需求。結合該課程的教學目標和內容特點，依據翻轉課堂混合式教學的理念，以SPOC 平臺為載體進行混合課程教學模式設計。整個教學設計中，嘗試從本質上跳出傳統的教學范式，從“內容+學生+講授者”轉為“問題+問題解決者+指導者”，以“問題導向、精準教學、個性學習”為主線，使學生在項目、案例的問題解決中實現工程技能的提升。根據時間順序劃分為前期資源準備、課前導學、課中研學和課后總結四大部分，具體教學流程框架如圖1所示。

（一） 前期學習資源準備

利用SPOC 平臺，教師進行課程情境素材建設是混合式課程教學順利實施的基礎和前提，提供精準豐富和多元個性的線上素材能有效激發學生自主學習的積極性。針對課程知識內容多的特點，進行知識內容歸類合并，并在SPOC 平臺上按照“問題導向”歸類提供必看和選看的課程知識微視頻、動畫等情境素材。同時，考慮到本校學生的實際情況，主講教師還針對一些重、難點知識，單獨錄制了12 個微視頻，總時長大約2.5 h，平均每個視頻10 min，呈現層次化、差異化素材推送選擇。平臺上還有課件、圖片、在線測試題等資料以及超星圖書館和校園圖書館的鏈接資料，設置了任務發布區、在線討論區和學情統計區，便于師生之間的線上交流與意見反饋。線上資源的利用可有效解決傳統教學中課堂展示形式單一、課時少、不可選擇和不能重復觀看的問題。

（二） 課前線上導學

教師在深入研究教學內容和學生基礎知識掌握情況后，在課前精心設計教學任務和導學方案，并圍繞任務問題設定匹配的線上必看素材，選看素材由學生在SPOC平臺上自主選擇。學生根據任務需要，自由安排學習時間，按照自己的學習節奏和喜好，選擇必看和選看教學素材，進行自主學習，對于難理解的內容可以反復觀看。通過線上學習和查閱相關資料，學生獨立收集、整理學習任務單的內容，并可進行線上討論交流，共同進步，初步內化知識點。同時，將自己學習中遇到的問題和建議發布至線上討論區，教師及時關注學生的留言，并給予解答。

教師在課前通過平臺上的學情統計，重點關注視頻觀看人數分布、視頻觀看時長比例、學生提問數量與質量和在線測試成績等統計數據，了解每個學生對新發布知識的掌握程度，及時調整課中教學設計。每節課對課前學習較好的學生進行表揚。

（三） 課中討論研學

工科課程混合教學課中活動的主要內容是基于工程項目、工程案例的知識深度內化和廣度拓展，重點強調利用課前學習知識解決現實工程問題的能力，這是工科專業翻轉課堂實施過程中的關鍵環節。基本知識的傳遞及初步內化放在課前，知識的深度、廣度內化放在課中，其目的在于教師實時指導學生更深入地理解知識、掌握知識和應用知識。

課中教學中教師從“獨霸”課堂的講授者向平等交流探討的引導者轉變，主要扮演基于項目或案例的討論組織管理、引導和問題指導的角色。教師依據教學目標及擬學習解決的工程問題選擇一個或兩個工程案例，根據學生的課前學習質量和學生提出的問題設置討論交流的內容及難度。每次課指定一名主持人，負責課中具體活動環節的組織和數據記錄。課中教學活動主要包括5 個環節。

（1）學生陳述在課前學習中遇到或發現的問題，課堂上進行討論，教師給予幫助和解答，教師記錄整理匯總問題，提交小組結合工程案例進行討論和解決。教師在這個環節中通過引導鼓勵，消除學生不善于提問和質疑的傳統心理障礙，鼓勵發散思維，教會學生找問題、問問題。

（2）以小組為單位進行組內討論，依據課中教師提供的工程案例，先討論本小組提出的問題，再討論和解決其他小組發現的問題，形成小組答案和意見。

（3）各小組發言人陳述小組答案和意見，參與全班組間討論，必要時教師可以修正、補充意見。整個過程仍以學生為主導，教師注重引導修正。

（4）教師結合工程案例對學生的答案和意見進行梳理總結，對某些錯誤或理解片面的答案，進行必要的更正和補充，對學生掌握的知識內容進行拓展和深化。

（5）各小組根據每個成員對本次小組課中討論的貢獻程度進行組內評分，教師對各小組匯報情況評分，主持人統計成績。

每節課的時間是固定不變的，教師可根據單次課程中不同環節的重要性和難度，靈活調節各環節的時間分配，保證翻轉順利完成。課中翻轉教學活動具體流程如圖2所示。

圖2 課中翻轉教學活動流程圖

（四） 課后總結評價

學生課后進行單元知識的梳理，撰寫總結報告，完成知識的全面內化。課后考核改變傳統的結果評價方式，以學習任務為明線，以知識技能的提升和綜合素質培養為暗線，引入診斷性評價、過程性評價和總結性評價。課后成績主要包括線上學習參與度考核、線上測試考核、課中討論考核和課后報告考核四部分。

（1）線上學習參與度考核占比30%。主要考查學生觀看視頻時長和在線互動提問的數量與質量情況。

（2）線上測試考核占比20%。包括線上課程隨堂測驗和線上單元作業評分。

（3）課中討論考核占比35%。課中討論成績=全班組間成績+小組組內成績。學生組內成績采用“組內強制分布法”確定，由小組內部根據個人對小組本次討論的貢獻程度完成賦分，滿分10分。原則上5～6人為一組，若5人一組，分別取9、7、5、3、1單數賦分；若6人一組，兩人可以賦值5分，其余相同。全班組間成績，由教師根據小組匯報及回答問題的整體表現評定，滿分90分。

（4）課后總結報告考核占比15%。教師根據學生撰寫的報告質量及對知識全面內化的程度進行綜合評價，并對知識內化不徹底的學生推送相關學習資源，必要時進行約談。

三、個性化教學策略

借助信息化的混合教學模式，其主要目標是利用豐富、多元的線上資源，從“規模化”教學向“個性化”教學轉變，是學生以問題為導向，通過積極學習、主動探究、發掘自身的優勢潛能，形成個性特征的過程。需要強調的是，“個性化”教學不等于個別教學，個性不等于特性，個性是學生共性和學生特性的疊加［11］。混合式教學模式以“問題導向、精準教學、個性學習”為主線展開，培養學生個性化發展主要從以下4個方面著手。

1. 資源推送精準及時個性

課程的SPOC 平臺資源實行動態更新管理，教師和學生都可以上傳經過審核的課程相關資源。平臺結合課程知識單元的學習內容，精準及時推送豐富多樣的視頻、動畫、圖片和文字等學習素材，滿足學生的個性化、差異化學習需求。整個教學活動打破學習的時空限制，從傳統課堂拓展到課前、課中和課后的任意時段。

2. 發掘學生潛能

掌握課程知識的方式有多種形式。教師通過SPOC 平臺的學情數據及教學過程中的談話、觀察，幫助學生找到自己的優勢和潛能。在以小組為單位布置的大作業中，組內所有學生發揮各自的特長，團隊協作。與此同時，通過布置具有一定難度的附加小作業，讓學生自由選擇，進一步發掘學生潛能。

3. 關注成績處于中間的學生

先進生和后進生容易得到教師的重視，但是，大多數成績處于中間的學生，往往不容易引起關注。在個性化教學中，如何關注這些容易被忽視的學生，幫助其健康成長是個性化教育中需要解決的問題。為此，采用分組學習方式，通過組內討論、小組匯報交流，讓每位學生都有展示自身優勢的機會。接納包容每位學生的想法，尊重保留每位學生的個性和特點。

四、翻轉混合式教學實踐應用案例

（一） 具體案例設計

為了初步檢驗基于SPOC翻轉課堂的混合式教學模式的可行性和教學效果，選取中國地質大學（北京）2020 級土木工程專業的土木工程概論課程為研究對象。本年級共有兩個小班，一班31 人，二班35人。對一班進行混合教學實驗，稱為“實驗班”，二班由同一位教師進行傳統課堂模式教學，稱為“對照班”。本案例以“土木工程師的責任”知識單元為例，根據學生的實際認知水平設計具體教學活動，如表1所示。

表1 “土木工程師的責任”知識單元的混合式教學活動設計示例

該知識單元重點圍繞土木工程面臨的災害和土木工程師承擔的責任開展學習，啟發學生主動了解防御災害和約束責任的方法、手段。課前，學生觀看線上必看和選看素材，學習土木災害的基本知識及防御災害的手段方法。課中，學生陳述課前遇到的問題，教師提供了汶川地震中一系列不同結構的震害圖片資料，學生結合案例圖片進行小組內部和全班組間討論，教師進行引導、補充、修正和拓展深化。課后，學生撰寫報告，進行知識單元歸納，完成知識的全面內化。在整個案例實踐過程中發現，實驗班與對照班相比，實驗班學生掌握新知識的效率明顯提高，思考知識的見解更加深入、全面，多數學生都能處于積極思考、主動探究問題的狀態。

（二） 教學效果反饋

從2020 年10 月開課之初到12 月課程結束，對實驗班31 名學生和對照班35 名學生進行了部分約談、觀察和問卷調查等工作。結合SPOC 平臺上的學情數據，分別從學生的學習態度感受和學習成績分布兩個方面分析翻轉混合教學對學生學習土木工程概論課程的影響。

1. 學習態度感受分析

學習態度是影響學生學習成績和學習效果的主要內在因素。態度分析主要采用問卷調查方式進行，問卷分別從認知投入、情感投入和行為投入3個維度設計20道問題，具體見表2。課程學習結束時共發放學習態度調查問卷表66 份（其中實驗班31 份，對照班35 份），回收66 份，有效回收率100%。

表2 土木工程概論課程學習態度調查問卷各項指標及相關內容

問卷調查統計結果見圖3，從圖中可以看出，混合實驗班的學生在認知投入、情感投入和行為投入3個方面的指標明顯高于傳統對照班的學生，其中，學習情感投入差異最大，混合教學班平均92.4分，傳統教學班平均僅44.5分。這說明基于SPOC翻轉課堂的混合式教學，提供了個性化、多元化的教學活動，活躍了課堂氣氛，喚醒了學生的主動探究性，一定程度上提升了學生的思維靈活度和反思力。但同時在實驗教學過程中發現，部分學生的專注力和獨立意識不強。片面或過度強調合作探究、團結協作，導致部分自覺性較差的學生產生依賴心理。因此，在后續實踐活動中加強個人對小組貢獻程度的細化管理和個人學習總結及時上傳管理工作，給這部分學生施加一定的學習壓力，促進其專注力和獨立意識的培養。

圖3 課程學習態度指標比較分析

2. 學習成績分析

表3給出了實驗班和對照班的學生成績統計分析結果。可以發現，混合教學實驗班的平均成績比傳統教學對照班高一大截，且成績整體分布更加集中，良好成績區集中明顯。這說明，線上線下翻轉混合教學模式使課程教學效果得到大幅度提升，教學的深度和廣度進一步拓展，也反映出混合教學模式在解決學生個體水平差異的問題上發揮了一定作用，有利于減少差距，共同進步。

表3 實驗班和對照班課程成績對比表

五、結語

在后MOOC 時代，SPOC 以其模式自由、精準推送、個性學習、及時跟蹤等獨特優勢在翻轉混合教學改革中顯示出強大的生命力，將現代信息化教學模式和傳統課堂教學模式中的各種要素有機結合，使專業教學質量實現“質”的飛躍。以土木工程概論課程為例，提出了一種以SPOC 平臺為載體，以“問題導向、精準教學、個性學習”為主線的線上線下翻轉混合教學模式框架，并進行了案例設計和效果評價。

（1）土木工程概論課程作為一門專業導論課，具有內容范圍寬廣、工程實踐結合緊密、知識更新速度快和課堂學時少等特點，傳統教學不能引起學生的興趣和重視。基于SPOC翻轉課堂的混合式教學模式通過提供精準、豐富、多元和個性化的線上資源和全過程師生互動有效激發了學生自主學習的積極性，打破了教學活動的時空限制。

（2）翻轉混合式教學通過課前初步內化、課中深度內化和課后全面內化，使學生對新知識的理解、掌握和應用更加深入、全面，學生處于積極思考、主動探究問題的狀態。

（3）混合教學模式接納包容每位學生的個性特征，通過引導交互和發掘學生潛能，培養學生個性化發展，提升了學生的個人綜合素質和解決復雜工程問題的能力。