SPOC模式大学物理混合型教学的学习效果研究

张　睿，王祖源，徐小凤

(同济大学 物理科学与工程学院，上海　200092)



SPOC模式大学物理混合型教学的学习效果研究

张睿，王祖源，徐小凤

(同济大学 物理科学与工程学院，上海200092)

以大学物理的教学为例，通过聚类分析和比较分析的方法，研究SPOC模式下混合型学习效果提高的原因.结果表明导致混合型教学学习效果提高的主要原因是学生利用线上教学增加了有效学习时间.

SPOC；混合型教学；教育研究

近年来，随着信息技术的飞速发展以及大规模在线开放课程(MOOC)的出现，高等教育的教学理念和教学形式正接受着前所未有的挑战.传统的教学以教师为中心，教学过程往往是单向式，传递的信息是同质的，很难实现个性化；学生在学习过程中缺乏实践体验，学习过程以记忆理解为主，缺少对知识的应用和评价以及基于所学知识的创新，这样的教学模式难以适应信息时代的需要.

MOOC的出现降低了课程的运行成本，因而上线课程和受教育人数都在增加，这使得学习名校名师的课程不再成为奢望，教育变得更加平等.对于在线课程，学习者可以根据自身的偏好和能力，挑选适合自己的课程；在课程进行中，学习者还可以和不同知识背景的同伴组成学习小组，通过交流学习知识.在MOOC的实施过程中，教育者可以根据需要形成小规模限制型教学班级(SPOC)，结合班级特点，开展线上教学.但是MOOC课程也存在一些问题，比较突出的是难以实现与学习者所处的学习环境的对接[1]，课程与课程之间也缺乏足够的联系[2]，学生难以通过在线平台实现实践性课程的学习；由于缺乏足够的约束机制，能完成MOOC课程学习的学生比例偏低.

采取线上线下混合型教学和翻转课堂的教学模式，可以实现在线课程和课堂教学的优势互补.一方面相比于在线教育，教师的监督作用得到了加强，学生完成课程的比例得到大幅度的提高[3]；另一方面，相比于课堂教学，教师可以通过选取适当的内容作为线上教学课程，降低了授课过程的成本；同时教师还可以根据学生线上学习的反馈信息，改进课堂教学；此外在课堂教学中，教师还可以引入实践环节，强化学生的体验，增进教学效果.此外根据教育理论，学习过程包括程序性学习和启发性学习两种.对于以记忆为主的程序性学习，学习完全可以以学生自主学习为主；而对于启发性学习过程，需要通过作为专家的教师与学生之间的互动来完成.实践表明，混合型教学模式的教学优于单纯的课堂教学[4].由此可见，将信息技术和课堂教学有机整合，有助于形成以学生为中心，充分发掘学生自主学习动力和创新能力，形成互联网+高等教育教学的特色教学模式，提高高等教育的竞争力.

1　大学物理SPOC模式混合型教学的实施

自2013年秋季以来，基于对SPOC教学模式的研究，我们通过翻转课堂将SPOC线上课程和课堂教学结合起来，在SPOC线上教学中，要求学生完成基本概念的学习和理解；在课堂讨论中，强化学生对知识的应用和评价.一方面，利用线上教学的泛在性，学生可以及时弥补在课堂上学习的不足；另一方面，通过课堂讨论，教师和学生可以及时发现解决问题过程中出现的误区，并加以纠正.线上课程在中国大学MOOC网站上提供的同济大学大学物理SPOC专区进行，整个教学的具体实施过程由图1给出

在这个模式中，教师首先将准备好的线上教学资料(课程教学视频等)上线，供学生泛在学习；课堂上则是相关的讨论活动，包含线上学习过程中的自测题、讨论的问题以及能力拓展的问题等.

图1　混合型教学实施流程图[5]

图2给出混合型教学班和传统型教学班在2013—2014学年4次测试中的成绩比较，其中测试1和测试2对应于大学物理(上)的期中考试和期末考试，测试3和测试4对应于大学物理(下)的期中考试和期末考试.从考试成绩上看，混合型教学班的成绩相对于传统型教学有所提高，与其他混合型教育研究的结果一致，符合我们的预期.

图2　同济大学SPOC教学班教学效果

2　传统型教学效果分析

为了更好地了解混合型教学学习成绩提高的原因，我们选取某传统型教学班作为研究对象，在教学过程中单独命题，以保证4次测试的难度不发生大的变化，在测试3、4中加大了课堂教学中强调的内容和方法的考查比例.剔除少数长期旷课的学生之后，对考试成绩进行分析，发现学生成绩并不呈现正态分布，而是主要由两个特征峰构成，对学生成绩作二聚类分析，结果如表1所示.从结果上看，对于高分段同学，4次测试的特征分数没有发生明显变化；而对于低分段同学，在测试中加大课堂教学强调的内容和方法的考察后，特征分数发生较大幅度的下降.从这一结果上看，造成低分段学生考试不理想的主要原因是上课时没有集中注意力听讲，课堂学习的效果较差.

表1　传统型教学班聚类分析结果

此外我们还对该班级的其他科目成绩作了调查，并作了相关性分析，结果如表2所示.该结果表明：物理课程除与高等数学成绩高度相关之外，与外语类课程和计算机课程的成绩也中度相关，和政治类课程成绩不相关，符合我们的预期.这说明对于传统型教学方式，学生在课堂上课的认真程度是决定多数科目测试成绩的重要因素.

表2　传统型教学班各科成绩相关性分析

3　混合型教学效果分析

对2014—2015学年混合型教学班的卷面成绩作分析，发现存在3个特征峰，如图3所示.由于该教学班单独命题，故无法和传统型教学班的成绩作比较.将期中成绩作聚类分析，同样可以得到高分区，中间区，低分区3个部分.对于低分区学生，根据传统型教学班的分析结果，我们认为同样存在上课缺乏注意力是影响学习成绩的主要原因.通过中国大学MOOC网站，我们获得了该教学班3个分数段同学在线学习时间的数据，图4—图6给出了3个分数段学生观看视频时间与学习成绩之间的关系.

图3　混合型模式试点班测试成绩分布图

图4　　　　混合型教学班低分区学生观看视频时间与考试成绩的关系

图5　　　　混合型教学班中间区学生观看视频时间与考试成绩的关系

图6　　　　混合型教学班高分区学生观看视频时间与考试成绩的关系

从图4可知，对于低分区学生，观看时间与考试成绩的关系和学习曲线十分类似，所不同的是，随着观看时间的增长，成绩达到最大值后逐渐下降而不是趋于饱和，成绩与观看视频时间呈负相关.出现这一现象可能和学生的注意力有关，对于在线学习，由于缺乏有效的监督，自控能力较差的学生的线上学习效率更加低.由于线上学习占用了线下学习时间，有效学习时间反而会变得更小.

图5给出的是对应中间区的情况，相对于低分区，中间区学生成绩和观看视频时间呈正相关关系，相关系数达到0.62，属于中度相关.说明中间区学生对在线视频的利用效率高于低分区学生，线上学习增加了有效学习时间.由此可见，混合型教学之所以取得比传统型教学更好的教学效果，主要是中间区学生通过增加有效学习时间，提高了学习成绩.

对于高分区学生，学习成绩与观看视频时间没有相关性，相关系数为0.03.学生通过课堂学习和线下学习已经能较好地完成学习任务，线上学习无助于增加有效学习时间，学习成绩不因观看视频发生变化.

4　结论与讨论

在混合型教学模式中，不同类型的学生线上学习的效果并不相同.对于自制能力较低的学生，线上学习时更容易出现注意力不集中的现象，通过在线学习无助于增加他们的有效学习时间.对于低分区学生，也存在数理基础较差的问题，在在线学习模式下，仍然有不少疑问难以及时解决，这也影响了他们的学习效果.对于高分区的学生，通过课堂教学已经能够较好地掌握所学知识，通过在线学习也不能再明显增加有效学习时间.只有对于中间区的学生，在线学习能够弥补课堂学习的不足，对学习起到促进作用，使得这些学生学习效率超过低分区学生.混合型教学效果的改善主要来自于中间区学生的进步.

此外，学生线上学习的效果还与线上资源的质量有关，提高线上资源的质量，增加针对低分区学生的视频材料，将有可能改善混合型教学的教学效果.一方面增强学生之间的互动以及师生之间的互动，都是改进混合型教学教学效果的重要措施，也是我们下一步工作的重点之一；另一方面，不同分数段学生的线上学习效率以及不同聚类学生占学生总数的

相对比例也是评价在线课程质量的一个重要指标，在大数据时代的今天，这些数据将为管理者制定评价体系提供有参考价值的依据.

我们这里的工作主要考察的是学生对知识的掌握情况.学生的学习主动性，批判性思维，创新性思维等形成性因素的培养，也是混合型教学希望实现的另一个重要目标.我们将在后续工作中进一步考察和研究.

[1]Kortemeyer G.Ten years later:why open educational resources have not noticeably affected higher education,and why we should care[J].EDUCAUSE Review,Online,2013:02-26.

[2]Zemsky R.With a MOOC MOOC here and a MOOC MOOC there,here a MOOC,there a MOOC,everywhere a MOOC MOOC[J].The Journal of General Education,2014,63(4):237-243.

[3]Xu D,Jaggars S S.Performance gaps between online and face-to-face courses:Differences across types of students and academic subject areas[J].The Journal of Higher Education,2014,85(5):633-659.

[4]Means B,Toyama Y,Murphy R,et al.Evaluation of Evidence-Based Practices in Online Learning:A Meta-Analysis and Review of Online Learning Studies[J].US Department of Education,2009.

[5]门路,王祖源,何博.大学物理MOOC教学研究与实践[J].中国大学教学,2015(1):49-52.

Research on effectiveness of blended learning with SPOC model in university physics

ZHANG Rui，WANG Zu-yuan，XU Xiao-feng

(School of Physics Science and Engineering，Tongji University,Shanghai 200092,China)

Teaching of university physics in the SPOC model is studied through cluster analysis and comparative analysis.The results show that the improvement in blended learning is mostly due to the increase in effective learning time.

SPOC; blended learning; education research

2015-11-18；

2015-12-06

张睿(1974—)，男，江西德安人，同济大学物理科学与工程学院副教授，博士，主要从事大学物理双语教学与教育技术、物理教育研究工作.

教学改革

G 642

A

1000- 0712(2016)08- 0052- 03