基于SPOC与翻转课堂耦合模式的新能源材料与器件专业实验教学研究

曹赛男

(南京工业大学 能源科学与工程学院，江苏 南京 211816)

新能源材料与器件专业是一门化学、材料、电子以及物理等学科交叉的综合性专业，和工程实际结合十分紧密，具有非常强的实践性。实践实验教学在其专业教学工作中占有重要地位，对于新能源专业型技术人才的培养起着重要作用，有利于培养本科生把理论知识与生产实践相结合，在实际应用中具有创新能力、分析和解决问题能力。

SPOC(Small Private Online Course)是一种将课堂教学与在线教学相结合的新型混合学习模式，主要特点是小规模、少数人、具有限制性[1]。其不仅融合了MOOC慕课的优点，而且弥补了传统教育模式的不足。它有效地解决了传统课堂被空间与时间所限的难题，并且对于学生课堂之外的自主学习能够进行有效的引导和监督。SPOC具体的教学思路为老师在正式上课前根据教学大纲，提前向学生发布相关教学视频材料，布置有关作业，并组织学生在网上进行讨论。学生在老师的引导下完成观看视频、作业和讨论等任务。等到正式课堂授课时，老师解答学生在网络学习过程中遇到的问题，再进行课堂检测。

翻转课堂(Flipping Classroom)教学方法的核心是将两个学习过程——知识传授和知识内化进行反转:即学生前置课外自主学习+课堂答疑、师生相互交流、讨论互动式教学[2]。翻转课堂能够解决实验课堂时间不够，无法将理论与实验一起讲授的问题。老师可以在课前将理论性的实验原理、实验内容以及学生课前需要熟悉的实验操作等采用ppt、word等形式上传到课程网络平台，让学生提前预习。实验课堂上老师再进行重点答疑、内容深入，学生动手操作。

为了综合SPOC和翻转课堂各自不同的优势，国内外对于“SPOC + 翻转课堂”的二元耦合教学模式进行了一定的研究[1-4]。但是，新能源材料与器件专业的建设起步较晚，仍处于探索阶段，没有现成的经验能够借鉴。将“SPOC + 翻转课堂”教学方法应用于新能源材料与器件专业实验的案例鲜有报道。因此，本文将探讨如何将“SPOC + 翻转课堂”耦合教学新模式引入到新能源材料与器件专业实验教学中。对传统实验教学方法进行改革，进一步激发学生对于学习的兴趣，有利于培养优秀的新能源材料与器件专业创新创业型人才。

2 实验教学中现存的问题

新能源材料与器件专业现有的实验教学效果不甚理想，经分析主要是以下原因造成(如图1所示)：

图1 影响实验教学效果的主要原因

(1)教学模式缺乏创新。实验教学传统模式为老师在课堂上讲解实验原理以及具体实验操作过程，接着再由教师进行演示操作，然后学生“依葫芦画瓢”机械式模仿操作得到实验报告[5]。在教学实施过程中，基本上学生都没有参与到实际的设计环节来，依旧停留在“参照做”的阶段。教师预先设定好实验目的、实验内容以及具体的实验步骤，学生无须深入分析实验原理，完全不需要自己思考就能进行实验。学生分析、解决问题的能力得不到培养。

(2)教学内容不完善。实验课程内容单一，以验证演示性实验居多，缺乏创新性、综合设计性实验[6]。验证演示性实验是一种较浅层次的实验教学活动，学生在实验过程中只要按照老师给出的实验步骤进行测试，就能够获得预期的实验结果，而对于各种物理参数的意义、取得的实验数据的优劣没有真正理解，只动手却不动脑的现象严重。整个实验教学过程缺少能让学生独立思考的环节，无法调动学生的学习兴趣，学生的自主学习能力以及实践创新能力得不到锻炼。而且有部分昂贵的实验仪器数量很少，学生甚至不能全部操作仪器，需要分组选少数学生作为代表进行操作，其他同学只能在一旁观摩。

(3)学生缺乏实验基础知识，没有认真完成实验课程。学生只重视学习理论知识，忽视了将所学理论知识应用于实践的重要性。

(4)实验时间安排不合理。受限于大学传统的课程时间安排，每个实验项目也都像普通理论课一样只有2个学时。老师需要在这么短的时间内完成实验目的、原理以及实验内容讲解，操作演示，然后让学生完成规定操作已经非常匆忙，根本无法再进行研究、探讨等互动教学活动。

(5)实验课程的考核、评价方式不完善。目前，新能源材料与器件专业实验仍然使用“实验结果+实验报告”的考核方式。但是老师没有办法观察了解到每位学生在实验过程中的具体实验情况，学生之间存在着互相帮忙操作仪器的现象，而且学生提交的实验报告难免存在抄袭现象。所以老师根据“实验结果+实验报告”评定的成绩难以对学生真实的实践能力做出客观评价。

针对实验教学中现存的问题，我们可以采用“SPOC + 翻转课堂”的耦合教学模式，把实验教学划分成线上学习和课堂学习两个模块。充分利用线上丰富资源和课堂实验的优点，让学生能够随时随地观看相关实验教学视频、学习相关实验理论知识；同时充分利用线下课堂时间让学生进行实验操作，并和老师相互讨论、交流，达到良好的实验教学效果。

3 教学模式设计

本文设计了新能源材料与器件专业SPOC与翻转课堂耦合的实验教学模式，分为线上、线下两个模块(SPOC)，课前、课中和课后(翻转课堂)三个阶段，如图2所示。

图2 SPOC + 翻转课堂的实验教学模式设计

3.1 课前阶段

首先老师需要根据教学大纲的教学目标以及教学内容进行实验项目的设计，录制主要实验仪器的使用微视频，然后把实验指导书、教案、实验视频等教学资源制作成教学课件或者微课视频，通过网络相关学习平台推送给学生。同时老师发布相应的学习任务，要求学生将平台上的资源全部学完，能够明确实验内容、理解实验原理、了解实验仪器的使用方法，设计并提交实验初步方案，完成预习测试，并回答相关思考题，然后才能允许其在课堂上进入实验室操作。学生可以根据自己的个人情况选择合适的时间在学习平台上反复学习老师分享的教学资料，观看微课视频，然后自由组合成实验小组，进行小组交流讨论，完成初步实验方案。学生如果在学习过程中遇到问题，可以通过网络资源或者学校图书馆查阅有关文献，也可以组内相互交流探讨，并将无法解决的问题及时记录下来，询问老师。这也有助于老师了解学生们在课前的学习情况，以便能够及时调整实验教学内容。

3.2 课中阶段

为了提高学生对于课前预习的重视，防止流于形式，老师在课堂上随机抽查学生简述实验原理或者回答问题。回答错误的学生课前预习分数酌情扣减；然后，老师点评学生课前阶段完成的测试和思考题，指出出现的错误，精讲重要知识点，并对学生课前预习提出的疑问进行解答，随后简单介绍实验内容安排；各小组派出代表逐一向老师展示实验方案，并自我评述方案的优缺点。随后，老师分析点评实验方案是否具有可行性和创新性。在征得老师同意后，学生先按照自己的实验方案自行操作仪器演示实验流程，同时阐述实验步骤，演示实验时，实验小组各组员要分工明确，做好操作实验仪器、记录数据、记录实验现象等工作。老师在一旁进行一对一提问、纠错和指导，最后引导学生得到完善优化后的实验方案；学生完成实验操作，得到实验数据。

3.3 课后阶段

学生完成实验后，需要归纳总结整个实验过程，对知识进行巩固和强化。例如课前预习遇到的难题是如何在实验课堂上解决的；分析课前设计的实验初步方案在课堂实施过程中遇到的问题的产生原因，同时从中总结出好的课前学习方法和经验教训，提升预习效果。然后，学生对获得的数据进行处理和分析，撰写实验报告。并总结自己设计的实验方案的优缺点，结合老师的点评和其他组的方案，思考如何对实验方案进行进一步改进。另外学生将实验获得的成果进行整理，以PPT的形式上传到网络学习平台，小组之间进行线上互评打分，小组得分将作为最终实验成绩的组成项之一。

老师需要对学生课堂实验过程中遇到的问题进行总结，并以此分析学生对于知识的掌握程度，从而完善以及优化实验教案；老师批改实验报告以及课前预习测试和思考题时，着重评价学生思考和解决问题的能力以及创新能力。

为了保证SPOC与翻转课堂耦合的实验教学模式能成功实施，需要对传统的实验课程评价体系进行改善和调整，以期能够对学生在课前、课中和课后这三个阶段的学习表现作出全面的客观评价。为此，我们在原来以实验报告为主的课内评价指标上增加了其他内容，可以更加有效地调动学生的积极性。评价体系如表1所示。

表1 实验课程评价体系

4 结语

基于SPOC与翻转课堂耦合的实验教学新模式将线上的教学资源与线下课堂的实验操作相融合，通过课前、课中和课后三个阶段的实验教学使得学生学习的主观能动性以及实验创新能力大大提高，实验教学质量得到有效提高。