基于SPOC的混合式教学模式的设计与实践

张恩旭， 赵 涛， 李 军， 郝思鹏

(1．南京工程学院 电力工程学院，2.南京工程学院 自动化学院，江苏 南京，211167)

0 引言

2019年以来，国家先后颁布了《中国教育现代化2035》与《加快推进教育现代化实施方案(2018—2022年)》，共同构成了教育现代化的顶层设计和行动方案。从2019年到2021年，教育部全面实施“六卓越一拔尖计划2.0”，其中核心任务之一是完成万门左右国家级一流本科课程和万门左右省级一流本科课程(金课)认定工作，其中认定6000门左右线上线下混合式一流课程。从中可以看出，国家正在积极推进信息技术与教育教学的深度融合，全面贯彻以学生为中心教学理念，大力提升课程学习的挑战度，建设有“深度、有难度、有挑战度的金课”[1]。目前我国教育信息化正处在转型的关键期，其目标是推进信息化技术与教育教学的融合创新，核心价值是创新和变革教学模式[2]。

随着信息技术的快速发展，基于MOOC和SPOC的混合式教学模式获得到越来越多的关注。线上线下混合式金课建设正是当下各高校重点进行教学改革的方向。这既涉及信息化教学技术的升级，也包含新型教学方法的实施，更包括教师教学能力水平的提升。将传统的面对面讲授式课堂教学与信息技术支持下的在线学习有机结合，借助两种学习环境的优势，重构教学设计和教学组织活动，以期达到提高教学效率和提升学习效果的目标。SPOC 是 Small Private Online Course 的简称，这个概念是由加州大学伯克利分校的阿曼德.福克斯教授最早提出和使用的[3]。麻省理工学院教授阿纳特阿加瓦尔(Anant Agarwal)认为SPOC是实体课堂和MOOC 的融合[4]。

1 基于SPOC的混合式教学模式的实践

本文以“电力电子技术”课程教学为例，基于SPOC与云班课智慧课堂构建线上线下混合式教学模式，依据教学系统设计原理和“电力电子技术”课程理论性实践性强、技术发展迅速的特点，通过分析 SPOC 平台特点和混合学习特征，在教学上采用基于问题学习PBL(Problem-Based Learning) 的教学方法。PBL是一种典型的以学生为中心的教学方法。 该教学方法强调在真实情境中开展探索活动，把学习置于复杂的、有意义的问题情境中，通过合作探究、获得知识、形成技能、发展学生的学习能力。问题式教学鼓励学生尽可能找到更多的方法，注重知识的探索过程。它从问题出发，通过对问题的分析，发现新的问题，再分析，最后达到解决问题的目的，其中涉及材料收集，观点分析与综合、推断与推理、质疑与辨析等过程[5]。

1.1 教学实施过程

“电力电子技术”课程的教学，按照PBL的教学理念，以电力电子器件为基础、电力变换及控制为主线，教学内容在典型器件和典型电路的讲授外，特别加大了对新型器件及电力变换电路在工程应用的讲授。从而反映电力电子技术发展的前沿性和时代性，加强知识能力素质的有机融合。教学形式分为课堂教学部分、课程实验和在线教学3部分，线上教学贯穿于整个教学过程。实施过程分为课前、课中、课后三个阶段，每个阶段的学习任务和学习活动组织形式都各有侧重点。

课前学习：根据教学大纲和教学日历设计学习任务单，定时推送教学资源并发布于云班课平台之上。表1给出直流-直流降压斩波电路一节学习任务单。教师首先在线布置设计任务、提出设计要求，

表1 降压斩波电路学习任务单

并推送相关教学资源包括：教学视频、微课、教学资源及技术手册等。学生接收教师的设计任务，明确设计要求，自行分组和安排各自承担的设计任务，并根据教师提供的教学视频、PPT等教学资源或通过网络检索进行自主学习。

课中学习：课中教学是混合式教学的主要阶段，采用基于PBL方法，主要是通过教师的情景导入、重点讲解、以及学生的自主探究和合作学习来进行，具体教学流程如图1所示。

图1 课堂教学流程

以降压斩波电路一节的学习为例，首先教师通过以光伏发电为代表的新型直流能源的发展和电动汽车等直流负载的广泛应用这样一个场景，引出直流—直流变换中的降压斩波电路；再利用分段线性和周期稳定的概念引导学生分析电路的工作过程，推导电压输入输出关系式。教师再提出“光伏电池充电系统，要实现由于光线变化原因，光伏电池电压是变化的，而负载端的蓄电池电压基本不变，要选择何种开关频率、滤波电感值、开关频率占比比变化范围等设计控制参数，如果让你们学生设计一个这样的系统，你们会怎么做呢？”然后学生围绕教师提出的任务展开学习。在学习过程中，教师给予学生适当帮助，引导学生如何应用学习过的知识去解决问题。待学生设计完后成各小组进行汇报。再此基础上，指导学生查阅器件手册，让学生比较LM2596器件手册关于纹波电压和理论计算值之间的区别，并分析其原因。最后教师根据任务完成情况和评价结果判断学习效果，对学生学习情况进行总结点评，对本节课中的知识进行梳理。

小组成员对组内成员学习过程学习效果评价，小组之间对彼此学习成果进行效果评定和存疑解答。教师根据学生的完成情况和评价，对学生学习情况进行总结，对本节课中的知识进行梳理。课堂教学通常由教师作为引导者和监督者、 学生作为参与主体来共同完成， 借助智慧课堂，教师可有机地采取问题学习自主学习、协作学习等多种方式开展线下线上深度融合的教学活动，提高学生参与度。

课后学习：教师可以在线完成相关测试和拓展练习。此外，学有余力的同学可以根据在平台上发布仿真模型进行进一步的学习和研究。

1.2 教学评价

教学设计的价值体现依赖于评价阶段，有效的学习评价有助于教学效果提升。由于混合教学线上线下相结合的特性，教学评价采用教学环节形成性的过程评价、实验环节的表现性评价和期末考试的总结性评价相结合。图2给出了考核评价框图。课程评价考核采用平时成绩、期末成绩相结合的方式；平时成绩主要根据学生的课堂表现、线上学习、练习、测验、实验操作与报告的完成情况进行综合评定，得到形成性和表现性评价，最后与期末考试的总结性评价形成学生该课程的综合评价。

图2 考核评价框图

过程评价贯穿于混合式教学设计的各个阶段，并在后期阶段中对教学设计方案予以不断完善。为了更全面了解学生学习态度、兴趣和学习效果，教师可以利用云班课平台提供的数据，如学生的课堂表现、观看情况和课堂讨论汇报以及组间和组内互评结果了解学生学习效果。

表现性评价主要考察学生运用学习的理论知识进行实验操作、实验数据和实验报告撰写的能力。总结性评价则在教学实施完成后进行，通过期末考试就学生的知识掌握、能力养成、素质培养等方面进行考察和评鉴。并结合过程性评价、表现性评价形成电力电子技术的总体评价。

2 教学效果

表2给出了2018-2019学年的16级实验班和对照班的“电力电子技术”课程课程目标的平均达成度。其中TL是采样传统的教学方法，PBL为采用线上线下混合式教学方法。

表2 实验班和对照班达成课程目标达成度

图3给出了两个班级在课程目标达成度的数据分布的箱形图。

图3 课程目标达成度箱形图

从图中可以看出，实验班的3个课程目标达成度的上四分位数与下四分位数的距离小于传统教学，除课程目标2的最大值，3个课程目标的中位数、最大值和最小值均高于对照班。由于实验班的最小值较高，因此出现了低值的异常值，但该值依然高于对照班的最小值。通过对图3的分析可知，实验班的教学效果要好于对照班。对2019学年的教学效果进一步的分析。表3为2017 级两个班级“电力电子技术”期末考试成绩分布表，大致符合正态分布规律。采用python对两个班级考试成绩、线上测试、课堂表现、资源学习和实验成绩的数据进行处理。

表3 期末考试成绩分布表

图4给出了期末考试成绩和线上测试成绩、课堂学习成绩、资源学习和实验成绩正相关性的散点图。从图中可以看出，期末考试成绩和线上测试成绩、课程表现的相关度较高，而与实验成绩和资源学习成绩的相关性较低。这是因为实验是小组项目，其中不乏滑水的学生，而资源学习成绩只是体现学生反映视频，浏览了教学课件，不能体现其是否认真学习。从图中可以得出这一结论：高平时成绩是获得良好考试成绩的必要不充分条件，是低考试成绩的充分不必要条件。

图4 平时成绩和期末成绩相关性散点图

上文分析了线上测试成绩、课堂学习成绩、资源学习和实验成绩这四部分与期末笔试成绩之间的相关性，但无法确定这四个因素对期末笔试成绩的影响程度。 为了分析影响“电力电子技术”期末笔试成绩的主控因素，引入灰色关联分析方法，利用Python定量确定各影响因素与期末考试成绩之间的关联度，从而客观地评价各因素对期末笔试成绩的影响程度。

如表4 所示，影响“电力电子技术”期末考试成绩的因素依次为: 线上测试成绩 > 课堂学习>实验课成绩>线上资源学习成绩。 这意味着在这四个因素中线上测试成绩对期末考试成绩的影响最大，其次为课堂练习。线上的测试和练习在“电力电子技术”课程中起到关键作用， 直接影响到学生对理论知识的掌握程度。

表4 考试成绩和其他因子的关联度分析

混合式教学在学生综合能力培养、教学目标达成等方面有显著的效果，但也存在需要进一步解决的问题：

(1)考虑到教学资源推送等问题，教学内容遵循 “短小精悍”的设计原则，学习内容依旧未摆脱传统教学思维限制，表现形式较为单调乏味，教学资源建设还有待提高。

(2)由于线上教学资源多是讲授知识点，学生主要能建立概念，对于难点和重点问题， 在缺乏教师引导的情况下很难深入。

(3)学生评价体系还需要进一整合，加强线上和线下及时沟通，形成相互勾连的评价系统。需要真正发挥评价的诊断、鉴定、约束、激励作用。

3 结语

本文在分析基于 SPOC 的混合学习优势的基础上，设计了以问题为导向的课前、课中、课后一体 化的混合学习教学模式，并在“电力电子技术”课程中进行实践，通过对教学内容的重构，将学习置于复杂工程问题的场境中，在解决工程问题的基础上，引发学生探索兴趣，进而学习隐含于问题背后的科学知识，培养学生自主学习和终身学习能力，有助于课程教学目标的实现。通过对学生的“电力电子技术”平时成绩( 由线上测试、课堂表现和线上资源学习成绩组成) 和期末考试成绩相关性的研究发现，平时成绩与期末考试笔试成绩之间呈正相关性，这说明平时成绩对期末笔试成绩的影响是显著的。在进行混合教学时，应有针对性提高资源吸引力，注重学习过程监督， 提升学习监控力，通过多种评价方式促进学生综合能力培养。(张恩旭等文)