基于SPOC的机电控制技术混合教学探索与实践

窦建平　郁建平

［摘 要］课程组以打造“金课”为愿景，开展了机电控制技术课程混合教学改革实践。以产出导向理念为指引，更新了课程目标和内容，并改革了考核方式，开展了SPOC线上资源，如微视频、习题和测验题库建设。运用慕课堂智慧教学和多种教学方法精心开展了线下教学。通过混合教学实施前后的效果对比，发现基于SPOC的混合教学对提高课程含金量是可行和有效的。

［关键词］机电控制技术；SPOC；线上线下混合教学；产出导向；“金课”

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）07-0044-03

机电控制技术是东南大学（以下简称学校）机械工程专业（机械电子工程方向）本科生的专业核心课程，涵盖了机械传动、控制与检测、电工电子等知识，是一门交叉性、应用性极强的课程，具有机电结合、电为机用的特点。为实现学校领军人才培养目标，响应教育部打造“金课”的号召和满足学校在线课程建设规划的需求，机电控制技术课程于2019年上半年开展了在线课程建设，2019年底，该课程在中国大学MOOC网站正式上线。2020年春季学期，课程从传统的线下教学转为充分利用MOOC来开展的线上线下混合教学。

近年来的理论探索和实践表明，线上线下混合教学有助于实现课程的深度教学，契合“金课”培养学生高阶思维和解决复杂问题能力的目标[1]。线上线下混合教学能够满足学习者个性化学习、自主学习的需求，能够发挥教师的主导作用，体现学习者的主体地位[2]。目前有关机电控制技术课程的教学改革研究和实践，一方面集中于对新的教学方法的使用，如实例探究式教学法[3]、项目教学法[4]、研究型教学法[5]、新工科背景下教学模式研究[6]等。另一方面是从工程教育认证的角度出发，引入产出导向的理念来进行课程改革[7]。当前，对机电控制技术课程线上线下混合教学方式的探索与实践不多[8]。为满足学校特定的人才培养需求，以提高课程含金量为目标，课程组利用MOOC打造了适用于本校学生的小规模专有慕课堂（SPOC）资源，并基于SPOC进行了两轮以上的线上线下混合教学实践。本文对近年来基于SPOC的机电控制技术课程线上线下混合教学改革的探索和实践进行了总结和梳理，以期與同仁进行交流，并为相关课程实施线上线下混合教学提供思路和参考。

一、机电控制技术教学改革目标和思路

开展机电控制技术课程教学改革，旨在解决传统课程教学存在的不足。

1.课程学习内容高阶性不足。受制于40学时的限制，课程缺乏对新技术的介绍，比如新型电力电子驱动技术、交流电机调速技术等，难以激发学生的学习兴趣，也使得培养出的学生难以适应时代的发展。

2.课程考核方式创新性不够。传统课程以期末试卷笔试为主（成绩占比达80%），缺乏过程性考核，难以充分调动学生的主动性和积极性。

3.课程在对学生机电传动控制方案创新设计能力的培养上存在不足。受制于学时限制，在授课、考核和大作业方面对机电传动控制方案创新设计的涉及有限，制约了部分学生创新设计能力的锻炼和提升。

4.教学方法有待改进。目前传统线下课堂教学主要采用以教师为中心的讲授式教学，重心在传授知识，学生被动地接受知识灌输，忽视了对学生的自主学习能力、解决问题能力和团队协作能力等的培养。

针对以上问题，本课程在教学改革中融合了“金课”、线上线下混合教学和产出导向（OBE）理念，即以打造“金课”为愿景，以线上线下混合教学为手段，结合OBE理念来制订课程大纲和实施教学评价。

基于工程教育专业认证的要求，融合“金课”高阶思维和解决复杂问题能力的目标，本课程确立了“工程知识”“问题分析”和“设计解决方案”三个维度课程目标，并重构和优化了课程内容与教学方法。本课程确立的课程目标如下：

1.掌握机械工程领域中机电传动及控制基础知识，理解机电系统常用电机及电器的基本原理和结构，掌握其特性及应用，能够建立数学模型并求解。

2.能够认识机械工程领域复杂工程问题解决方案的多样性，并能通过文献研究寻求机电传动控制工程问题的可替代解决方案。

3.掌握机械工程设计和机电一体化产品开发全周期、全流程以及基本的设计开发方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素。通过开发设计训练，培养学生的工程技术素养和工匠精神。

实施教学改革最重要的是对课程考核方式进行改革，只有抓住了课程考核改革的“牛鼻子”，才能激励学生主动参与课程改革。在改革前，本课程考核成绩构成为平时成绩占10%、单元测试成绩占10%、期末考试成绩占80%。在实施线上线下混合教学后，课程考核成绩构成为线下课堂表现成绩占20%、线上单元测试成绩占20%、期末考试成绩占60%。课程总体上加强过程性考核，降低期末占比，突出线上考核的比例。两年的线上线下混合教学实践表明，以上考核方式的改革有效地提高了学生参与线上自主学习和测验以及线下课程学习的热情。

二、线上SPOC课程资源建设

相对于MOOC 的纯线上教学模式，SPOC 更倾向于混合教学模式，其目标是最大程度实现MOOC 与传统课堂的深度融合。SPOC 是用于补充而非替代课堂教学的一种模式，它可以提高教师的杠杆作用、学生的掌握能力和学生的参与度。

课程组基于自建的MOOC并针对学校人才培养要求，打造了机电控制技术课程SPOC资源。首先结合自编国家级规划教材《机电控制技术》三大内容模块“机电传动基础”“逻辑控制”和“运动控制”，按照“金课”建设要求对课程内容和知识点进行了梳理与更新，共梳理了约40个知识点。在内容更新方面，主要加强了对新的电力电子器件（如IGBT）及相应的电力电子电路的介绍，同时加强了对直流PWM调速和交流异步电机调速内容的讲授。由教学经验丰富的教师结合有关知识点拍摄不超过15分钟的微视频（目前有32个微视频），供学生随时学习观看。

除了将微视频和课件上传至SPOC以外，更为重要的是建设了线上作业、单元测验、综合测验等在线练习和测验题库，便于学生对自学的效果进行检验。本课程为每章节设置了单元测验题，学生完成相应章节的学习后需及时完成线上测验; 完成所有章节学习后需在规定时间完成线上综合测验。教师需精心挑选题目，确保学生在认真观看视频后，答题正确率在70%及以上，以提高学生的学习质量。

另外，线下教学引入了基于慕课堂的智慧教学，教师需要提前针对每一个视频设置相应的客观性测验题（针对基础性学习内容）和具有一定深度的讨论题（针对扩展性学习内容），同时配合线下教学建设涵盖基础性学习内容和扩展性学习内容的题库。

三、基于SPOC的线上线下混合教学实施模式

基于SPOC的混合教学，包括SPOC线上教学阶段——教师安排学习任务，学生进行线上自主学习；线下教学阶段——面对面的教学、讨论和交流。机电控制技术课程在线上和线下两个阶段均设置了作业和测试环节。线上测试包括各章节的单元测试和期末测试，线下测试包括随堂测试和传统的期末考试。

在线上教学阶段，学生利用SPOC线上视频、文件和PPT 等学习材料，按规定的教学进度自主学习并在规定的时间内完成章节测验。教师在每次线下课上课之前，利用中国大学慕课堂平台给学生布置观看视频等课外预习任务。学生预习任务完成情况在线上平台均有记录。

在线下课堂面授时，学生已经对相应课程的基本概念和基础知识有了一定的了解，因而如何融合学生线上学习的情况，合理安排线上和线下的教学比重，有效实施线下教学就成了关键。要建设线下“金课”，就需要教师精心“备课”，并按照每次备课的教学设计来实施课堂教学。每次上课前还需充分“备学生”，即利用线上平台数据，了解学生视频学习情况、测验得分等，从而根据学生学习的掌握情况采用灵活的授课方式。

本课程中针对不同章节内容，采取了不同的授课方法，包括讲授式教学法、项目式教学法和研讨式教学法等。总原则是线下课程不重复讲授线上课程的知识点，而是帮助学生对知识点进行梳理、突破重点和难点，提高学生运用知识解决工程问题的能力。讲授式教学的典型做法是用约一节课时间来梳理知识，讲解难点和重点，第二节课则利用慕课堂智慧教学工具给学生发布客观题和讨论题（开放性题）。一节课（45分钟）中，学生随堂练习的时间一般控制在15分钟左右，教师利用剩余时间根据慕课堂反馈的数据，对得分率较低的客观题对应的知识点进行深入剖析。2020年春季某班级慕课堂线下教学情况如圖1所示。采用慕课堂智慧教学的好处是学生在课堂上的表现均在线上平台有相应的数据记录，便于教师将线下课堂表现纳入过程性考核，同时对学生课堂学习起到激励（表现好则得分高，学生本人可看到自己的数据）和鞭策作用。

实施线上线下混合教学，教师的教学流程包括备线上学情—备线下课—线下课堂面授—批改线上线下作业—在线问题回答与讨论点评—线上数据统计分析与反思。

四、线上线下混合教学实施结果分析

为掌握线上线下混合教学情况，课程组按照工程教育专业认证的要求对学校2016级（传统线下教学）和2017级（线上线下混合教学）的机电控制技术课程达成度进行了比较。需要说明的是，两年的期末试卷难度大致相同，2017级比2016级试卷稍难一点（增加了机电控制系统设计题的分值）。两届学生的三个课程目标达成度对比情况如图2（a）所示。2017级相对于2016级来说，课程目标1和课程目标2达成度均有所提高。可见，开展线上线下混合教学后，课程目标1和课程目标2的达成度，即学生基础知识的掌握程度和问题分析能力有所提高。在课程目标3的达成上，因期末考试难度有所增加（分值和题量相对2016级试卷均增加）出现了一定下降。总的来说，从课程目标达成度来看，本课程基于SPOC的线上线下混合教学实施效果良好。2016级和2017级成绩分段对比情况如图2（b）所示，2017级学生成绩优秀率较高，这从一定程度上反映了线上线下混合教学改革和实践是可行与有效的。

五、结语

为满足学校人才培养需求，课程组以打造“金课”为愿景，融合产出导向理念，在机电控制技术课程中实施了基于SPOC的线上线下混合教学探索与实践。本文介绍了机电控制技术课程的建设目标和思路，确立了三大课程目标及相应的课程考核改革方式，以此来支撑混合教学的实施。基于自建的MOOC，建设了包括微视频、PPT、练习题库和测验题库等的SPOC线上资源。基于SPOC的混合教学包括线上学生自主预习和线下课堂面授两个阶段，教师上课前除了常规的“备课”，还需要在课前利用线上数据“备学生”。本课程在线下课堂教学时采用慕课堂智慧教学，每次课均设计随堂测验题和讨论题，激励学生自主学习。通过对传统线下教学（2016级学生）和线上线下混合教学（2017级学生）的课程目标达成度和学生成绩分段数据进行对比发现，基于SPOC的线上线下混合教学是可行和有效的，将有利于继续稳步推进教学内容向高阶性和挑战度方向发展。为进一步提高课程的教学效果，今后还需要针对每次线下课程内容，探索灵活多样的教学方法，比如翻转课堂[9]等， 以此培养学生的高阶思维和解决问题的能力。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 陈紫天.高校线上线下融合式深度教学的理论与实践[J].沈阳师范大学学报（社会科学版），2020，44（6）：97-104.

[2] 陈宫，谢晓兰，刘汉英.高校基于SPOC的差异化混合教学模式构建[J].大学教育，2020（4）：10-12.

[3] 熊晓松，熊建桥.“机电传动控制”实例探究式理论教学探索：以异步电动机启动为例[J].教育教学论坛，2013（34）：127-128.

[4] 杨旭东.基于项目教学法的机电传动控制课程设计探讨[J].科技视界，2016（8）：122.

[5] 苏再军，黄艳香.机电传动控制课程研究型教学改革探讨[J].中国教育技术装备，2019（13）：102-103.

[6] 吴军，李维嘉，郭卉，等.新工科背景下的船舶机电传动控制课程教学模式初探[J].大学教育，2019（6）：48-50.

[7] 侯红玲，任志贵，王长乾，等.基于OBE理念的机电传动控制课程目标达成度评价策略[J].大学教育，2020（1）：31-33.

[8] 郝妮妮，杨俊茹，谷明霞，等.机电传动控制课程混合式教学模式改革探析[J].中国教育技术装备，2019（11）：93-95.

[9] 张新，张琛，许强.“翻转课堂+”混合教学模式在软件工程课程教学中的应用[J].大学教育，2020（8）：104-106.

［责任编辑：苏祎颖］