基于“雨课堂”的 SPOC 混合式教学研究与实践

周长敏 佘佐明 杨光临

关键词：雨课堂；SPOC；混合式教学；数据挖掘课程

0 引言

随着互联网应用的高速发展与普及，“互联网+”教育受到了社会的广泛关注。线上教学与线下课堂教学相结合的混合教学模式正在逐渐替代传统课堂教学。混合式教学融合了传统面授教学与在线教育的优势，既能够发挥教师引导、启发、监控教学的主导作用，又能充分激发学生学习的主动性、积极性[1]。SPOC（Small Private Online Course） 是一类小规模限制性在线课程，教师定期发布视频教学材料，布置作业和组织网上讨论，学生在学习清单的引导下按照时间点完成视频观看、作业和讨论等[2]。“雨课堂”是学堂在线与清华大学共同研发的一款可以嵌入PowerPoint中使用教学插件[3]。教师使用手机微信“扫码”登录“雨课堂”后，可将整合了习题、视频、投票等内容的PPT 课件发送给学生，帮助教师轻松实现课前预习资料推送。课堂教学过程中，学生使用微信扫码登录班级后可通过发弹幕、实时投票等方式实现与教师的互动，课后教师可以使用雨课堂制作用于知识复习巩固的试卷和练习题发送给学生。雨课堂将学生课前、课中、课后学习紧密联系在一起，并且能够根据学生的资料阅读及习题完成情况生成可视化图表，帮助老师及时掌握学生学习动态、学习进度和知识掌握程度。雨课堂简单易用，方便快捷，借助雨课学开展SPOC混合式教学是提高教学效率的一种有效方式。

1 数据挖掘技术课程教学现状分析

数据挖掘技术作为数据科学与大数据技术专业的主干课程，是培养学生数据分析能力的重要课程之一。数据挖掘技术课程的内容涉及数学、统计学、计算机科学的知识，教学内容中包含大量的算法理论和公式推导，是一门难度系数较高的综合性课程。通过教学实践发现，数据挖掘技术采用传统课堂教学方式主要存在以下问题。

1.1 学生处于被动学习的状态，课堂参与度不高

在理论教学方面，由于课时有限，教师为了赶进度会采用以教师为中心“满堂灌”的教学方式，课堂上学生按照教师的教学计划推进学习进度，学生处于被动学习的状态，课堂参与度不高。课程涉及较多的数学知识，对于数学知识基础薄弱的应用型本科生而言，在短时间内难以透彻理解理论知识，导致在学习过程中容易产生畏难情绪，失去学习兴趣，课堂教学变成了教师一个人的“独角戏”。

1.2 重知识传授轻能力培养

在传统教学模式下，教师较关注的是如何在课堂教学中将知识点传授给学生，并且课程教学环节总是以套路化的固定框架呈现。在有限的课堂教学时间内，学生在教师事先设定好的框架下，只能跟着教师的思维走，缺乏探究性思考和批判性思维训练。长此以往，让学生产生思维惰性，当学生面对复杂问题时就会手足无措，无法完成知识的迁移与应用，阻碍了学生分析问题与解决问题的能力培养。

1.3 教学反馈不及时不精准

传统教学模式下，教师主要通过课堂提问、课后作业完成情况等方式了解学生的学习情况及知识掌握情况。此方式具有滞后性，并且不能精准地定位学生出现的问题，导致教师的教学策略调整也存在滞后性，使得教学效果大打折扣。

为满足不同层次学生的学习需求，激发学生的学习主动性，提高教学质量，必须改变传统的以教师为中心的教学模式。

2 基于“雨课堂”的 SPOC 混合式教学的流程

如图1所示，基于“雨课堂”的SPOC混合式教学的具体流程分为前期准备、教学实施、效果评价三个主要阶段。

2.1 前期准备

教师根据教学目标及学生的学情，确定线上和线下的学习内容，收集、制作和整合学习资源，设计线下课堂教学的方案，制定线上及线下的教学评价方式。

学生熟悉雨课堂的使用，了解各阶段的教学评价方式。

2.2 教学实施

1） 课前学习。教师制定学习任务单，发布预习学习资源到雨课堂，督促学生预习并查看预习的反馈情况。将教学内容与预习反馈相结合，确定课堂教学的重点和难点。结合实际应用设计案例，将重点和难点以问题讨论的方式融入案例中，为课堂教学做好充分准备。

学生以教师的学习任务单为引导，结合自身的学习习惯和基础，完成预习任务，如有不懂可以在雨课堂中直接反馈。

2） 课中教学。教师组织学生登录雨课堂，将学生课前学习情况统计图表呈现给学生，达到监督的目的。介绍本节课的教学目标，就学生在预习阶段反馈的问题进行讲解，组织学生进行问题讨论和分析，在学生讨论结果的基础上引导学生进行归纳总结，把知识构建的主动权交给学生。学生在教师引导下通过投票、答题等方式参与问题的讨论与分析，通过答题、发弹幕等方式进行教学内容的归纳总结，对自己疑惑的内容按下“不懂”按钮。整个课堂环节，每个学生都能通过投票、答题等活动全面参与到课堂当中。

3） 课后巩固。教师布置课后作业及实验任务，向学生推送知识延伸的文献资料。对“不懂”的学生进行个别指导，收集课堂教学中的各种数据，充分掌握课堂教学的情况，为教学评价提供参考。学生完成课后作业和实验任务，阅读文献资料，在完成作业的同时仍然可以按下“不懂”按钮，向教师寻求帮助。

2.3 教学效果评价

采取问卷调查、阶段自测、综合作业、考试等多种形式的评价方式对教学实施的效果进行评价。问卷调查内容主要包括混合式教学方式是否提高学习兴趣和听课效率；学生学习能力、分析问题、解决问题的能力是否有所提高等主观评价。理论课的评价方式包括阶段性的章节测试、过程性的作业、课堂参与表现和终结性的期末考试等。实验课的评价依据包括实验课表现、实验完成情况、综合实验作业等。

3 基于“雨课堂”的 SPOC 混合式教学的实施——以K-Means 聚类算法为例

3.1 K-Means 聚类的教学目标和教学内容

聚类是数据挖掘技术教学内容中重要的一个知识单元，聚类算法可以发现数据集中隐藏的模式和异常值，帮助用户进一步对数据集进行分析和挖掘。如表1所示，按照认知层次将K-Means聚类知识单元的教学目标分为低阶、中阶、高阶层次的目标，并选取对应的教学内容。

3.2 K-Means 聚类混合式教学的实施

确定教学目标及对应的教学内容后，按课前、课中、课后三个阶段实施混合式教学。

1） 课前教学活动。教师将学习任务单、聚类应用实例材料、K-Means聚类原理实例讲解视频、预习练习题整合到一个预习PPT中，然后将预习PPT发布到雨课堂。学生根据任务单阅读预习PPT，观看KMeans聚类原理实例讲解视频，完成相应练习题，不懂的直接按“不懂”按钮进行反馈。课前的评价方式为学生查看预习课件的情况，练习题完成情况及分数。

2） 课中教学活动。教师通过一个生活实例：宿舍内同学之间的小团体的形成过程，引入聚类的概念。在雨课堂中发布第一个讨论议题：分类与聚类的区别，聚类的应用场合，展示分析讨论结果。教师简要回顾K-Means聚类算法流程，反馈预习练习题完成情况，讲解“不懂”页。发布第二个讨论议题：如何获得最佳K值。教师根据学生讨论结果，详细讲解K值的确定方法——手肘法。教师结合实验任务介绍Py?thon实现K-Means聚类的方法。教师将K-Means聚类方法的知识小结以课堂练习的方式发布给学生，让学生通过练习进行小结。教师引入根据购物中心客户会员卡的数据，使用K-Means聚类方法对客户群体进行细分的应用案例，并发布第三个讨论议题：使用K-Means聚类对客户群体细分的基本步骤是有哪些？教师总结和修正学生的讨论结果，布置实验任务。

学生在课堂教学中的任务是登录雨课堂，使用投票、主观题作答等功能参与讨论，与老师共同完成重难点的解析，完成课堂练习，对不懂的内容按“不懂”按钮进行反馈，课堂的参与度得到极大的提高。借助雨课堂，让学生的讨论结果以更直观的形式展示出来，吸引学生能够积极主动地思考问题，对学生的思维训练起到了很大促进作用。课中活动的评价方式主要包括学生参与讨论的表现、课堂练习的完成情况。

3） 课后教学活动。教师在雨课堂上发布课后巩固练习题、实验任务及要求、参考文献，学生在雨课堂中完成巩固练习，并查看实验任务和参考文献。课后活动的评价方式为课后练习完成情况。

4） 实验教学活动。教师在雨课堂中发布实验任务后，学生在实验课前了解实验要求，学习实验资料。实验课上完成实验任务，教师进行现场答疑和指导。教师在实验完成后发布实验应用练习题到雨课堂，学生通过完成实验应用练习题巩固所学知识。通过“课前—课中—课后—实验”这种贯穿式教学活动的开展，加强了学习过程的迭代反复和螺旋上升，逐步完成理论知识的内化、整合和实践应用[4]。

4 教学效果评价

以上教学模式在2020级数据科学与大数据技术专业进行了实践，对授课班级的50名同学进行了问卷调查，回收问卷49份。调查结果显示，72%的同学认为使用基于雨课堂的混合教学模式能够提高听课效率，58%的同学认为该教学模式提高了自己的自主学习能力。

从理论课成绩的评价上看，理论课的成绩为百分制，其中课堂表现成绩占15%，课程作业成绩占15%，阶段测试占10%，期末终结性考试占60%。开展混合式教学的2020级学生的理论课过程性考核（课堂表现、作业、阶段测试）平均成绩为81分，比2019级学生提高了3.2 分；期末终结性考试平均成绩为78.4，比2019级学生提高了2.7分。

从实验课成绩的评价上看，2020级实验过程考核（包含实验表现40%，实验报告20%） 平均成绩为82.4 分，比2019级提高了4.3分；综合分析实验平均成绩（40%） 为82.12分，比2019级提高了6.92分。综合分析实验平均成绩的提高较明显，说明混合式教学对学生数据分析能力的提升有较明显的成效。

5 结论与反思

5.1 教学模式的优势

基于雨课堂的 SPOC 混合教学强调课前预习，通过雨课堂推送课前学习任务单和包含了短视频讲解的学习PPT，让学生在任务单的引导下按自己的节奏开展预习，可使学生对即将学习的新知识有直观的认识，比学生自己阅读教材更加高效、生动，使得课前预习不再形式化，能够有效地促进课堂教学质量的提高。在课堂教学过程中，学生讨论和回答问题都在雨课堂平台上进行，每个同学都参与讨论，教师可以实时看到学生的讨论结果，相比传统课堂中的讨论只有部分同学发言的情况，该模式极大提高了学生的参与度和积极性，让学生更主动积极地思考问题，学生分析问题能力得到增强。雨课堂弹幕、投票等功能的使用增强了课堂的互动性，将原来教师唱独角戏的课堂转变为轻松活泼的师生互动课堂。在雨课堂中完成课后习题让学生的知识得到及时巩固，学生遇到不懂的问题可以直接反馈，教师可以快速得到学生作业完成情况的反馈数据，及时调整教学策略，提高了教师和学生双方的沟通效率，提升了教学效率和教学质量。

5.2 存在的问题

线上学习效果难以保证。部分学生认为教师会在课堂中讲授知识点，对线上的预习资料只是敷衍浏览，没有认真预习，个别学生甚至不参与课前预习，导致部分学生课堂上跟不上节奏而掉队。

教学资源设计有待提高。教学资源质量很大程度上影响混合学习效果。精致的学习资源可以吸引学生注意力，提高学习兴趣和效率，提升学习体验效果[5]。在实际教学过程中，教师设计的教学资源往往总是局限于视频、语音、PPT三种形式，表现形式略显乏味，学生新鲜感过去后对学生的吸引力就会骤减，导致学习效果下降。

实践证明，基于雨课堂的 SPOC 混合教学模式实现了课前、课中、课后，线上线下学习的融合，能够较好地解决课堂时间有限的问题，提高了学生的课堂参与度，在一定程度上弥补了传统教学的不足，受到学生的支持和好评。在今后的教学工作中，要进一步加强学习过程监督，在确保教学资源质量的前提下有针对性提高资源吸引力，充分发挥学生的主体作用和教师的引导作用，通过多种评价方式促进学生综合能力培养。