SPOC翻轉(zhuǎn)課堂模式在虛擬儀器課程中的應(yīng)用研究

1、    spoc翻轉(zhuǎn)課堂模式在虛擬儀器課程中的應(yīng)用研究    摘要：為實現(xiàn)信息技術(shù)和教學(xué)方法改革模式的深度融合，將“以教師教為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生自學(xué)為中心”的教學(xué)范式改革，本研究結(jié)合spoc翻轉(zhuǎn)課堂的特點和高校教學(xué)改革實際需求，設(shè)計了spoc翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)模式，并應(yīng)用于虛擬儀器課程教學(xué)中。本文通過結(jié)合spoc課程與虛擬儀器課程內(nèi)容特點，根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵以及系統(tǒng)化教學(xué)設(shè)計理論，從虛擬儀器課程教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計、個性化學(xué)習(xí)策略設(shè)計、設(shè)計多樣化的教學(xué)活動和多元化的教學(xué)評價體系等四個方面構(gòu)建了spoc在傳統(tǒng)高校教學(xué)中的應(yīng)用模式，為高校深入建設(shè)和應(yīng)用spoc翻轉(zhuǎn)課

2、堂模式提供借鑒。關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂，課程教學(xué)，spoc，mooc基金項目：本文受東華理工大學(xué)教改項目(dhjg-15-02)資助。一、引言近年來隨著信息技術(shù)和教學(xué)模式改革的日漸深入融合，促使教學(xué)方法與教學(xué)結(jié)構(gòu)及管理體制發(fā)生變革，給教育帶來了空前的機(jī)遇。mooc1為最具有代表性的互聯(lián)網(wǎng)與教育方法融合產(chǎn)物，由于具有大規(guī)模、免費(fèi)開放和在線共享等特點，在短時間內(nèi)在高等教育領(lǐng)域引起廣泛的關(guān)注，并有力推動了在線教學(xué)模式的創(chuàng)新。然而，mooc平臺的構(gòu)建投資成本高，課程資料堆積繁雜，師生了解少，阻礙個性化教學(xué)發(fā)展和技術(shù)本身內(nèi)在教育價值的實現(xiàn)，從而影響大學(xué)教育的本質(zhì)功能2。為解決mooc平臺存在的缺陷，大量在線學(xué)

3、習(xí)新形式不斷涌現(xiàn)，小規(guī)模專有在線課程3以小規(guī)模和限制性準(zhǔn)入的顯著優(yōu)點來提升mooc學(xué)習(xí)效果，成為國內(nèi)外名校探索在線課程的熱點。spoc教學(xué)平臺主要提供特殊的人群使用，對申請參加課程的學(xué)生設(shè)定一定的準(zhǔn)入要求，便于較少人群之間面對面交流。因此，spoc平臺通過將傳統(tǒng)課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢結(jié)合起來，構(gòu)建一種更精致、更小眾的在線開放課程類型，既融合了大規(guī)模在線開放課程的優(yōu)點，同時也能彌補(bǔ)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足。虛擬儀器課程是儀器類和電子類等專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有較強(qiáng)的理論性和實踐性。該課程通過將圖形化開發(fā)工具應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場的時間，并提高了產(chǎn)品開

4、發(fā)和生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)采用“以教師講授為主”的虛擬儀器課程教學(xué)模式，無法滿足現(xiàn)有課程內(nèi)容量大、課時少和學(xué)生基礎(chǔ)差別大等特點。特別是自2011年中國儀器儀表學(xué)會和教育部高等學(xué)校儀器科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會舉辦的全國虛擬儀器大賽開展以來，虛擬儀器課程的教學(xué)內(nèi)容與大賽的目標(biāo)差距巨大，學(xué)生難以將課程所學(xué)的知識直接應(yīng)用于大賽的創(chuàng)新類項目。spoc翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式通過將以“以教師教為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生自學(xué)為中心”，既能使不同層次的學(xué)生得到個性化的學(xué)習(xí)體驗，又使教師有更多精力了解每個學(xué)生的問題4，有助于提高課堂教學(xué)質(zhì)量，為虛擬課程中的教與學(xué)提供了新的思路。因此，研究如何將spoc翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式融入虛擬儀器

5、課程中，來提高虛擬儀器課程在實際項目中的應(yīng)用，滿足學(xué)生的學(xué)和教師的教，具有重要的指導(dǎo)意義。二、spoc翻轉(zhuǎn)課堂涵義spoc是small private online course的縮寫，意譯為“小眾私密在線課程”，2013年由美國加州大學(xué)伯克利分校armando fox(阿曼多·?？怂?教授率先提出。其中，small(小眾)與mooc中的massive相對應(yīng)，限制學(xué)生人數(shù)在數(shù)十人到數(shù)百人之間，有助于提升學(xué)習(xí)參與度、互動性和參與度；private相對于mooc中的open，指的是對滿足準(zhǔn)入條件的申請者完全開放課程，而對其他學(xué)生僅限于開放部分課程，故具有一定的私密性。spoc的基本思路是

6、授課教師通過網(wǎng)絡(luò)獲取或自己制作相關(guān)課程的視頻，并在網(wǎng)絡(luò)平臺上按照課程的內(nèi)容上傳視頻作為學(xué)生的課前作業(yè)，學(xué)生在線下進(jìn)行自學(xué)，然后授課教師在課堂中與學(xué)生進(jìn)行交流、講解、面對面解答學(xué)生提出的問題，通過了解學(xué)生對知識點的把握程度，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和時間安排，并對最后的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核評價?？等~欽5認(rèn)為spoc在教學(xué)過程中通過將授課、視頻等要素相互交織融合，賦予學(xué)習(xí)者完整、深入的學(xué)習(xí)體驗，提高了課程的完成率，從而提升了自主學(xué)習(xí)效果。混合學(xué)習(xí)模式6的探索為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)提供了新的學(xué)習(xí)方式，基于spoc翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)模式將面對面的課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的優(yōu)勢有機(jī)融合起來，實現(xiàn)教學(xué)效果的最優(yōu)化。開放資源spoc平臺對開展翻

7、轉(zhuǎn)課堂(flipped classroom)的教學(xué)有很好的支持作用7，spoc的“小規(guī)模性”與“專有性”也是開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的有利條件。將mooc的思想植入翻轉(zhuǎn)課堂，借助mooc教學(xué)平臺實施翻轉(zhuǎn)課堂，實現(xiàn)資源共享的同時優(yōu)化教學(xué)效果。翻轉(zhuǎn)課堂8的涵義是在信息化環(huán)境中，授課教師以微視頻為主要形式提供學(xué)生學(xué)習(xí)資源，學(xué)生在課后依托教學(xué)視頻中的學(xué)習(xí)資料自主學(xué)習(xí)，在課中授課教師和學(xué)生面對面一起解答疑惑，課后教師對授課內(nèi)容評價和提升的一種教學(xué)模式。該模式在國內(nèi)外教學(xué)研究和實踐中得到日漸深入和推廣，主要原因在于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)秉持“以學(xué)生自學(xué)為主”的教學(xué)理念，關(guān)注學(xué)生的個性化發(fā)展，使教學(xué)內(nèi)容和課時分配以學(xué)生為中心

8、，改變了教師和學(xué)生的角色，從而避免傳統(tǒng)教學(xué)方式中的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)時間的約束9。目前spoc翻轉(zhuǎn)課堂主要由高校內(nèi)部或高校聯(lián)盟的學(xué)生參加，充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)平臺和教學(xué)模式相結(jié)合的改革模式10。在國外，美國的加州大學(xué)伯克利分校最先將spoc運(yùn)用到云計算與軟件工程課程，保證了學(xué)生線上學(xué)習(xí)的同時參與線下課堂活動，并完成相應(yīng)的任務(wù)和考試。麻省理工學(xué)院開展了spoc課程與翻轉(zhuǎn)課堂的實驗及推廣7，該平臺的實施結(jié)果表明，spoc課程與翻轉(zhuǎn)課堂融合既提高了授課教師的教學(xué)效率，又提高了學(xué)生成績的通過率。2013年起，國內(nèi)高校紛紛進(jìn)行有關(guān)spoc典型案例的實驗嘗試，到2015年2月末，中國mooc平臺上有51所大學(xué)共上線

9、了85門spoc課程10。最早由清華大學(xué)通過“學(xué)堂在線”開展spoc課程，對內(nèi)也在利用這個平臺進(jìn)行c+程序設(shè)計和云計算與軟件工程這兩門課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實驗11?？偨Y(jié)國內(nèi)外spoc翻轉(zhuǎn)課堂上課流程，將spoc的課程模式總結(jié)如圖1所示。圖1 spoc翻轉(zhuǎn)課堂模式流程三、spoc翻轉(zhuǎn)課堂模式的虛擬儀器課程構(gòu)建信息化的飛速發(fā)展和教學(xué)方法的改革，網(wǎng)絡(luò)信息獲取已成為大學(xué)生的必備能力之一，特別是近年來各種類型的物聯(lián)網(wǎng)大賽和虛擬儀器大賽的盛行，虛擬儀器課程成為各高校儀器類專業(yè)的特色課程。筆者依托學(xué)校教改課題虛擬儀器課程改革研究和實踐，針對虛擬儀器課程存在內(nèi)容多、學(xué)時少、實踐性強(qiáng)、學(xué)生需求不均衡等問題，探

10、索spoc翻轉(zhuǎn)課堂在虛擬儀器課程中的教學(xué)模式。通過將虛擬儀器課程內(nèi)容和spoc的特點結(jié)合起來，根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)涵以及系統(tǒng)化教學(xué)設(shè)計理論，以學(xué)生與教師得到共同發(fā)展為目的，提出了如圖2所示的詳細(xì)實施方案。圖2 基于spoc的虛擬儀器課程教學(xué)模式實施方案1.虛擬儀器課程教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計在spoc平臺和翻轉(zhuǎn)課堂平臺下，本節(jié)課程教學(xué)內(nèi)容結(jié)合我校學(xué)生的學(xué)習(xí)特征及學(xué)習(xí)目標(biāo)來設(shè)計雙平臺的教學(xué)內(nèi)容體系，設(shè)計了以下三個模塊：虛擬儀器課程信息結(jié)構(gòu)設(shè)計、課程內(nèi)容設(shè)計和課程交互活動模塊，如圖3所示。圖3 基于spoc的虛擬儀器課程教學(xué)模式模塊設(shè)計(1)虛擬儀器課程信息結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊虛擬儀器課程基本信息結(jié)構(gòu)主要包括課程教學(xué)

11、大綱、課程教學(xué)目標(biāo)、課程講授時間(學(xué)期周數(shù))、學(xué)習(xí)內(nèi)容要求、考核方式、評分方式和標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。課程教學(xué)大綱和學(xué)習(xí)目標(biāo)由任課老師制定，經(jīng)學(xué)校審核后執(zhí)行。因此，任課老師在制定時，應(yīng)根據(jù)教師的教學(xué)活動設(shè)計流程進(jìn)行編寫，具有一定的結(jié)構(gòu)性。課程講授的時間要體現(xiàn)出spoc平臺學(xué)習(xí)的靈活性，評分方式和標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計要有一定的科學(xué)性，便于學(xué)習(xí)者準(zhǔn)確的了解自身的學(xué)習(xí)情況，隨時調(diào)整自己的學(xué)習(xí)。(2)虛擬器課程內(nèi)容設(shè)計虛擬儀器課程屬于實踐類課程，通過在spoc平臺上將課程內(nèi)容以視頻和操作為重點，以記憶類和知識結(jié)構(gòu)梳理的為核心，同時提供一定的學(xué)習(xí)指導(dǎo)。由于虛擬儀器課程內(nèi)容由理論和實踐緊密結(jié)合，其理論知識包括軟件和硬件知識，

12、主要涉及微電子、計算機(jī)測控技術(shù)、信號處理等。學(xué)習(xí)者可以通過看書和視頻資料較快掌握工具的使用，滿足翻轉(zhuǎn)課堂中以學(xué)生為中心的核心思想。學(xué)習(xí)內(nèi)容的設(shè)計新穎且符合大學(xué)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的需要，并結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂中教師有針對性地答疑解惑，有助于改善學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性問題，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。(3)交互活動設(shè)計教學(xué)活動中的交互活動指的是在spoc平臺中使用物聯(lián)網(wǎng)中交互工具進(jìn)行互動等活動，包括在spoc平臺中的實時交互(電話、視頻等)和非實時交互(微博、討論版、qq群、微信公眾號、wiki、bbs等)，也包括在翻轉(zhuǎn)課堂中師生面對面協(xié)作交流的深度交互活動，授課老師根據(jù)學(xué)習(xí)者在不同交互環(huán)境中的學(xué)習(xí)體驗提供針對性和個性化的指導(dǎo)

13、，引導(dǎo)教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)習(xí)資源之間的交互活動。2.個性化學(xué)習(xí)策略設(shè)計個性化學(xué)習(xí)策略目的是促進(jìn)學(xué)習(xí)者有效調(diào)控學(xué)習(xí)的知識加工過程，以便高效學(xué)習(xí)和建立知識庫。本研究基于在線學(xué)習(xí)模型和mooc設(shè)計研究的基礎(chǔ)上9-10，嘗試建構(gòu)了spoc學(xué)習(xí)者個性化學(xué)習(xí)模型，如圖4所示。圖4 spoc個性化學(xué)習(xí)策略個性化學(xué)習(xí)模型包括個性化學(xué)習(xí)路徑設(shè)計、學(xué)習(xí)方式設(shè)計、整合知識和個性化知識網(wǎng)構(gòu)建，個性化知識網(wǎng)的建立是整個模型的核心部分。spoc學(xué)習(xí)者目標(biāo)和背景的多樣性決定了學(xué)習(xí)路徑、學(xué)習(xí)方式設(shè)計和學(xué)習(xí)結(jié)果的多樣性。spoc學(xué)習(xí)者的個性化學(xué)習(xí)過程包括以下四個階段：(1)活動/學(xué)習(xí)路徑的選擇：根據(jù)學(xué)習(xí)者自身的目標(biāo)

14、和原有的學(xué)習(xí)經(jīng)歷、背景等，制定虛擬儀器課程學(xué)習(xí)目標(biāo)；(2)學(xué)習(xí)方式設(shè)計：學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的學(xué)習(xí)目的，制定實施學(xué)習(xí)活動虛擬儀器課程的學(xué)習(xí)計劃等；(3)整合知識：學(xué)習(xí)者對已獲得的課程信息進(jìn)行重新組織和整理消化，將其整合為對自己有益的知識。在這個過程中，spoc學(xué)習(xí)者借助網(wǎng)絡(luò)工具、分析工具、學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)和共同體進(jìn)行交互。(4)個性知識庫創(chuàng)建：學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的學(xué)習(xí)方式、知識整合等進(jìn)行反思，對整理的知識重新加工與升華，創(chuàng)造出新的知識。在知識庫的創(chuàng)建過程中，學(xué)習(xí)者之間通過分享和交流教學(xué)內(nèi)容，并互相協(xié)助，不斷提升自己的知識。3.設(shè)計多樣化的教學(xué)活動教學(xué)活動是授課教師為達(dá)到特定的教學(xué)目標(biāo)或效果而進(jìn)行的學(xué)習(xí)總和11。

15、筆者通過學(xué)習(xí)眾多學(xué)者的觀點、結(jié)合spoc的特點以及學(xué)習(xí)者的需求，將spoc翻轉(zhuǎn)課堂分為課前、課中和課后三個階段，如圖5所示。圖5 基于spoc的虛擬儀器課程教學(xué)模式三個階段(1)課前階段：本階段分兩個方面，即以教師為主體和以學(xué)生為主體。以教師為主體時，教師是課程內(nèi)容及進(jìn)度的設(shè)計者，應(yīng)先進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)平臺的搭建、微課的制作、學(xué)生的跟蹤練習(xí)、資源的發(fā)布和任務(wù)的布置等。教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生具體學(xué)習(xí)情況，進(jìn)行微視頻、相關(guān)資料查看任務(wù)的布置，作業(yè)的設(shè)計，及在線交流活動的組織。以學(xué)生為主體時，根據(jù)老師的要求進(jìn)行在線學(xué)習(xí)視頻的學(xué)習(xí)，以及作業(yè)和在線交流活動。(2)課中階段：以學(xué)生為主體的教師指導(dǎo)為核心，完成知識技能內(nèi)化，

16、答疑學(xué)生課前的學(xué)習(xí)內(nèi)容。在對知識點有一定的認(rèn)知基礎(chǔ)上，通過與教師的交流，進(jìn)一步的實踐操作，使知識得到內(nèi)化，提高學(xué)習(xí)的質(zhì)量。對于“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)內(nèi)容，主要措施有：課堂知識的鞏固練習(xí)、提問解答、小組討論、個性化問題的探討和學(xué)生之間的交流等。(3)課后階段：本階段分兩個方面，即以學(xué)生為主體和以教師為主體。以學(xué)生為主體時，學(xué)生在老師的輔助下及小組內(nèi)和小組間的協(xié)作交流下，使知識得到升華。以教師為主體時，通過對學(xué)生的課堂表現(xiàn)、教學(xué)時間安排、教學(xué)方案和教學(xué)資源進(jìn)行評價和討論。4.多元化的教學(xué)評價體系虛擬儀器課程教學(xué)評價主要采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)的形成性評價為主和總結(jié)性評價為輔相結(jié)合的多元化評價體系，即在虛擬儀器

17、課程評定中，采用深度方法對教學(xué)過程中產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，分析出適合學(xué)習(xí)者個性化的學(xué)習(xí)模式和個性化教學(xué)方式。這種多元化評價體系必須以學(xué)生為中心，以教師為主導(dǎo)，教師根據(jù)學(xué)生在課前階段和課堂階段對學(xué)生的實踐項目、課堂表現(xiàn)、學(xué)習(xí)能力、參與程度和合作精神等做出評估。終結(jié)性評價即為傳統(tǒng)評價方式，應(yīng)有一定的科學(xué)性，包括期中考試、期末考試、實驗成績和課程設(shè)計成績等。四、結(jié)束語基于spoc翻轉(zhuǎn)課堂模式促使教學(xué)實現(xiàn)了以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的課堂教學(xué)理念，相對于傳統(tǒng)教學(xué)模式而言，是一次顛覆式創(chuàng)新。筆者應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂模型經(jīng)過近兩年的實踐教學(xué)檢驗，得到了學(xué)生和學(xué)校的認(rèn)可與好評。在翻轉(zhuǎn)課堂模式實施以來，在課程成績上，

18、選修本課程學(xué)生比以前傳統(tǒng)教學(xué)方式平均成績提高了8個點，參加省級和校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽以虛擬儀器課程為主題，年平均5組成員。如何保證在課前和課后完成對教與學(xué)時間的延伸以及課堂的高效性是實現(xiàn)spoc翻轉(zhuǎn)課堂模式的難點問題，我們探討如下思路：1.教學(xué)微視頻的錄制好壞是能否吸引學(xué)生課前和課后延伸的關(guān)鍵。為保證高質(zhì)量的教學(xué)視頻，在錄制教學(xué)視頻時教師應(yīng)考慮知識主題的突出性、互動策略、趣味性等。2.教師應(yīng)通過信息技術(shù)構(gòu)建學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，確保學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師之間能隨時隨地進(jìn)行互動交流。3.采用“過程”和“結(jié)果”兩方面結(jié)合的多元化學(xué)習(xí)評價機(jī)制。教師對學(xué)習(xí)過程的評價，需要考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)成效等多方面的因素，激勵和引導(dǎo)學(xué)習(xí)者提高學(xué)習(xí)的興趣。4.在課堂教學(xué)活動的組織方面，教師要真正做到因材施教，需要在課前充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，精心準(zhǔn)備和觀察課堂的問與答、學(xué)生間的協(xié)作討論。以后將進(jìn)一步將在spoc平臺上實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的研究和實踐，通過多角度、多元化對實施方案評價與分析，為本校其他課程的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改革提供更好的可借鑒的實施方案。我們同時也看到新的翻轉(zhuǎn)課堂模式的研究仍處于初始階段，需要深入研究，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率，并提升教師自身的教學(xué)水平。參考文獻(xiàn)：1謝幼如，倪妙珊，柏晶，