MOOC背景下《水力學》教學體系的研究

孫楠 胡旭鏵 陳栢仲 呂玲鈺

摘要：針對目前網絡教學模式資源共享度低、教學方法單一、互動性差等問題，開展基于MOOC教學模式的探索與研究。東北農業(yè)大學水利與土木工程學院借助現(xiàn)有網絡平臺，剖析已有網絡教學模式對教學效果的制約因素，基于MOOC教學理念，以“現(xiàn)代水利建設人才需求”為導向，擬定復合應用型水利人才、拔尖創(chuàng)新型人才培養(yǎng)計劃，加強自主科研創(chuàng)新以及產學研合作實踐，構建基于“兩實雙線三階段”多元互動教學模式的SPOC混合教學體系，實現(xiàn)《水力學》教學向培養(yǎng)學生多方位創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識的方向發(fā)展。實踐表明，《水力學》SPOC教學成果顯著，為高校《水力學》課程教學提供了可操作性范式。

關鍵詞：《水力學》課程;MOOC;SPOC;教學模式;教學體系

1 引言

《水力學》精品資源共享課的建設使用和對相關課程網站的查閱中顯示出網絡教學存在以下局限性：①宣傳力度不到位：課程一般在各大學的網站主頁上開設專門模塊，須通過鏈接進入相應科目學習，跨專業(yè)學生知曉度不高。②共享程度不高：眾多高校為學習者獲得學習資料設置了多層障礙，比如一些專業(yè)課程會設置密碼，沒有密碼會影響視頻的觀看。③網絡平臺建設問題繁多：包括不能及時保障更新與維護，學習者連續(xù)性學習受到阻礙;平臺欄目不夠豐富、自主學習激勵機制不夠完善，不能更好地維持學習者的學習積極性。④同步交流互動功能效率低：交流與反饋機制在網絡平臺上的功能主要表現(xiàn)為單向性交流，學習者問題得不到及時解決，致使網絡交流積極性不足。⑤欠缺完備測試系統(tǒng)：第一，課程作業(yè)及在線測試環(huán)節(jié)，會出現(xiàn)抄襲答題情況，建議以相同試題但打亂順序，重組出花樣試卷;第二，學生在線學習時間以及測試分數統(tǒng)計功能不完善，學生成績難以分組統(tǒng)計，建議在線網絡系統(tǒng)及時給出成績與分組的結果;第三，課程作業(yè)批改系統(tǒng)及時性差，建議增加現(xiàn)客觀題自動批閱、主觀題利用自然語義的檢索功能智能打分機制，以減少教師工作量。因此，推進現(xiàn)有的開放教育資源建設任重道遠。

近年，在教育領域MOOC（Massive Open Online Course，大規(guī)模開放式在線課程）模式已成熱點，通過MOOC學習平臺，學習者可根據自身的需要進行學習、討論、完成作業(yè)、參與考試、獲取分數、拿到證書，完成學習的全過程。在MOOC學習中，首先旁人可以看到學習者正在學什么，其次可以對其學習程度、學習情況、是否準確掌握課程內容等進行評價。然而，MOOC教學主要是以知識為中心的理解類活動，個性化學習和學習體驗、學習應用缺失，虛擬實驗無法替代真實實驗?！端W》課程要求學習者不僅掌握基本知識點，而且要做到學以致用，單一的線上教學導致學習者學習熱情低、課程完成率不高等缺點亦廣為詬病。在“后MOOC時代”下，SPOC（Small Private Online Course，小規(guī)模限制式在線課程）的誕生克服了MOOC單一的線上學習的缺點，實施混合式教學，將MOOC之所長與面對面教學融為一體，在校大學生作為其主要受眾，設計和利用優(yōu)秀的MOOC資源，增加師生互動，激發(fā)學生的學習熱情，提高課程完成率和學習成績。因此，基于SPOC平臺的混合課堂模式將更順應《水力學》教學改革發(fā)展要求。

2 課程目標定位

基于SPOC平臺的混合課堂模式，一要求引導低年級本科生快速適應本專業(yè)學習，掌握專業(yè)知識，提高學習效率;二要求統(tǒng)整導學者的整體知識，提高其教學技能、組織能力、團隊管理能力，適應社會對創(chuàng)新型、高素質型人才發(fā)展的需求。

《水力學》課程的目標定位設定為：①從教學策略上證明基于SPOC平臺的《水力學》混合課堂模式的邏輯性與合理性;②通過教學實踐證明基于SPOC平臺的《水力學》混合課堂模式的有效性與可操作性。課程最終保證學生學會自主創(chuàng)新，成為快樂的學習者。

3 教學模式

從本校的教學實際出發(fā)，借鑒以往和其他院?！端W》課程實踐教學的有益經驗，構建了基于SPOC平臺的“兩實雙線三階段”多元互動教學模式?！皟蓪嶋p線”即“兩實踐”“雙課堂”，“兩實踐”是指：一是實驗教學，二是實習性教學。即進行實驗項目的訓練以及實習參觀大型水工建筑物（三峽葛洲壩等）;“雙課堂”是指：線上教學與線下課堂相結合，以講授理論知識為主，配合實驗為輔，知識傳授線上完成，線下進行教學互動和課題研究?！叭A段”為：課前教學準備、課中課堂教學和課后鞏固教學三個控制階段?！岸嘣印卑ǎ憾喾N主體之間的互動，如師生互動、生生互動、人機（網絡）互動等;以及線上互動、線下互動、實踐互動等多種形式的教學互動。

所以，《水力學》課“兩實雙線三階段”多元互動教學模式是在堅持以人為本、素質教育、理論與實踐相結合、教育與管理相結合的思想指導下，從教學實踐中總結出來的，為實現(xiàn)“TMDB”（teaching，基礎教學;motivate，激發(fā)學生學習興趣;develop，培養(yǎng)學科學習能力;feedback，教學反饋及時解決問題）目標的相對穩(wěn)定的教學范式。

4 教學體系的構建

4.1 教學理論體系

基于水力學教學的“兩實雙線三階段”多元互動教學模式的構建，結合MOOC包含了學習者、教師、教學情境等各種交互活動伴有教學理論的支持，進行多層次《水力學》學習理論為中心下的SPOC綜合理論體系的構建。

4.1.1 多模式串聯(lián)學習體系

《水力學》“兩實雙線三階段”多元互動教學模式首先應強調的是指導學生通過在線課堂優(yōu)質資源共享與面授課上老師解決問題的及時性優(yōu)勢互補的“線上線下教學”模式，構建完備知識理論體系框架，并且通過“實習課程”與“實驗課”掌握知識在實踐中的應用。使學生對水流在不同狀態(tài)下的力學分析的學習更加透徹以及對實習與實驗課中的數據處理、誤差分析、應用實際有良好的認知，最終對水力專業(yè)知識形成自己的知識體系，在遇到《水力學》難題時將從課堂的理論與在實驗課中的實踐相結合從而達到解決問題的目的。

4.1.2 “主義學習+大數據”理論體系

主義學習要求學習者在交流協(xié)作、工具運用的過程中自主學習和建構知識?！端W》是一門專業(yè)性極強的力學學科，其主要研究液體靜止或相對靜止狀態(tài)下的力學規(guī)律及其應用，探討液體內部壓強分布理論，液體對固體接觸面的壓力，液體對浮體和潛體的浮力及浮體的穩(wěn)定性，水在靜態(tài)與動態(tài)情況下的不同受力狀態(tài)，水在管道中運動的水頭損失等問題，其對于學科知識的專業(yè)性具有很高的要求，因此學生普遍認為《水力學》課程難學，學生往往不能及時解決課程難題，而MOOC作為一種信息“大數據”的產物，其學習資源十分充裕，教師可以及時將水力學難點知識匯總并上傳到SPOC平臺，學生在學習過程中不能聯(lián)系到教師的情況下，在線的知識點數據庫可以使學生及時找到自己想要找到的知識信息，并且SPOC平臺上的論壇以及討論小組可以使學生將學習中遇到的問題在線討論，在最快的時間內找到解決的方法。

4.1.3 因材施教的理論體系

MOOC這種大規(guī)模在線開放課程在世界范圍內興起，其新型的教學模式受到廣大好評，在線平臺為現(xiàn)代水力學教育改革提供了重要機遇，為水力學結合因材施教的教育理念提供了一種現(xiàn)代化教學實踐新平臺。通過SPOC平臺，由于學生個體之間存在差異，往往不能進行同步學習。因此，根據各類各層次學生的認知水平、學習能力的不同將學生分層，每類同層次學生的認知水平基礎相當，制定出各類各層次的教學目標，將不同學習資料上傳到SPOC網絡平臺，學生根據自身能力對課程進行選擇，選擇符合自身的學習難度，從而使能力強的學生可以更加深入的學習，而能力不強的學生可以對基本知識透徹學習。

4.2 教學活動體系

根據對高校教學改革的基本理念、SPOC教學模式的功能定位，為實現(xiàn)學生“理解抽象概念，能夠應用各類公式，查找不同邊界條件下的相關系數，掌握基本水力計算方法”的目標，加強教學團隊建設，合理搭建復合應用型水利人才培養(yǎng)平臺、拔尖創(chuàng)新型人才培養(yǎng)平臺、自主科研創(chuàng)新平臺以及產學研合作實踐平臺，優(yōu)化教學資源，建立基于“兩實雙線三階段”多元互動教學模式的SPOC混合教學體系（見圖1）。

4.2.1 課前教學準備

教師在本階段前期進行學習資料的上傳以及學習任務的發(fā)布，引入章節(jié)導學，并通過網絡教學平臺監(jiān)督學生學習進度，解答學生產生的問題。學生以東北農業(yè)大學網絡教學平臺為基礎，進行以觀看教學視頻為主的自主學習，并參與問題探討。通過改造式資源設計，教師根據課程教學需求改變SPOC的課程結構和教學資源等。

在進行教學資料整理與上傳時注意適度精簡整合，以教學內容與工程實際應用的一致性、適度夠用性為原則，將基本理論和基本原理作為教學的立足點，適當舍棄一些不必要的內容，如落后的試算法、圖解法與驗證實驗等，淡化公式推導和抽象難懂且比重較少的理論知識，廣泛收集工程案例，充分吸收水利行業(yè)發(fā)展以及社會經濟的最新成果，并將其融入視頻教學中。加強應用性較強的教學內容講授，如水工建筑物靜水壓力、管道水力計算、水流現(xiàn)象分析等，使得教學環(huán)節(jié)與學生未來工作領域緊密結合。

認知主義學習理論強調對知識認知的過程以及對認知過程的分析。據此可知，學生自學以及自我思考能力尤為重要，設計線上學習與在線問題互動環(huán)節(jié)，為學生提供良好的學習討論環(huán)境，使其主動交流通過線上自主學習對《水力學》的理解和困惑，加強認知過程。

4.2.2 課中課堂教學

該階段主要在線下進行知識的梳理以及對學生在課前學習過程中的疑惑進行解答，指導學生進行協(xié)作學習和課題研究等。線下學習環(huán)境除物質條件之外，還包括學習氛圍、學習動機、人際關系等非物質條件?；谏疃葘W習理論的學習環(huán)境研究，SPOC的線下學習環(huán)境要求師生采用實際問題激發(fā)學生學習動機，并通過人際的交互營造動態(tài)的學習氛圍。

以學習者為中心是構建主義學習理論的核心，強調學習者對知識進行主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和對所學知識框架的主動建構。學生作為主體進行知識體系的建構，教師作為引導者輔助其建構過程。為提高學習主動性可以設置任務型分組教學：對學生進行分組，將水力學中的重點、難點問題劃分為具體任務，學生通過小組討論提出解決方式并進行講解。例如水面線的定性分析，12種水面線的判別和繪制是重點難點，讓學生結合成興趣小組，針對不同情況討論，得出最終結論。提高學生自主分析能力，提升學生的思維境界。

4.2.3 課后鞏固教學

學生完成基礎知識學習后通過網絡平臺進行測試，針對知識欠缺或薄弱部分進行補充。教師通過SPOC平臺可以隨時了解學生對知識的掌握情況，從實際情況出發(fā)調節(jié)教學進度。對于學有余力的學生進行拓展教學，如對環(huán)境水力學的研究，學生登錄網絡教學平臺可以獲得豐富的拓展資源，包括專題講座、案例研究等。該階段方便學生彌補知識漏洞以及激發(fā)創(chuàng)新思維。

4.2.4 實踐教學

針對《水力學》內容多、理論多、公式多、概念抽象的特點，加強實踐教學環(huán)節(jié)使抽象的理論形象化，從而培養(yǎng)學生的思維創(chuàng)新能力和自主學習能力。

（1）實驗項目訓練

實驗項目訓練基于探索性、綜合性和實踐性的教學理念，形成包括基礎性實驗、綜合性實驗、認知實驗、前沿性實驗和開放創(chuàng)新實驗在內的實驗教學體系，注重培養(yǎng)學生運用實驗手段開展科學研究的能力。

網絡教學平臺下的水力學教材呈多媒化趨勢，通過模擬實驗實訓室學生可以在進行實驗操作前先了解掌握基本的操作流程，后利用其進行復習鞏固。例如在局部阻力系數的測定實驗中，實驗儀器較為復雜，數據處理涉及公式較多，教師在實驗教學過程中難免出現(xiàn)知識點遺漏或學生對實驗原理、步驟一知半解的情況，利用SPOC平臺將實驗操作視頻進行預習和回顧將大大提升教學質量。

（2）認識實習

學生通過實地參觀已投入運行的水利工程項目，了解大型水利工程運行過程。東北農業(yè)大學由學校組織帶領學生前往長江三峽水利樞紐國家大學生實習基地進行參觀學習，提升學生學習興趣以及知識應用能力。

4.3 教學評價體系

SPOC混合教學體系采用符合網絡學習評價特征的多元學習評價方式（形成性評價、總結性評價）綜合評價學生。評價內容包括資源觀看程度、課后單元測試、課時作業(yè)和期末測試等。評價形式包括基于平臺的視頻內嵌測試、隨機提問、參與論壇討論和基于學習過程大數據的網絡評價。SPOC平臺全程記錄學習者學習過程，實時收集、整理、分析學習數據，通過數據分析學生知識掌握、技能體驗與熟悉情況。課程測試與評價設計思路（見圖2）。

4.3.1 課前部分

課前部分的評價主要由教師評價組成，目前SPOC平臺可獲取到學生觀看視頻的進度、對資源的查看和完成情況以及學生參與在線討論的活躍度等，教師依此進行評價。

4.3.2 課中部分

課中部分的評價由教師評價和組員評價組成。此過程依據學生在課堂上的表現(xiàn)情況進行評價，教師根據課堂上學生討論發(fā)言的活躍度，小組討論結果的準確性及學生表達能力等方面進行評分。組員評價則是通過建立課堂討論小組，進行交流辯論、問題研討，根據各小組成員參與討論的積極性、合作性進行客觀的評價。

4.3.3 課后部分

課后部分的評價由SPOC平臺評價和教師評價組成。學生在SPOC平臺上提交作業(yè)后平臺會根據學生的答題情況自動給出反饋結果，教師根據學生的作業(yè)情況，進行客觀評價，其中單元測試的結果也作為評價的依據。

4.3.4 期末測試

最終的期末成績由教師進行評價。學生在完成線上線下課程任務后，還需完成學校統(tǒng)一組織的期末測試，通過教師的評閱審核，最終給出學生該門課程的期末成績。

總體而言，SPOC環(huán)境下混合課堂教學模式在評價方式上，形成性評價由課前、課上、課后三階段的學生具體表現(xiàn)構成，總結性評價通過課程結束后最終的測試情況評判，結合兩者最終給予綜合評價。

5 應用效果

東北農業(yè)大學于2014年6月批準《水力學》課程作為校級精品資源共享課進行SPOC課程建設，該課程基于SPOC教學和以學習者為中心的混合高校教學理念進行翻轉式課堂教學。四年中，該課程應用于東北農業(yè)大學水利與土木工程學院2013～2016級的水利水電工程系、農業(yè)水利工程系和水文與水資源工程系共1 049名學生，累計學生進入課程平臺592.1萬次，上交作業(yè)總數7 826份，課程論壇發(fā)表主題總數12.1萬個，課程論壇發(fā)文總數36.4萬個。通過課程研究性教學，項目成果顯著：申請大學生科技創(chuàng)新43項，結題21項，在研22項，其中國家級科研課題2項、省級10項、校級31項;發(fā)表省級論文1篇;獲得國家級比賽一等獎1項、二等獎2項、三等獎5項、優(yōu)勝獎1項，省級比賽一等獎3項、二等獎3項、三等獎4項;授權發(fā)明專利3項，授權實用新型專利1項，軟件著作1項。

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