基于SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂+PBL的混合式教學(xué)的實(shí)踐

鄭　潔， 吳桂峰， 李生權(quán)

(揚(yáng)州大學(xué) 水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院， 江蘇 揚(yáng)州 225127)

0　引言

近年來(lái)正在興起的將面授教學(xué)與在線教學(xué)深度融合的混合式教學(xué)，以其具有充分利用計(jì)算機(jī)支持的教學(xué)互動(dòng)和適應(yīng)性評(píng)估、滿(mǎn)足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求、開(kāi)展協(xié)作學(xué)習(xí)、充分發(fā)揮翻轉(zhuǎn)課堂和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)等特點(diǎn)，對(duì)于促進(jìn)學(xué)生有效學(xué)習(xí)行為的長(zhǎng)進(jìn)、培養(yǎng)探究知識(shí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新精神、全面提高工程實(shí)踐能力起到了積極的作用。

2016年春，在清華大學(xué)“學(xué)堂在線”平臺(tái)的協(xié)助支持下, 我?！皵?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程在測(cè)控14級(jí)設(shè)計(jì)并實(shí)施了基于SPOC(Small Private Online Course)的翻轉(zhuǎn)課堂+PBL的混合式教學(xué)，取得了較好的成效。

1　SPOC+PBL混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)課堂(Flipped Classroom)是由美國(guó)的兩位高中化學(xué)教師Berbmann和Sams于2008年首先提出的，目前已經(jīng)成為全球教育領(lǐng)域研究的一個(gè)重點(diǎn)。翻轉(zhuǎn)課堂相較于傳統(tǒng)課堂，翻轉(zhuǎn)的是課上和課下學(xué)生的行為。在翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生是課堂的中心，教師的作用是引導(dǎo)和仲裁。學(xué)生在課前學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，而課堂時(shí)間留出來(lái)致力于討論和解決問(wèn)題，學(xué)生參與到以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，基于問(wèn)題，教師實(shí)施以探究為導(dǎo)向的教學(xué)策略[1]。翻轉(zhuǎn)課堂在學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、創(chuàng)新精神、課堂氛圍以及知識(shí)的內(nèi)化等方面比傳統(tǒng)課堂更有優(yōu)勢(shì)[2]。

2013年喬治梅森大學(xué)的Noora Hamdan博士和皮爾森教育發(fā)展中心的Patrick McKnight博士在《翻轉(zhuǎn)課堂白皮書(shū)》中提出翻轉(zhuǎn)課堂的四大支柱是：靈活的學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)文化的轉(zhuǎn)變、精心策劃的教學(xué)內(nèi)容和專(zhuān)業(yè)化的教師?？梢?jiàn)，實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的核心在于課前的教學(xué)資源和課堂的教學(xué)策略。

1.1　優(yōu)質(zhì)的視頻資源

MOOC(Massive Open Online Course)作為信息時(shí)代的一種新型傳播方式，“打破知名大學(xué)圍墻，為普通民眾學(xué)習(xí)世界上最優(yōu)質(zhì)的教育資源打開(kāi)大門(mén)[3]?！盡OOC能在高校課程教學(xué)中落腳生根的關(guān)鍵是能充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)教育資源的作用。

2015年秋“學(xué)堂在線”推出了清華大學(xué)制作的“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”MOOC課程，該視頻制作精良，線索清晰、講解精煉、結(jié)構(gòu)緊湊、難度適中，有完整的每小節(jié)習(xí)題、每周測(cè)驗(yàn)。這樣的視頻資源不但能很好地滿(mǎn)足教學(xué)需求，更能讓我校學(xué)生因?yàn)槟芘c名校學(xué)生共享名師的教育資源而增加學(xué)習(xí)信心和學(xué)習(xí)熱情。

1.2　 定制化的SPOC平臺(tái)

后MOOC時(shí)期應(yīng)運(yùn)而生的SPOC是MOOC與傳統(tǒng)校園課堂相融合的產(chǎn)物。相較于MOOC，SPOC的對(duì)象是校內(nèi)學(xué)生，可以進(jìn)行小組教學(xué)，小班管理，更加強(qiáng)調(diào)賦予學(xué)生個(gè)性化、完整、深度的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提升對(duì)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的全過(guò)程在線輔導(dǎo)[4]。另外，SPOC更增強(qiáng)了數(shù)據(jù)模塊分析的強(qiáng)度與廣度，對(duì)學(xué)生成績(jī)、學(xué)習(xí)行為等多維度進(jìn)行全面的記錄和分析，對(duì)學(xué)生進(jìn)行更嚴(yán)格的認(rèn)證和評(píng)估，提高了課程完成率和學(xué)習(xí)質(zhì)量[4]。

2015年秋季“學(xué)堂在線”為我校提供的學(xué)堂云SPOC“揚(yáng)州大學(xué)慕課平臺(tái)”專(zhuān)為“以學(xué)生為中心”的教學(xué)活動(dòng)量身打造，有靈活的課程編輯功能和完善的學(xué)生學(xué)習(xí)行為統(tǒng)計(jì)、學(xué)習(xí)結(jié)果反饋和社區(qū)討論等功能，為實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂提供了很好的教學(xué)互動(dòng)和教學(xué)管理的支持。

1.3　 PBL是翻轉(zhuǎn)課堂的延伸

課堂教學(xué)策略是實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的另一個(gè)重要核心。在翻轉(zhuǎn)課堂中，通常以知識(shí)點(diǎn)討論和習(xí)題討論為核心。有時(shí)候授課教師可以走得更遠(yuǎn)一點(diǎn)，教師將課程內(nèi)容的組織圍繞一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目的完成來(lái)進(jìn)行，學(xué)生隨著教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)展，逐步完成項(xiàng)目的各個(gè)單元乃至整個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生學(xué)習(xí)一門(mén)課的過(guò)程就是其完成一個(gè)復(fù)雜項(xiàng)目的過(guò)程，這種基于項(xiàng)目的PBL(Project Based Learning)教學(xué)活動(dòng)對(duì)工科學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)有巨大的好處[5]。

“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程有很強(qiáng)的實(shí)踐性，即自成體系，同時(shí)又是“電路與電子技術(shù)”系列課程的最后落腳點(diǎn)，還是計(jì)算機(jī)類(lèi)課程的奠基石，在課程體系中起著重要的承上啟下的作用[6]。在“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程中開(kāi)展基于項(xiàng)目的PBL教學(xué)，將理論、實(shí)踐和創(chuàng)新融為一體，有助于開(kāi)發(fā)學(xué)生的高級(jí)思維潛能，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生整合知識(shí)和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，PBL教學(xué)既注重學(xué)習(xí)過(guò)程，又注重學(xué)習(xí)結(jié)果，幫助學(xué)生體驗(yàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行的全過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生的自信心和成就感。

2　SPOC+PBL混合式教學(xué)實(shí)踐

2.1　基于SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施

我校測(cè)控14級(jí)有兩個(gè)各27人的自然班，非常適合小班化教學(xué)。每個(gè)班分成5個(gè)學(xué)習(xí)小組，方便協(xié)作學(xué)習(xí)。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模型如圖1所示。

圖1　基于SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模型

課程組根據(jù)教學(xué)大綱對(duì)碎片化的視頻資源進(jìn)行“定制”，同時(shí)梳理知識(shí)點(diǎn)、編制課前任務(wù)表。

課前任務(wù)表不但可以有效指導(dǎo)學(xué)生課外學(xué)習(xí)視頻資源、教材資源，還可以使課堂討論更有針對(duì)性。為此，課程組為學(xué)生量身定制了問(wèn)題充足的課前任務(wù)表，每一堂課的課前任務(wù)表至少有30個(gè)問(wèn)題，包含要掌握的基本內(nèi)容、重點(diǎn)問(wèn)題和相關(guān)習(xí)題，將這些問(wèn)題根據(jù)知識(shí)點(diǎn)均衡分成5組，每個(gè)小組成員都要共同思考本組的所有問(wèn)題。在課堂上，以課前任務(wù)表為進(jìn)展線索，由教師隨機(jī)抽學(xué)生到講臺(tái)前以教師的身份為大家講解問(wèn)題，每個(gè)學(xué)生都至少有一次代表本小組“出征”的機(jī)會(huì)。

除了課前任務(wù)表，教師還適時(shí)拋出探究性的問(wèn)題，學(xué)生也可以隨時(shí)提出疑點(diǎn)問(wèn)題。課堂討論的形式不限，小組可以課前準(zhǔn)備PPT，也可以板書(shū)，也可以口述。用加分機(jī)制鼓勵(lì)學(xué)生提出質(zhì)疑、深入討論。每章結(jié)束后，要求每個(gè)學(xué)生將碎片化的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，以圖表的形式總結(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容、提煉學(xué)習(xí)思路和學(xué)習(xí)心得，并提交書(shū)面報(bào)告。

為了更好地保證教學(xué)效果，課程組將原先單獨(dú)開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課與“數(shù)字電路”理論課融合為一體，保證實(shí)驗(yàn)課與理論課在時(shí)間進(jìn)度上完全同步。對(duì)于中、小規(guī)模集成電路實(shí)驗(yàn)，在做實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生先在SPOC平臺(tái)上交流Multisim的仿真結(jié)果，這樣大大提高了其線下做硬件實(shí)驗(yàn)的效率。對(duì)于FPGA/CPLD實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過(guò)線上的視頻資源學(xué)習(xí)QuartusⅡ開(kāi)發(fā)工具，線下實(shí)操環(huán)節(jié)中能完成的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練更多、效率更高。對(duì)于那些在實(shí)驗(yàn)課堂上多出時(shí)間的學(xué)生，鼓勵(lì)他們對(duì)各小組自定的PBL興趣課題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。每次實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種疑問(wèn)、各種現(xiàn)象還可以在下一次的翻轉(zhuǎn)課堂上進(jìn)一步討論解決，真正做到理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

2.2　以翻轉(zhuǎn)課堂為載體的PBL教學(xué)實(shí)踐

課程組在開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂的過(guò)程中，將基于項(xiàng)目的PBL學(xué)習(xí)貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，充分滿(mǎn)足個(gè)性化需求，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的動(dòng)機(jī)和探究的熱情。PBL教學(xué)模型如圖2所示。

圖2　以翻轉(zhuǎn)課堂為載體的PBL教學(xué)模型

課程組在開(kāi)課初布置學(xué)生開(kāi)展以小組為單位的基于項(xiàng)目的PBL學(xué)習(xí)活動(dòng)，活動(dòng)以競(jìng)賽的形式開(kāi)展，最終以小權(quán)重計(jì)入課程總成績(jī)，這樣做的好處是既不增加學(xué)生額外的思想負(fù)擔(dān)，同時(shí)又激發(fā)學(xué)生對(duì)所學(xué)課程的興趣?！皵?shù)字電路”理論課共14周，每周一次上4節(jié)課。各小組在前4周了解課程、查閱資料，根據(jù)小組成員的興趣意向、結(jié)合任課教師的引導(dǎo)，自行確立PBL課題。比如測(cè)控1401班的5個(gè)小組自定的課題有：數(shù)字鐘、等精度數(shù)字頻率計(jì)、LED猜盤(pán)游戲機(jī)、數(shù)字計(jì)步器、汽車(chē)尾燈控制器。

隨著課題的開(kāi)展，各小組做好階段匯報(bào)的PPT，從第五周開(kāi)始，每次翻轉(zhuǎn)課堂上，隨機(jī)抽2組進(jìn)行檢查匯報(bào)、交流討論，5個(gè)小組經(jīng)過(guò)3周輪一遍，14周下來(lái)每組可以輪4遍，分別匯報(bào)課題介紹、方案論證、單元電路設(shè)計(jì)和仿真、整體電路的設(shè)計(jì)和仿真、硬件搭接和調(diào)試情況、出現(xiàn)的問(wèn)題和解決思路等。

課程組在學(xué)期末針對(duì)PBL活動(dòng)組織數(shù)字電子技術(shù)技能比賽，以此進(jìn)行PBL課題成果驗(yàn)收和匯報(bào)答辯，由答辯組教師和全班同學(xué)按一定的權(quán)重共同進(jìn)行等級(jí)評(píng)定。實(shí)踐證明這樣的競(jìng)賽和獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制激發(fā)了學(xué)生開(kāi)展課題的熱情，挖掘了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，確保了PBL活動(dòng)的有序并且有效地進(jìn)行。

各小組的PBL課題均采用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，這不但加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)集成電路電氣特性的掌握，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生搭接電路、調(diào)試電路、制版、焊接等工程實(shí)踐能力，同時(shí)彌補(bǔ)了由于“數(shù)字電路”課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)因更著重于FPGA/CPLD的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，而使得中小規(guī)模集成電路的應(yīng)用略顯不足的缺憾。

開(kāi)放的線上視頻資源可以讓學(xué)生著重學(xué)習(xí)甚至提前學(xué)習(xí)與PBL課題有關(guān)的理論課知識(shí)，便捷的SPOC討論區(qū)為學(xué)生提供個(gè)性化的指導(dǎo)平臺(tái)和協(xié)作式的互動(dòng)交流平臺(tái)，基于翻轉(zhuǎn)課堂的階段性的匯報(bào)討論機(jī)制不僅可以相互督促課題開(kāi)展的進(jìn)度，還能激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生自主探究的熱情、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，更能充分鍛煉學(xué)生的總結(jié)、表達(dá)、溝通以及自我展示等綜合能力。

2.3　考核評(píng)價(jià)

翻轉(zhuǎn)課堂+PBL的教學(xué)模式在考核評(píng)價(jià)上注重過(guò)程評(píng)價(jià)，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。課程組綜合考慮學(xué)生線上學(xué)習(xí)、課堂互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)、PBL課題、期末理論考試等各個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)情況，制定了如圖3所示的考核評(píng)價(jià)體系。

視頻學(xué)習(xí)成績(jī)、周測(cè)成績(jī)由SPOC平臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)提供；討論區(qū)參與成績(jī)由課程組教師根據(jù)學(xué)生參與提問(wèn)、討論、解答的頻次進(jìn)行評(píng)定；課堂討論成績(jī)根據(jù)學(xué)生講解問(wèn)題、交流互動(dòng)、積極主動(dòng)等綜合表現(xiàn)由教師評(píng)價(jià)和組內(nèi)成員互評(píng)共同決定；由于課內(nèi)習(xí)題大都在翻轉(zhuǎn)課堂上得以討論，課后布置了每章總結(jié)的作業(yè)，以考察學(xué)生的復(fù)習(xí)情況和對(duì)知識(shí)的總結(jié)歸納能力；實(shí)踐環(huán)節(jié)主要是指平時(shí)實(shí)驗(yàn)和PBL課題實(shí)踐，為不增加學(xué)生過(guò)多壓力，PBL課題實(shí)踐所占權(quán)重較小，PBL課題成績(jī)由最后競(jìng)賽評(píng)定的等級(jí)折算；理論成績(jī)?nèi)Q于期末考試成績(jī)。實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式既要強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過(guò)程也要注重學(xué)習(xí)效果，全方位、多角度評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。

圖3　課程考核體系

3　結(jié)語(yǔ)

“數(shù)字電路”課程組在我校測(cè)控14級(jí)實(shí)施了基于SPOC的翻轉(zhuǎn)課堂+PBL的混合式教學(xué)實(shí)踐，并進(jìn)行了過(guò)程與效果相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)。相較于測(cè)控13級(jí)和12級(jí)，測(cè)控14級(jí)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中表現(xiàn)出的學(xué)習(xí)熱情、主動(dòng)參與意識(shí)、主動(dòng)探究精神普遍較高，學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作、溝通表達(dá)、自我展示、探究創(chuàng)新、工程實(shí)踐等能力均有上乘表現(xiàn)，期末考試成績(jī)的平均分、及格率、高分比例均有所提高，申報(bào)校級(jí)、院級(jí)創(chuàng)新課題的人數(shù)也明顯增多。

由于線上視頻資源的學(xué)習(xí)和課外PBL項(xiàng)目的開(kāi)展占用學(xué)生大量的時(shí)間資源，學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)較重，因此不建議在一個(gè)學(xué)期內(nèi)有多門(mén)課程同時(shí)實(shí)施這樣的教學(xué)模式；另外，由于線上學(xué)習(xí)的自覺(jué)性無(wú)法有效監(jiān)督和保證，容易出現(xiàn)兩極分化的現(xiàn)象，因此翻轉(zhuǎn)課堂+PBL的教學(xué)模式不但要求教師要從整體化設(shè)計(jì)的角度充分思考學(xué)習(xí)資源的組織、教學(xué)策略的設(shè)計(jì)等，更要求教師引入情感教育模式，以幫助學(xué)生塑造個(gè)人價(jià)值導(dǎo)向，針對(duì)不同的學(xué)生個(gè)體，多鼓勵(lì)、多表?yè)P(yáng)，多創(chuàng)造讓學(xué)生體會(huì)成就感的機(jī)會(huì)，真正激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在動(dòng)力和學(xué)習(xí)熱情，避免翻轉(zhuǎn)課堂的進(jìn)行流于外在形式。

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