基于SPOC模式的“測控網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)改革設(shè)計初探

方江雄，劉花香，劉 軍，付有瑤，李紅星

(1.東華理工大學(xué) 地球物理與測控技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013; 2.東華理工大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院，江西 南昌 330013)

近年來，隨著信息技術(shù)和教學(xué)模式的深度融合，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式應(yīng)運而生。MOOC(Massive Open Online Course,大規(guī)模開放在線課程)教學(xué)模式，由于具有規(guī)模大、免費開放和在線共享等特點，已廣泛應(yīng)用于各高校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式中[1]。在當(dāng)前疫情防控“停課不停學(xué)”的特殊時期，MOOC網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺發(fā)揮著重要的作用。然而，MOOC教學(xué)模式存在完成率低、互動性差、針對性弱等缺點，從而影響課程的教學(xué)效果[2，3]?；诨旌鲜浇虒W(xué)模式，通過融合線下面對面教學(xué)模式與線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式[4，5]，條件性地選擇線上和線下兩種模式的優(yōu)勢，能有效地提高教學(xué)效果。SPOC(Small Private Online Course，小規(guī)模限制性在線課程)混合學(xué)習(xí)模式，通過對線上個性化的學(xué)習(xí)任務(wù)、線下課堂指導(dǎo)和課前預(yù)習(xí)與課后復(fù)習(xí)進(jìn)行設(shè)計，實施課前、課中、課后三個階段的教學(xué)工作，能較好地提升教學(xué)質(zhì)量[6-8]。

“測控網(wǎng)絡(luò)”課程作為測控技術(shù)與儀器專業(yè)的必修課，具有很強(qiáng)的理論性和實踐性，為了能讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)該課程，筆者提出基于SPOC模式的“測控網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)改革模式。通過利用SPOC平臺采用線上和線下兩種教學(xué)模式，對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行改革，可以鍛煉學(xué)生測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實踐能力和創(chuàng)新思想。

1 SPOC教學(xué)模式與“測控網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

SPOC由美國加州大學(xué)伯克利分校Armando Fox教授于2013年提出，其含義是小眾私密在線課程，通過提高準(zhǔn)入條件來限制學(xué)生人數(shù)，以達(dá)到為在校學(xué)生提供更優(yōu)質(zhì)的教學(xué)服務(wù)。其中，Small是指限制學(xué)生人數(shù)一般在數(shù)十人到數(shù)百人之間，有助于提高學(xué)生參與度與互動性、教師與學(xué)生互動度；Private相對于MOOC中的Open，是指所開發(fā)的課程對不滿足條件的學(xué)生僅開放部分課程，而對滿足準(zhǔn)入條件的學(xué)員完全開放課程。SPOC的基本思路是，在課前，授課教師制作本課程的相關(guān)課件，將該教學(xué)資源上傳至SPOC平臺作為學(xué)生的課前作業(yè)，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行線下學(xué)習(xí)；在課中，授課教師與學(xué)生進(jìn)行交流、講解課程的重點內(nèi)容、解答學(xué)生提出的疑惑、了解學(xué)生對課程知識點的掌握程度；在課后，授課教師通過了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的時間分布和教學(xué)進(jìn)度，最終進(jìn)行考核評價[9]，教學(xué)流程如圖1所示。

“測控網(wǎng)絡(luò)”課程是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，注重理論知識與實踐能力融會貫通，集理論性、工程性、實踐性于一體的綜合性課程。本課程要求學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和測控技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生解決實際網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與網(wǎng)絡(luò)通信問題的能力?！皽y控網(wǎng)絡(luò)”課程主要有以下的特點：

第一，教學(xué)課時少，教學(xué)內(nèi)容多。以東華理工大學(xué)為例，在2018版“測控網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)大綱中，本課程只有32學(xué)時，課程內(nèi)容包括計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、局域網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、測控系統(tǒng)中常用通信方法、現(xiàn)場總線技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)等7個模塊內(nèi)容。很明顯，教師很難在32個課時內(nèi)完成7個模塊的教學(xué)內(nèi)容。

第二，實踐性強(qiáng)，內(nèi)容多，而且學(xué)生層次差異大。本課程實踐性非常強(qiáng)且內(nèi)容多，其內(nèi)容包括軟件編程、通信協(xié)議和硬件設(shè)計三大模塊，涉及嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、傳感器技術(shù)、計算機(jī)程序設(shè)計等。此外，學(xué)生對軟件和硬件的掌握程度又存在一定的差異。

圖1 基于SPOC的課堂教學(xué)流程

2 “測控網(wǎng)絡(luò)”課程的SPOC教學(xué)模式設(shè)計

近年來，隨著教育部以及各級學(xué)會舉辦的電子類和物聯(lián)網(wǎng)類大賽的盛行，“測控網(wǎng)絡(luò)”課程已成為各高校儀器類專業(yè)的基礎(chǔ)課程。通過結(jié)合SPOC基本理論和“測控網(wǎng)絡(luò)”課程的特點，從“測控網(wǎng)絡(luò)”課程個性化教學(xué)內(nèi)容、SPOC模式的教學(xué)方式和多元化教學(xué)評價方法三個方面進(jìn)行了設(shè)計，教學(xué)模式改革框架如圖2所示。

圖2 基于SPOC模式的“測控網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)模式

2.1 “測控網(wǎng)絡(luò)”課程個性化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

“測控網(wǎng)絡(luò)”是一門綜合性和實踐性非常強(qiáng)的課程，以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信協(xié)議和測控技術(shù)為基礎(chǔ)知識，融合電子技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、計算機(jī)編程等多學(xué)科技術(shù)。然而，近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展，各軟件系統(tǒng)和硬件設(shè)備(包括元器件、開發(fā)板)不斷更新，而且學(xué)生的基礎(chǔ)差異大，因此教學(xué)單位或授課教師需要依據(jù)不同層次的學(xué)生設(shè)計個性化的教學(xué)內(nèi)容。以東華理工大學(xué)為例，結(jié)合測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生的情況和教學(xué)大綱的要求，從課程教學(xué)計劃的制定、課程知識內(nèi)容資料設(shè)計和個性化教學(xué)活動交互方式三個層面進(jìn)行了“測控網(wǎng)絡(luò)”課程個性化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，如圖3所示。

2.1.1 “測控網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)計劃的制定

“測控網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)大綱是課程教學(xué)的總體要求，是專業(yè)任課教師組經(jīng)過多次討論而制定的，經(jīng)學(xué)校審核后執(zhí)行。教學(xué)大綱只列出了課程的基本綱要，包括課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)要求、課程知識點和考核方式等。通過SPOC平臺掌握學(xué)生的層次差異，可以根據(jù)教學(xué)大綱制定個性化的課程教學(xué)計劃。由于電子類課程和編程類課程是“測控網(wǎng)絡(luò)”課程的基礎(chǔ)，如單片機(jī)技術(shù)、C/C++程序設(shè)計，因此教學(xué)計劃應(yīng)設(shè)計不同學(xué)生層次的電子設(shè)計和程序設(shè)計方面的內(nèi)容。

圖3 “測控網(wǎng)絡(luò)”課程個性化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

2.1.2 “測控網(wǎng)絡(luò)”課程知識內(nèi)容資料設(shè)計

“測控網(wǎng)絡(luò)”課程內(nèi)容包括軟件編程、通信協(xié)議和硬件設(shè)計三方面知識，主要涉及電路技術(shù)、計算機(jī)測控技術(shù)、信號處理、編程技術(shù)等。其課程的特點是理論和實踐并重，其中理論知識以記憶為主而實踐知識以知識結(jié)構(gòu)梳理為主。由于“測控網(wǎng)絡(luò)”課程具有內(nèi)容多、知識點雜、課時緊等特點，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下根本無法完成教學(xué)計劃。對于實踐教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生很難在課堂有限的時間里完全掌握所學(xué)內(nèi)容。教師通過制作視頻資料(網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)教學(xué)視頻、微課或自己制作的視頻)上傳到SPOC平臺，讓學(xué)生在課后能夠自主地學(xué)習(xí)。同時，結(jié)合近年來各類電子和物聯(lián)網(wǎng)大賽試題，教師要緊扣教學(xué)大綱設(shè)計符合學(xué)生興趣的內(nèi)容，并根據(jù)學(xué)生在實踐過程中存在的問題，有針對性地答疑解惑，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

2.1.3 個性化教學(xué)活動交互方式設(shè)計

個性化教學(xué)設(shè)計的目的是有效促進(jìn)學(xué)生調(diào)控學(xué)習(xí)的積極性并對知識進(jìn)行加工整理，以便幫助學(xué)生高效建立學(xué)習(xí)知識庫。個性化教學(xué)活動交互方式是指學(xué)生和教師之間采用線上和線下兩種交互式交流的方式。其中，線上交互方式包括在SPOC平臺中的在線實時交互(騰訊會議、視頻、釘釘教學(xué)等)和非在線交互(討論版、QQ群等)；線下交互方式是指在課堂上師生面對面深度交互授課方式。同時，根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)中提出的問題提供針對性和個性化的指導(dǎo)，引導(dǎo)教師與學(xué)生和學(xué)生與學(xué)生之間的交流。

2.2 SPOC模式的教學(xué)活動過程設(shè)計

教學(xué)活動過程是教學(xué)者為達(dá)到特定的教學(xué)目標(biāo)或教學(xué)效果而進(jìn)行的學(xué)習(xí)總和[10]。從教師和學(xué)生兩個角度設(shè)計具體教學(xué)單元，完成相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)。其中，教學(xué)活動過程包括課前準(zhǔn)備階段、課中教學(xué)階段和課后內(nèi)化階段三個過程，如圖4所示。

2.2.1 課前準(zhǔn)備階段

課前準(zhǔn)備階段包括兩個方面的內(nèi)容，以“教師”為中心的課前資料準(zhǔn)備和以“學(xué)生”為主體的課前預(yù)習(xí)階段。在課前準(zhǔn)備階段，教師是課程內(nèi)容及教學(xué)進(jìn)度的設(shè)計者，教師需要依據(jù)“測控網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)大綱要求，設(shè)計各教學(xué)單元的教學(xué)目標(biāo)，制作各知識點的視頻，針對不同層次的學(xué)生設(shè)計輔助開發(fā)例程，包括設(shè)計思路與原理、設(shè)計電路和編程實現(xiàn)等。其中，準(zhǔn)備的資料包括知識結(jié)構(gòu)導(dǎo)圖、教學(xué)視頻、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。以學(xué)生為主的課前預(yù)習(xí)階段是知識吸收階段，預(yù)習(xí)的內(nèi)容包括基于 SPOC 平臺的預(yù)習(xí)課程內(nèi)容、教師提供的視頻、隨堂測驗和在線討論等。

圖4 基于SPOC“測控網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)模式

圖5 SPOC教學(xué)模式的多元化評價方法

2.2.2 課中教學(xué)階段

在課中教學(xué)階段，教師是知識解惑者，主要教學(xué)內(nèi)容包括講解重點內(nèi)容、解答學(xué)生的疑惑、控制教學(xué)過程，完成知識技能內(nèi)化。在課中教學(xué)階段，學(xué)生是知識的掌舵者，在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行學(xué)習(xí)，包括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。通過學(xué)生與教師的交流以及課堂的教學(xué)實踐操作，使知識得到內(nèi)化，提高學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

2.2.3 課后內(nèi)化階段

在課后內(nèi)化階段，學(xué)生要完成 SPOC 平臺上教師設(shè)計的習(xí)題作業(yè)和測驗，之后教師針對正確率低的問題進(jìn)行輔導(dǎo)直至鞏固。通過組建小組討論的方式，使知識得到升華。

2.3 SPOC教學(xué)模式的多元化評價方法

“測控網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)模式評價的方法采用多元化體系[11]，即采用形成性評價和總結(jié)性評價兩種方式相結(jié)合。其中，形成性評價是對學(xué)生學(xué)習(xí)本課程整個學(xué)習(xí)過程的評價方法，又稱過程性評價，包括對學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、學(xué)生的作業(yè)、課堂表現(xiàn)、課后復(fù)習(xí)四個方面的評估，占50%?？偨Y(jié)性評價為傳統(tǒng)評價方式，包括期末考試和實驗作品兩個方面，占50%。因此，多元化教學(xué)評價方法包括教師評價、學(xué)生互評、SPOC 平臺自評和期末測試四個部分構(gòu)成，如圖5所示。

3 結(jié)語

基于SPOC模式的“測控網(wǎng)絡(luò)”教學(xué)改革設(shè)計，可以解決“測控網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)內(nèi)容多、課時少、實踐性強(qiáng)、學(xué)生差異大等問題。利用SPOC平臺進(jìn)行理論教學(xué)和實踐教學(xué)，并根據(jù)學(xué)生的層次設(shè)計個性化的教學(xué)內(nèi)容，不但可以充分發(fā)揮學(xué)生的積極性，還可以推廣到本校其他實踐類課程。但是，基于SPOC的教學(xué)改革模型仍存在許多問題，比如評價方法的合理性等。因此，如何設(shè)計引領(lǐng)式SPOC教學(xué)模式，進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)效果仍是未來研究的方向。