基于SPOC+虛擬仿真的翻轉(zhuǎn)課堂模式在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中的運(yùn)用

田華鋒

山西警官職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030000

信息技術(shù)已融入社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中明確指出，教育教學(xué)要注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、獨(dú)立性、體驗(yàn)性和問題性。《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》是普通高校面向大一非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門公共基礎(chǔ)必修課。課程涉及計(jì)算機(jī)的硬件和軟件、網(wǎng)絡(luò)與通信、信息安全、數(shù)據(jù)庫等方面的基礎(chǔ)概念與原理知識(shí)，在培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、信息技術(shù)知識(shí)和素養(yǎng)方面起著重要的作用。但是這些概念及知識(shí)繁雜而抽象，學(xué)生基礎(chǔ)差異較大、人數(shù)眾多、課堂交互不足等情況，想在課堂上有限的時(shí)間把知識(shí)點(diǎn)講清楚、講明白不是一件容易的事情。

目前，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式仍然是高校教學(xué)的主要方式，但高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)不能局限于課堂教師講、學(xué)生聽的方式。如果還是一直使用這種滿堂灌的方式進(jìn)行計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的教學(xué)，除了在有限的課時(shí)內(nèi)難把知識(shí)講完，學(xué)生更難在課堂把知識(shí)點(diǎn)全部理解透徹。所以我們需要對(duì)傳統(tǒng)課堂上教師的單向教學(xué)和學(xué)生被動(dòng)接受的這種模式進(jìn)行改進(jìn)。此外，由于存在著師資、學(xué)時(shí)、場地、設(shè)備等因素，對(duì)于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)里一些硬件、網(wǎng)絡(luò)等知識(shí)，學(xué)生想在真實(shí)的環(huán)境中動(dòng)手實(shí)踐是很難實(shí)現(xiàn)的。因此，高校有必要通過轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和改革教學(xué)模式將課堂時(shí)間最大化利用來提升教學(xué)質(zhì)量，采取以學(xué)生為中心，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，將課堂成為學(xué)習(xí)和答疑的地方，實(shí)現(xiàn)因材施教，使學(xué)生更好地掌握專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能以滿足當(dāng)今社會(huì)的需要。

一、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的解決手段

（一）翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom）

翻轉(zhuǎn)課堂是一套教學(xué)方法，是激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的最佳方法之一，它顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)安排，將一些教學(xué)內(nèi)容的信息傳遞移出了實(shí)體課堂。課堂之外通常在線上提供課堂中的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生先觀看在線視頻教學(xué)內(nèi)容，在線討論與合作，完成課外自學(xué)。學(xué)生可以自己選擇合適的時(shí)間和方式來學(xué)習(xí)，教師將扮演一個(gè)指導(dǎo)性的導(dǎo)師。教學(xué)內(nèi)容是通過師生之間的互動(dòng)來完成的，互動(dòng)包括學(xué)生的報(bào)告和對(duì)學(xué)習(xí)情況的討論，老師有針對(duì)性地答題，學(xué)生的學(xué)習(xí)測試和自我評(píng)估等。翻轉(zhuǎn)課堂顛覆了“教師講，學(xué)生做”的教學(xué)過程，學(xué)生從被動(dòng)的知識(shí)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)活動(dòng)的主動(dòng)參與者。這種模式實(shí)現(xiàn)了學(xué)生角色從被動(dòng)接受到主動(dòng)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，從單純的知識(shí)學(xué)習(xí)到知識(shí)的應(yīng)用和素質(zhì)的培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。既節(jié)約時(shí)間，提高教師的教學(xué)效率，又使學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性也隨之提升。

因此，“翻轉(zhuǎn)課堂”是以為學(xué)生提供大量的網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)資源，增加學(xué)生、教師間的互動(dòng)和個(gè)性化溝通為手段，發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，從而達(dá)到較好的課堂學(xué)習(xí)效果。新冠肺炎疫情防控期間，線上教學(xué)成為很多學(xué)校的主要教學(xué)方式。一些人認(rèn)為，線上教學(xué)即為“翻轉(zhuǎn)課堂”，或者線上線下混合式教學(xué)是高質(zhì)量的“翻轉(zhuǎn)課堂”，這些理解都是片面的。筆者認(rèn)為“翻轉(zhuǎn)課堂”在線上線下混合式教學(xué)中的作用主要有以下幾點(diǎn)：

1.教師對(duì)學(xué)生實(shí)施指導(dǎo)式、啟發(fā)式和建議式學(xué)習(xí)；2.建設(shè)緊扣知識(shí)點(diǎn)，短小精悍的各類線上線下學(xué)習(xí)資源；3.教師安排學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生在完成學(xué)習(xí)任務(wù)過程中學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)方式自由靈活；4.教師與學(xué)生互動(dòng)采取線下定期分組討論和線上實(shí)時(shí)討論答疑相互配合的模式；5.通過討論、作業(yè)、測試等靈活多樣的方式檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（二）SPOC（Small Private Online Course）

SPOC是針對(duì)小規(guī)模的特定的學(xué)習(xí)者開放的在線課程，我們?cè)诖擞懻摰腟POC主要為校內(nèi)的大學(xué)生提供翻轉(zhuǎn)式教學(xué)，它是一種新的混合模式，將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)與傳統(tǒng)課堂結(jié)合，在慕課（MOOC）基礎(chǔ)上加以完善。SPOC的主要教學(xué)過程是：教師根據(jù)教學(xué)大綱定期發(fā)布視頻教學(xué)材料，布置作業(yè)和組織網(wǎng)上討論。學(xué)生根據(jù)要求登錄像超星這類SPOC學(xué)習(xí)平臺(tái)，按規(guī)定的實(shí)際觀看視頻、參加討論、完成作業(yè)和參加考試等等。在預(yù)先設(shè)計(jì)好的SPOC在線學(xué)習(xí)資料上制定進(jìn)度學(xué)習(xí)，教師指導(dǎo)學(xué)生在課前完成相關(guān)的在線活動(dòng)，處理網(wǎng)絡(luò)課程答疑，并進(jìn)行課堂測試。這樣可以讓教師把時(shí)間和精力放到更高價(jià)值的活動(dòng)中。例如，討論、任務(wù)協(xié)作和面對(duì)面交流互動(dòng)等。這種變化影響了大學(xué)生課程學(xué)習(xí)模式的轉(zhuǎn)變。通過使用SPOC學(xué)習(xí)資源，學(xué)生已經(jīng)從接受知識(shí)的單一被動(dòng)學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰灾?、探究和合作為特征的主?dòng)學(xué)習(xí)模式。［1］

（三）虛擬仿真

虛擬仿真技術(shù)就是利用一個(gè)系統(tǒng)，搭建一個(gè)高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中更直觀地學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)硬件、軟件的理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)。例如，計(jì)算機(jī)硬件的教學(xué)是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中的重要教學(xué)內(nèi)容。利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方法的新嘗試。在傳統(tǒng)硬件實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，老師通常是利用課件進(jìn)行理論講解、操作指導(dǎo)。這樣很難把知識(shí)展開。如果利用真實(shí)的硬件進(jìn)行講解，則沒辦法同時(shí)讓全部同學(xué)一起觀看，只能以小組的方式來講解。這樣在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間內(nèi)，難以完成所有的教學(xué)內(nèi)容。而采用虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)，可以同時(shí)面對(duì)所有學(xué)生把知識(shí)點(diǎn)直觀動(dòng)態(tài)地展示出來，有效減輕老師的教學(xué)負(fù)擔(dān)是推動(dòng)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容改革的有效手段。同時(shí)可以讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，動(dòng)手操作，以提高學(xué)生的積極性。［2］突破了原有課程實(shí)驗(yàn)的界限，增加了趣味性、綜合性，加強(qiáng)現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)手段的應(yīng)用，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，激發(fā)創(chuàng)新思維與興趣。為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐創(chuàng)造良好的條件，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)。

二、基于SPOC+虛擬仿真的反轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)

要實(shí)施SPOC+虛擬仿真教學(xué)的基本條件是要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)，通過網(wǎng)絡(luò)資源的建設(shè)實(shí)現(xiàn)多種教學(xué)資源有效整合達(dá)到支持豐富高效的教學(xué)互動(dòng)。借助超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)、釘釘在線課堂來支持教學(xué)資源的集成和發(fā)布，能支持搶答、討論等多種教學(xué)互動(dòng)方式。建設(shè)在線的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以對(duì)課程的實(shí)驗(yàn)提供支持，借助虛擬仿真系統(tǒng)平臺(tái)，將《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》中抽象的知識(shí)內(nèi)容開發(fā)成可視化、可交互的仿真教學(xué)資源，不但可以直觀展示知識(shí)的原理，進(jìn)行教學(xué)的仿真演示，而且還提供了虛擬的仿真操作。教師可以使用交互式模擬設(shè)計(jì)輕松地開發(fā)在線教學(xué)和在線操作練習(xí)。本專題設(shè)計(jì)以《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》中一個(gè)課時(shí)內(nèi)容“計(jì)算機(jī)硬件介紹”為例進(jìn)行展開設(shè)計(jì)。要成功實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂主要分為以下三個(gè)階段。1.通過混合式教學(xué)方式進(jìn)行理論學(xué)習(xí)；2.通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作；3.教師總結(jié)、糾錯(cuò)和評(píng)分。具體實(shí)施過程如下：

（一）混合式教學(xué)方式進(jìn)行理論學(xué)習(xí)

1.課前基于SPOC在線準(zhǔn)備

教師依托SPOC教學(xué)平臺(tái)，開發(fā)制作教學(xué)視頻、微課、動(dòng)畫等多種教學(xué)資源，學(xué)生靈活地安排時(shí)間自主觀看微課和視頻等資源進(jìn)行學(xué)習(xí)。在自習(xí)時(shí)，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況反復(fù)或快速觀看，通過超星、釘釘?shù)萐POC平臺(tái)進(jìn)行交流和討論，學(xué)生自己總結(jié)在自學(xué)中遇到的疑難問題，將問題反饋給老師，老師在課堂上進(jìn)行講解。通過SPOC平臺(tái)上師生之間的交流，可以把一些問題在課前就提前解決掉。這樣可以節(jié)省了很多實(shí)體課堂上的時(shí)間，讓教師可以有時(shí)間傳授和拓展更多的知識(shí)。

2.課堂反轉(zhuǎn)

通過課前的自主學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的基本概念有了初步的了解，但還沒有把握好每個(gè)硬件知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系，需要老師在課堂上進(jìn)行指導(dǎo)和探究。第1個(gè)環(huán)節(jié)，在實(shí)體課堂上，教師首先帶領(lǐng)學(xué)生在課前復(fù)習(xí)SPOC平臺(tái)上所學(xué)到的硬件知識(shí)，讓學(xué)生針對(duì)SPOC平臺(tái)上最常被問到的問題進(jìn)行小組討論。教師也參與討論，引導(dǎo)學(xué)生探討正確的解決方法。第2個(gè)環(huán)節(jié)，教師對(duì)學(xué)生在SPOC平臺(tái)上提出的問題較多的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，針對(duì)這些問題把知識(shí)講清楚和講透徹。第3個(gè)環(huán)節(jié)，課后理論拓展；在經(jīng)過前面的兩輪學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該已經(jīng)把理論知識(shí)掌握得比較好了，然后讓學(xué)生登錄SPOC平臺(tái)，完成每課時(shí)所對(duì)應(yīng)的作業(yè)和測試，查看成績來判斷學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況。［3］

（二）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作

通過SPOC的課前準(zhǔn)備、課堂上的講解、總結(jié)和課堂測試，使學(xué)生對(duì)理論知識(shí)有了一定的基礎(chǔ)。教師在課堂上打開在線虛擬仿真系統(tǒng)，演示虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的具體操作，讓學(xué)生通過觀看演示學(xué)習(xí)后進(jìn)入虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行操作練習(xí)。教師對(duì)學(xué)生在虛擬仿真平臺(tái)的操作練習(xí)進(jìn)行輔導(dǎo)和幫助。［4］當(dāng)然，學(xué)生也可以通過課前理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，結(jié)合虛擬仿真模擬系統(tǒng)的幫助文檔，自己操作學(xué)習(xí)。學(xué)生在課前已經(jīng)學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)主機(jī)的硬件理論知識(shí)和安裝方法，可以通過虛擬仿真系統(tǒng)獨(dú)立模擬硬件的安裝。利用虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以在整個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中安全地進(jìn)行操作練習(xí)。不需要準(zhǔn)備大量的硬件給學(xué)生進(jìn)行安裝操作，同時(shí)也可免除學(xué)員操作失誤而造成的硬件損壞或者其他事故。學(xué)生在虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)入組裝練習(xí)，在虛擬仿真下組裝計(jì)算機(jī)硬件，最后系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)分。教師通過評(píng)分可以了解每位學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作掌握的情況。通過這種教學(xué)模式的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)教學(xué)創(chuàng)新、學(xué)科整合和延伸，使學(xué)習(xí)更有趣、更安全。學(xué)生積極性明顯提高，虛擬仿真系統(tǒng)提供的逼真操作界面，讓學(xué)生有了身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，加深了形象記憶，對(duì)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)操作掌握更加有利，有效改變計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的困境。［5］

（三）教師總結(jié)、評(píng)分和糾錯(cuò)

通過前面兩個(gè)階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作都有了較好的掌握。將實(shí)戰(zhàn)與理論知識(shí)充分結(jié)合起來能讓學(xué)生更加深刻地理解理論知識(shí)的真正含義，可以讓學(xué)生較好地掌握各個(gè)硬件知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系。教師通過學(xué)生在SPOC平臺(tái)理論知識(shí)測試的成績和虛擬仿真平臺(tái)實(shí)驗(yàn)操作的成績相結(jié)合，對(duì)學(xué)生知識(shí)的掌握情況進(jìn)行分析，找出內(nèi)在的問題，最后做出總結(jié)。把理論的在線測試和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的測試等各環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題和錯(cuò)誤進(jìn)行講解和點(diǎn)評(píng)。［6］最后對(duì)每個(gè)學(xué)生的成績作出評(píng)價(jià)，并讓每個(gè)學(xué)生及時(shí)地把錯(cuò)誤糾正。

三、實(shí)施效果

為了有效地評(píng)價(jià)基于SPOC+虛擬仿真的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施效果，我們對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行了縱向和橫向的對(duì)比；課程結(jié)束后通過成績分析和問卷調(diào)查來評(píng)價(jià)教學(xué)的效果，學(xué)生對(duì)SPOC和虛擬仿真平臺(tái)相結(jié)合的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法評(píng)價(jià)較好。把翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的班級(jí)和傳統(tǒng)模式教學(xué)的班級(jí)的平時(shí)成績、期末成績、最終平均分和及格率等進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，采取SPOC+虛擬仿真翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)班級(jí)的成績明顯高于傳統(tǒng)課教學(xué)的班級(jí)。經(jīng)過我們不斷的探索與不懈努力，同科學(xué)生平均期末成績較往年有所提高，學(xué)生掛科率明顯下降。教學(xué)實(shí)踐表明，將SPOC和虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》教學(xué)中可以起到事半功倍的作用，不僅提高了課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，而且為進(jìn)一步建設(shè)高水平的精品課程奠定了基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語

基于SPOC+虛擬仿真的翻轉(zhuǎn)課堂，可以把實(shí)體課堂教學(xué)和在線學(xué)習(xí)很好地銜接起來，彌補(bǔ)相互的不足，把理論知識(shí)和實(shí)際操作相結(jié)合，可以讓知識(shí)融會(huì)貫通，學(xué)生更易于理解。這種教學(xué)模式同時(shí)提高了傳統(tǒng)課堂的學(xué)習(xí)效果，充分的學(xué)習(xí)體驗(yàn)為教學(xué)創(chuàng)造更好氛圍。通過這種模式的教學(xué)，可以有效地解決目前《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》教學(xué)中存在的內(nèi)容多學(xué)時(shí)少、理論知識(shí)抽象、難以理解等問題。在今后的教學(xué)過程中，我們應(yīng)該吸引更多的教師和學(xué)生來體驗(yàn)這種新的教學(xué)模式，并共同探討和研究存在的問題。讓信息化為課堂教學(xué)帶來更多的便利和取得更大的成效。