基于SPOC的機(jī)電控制技術(shù)混合教學(xué)探索與實(shí)踐

竇建平　郁建平

［摘 要］課程組以打造“金課”為愿景，開展了機(jī)電控制技術(shù)課程混合教學(xué)改革實(shí)踐。以產(chǎn)出導(dǎo)向理念為指引，更新了課程目標(biāo)和內(nèi)容，并改革了考核方式，開展了SPOC線上資源，如微視頻、習(xí)題和測驗(yàn)題庫建設(shè)。運(yùn)用慕課堂智慧教學(xué)和多種教學(xué)方法精心開展了線下教學(xué)。通過混合教學(xué)實(shí)施前后的效果對比，發(fā)現(xiàn)基于SPOC的混合教學(xué)對提高課程含金量是可行和有效的。

［關(guān)鍵詞］機(jī)電控制技術(shù)；SPOC；線上線下混合教學(xué)；產(chǎn)出導(dǎo)向；“金課”

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）07-0044-03

機(jī)電控制技術(shù)是東南大學(xué)（以下簡稱學(xué)校）機(jī)械工程專業(yè)（機(jī)械電子工程方向）本科生的專業(yè)核心課程，涵蓋了機(jī)械傳動、控制與檢測、電工電子等知識，是一門交叉性、應(yīng)用性極強(qiáng)的課程，具有機(jī)電結(jié)合、電為機(jī)用的特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)學(xué)校領(lǐng)軍人才培養(yǎng)目標(biāo)，響應(yīng)教育部打造“金課”的號召和滿足學(xué)校在線課程建設(shè)規(guī)劃的需求，機(jī)電控制技術(shù)課程于2019年上半年開展了在線課程建設(shè)，2019年底，該課程在中國大學(xué)MOOC網(wǎng)站正式上線。2020年春季學(xué)期，課程從傳統(tǒng)的線下教學(xué)轉(zhuǎn)為充分利用MOOC來開展的線上線下混合教學(xué)。

近年來的理論探索和實(shí)踐表明，線上線下混合教學(xué)有助于實(shí)現(xiàn)課程的深度教學(xué)，契合“金課”培養(yǎng)學(xué)生高階思維和解決復(fù)雜問題能力的目標(biāo)[1]。線上線下混合教學(xué)能夠滿足學(xué)習(xí)者個(gè)性化學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)的需求，能夠發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，體現(xiàn)學(xué)習(xí)者的主體地位[2]。目前有關(guān)機(jī)電控制技術(shù)課程的教學(xué)改革研究和實(shí)踐，一方面集中于對新的教學(xué)方法的使用，如實(shí)例探究式教學(xué)法[3]、項(xiàng)目教學(xué)法[4]、研究型教學(xué)法[5]、新工科背景下教學(xué)模式研究[6]等。另一方面是從工程教育認(rèn)證的角度出發(fā)，引入產(chǎn)出導(dǎo)向的理念來進(jìn)行課程改革[7]。當(dāng)前，對機(jī)電控制技術(shù)課程線上線下混合教學(xué)方式的探索與實(shí)踐不多[8]。為滿足學(xué)校特定的人才培養(yǎng)需求，以提高課程含金量為目標(biāo)，課程組利用MOOC打造了適用于本校學(xué)生的小規(guī)模專有慕課堂（SPOC）資源，并基于SPOC進(jìn)行了兩輪以上的線上線下混合教學(xué)實(shí)踐。本文對近年來基于SPOC的機(jī)電控制技術(shù)課程線上線下混合教學(xué)改革的探索和實(shí)踐進(jìn)行了總結(jié)和梳理，以期與同仁進(jìn)行交流，并為相關(guān)課程實(shí)施線上線下混合教學(xué)提供思路和參考。

一、機(jī)電控制技術(shù)教學(xué)改革目標(biāo)和思路

開展機(jī)電控制技術(shù)課程教學(xué)改革，旨在解決傳統(tǒng)課程教學(xué)存在的不足。

1.課程學(xué)習(xí)內(nèi)容高階性不足。受制于40學(xué)時(shí)的限制，課程缺乏對新技術(shù)的介紹，比如新型電力電子驅(qū)動技術(shù)、交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)等，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也使得培養(yǎng)出的學(xué)生難以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。

2.課程考核方式創(chuàng)新性不夠。傳統(tǒng)課程以期末試卷筆試為主（成績占比達(dá)80%），缺乏過程性考核，難以充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性。

3.課程在對學(xué)生機(jī)電傳動控制方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)上存在不足。受制于學(xué)時(shí)限制，在授課、考核和大作業(yè)方面對機(jī)電傳動控制方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)的涉及有限，制約了部分學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的鍛煉和提升。

4.教學(xué)方法有待改進(jìn)。目前傳統(tǒng)線下課堂教學(xué)主要采用以教師為中心的講授式教學(xué)，重心在傳授知識，學(xué)生被動地接受知識灌輸，忽視了對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、解決問題能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等的培養(yǎng)。

針對以上問題，本課程在教學(xué)改革中融合了“金課”、線上線下混合教學(xué)和產(chǎn)出導(dǎo)向（OBE）理念，即以打造“金課”為愿景，以線上線下混合教學(xué)為手段，結(jié)合OBE理念來制訂課程大綱和實(shí)施教學(xué)評價(jià)。

基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，融合“金課”高階思維和解決復(fù)雜問題能力的目標(biāo)，本課程確立了“工程知識”“問題分析”和“設(shè)計(jì)解決方案”三個(gè)維度課程目標(biāo)，并重構(gòu)和優(yōu)化了課程內(nèi)容與教學(xué)方法。本課程確立的課程目標(biāo)如下：

1.掌握機(jī)械工程領(lǐng)域中機(jī)電傳動及控制基礎(chǔ)知識，理解機(jī)電系統(tǒng)常用電機(jī)及電器的基本原理和結(jié)構(gòu)，掌握其特性及應(yīng)用，能夠建立數(shù)學(xué)模型并求解。

2.能夠認(rèn)識機(jī)械工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題解決方案的多樣性，并能通過文獻(xiàn)研究尋求機(jī)電傳動控制工程問題的可替代解決方案。

3.掌握機(jī)械工程設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程以及基本的設(shè)計(jì)開發(fā)方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計(jì)目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素。通過開發(fā)設(shè)計(jì)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的工程技術(shù)素養(yǎng)和工匠精神。

實(shí)施教學(xué)改革最重要的是對課程考核方式進(jìn)行改革，只有抓住了課程考核改革的“牛鼻子”，才能激勵(lì)學(xué)生主動參與課程改革。在改革前，本課程考核成績構(gòu)成為平時(shí)成績占10%、單元測試成績占10%、期末考試成績占80%。在實(shí)施線上線下混合教學(xué)后，課程考核成績構(gòu)成為線下課堂表現(xiàn)成績占20%、線上單元測試成績占20%、期末考試成績占60%。課程總體上加強(qiáng)過程性考核，降低期末占比，突出線上考核的比例。兩年的線上線下混合教學(xué)實(shí)踐表明，以上考核方式的改革有效地提高了學(xué)生參與線上自主學(xué)習(xí)和測驗(yàn)以及線下課程學(xué)習(xí)的熱情。

二、線上SPOC課程資源建設(shè)

相對于MOOC 的純線上教學(xué)模式，SPOC 更傾向于混合教學(xué)模式，其目標(biāo)是最大程度實(shí)現(xiàn)MOOC 與傳統(tǒng)課堂的深度融合。SPOC 是用于補(bǔ)充而非替代課堂教學(xué)的一種模式，它可以提高教師的杠桿作用、學(xué)生的掌握能力和學(xué)生的參與度。

課程組基于自建的MOOC并針對學(xué)校人才培養(yǎng)要求，打造了機(jī)電控制技術(shù)課程SPOC資源。首先結(jié)合自編國家級規(guī)劃教材《機(jī)電控制技術(shù)》三大內(nèi)容模塊“機(jī)電傳動基礎(chǔ)”“邏輯控制”和“運(yùn)動控制”，按照“金課”建設(shè)要求對課程內(nèi)容和知識點(diǎn)進(jìn)行了梳理與更新，共梳理了約40個(gè)知識點(diǎn)。在內(nèi)容更新方面，主要加強(qiáng)了對新的電力電子器件（如IGBT）及相應(yīng)的電力電子電路的介紹，同時(shí)加強(qiáng)了對直流PWM調(diào)速和交流異步電機(jī)調(diào)速內(nèi)容的講授。由教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師結(jié)合有關(guān)知識點(diǎn)拍攝不超過15分鐘的微視頻（目前有32個(gè)微視頻），供學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí)觀看。

除了將微視頻和課件上傳至SPOC以外，更為重要的是建設(shè)了線上作業(yè)、單元測驗(yàn)、綜合測驗(yàn)等在線練習(xí)和測驗(yàn)題庫，便于學(xué)生對自學(xué)的效果進(jìn)行檢驗(yàn)。本課程為每章節(jié)設(shè)置了單元測驗(yàn)題，學(xué)生完成相應(yīng)章節(jié)的學(xué)習(xí)后需及時(shí)完成線上測驗(yàn); 完成所有章節(jié)學(xué)習(xí)后需在規(guī)定時(shí)間完成線上綜合測驗(yàn)。教師需精心挑選題目，確保學(xué)生在認(rèn)真觀看視頻后，答題正確率在70%及以上，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

另外，線下教學(xué)引入了基于慕課堂的智慧教學(xué)，教師需要提前針對每一個(gè)視頻設(shè)置相應(yīng)的客觀性測驗(yàn)題（針對基礎(chǔ)性學(xué)習(xí)內(nèi)容）和具有一定深度的討論題（針對擴(kuò)展性學(xué)習(xí)內(nèi)容），同時(shí)配合線下教學(xué)建設(shè)涵蓋基礎(chǔ)性學(xué)習(xí)內(nèi)容和擴(kuò)展性學(xué)習(xí)內(nèi)容的題庫。

三、基于SPOC的線上線下混合教學(xué)實(shí)施模式

基于SPOC的混合教學(xué)，包括SPOC線上教學(xué)階段——教師安排學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生進(jìn)行線上自主學(xué)習(xí)；線下教學(xué)階段——面對面的教學(xué)、討論和交流。機(jī)電控制技術(shù)課程在線上和線下兩個(gè)階段均設(shè)置了作業(yè)和測試環(huán)節(jié)。線上測試包括各章節(jié)的單元測試和期末測試，線下測試包括隨堂測試和傳統(tǒng)的期末考試。

在線上教學(xué)階段，學(xué)生利用SPOC線上視頻、文件和PPT 等學(xué)習(xí)材料，按規(guī)定的教學(xué)進(jìn)度自主學(xué)習(xí)并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成章節(jié)測驗(yàn)。教師在每次線下課上課之前，利用中國大學(xué)慕課堂平臺給學(xué)生布置觀看視頻等課外預(yù)習(xí)任務(wù)。學(xué)生預(yù)習(xí)任務(wù)完成情況在線上平臺均有記錄。

在線下課堂面授時(shí)，學(xué)生已經(jīng)對相應(yīng)課程的基本概念和基礎(chǔ)知識有了一定的了解，因而如何融合學(xué)生線上學(xué)習(xí)的情況，合理安排線上和線下的教學(xué)比重，有效實(shí)施線下教學(xué)就成了關(guān)鍵。要建設(shè)線下“金課”，就需要教師精心“備課”，并按照每次備課的教學(xué)設(shè)計(jì)來實(shí)施課堂教學(xué)。每次上課前還需充分“備學(xué)生”，即利用線上平臺數(shù)據(jù)，了解學(xué)生視頻學(xué)習(xí)情況、測驗(yàn)得分等，從而根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的掌握情況采用靈活的授課方式。

本課程中針對不同章節(jié)內(nèi)容，采取了不同的授課方法，包括講授式教學(xué)法、項(xiàng)目式教學(xué)法和研討式教學(xué)法等。總原則是線下課程不重復(fù)講授線上課程的知識點(diǎn)，而是幫助學(xué)生對知識點(diǎn)進(jìn)行梳理、突破重點(diǎn)和難點(diǎn)，提高學(xué)生運(yùn)用知識解決工程問題的能力。講授式教學(xué)的典型做法是用約一節(jié)課時(shí)間來梳理知識，講解難點(diǎn)和重點(diǎn)，第二節(jié)課則利用慕課堂智慧教學(xué)工具給學(xué)生發(fā)布客觀題和討論題（開放性題）。一節(jié)課（45分鐘）中，學(xué)生隨堂練習(xí)的時(shí)間一般控制在15分鐘左右，教師利用剩余時(shí)間根據(jù)慕課堂反饋的數(shù)據(jù)，對得分率較低的客觀題對應(yīng)的知識點(diǎn)進(jìn)行深入剖析。2020年春季某班級慕課堂線下教學(xué)情況如圖1所示。采用慕課堂智慧教學(xué)的好處是學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)均在線上平臺有相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄，便于教師將線下課堂表現(xiàn)納入過程性考核，同時(shí)對學(xué)生課堂學(xué)習(xí)起到激勵(lì)（表現(xiàn)好則得分高，學(xué)生本人可看到自己的數(shù)據(jù)）和鞭策作用。

實(shí)施線上線下混合教學(xué)，教師的教學(xué)流程包括備線上學(xué)情—備線下課—線下課堂面授—批改線上線下作業(yè)—在線問題回答與討論點(diǎn)評—線上數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與反思。

四、線上線下混合教學(xué)實(shí)施結(jié)果分析

為掌握線上線下混合教學(xué)情況，課程組按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求對學(xué)校2016級（傳統(tǒng)線下教學(xué)）和2017級（線上線下混合教學(xué)）的機(jī)電控制技術(shù)課程達(dá)成度進(jìn)行了比較。需要說明的是，兩年的期末試卷難度大致相同，2017級比2016級試卷稍難一點(diǎn)（增加了機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)題的分值）。兩屆學(xué)生的三個(gè)課程目標(biāo)達(dá)成度對比情況如圖2（a）所示。2017級相對于2016級來說，課程目標(biāo)1和課程目標(biāo)2達(dá)成度均有所提高。可見，開展線上線下混合教學(xué)后，課程目標(biāo)1和課程目標(biāo)2的達(dá)成度，即學(xué)生基礎(chǔ)知識的掌握程度和問題分析能力有所提高。在課程目標(biāo)3的達(dá)成上，因期末考試難度有所增加（分值和題量相對2016級試卷均增加）出現(xiàn)了一定下降?？偟膩碚f，從課程目標(biāo)達(dá)成度來看，本課程基于SPOC的線上線下混合教學(xué)實(shí)施效果良好。2016級和2017級成績分段對比情況如圖2（b）所示，2017級學(xué)生成績優(yōu)秀率較高，這從一定程度上反映了線上線下混合教學(xué)改革和實(shí)踐是可行與有效的。

五、結(jié)語

為滿足學(xué)校人才培養(yǎng)需求，課程組以打造“金課”為愿景，融合產(chǎn)出導(dǎo)向理念，在機(jī)電控制技術(shù)課程中實(shí)施了基于SPOC的線上線下混合教學(xué)探索與實(shí)踐。本文介紹了機(jī)電控制技術(shù)課程的建設(shè)目標(biāo)和思路，確立了三大課程目標(biāo)及相應(yīng)的課程考核改革方式，以此來支撐混合教學(xué)的實(shí)施?；谧越ǖ腗OOC，建設(shè)了包括微視頻、PPT、練習(xí)題庫和測驗(yàn)題庫等的SPOC線上資源?；赟POC的混合教學(xué)包括線上學(xué)生自主預(yù)習(xí)和線下課堂面授兩個(gè)階段，教師上課前除了常規(guī)的“備課”，還需要在課前利用線上數(shù)據(jù)“備學(xué)生”。本課程在線下課堂教學(xué)時(shí)采用慕課堂智慧教學(xué)，每次課均設(shè)計(jì)隨堂測驗(yàn)題和討論題，激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。通過對傳統(tǒng)線下教學(xué)（2016級學(xué)生）和線上線下混合教學(xué)（2017級學(xué)生）的課程目標(biāo)達(dá)成度和學(xué)生成績分段數(shù)據(jù)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，基于SPOC的線上線下混合教學(xué)是可行和有效的，將有利于繼續(xù)穩(wěn)步推進(jìn)教學(xué)內(nèi)容向高階性和挑戰(zhàn)度方向發(fā)展。為進(jìn)一步提高課程的教學(xué)效果，今后還需要針對每次線下課程內(nèi)容，探索靈活多樣的教學(xué)方法，比如翻轉(zhuǎn)課堂[9]等， 以此培養(yǎng)學(xué)生的高階思維和解決問題的能力。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：蘇祎穎］