張恩旭， 趙 濤， 李 軍， 郝思鵬

(1．南京工程學(xué)院 電力工程學(xué)院，2.南京工程學(xué)院 自動化學(xué)院，江蘇 南京，211167)

0 引言

2019年以來，國家先后頒布了《中國教育現(xiàn)代化2035》與《加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化實施方案(2018—2022年)》，共同構(gòu)成了教育現(xiàn)代化的頂層設(shè)計和行動方案。從2019年到2021年，教育部全面實施“六卓越一拔尖計劃2.0”，其中核心任務(wù)之一是完成萬門左右國家級一流本科課程和萬門左右省級一流本科課程(金課)認(rèn)定工作，其中認(rèn)定6000門左右線上線下混合式一流課程。從中可以看出，國家正在積極推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，全面貫徹以學(xué)生為中心教學(xué)理念，大力提升課程學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)度，建設(shè)有“深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的金課”[1]。目前我國教育信息化正處在轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期，其目標(biāo)是推進(jìn)信息化技術(shù)與教育教學(xué)的融合創(chuàng)新，核心價值是創(chuàng)新和變革教學(xué)模式[2]。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，基于MOOC和SPOC的混合式教學(xué)模式獲得到越來越多的關(guān)注。線上線下混合式金課建設(shè)正是當(dāng)下各高校重點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)改革的方向。這既涉及信息化教學(xué)技術(shù)的升級，也包含新型教學(xué)方法的實施，更包括教師教學(xué)能力水平的提升。將傳統(tǒng)的面對面講授式課堂教學(xué)與信息技術(shù)支持下的在線學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合，借助兩種學(xué)習(xí)環(huán)境的優(yōu)勢，重構(gòu)教學(xué)設(shè)計和教學(xué)組織活動，以期達(dá)到提高教學(xué)效率和提升學(xué)習(xí)效果的目標(biāo)。SPOC 是 Small Private Online Course 的簡稱，這個概念是由加州大學(xué)伯克利分校的阿曼德.?？怂菇淌谧钤缣岢龊褪褂玫腫3]。麻省理工學(xué)院教授阿納特阿加瓦爾(Anant Agarwal)認(rèn)為SPOC是實體課堂和MOOC 的融合[4]。

1 基于SPOC的混合式教學(xué)模式的實踐

本文以“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)為例，基于SPOC與云班課智慧課堂構(gòu)建線上線下混合式教學(xué)模式，依據(jù)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計原理和“電力電子技術(shù)”課程理論性實踐性強(qiáng)、技術(shù)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，通過分析 SPOC 平臺特點(diǎn)和混合學(xué)習(xí)特征，在教學(xué)上采用基于問題學(xué)習(xí)PBL(Problem-Based Learning) 的教學(xué)方法。PBL是一種典型的以學(xué)生為中心的教學(xué)方法。 該教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)在真實情境中開展探索活動，把學(xué)習(xí)置于復(fù)雜的、有意義的問題情境中，通過合作探究、獲得知識、形成技能、發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。問題式教學(xué)鼓勵學(xué)生盡可能找到更多的方法，注重知識的探索過程。它從問題出發(fā)，通過對問題的分析，發(fā)現(xiàn)新的問題，再分析，最后達(dá)到解決問題的目的，其中涉及材料收集，觀點(diǎn)分析與綜合、推斷與推理、質(zhì)疑與辨析等過程[5]。

1.1 教學(xué)實施過程

“電力電子技術(shù)”課程的教學(xué)，按照PBL的教學(xué)理念，以電力電子器件為基礎(chǔ)、電力變換及控制為主線，教學(xué)內(nèi)容在典型器件和典型電路的講授外，特別加大了對新型器件及電力變換電路在工程應(yīng)用的講授。從而反映電力電子技術(shù)發(fā)展的前沿性和時代性，加強(qiáng)知識能力素質(zhì)的有機(jī)融合。教學(xué)形式分為課堂教學(xué)部分、課程實驗和在線教學(xué)3部分，線上教學(xué)貫穿于整個教學(xué)過程。實施過程分為課前、課中、課后三個階段，每個階段的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)活動組織形式都各有側(cè)重點(diǎn)。

課前學(xué)習(xí)：根據(jù)教學(xué)大綱和教學(xué)日歷設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)單，定時推送教學(xué)資源并發(fā)布于云班課平臺之上。表1給出直流-直流降壓斬波電路一節(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)單。教師首先在線布置設(shè)計任務(wù)、提出設(shè)計要求，

表1 降壓斬波電路學(xué)習(xí)任務(wù)單

并推送相關(guān)教學(xué)資源包括：教學(xué)視頻、微課、教學(xué)資源及技術(shù)手冊等。學(xué)生接收教師的設(shè)計任務(wù)，明確設(shè)計要求，自行分組和安排各自承擔(dān)的設(shè)計任務(wù)，并根據(jù)教師提供的教學(xué)視頻、PPT等教學(xué)資源或通過網(wǎng)絡(luò)檢索進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

課中學(xué)習(xí)：課中教學(xué)是混合式教學(xué)的主要階段，采用基于PBL方法，主要是通過教師的情景導(dǎo)入、重點(diǎn)講解、以及學(xué)生的自主探究和合作學(xué)習(xí)來進(jìn)行，具體教學(xué)流程如圖1所示。

圖1 課堂教學(xué)流程

以降壓斬波電路一節(jié)的學(xué)習(xí)為例，首先教師通過以光伏發(fā)電為代表的新型直流能源的發(fā)展和電動汽車等直流負(fù)載的廣泛應(yīng)用這樣一個場景，引出直流—直流變換中的降壓斬波電路；再利用分段線性和周期穩(wěn)定的概念引導(dǎo)學(xué)生分析電路的工作過程，推導(dǎo)電壓輸入輸出關(guān)系式。教師再提出“光伏電池充電系統(tǒng)，要實現(xiàn)由于光線變化原因，光伏電池電壓是變化的，而負(fù)載端的蓄電池電壓基本不變，要選擇何種開關(guān)頻率、濾波電感值、開關(guān)頻率占比比變化范圍等設(shè)計控制參數(shù)，如果讓你們學(xué)生設(shè)計一個這樣的系統(tǒng)，你們會怎么做呢？”然后學(xué)生圍繞教師提出的任務(wù)展開學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)過程中，教師給予學(xué)生適當(dāng)幫助，引導(dǎo)學(xué)生如何應(yīng)用學(xué)習(xí)過的知識去解決問題。待學(xué)生設(shè)計完后成各小組進(jìn)行匯報。再此基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生查閱器件手冊，讓學(xué)生比較LM2596器件手冊關(guān)于紋波電壓和理論計算值之間的區(qū)別，并分析其原因。最后教師根據(jù)任務(wù)完成情況和評價結(jié)果判斷學(xué)習(xí)效果，對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行總結(jié)點(diǎn)評，對本節(jié)課中的知識進(jìn)行梳理。

小組成員對組內(nèi)成員學(xué)習(xí)過程學(xué)習(xí)效果評價，小組之間對彼此學(xué)習(xí)成果進(jìn)行效果評定和存疑解答。教師根據(jù)學(xué)生的完成情況和評價，對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行總結(jié)，對本節(jié)課中的知識進(jìn)行梳理。課堂教學(xué)通常由教師作為引導(dǎo)者和監(jiān)督者、 學(xué)生作為參與主體來共同完成， 借助智慧課堂，教師可有機(jī)地采取問題學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)等多種方式開展線下線上深度融合的教學(xué)活動，提高學(xué)生參與度。

課后學(xué)習(xí)：教師可以在線完成相關(guān)測試和拓展練習(xí)。此外，學(xué)有余力的同學(xué)可以根據(jù)在平臺上發(fā)布仿真模型進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和研究。

1.2 教學(xué)評價

教學(xué)設(shè)計的價值體現(xiàn)依賴于評價階段，有效的學(xué)習(xí)評價有助于教學(xué)效果提升。由于混合教學(xué)線上線下相結(jié)合的特性，教學(xué)評價采用教學(xué)環(huán)節(jié)形成性的過程評價、實驗環(huán)節(jié)的表現(xiàn)性評價和期末考試的總結(jié)性評價相結(jié)合。圖2給出了考核評價框圖。課程評價考核采用平時成績、期末成績相結(jié)合的方式；平時成績主要根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)、線上學(xué)習(xí)、練習(xí)、測驗、實驗操作與報告的完成情況進(jìn)行綜合評定，得到形成性和表現(xiàn)性評價，最后與期末考試的總結(jié)性評價形成學(xué)生該課程的綜合評價。

圖2 考核評價框圖

過程評價貫穿于混合式教學(xué)設(shè)計的各個階段，并在后期階段中對教學(xué)設(shè)計方案予以不斷完善。為了更全面了解學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、興趣和學(xué)習(xí)效果，教師可以利用云班課平臺提供的數(shù)據(jù)，如學(xué)生的課堂表現(xiàn)、觀看情況和課堂討論匯報以及組間和組內(nèi)互評結(jié)果了解學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

表現(xiàn)性評價主要考察學(xué)生運(yùn)用學(xué)習(xí)的理論知識進(jìn)行實驗操作、實驗數(shù)據(jù)和實驗報告撰寫的能力?？偨Y(jié)性評價則在教學(xué)實施完成后進(jìn)行，通過期末考試就學(xué)生的知識掌握、能力養(yǎng)成、素質(zhì)培養(yǎng)等方面進(jìn)行考察和評鑒。并結(jié)合過程性評價、表現(xiàn)性評價形成電力電子技術(shù)的總體評價。

2 教學(xué)效果

表2給出了2018-2019學(xué)年的16級實驗班和對照班的“電力電子技術(shù)”課程課程目標(biāo)的平均達(dá)成度。其中TL是采樣傳統(tǒng)的教學(xué)方法，PBL為采用線上線下混合式教學(xué)方法。

表2 實驗班和對照班達(dá)成課程目標(biāo)達(dá)成度

圖3給出了兩個班級在課程目標(biāo)達(dá)成度的數(shù)據(jù)分布的箱形圖。

圖3 課程目標(biāo)達(dá)成度箱形圖

從圖中可以看出，實驗班的3個課程目標(biāo)達(dá)成度的上四分位數(shù)與下四分位數(shù)的距離小于傳統(tǒng)教學(xué)，除課程目標(biāo)2的最大值，3個課程目標(biāo)的中位數(shù)、最大值和最小值均高于對照班。由于實驗班的最小值較高，因此出現(xiàn)了低值的異常值，但該值依然高于對照班的最小值。通過對圖3的分析可知，實驗班的教學(xué)效果要好于對照班。對2019學(xué)年的教學(xué)效果進(jìn)一步的分析。表3為2017 級兩個班級“電力電子技術(shù)”期末考試成績分布表，大致符合正態(tài)分布規(guī)律。采用python對兩個班級考試成績、線上測試、課堂表現(xiàn)、資源學(xué)習(xí)和實驗成績的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

表3 期末考試成績分布表

圖4給出了期末考試成績和線上測試成績、課堂學(xué)習(xí)成績、資源學(xué)習(xí)和實驗成績正相關(guān)性的散點(diǎn)圖。從圖中可以看出，期末考試成績和線上測試成績、課程表現(xiàn)的相關(guān)度較高，而與實驗成績和資源學(xué)習(xí)成績的相關(guān)性較低。這是因為實驗是小組項目，其中不乏滑水的學(xué)生，而資源學(xué)習(xí)成績只是體現(xiàn)學(xué)生反映視頻，瀏覽了教學(xué)課件，不能體現(xiàn)其是否認(rèn)真學(xué)習(xí)。從圖中可以得出這一結(jié)論：高平時成績是獲得良好考試成績的必要不充分條件，是低考試成績的充分不必要條件。

圖4 平時成績和期末成績相關(guān)性散點(diǎn)圖

上文分析了線上測試成績、課堂學(xué)習(xí)成績、資源學(xué)習(xí)和實驗成績這四部分與期末筆試成績之間的相關(guān)性，但無法確定這四個因素對期末筆試成績的影響程度。 為了分析影響“電力電子技術(shù)”期末筆試成績的主控因素，引入灰色關(guān)聯(lián)分析方法，利用Python定量確定各影響因素與期末考試成績之間的關(guān)聯(lián)度，從而客觀地評價各因素對期末筆試成績的影響程度。

如表4 所示，影響“電力電子技術(shù)”期末考試成績的因素依次為: 線上測試成績 > 課堂學(xué)習(xí)>實驗課成績>線上資源學(xué)習(xí)成績。 這意味著在這四個因素中線上測試成績對期末考試成績的影響最大，其次為課堂練習(xí)。線上的測試和練習(xí)在“電力電子技術(shù)”課程中起到關(guān)鍵作用， 直接影響到學(xué)生對理論知識的掌握程度。

表4 考試成績和其他因子的關(guān)聯(lián)度分析

混合式教學(xué)在學(xué)生綜合能力培養(yǎng)、教學(xué)目標(biāo)達(dá)成等方面有顯著的效果，但也存在需要進(jìn)一步解決的問題：

(1)考慮到教學(xué)資源推送等問題，教學(xué)內(nèi)容遵循 “短小精悍”的設(shè)計原則，學(xué)習(xí)內(nèi)容依舊未擺脫傳統(tǒng)教學(xué)思維限制，表現(xiàn)形式較為單調(diào)乏味，教學(xué)資源建設(shè)還有待提高。

(2)由于線上教學(xué)資源多是講授知識點(diǎn)，學(xué)生主要能建立概念，對于難點(diǎn)和重點(diǎn)問題， 在缺乏教師引導(dǎo)的情況下很難深入。

(3)學(xué)生評價體系還需要進(jìn)一整合，加強(qiáng)線上和線下及時溝通，形成相互勾連的評價系統(tǒng)。需要真正發(fā)揮評價的診斷、鑒定、約束、激勵作用。

3 結(jié)語

本文在分析基于 SPOC 的混合學(xué)習(xí)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，設(shè)計了以問題為導(dǎo)向的課前、課中、課后一體 化的混合學(xué)習(xí)教學(xué)模式，并在“電力電子技術(shù)”課程中進(jìn)行實踐，通過對教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)，將學(xué)習(xí)置于復(fù)雜工程問題的場境中，在解決工程問題的基礎(chǔ)上，引發(fā)學(xué)生探索興趣，進(jìn)而學(xué)習(xí)隱含于問題背后的科學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)能力，有助于課程教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。通過對學(xué)生的“電力電子技術(shù)”平時成績( 由線上測試、課堂表現(xiàn)和線上資源學(xué)習(xí)成績組成) 和期末考試成績相關(guān)性的研究發(fā)現(xiàn)，平時成績與期末考試筆試成績之間呈正相關(guān)性，這說明平時成績對期末筆試成績的影響是顯著的。在進(jìn)行混合教學(xué)時，應(yīng)有針對性提高資源吸引力，注重學(xué)習(xí)過程監(jiān)督， 提升學(xué)習(xí)監(jiān)控力，通過多種評價方式促進(jìn)學(xué)生綜合能力培養(yǎng)。(張恩旭等文)