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大班教学环境下基于SPOC 的混合教学设计与效果分析
2016-08-23 16:13 吴宁 房琛琛 任燕飞  审核人:

 

大班教学环境下基于SPOC 的混合教学设计与效果分析

 

吴宁 房琛琛 任燕飞

 

摘 要:翻转课堂教学模式在国外已兴起数年,但多应用于小规模班级。结合国内计算机基础课程教学现状和学生特点,在大学计算机MOOC 建设基础上,面向本科一年级新生,开展大规模班级教学环境下混合教学探索,将SPOC、翻转课堂、传统教学模式进行有机融合。历经一个完整教学环节的实践,证明了在大班教学环境下采用混合教学的可行性,以及混合教学在促进学生综合能力提升方面的显著效果。

 

关键词:大规模班级;SPOC;混合教学;大学计算机;本科新生;能力培养;MOOC  

 

2012 年起, 随着大规模开放在线课程(Massive Open Online CourseMOOC) 在国内外的兴起,已有学者开始研究如何更好地利用MOOC 的优势来改变传统的课堂教学模式。由此,“翻转课堂”“混合教学”成为近年来的一项研究热点[12]

 

“ 翻转课堂”(Flipped Classroom) 教学模式是一种混合使用技术和亲自动手活动的教学环境,原本的课堂由实验和课内讨论等活动代替,而讲授则以视频等其他媒介形式由学生在课外活动时间完成[3]。这种教学模式2007 年开始在美国大学中投入实践,并取得了较好的效果。

 

因文化背景、教学管理体制等多方面原因,国内大学教学,特别是基础课程教学,与国外大学相比主要存在以下一些差异。

 

1)统计数据表明,国外大学的班级规模多数在20 人以下[4];而国内大学教学,特别是计算机基础课程教学,授课班级规模通常都在百人以上。这种规模上的差异,为翻转教学带来了一定的挑战。比如:如何保证学习效果、激发学习热情、促进学生自主学习等,都成为值得研究的问题。

 

2)根据笔者自身的体验,欧美大学生通常对自身未来的发展方向(至少在一段时间内)比较明确,学习主动性相对较高;而国内大学生,特别是一年级新生,对自身的专业定位和未来发展大多比较模糊,这在一定程度上影响了其学习的主动性和热情。而翻转课堂的精髓却正是主动学习。

 

3)“大学计算机”是国内绝大多数高校本科生的必修课程。与其他基础课相比,除了“大规模”外,该课程还具有如下特点:一是面向的是一年级新生,二是学生基础存在较大差异。

 

基于以上分析,我们认为在“大学计算机”课程中完全照搬国外的翻转教学模式并不现实,必须考虑到自身课程的特点。

 

2015 年秋季学期, 我们在现有“ 大学计算机”MOOC 基础上,将MOOC 资源转化为面向校内学生的“大学计算机”SPOCSmall Private Online Course),开展了大规模班级环境下基于SPOC 的混合教学试点。通过教学内容重构性设计、学生学习行为跟踪、过程管理等方式,来保证学习效果,促进学习热情和自主学习能力。并在学期结束后,对学习效果进行了对比分析研究。

 

一、混合教学的总体设计

 

混合教学(Blended Teaching and Learning)是翻转教学与传统教学相结合的一种教学模式,也可以说是两种教学模式的折中。即:在保持一定传统课堂教学的基础上,将部分内容采用翻转式教学。实践证明,这样的设计思路,更符合现有基础课程教学的实际需求,更加“接地气”。

 

1.教学环节设计

 

混合教学并不是简单地将部分课堂授课内容移到课堂之外,它需要精心地对现有教学内容进行重构性设计。比如:哪些内容适合于学生在线学习,哪些内容需要课堂讲授;课堂讨论的组织与评价方式;设计什么样的讨论主题能够既结合课程内容又有利于促进学生的能力提升;课堂讲授与在线学习在时间上的衔接与安排;如何利于在线论坛进行交流;在线自测练习和作业安排。

 

除此之外,整个混合教学模式在设计时还要综合考虑在线学习对学生课业负担的影响等。我们设计了“大学计算机”课程混合教学模式(如下图所示)。整个教学环节包括“传统教学”和“翻转教学”两部分。“翻转教学”又分为“虚拟课堂”和“实体课堂”两种形式。“虚拟课堂”是指基于SPOC的在线学习环境,包括教学视频、自测练习、作业、论坛交流与答疑等。虽然传统教学模式都是实体课堂,但“翻转教学”中的实体课堂与传统教学模式下的实体课堂在功能和含义上完全不同。“传统教学”是教师在课堂上“唱独角戏”,学生只是被动地接收教师所传授的知识,听讲时是否专心,理解了多少,都因人而异,教师很难有时间去判断,更谈不上个性化的指导。“翻转教学”的实体课堂是以“讨论”“答疑解惑”为主题,所以学生成为了课堂的中心。这不仅在一定程度上“迫使”学生去思考、去表达,也使教师为学生提供“个性化服务”成为可能。为叙述方便,以下所说的“实体课堂”特指翻转教学模式下的实体课堂,而用“传统课堂”来表示传统教学模式下的实体课堂。

 

“大学计算机”混合教学环节示意图

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       
2.混合教学实施计划

 

如上所述,在混合教学模式下,教师不再是完全的中心,有若干环节都要以学生为主,需要有助教辅助,从而就形成了“多中心”的学习环境。表1 给出了混合教学模式下的角色和每个角色所承担的任务,表2 为我们实际的混合教学计划(限于篇幅,表中略去了具体时间及上机实验)。

 

1 混合教学角色与任务

 

                

 

角色

 
 

任务

 
 

学生

 
 

通过观看视频(任意时间)自主学习

 

在线完成讲间练习和单元测验

 

在线完成作业和作业互评(至少2份)

 

论坛讨论并相互回答问题

 

线下讨论课

 
 

教师

 
 

重点、难点问题讲授

 

线上与线下答疑

 

线上论坛主持

 

实验

 

考试组织

 
 

助教

 
 

组织课堂讨论

 

实验报告批改

 

成绩信息定期发布

 

 

 

 

2 混合教学安排

 

                                                                                                                                                                                      

 

周次

 
 

课次

 
 

教学内容

 
 

教学形式

 
 

 
 

1      

 
 

前言,系统组成,主机系统

 
 

教室授课

 
 

2      

 
 

信息表示与编码

 
 

教室授课

 
 

 
 

3      

 
 

逻辑运算与逻辑门,冯·诺依曼结构

 
 

教室授课

 
 

 
 

4      

 
 

讨论(1__计算与计算模型)

 
 

小班讨论

 
 

5      

 
 

操作系统

 
 

在线学习

 
 

 
 

6      

 
 

第一次讨论课总结,系统核心问题讲解,网络基础

 
 

教室授课

 
 

 
 

7      

 
 

网络,程序设计基础

 
 

教室授课

 
 

 
 

8      

 
 

C程序基础

 
 

教室授课

 
 

 
 

9      

 
 

讨论(2__系统构造)

 
 

小班讨论

 
 

10      

 
 

程序控制结构,算法描述

 
 

在线学习

 
 

 
 

11      

 
 

数组与结构体

 
 

在线学习

 
 

课外时间

 
 

讨论(3_程序调试方法及难点问题)

 
 

小班讨论

 
 

 
 

12      

 
 

C程序习题课(控制结构与数组)

 
 

教室授课

 
 

13      

 
 

函数

 
 

在线学习

 
 

课外时间

 
 

讨论(4_编程难点问题讨论与交流)

 
 

小班讨论

 
 

 
 

14      

 
 

指针

 
 

在线学习

 
 

十一

 
 

15      

 
 

数组、函数和指针习题课(例题详解)

 
 

教室授课

 
 

16      

 
 

算法分析与设计

 
 

在线学习

 
 

课外时间

 
 

讨论5_函数与指针问题讨论)

 
 

小班讨论

 
 

十二

 
 

17      

 
 

数据结构

 
 

教室授课

 
 

十三

 
 

18      

 
 

数据结构

 
 

教室授课

 
 

19      

 
 

助教讲解+小班讨论(6_数据结构问题讲解、讨论)

 
 

小班讨论

 
 

十四

 
 

20      

 
 

综合讲解复习

 
 

教室授课

 
 

自主上机练习、模拟测试、期末机考

 
 

实验机房

 

 

 

 

3.大规模班级实体课堂的组织

 

翻转教学模式下,实体课堂的“主题”是讨论和答疑解惑。“讨论”是促进学生自主思考、协作研究和交流表达的有效手段,是以学生为主,需要学生事先对某一主题知识进行研究,然后进行讲述和交流。“答疑解惑”是针对某些难点问题开展的师生间的互动。这类任务在大规模班级中很难有效果。为此,我们采用了规模切分的组织模式,将大班分为若干个小规模班级。以下是我们对“讨论”这一翻转教学重要环节的组织方式。

 

我们设计每次讨论课规模为30 人,由助教组织、学生主持,每4~5 人为1 个研究小组。教师提前2 周发布若干下一次讨论课主题,每小组从中自主选择1 道(但不能重复)进行协作研究。每次讨论课时,每小组由1 人主讲本组的研究结果,组内其他成员负责回答其他同学的提问,并对主讲人的讲解进行必要的补充。要求每次讨论课每位学生必须发言。讨论课成绩由助教和学生共同打分。表3 为我们第一次讨论课的主题,表4 为讨论课成绩评价原则。

 

3 讨论课主题示例

 

    

 

第一次讨论主题(每小组任选其一,各组须选择不同主题)

 
 

1)语义的符号化

 

2)理解编码(利用ASCII编码编写一段话,并按编码值大小构建同义词、近义词树)

 

3)设计不同逻辑电路的逻辑表达式

 

4)图灵模型的设计背景及其对现代计算机科学发展的影响

 

5)计算机科学在本专业的应用

 

6)模拟计算机与数字计算机

 

7)理解自动计算(结合TM模型及冯诺依曼原理)

 

8)认识计算机中的图像与图形

 

9)认识计算机中数

 

 

4 讨论课成绩评价原则

 

            

 

评价基本原则

 
 

对主讲人的评价参考

 
 

对回答人的评价参考

 
 

不参加:0分;参加但未发言:1分;

 

其他情况:至少2

 
 

1)用功(认真)程度

 

2)内容的完整性

 

3)展示和讲解水平

 
 

1)用功(认真)程度

 

2)是否回答及回答次数

 

3)对所提问题解答的完整性和正确性

 

 

二、如何保证混合教学的学习效果

 

除了教学设计外,翻转教学还需关注的一个重要问题是如何保证学生的学习效果。传统课堂有教师现场讲授,对学生的到课形成了一种无形的督促。而翻转课堂则是要学生自己找时间在线学习,练习和作业都是在线完成。学生会认真看视频吗?作业和自测存在抄袭吗?为保证混合教学的效果,我们加强了学习过程的管理,利用自主研发的学习管理系统,对学生在线学习行为进行全程跟踪,按周汇总每位学生的学习情况,并给出必要的提示。最终成绩不仅是期末考试,还包含了学习过程各个环节。

 

1.学习行为跟踪与提示

 

SPOC 平台对学生的在线学习行为有完整的记录,我们可以从平台上获取每位学生每天的学习行为,通过数据分析,并结合课程知识体系和教学计划,对每位学生每周自身的学习状况、在整个班级中的占位、与教学要求的差距等,给出个性化的评价,以达到督促的目的。

 

2.过程管理与考核

 

我们将整个教学内容重新设计,按周组织和管理。包括:

 

1)每周发布学习内容和学习要求,并向每位学生发布其当周学习情况。如视频观看、测验成绩等。

 

2)每周安排在线单元测验。单元测验为客观型题目,主要目的是帮助学生自测对知识点的掌握程度。

 

3)加强编程练习。进入程序设计内容学习后,每周布置编程作业,平均每周编写10 段以上程序。

 

培养学生“利用计算机求解问题”的能力是计算机基础教学的主要目标。计算机的工作就是执行程序,要利用计算机求解问题,必须要编写程序。反过来,只有亲自编写过程序,也才能在一定程度上理解计算机的工作原理。多年一线教学的体会,对绝大多数从未涉及程序语言的大学新生,因相关基础和学习方法上的不适应等原因,会将很多计算机理论和原理都当做概念去背而不是去理解[5]。为了克服这一问题,我们加强了学生的编程训练,最终的课程考核结果证明,通过大量的实际编程练习,不仅提升了学生的实际编程能力,也提升了学生对计算机基础理论的认知。

 

4)在线交流。MOOC 平台提供了良好的在线交流环境。为使学生利用论坛交流促进对所学知识的理解,我们规定了“论坛活跃度”作为考核的指标之一。这不仅促使学生去交流、去探究别人提出的问题,也使能够回答别人提问的学生产生成就感,为解决了问题的学生带来收获感。最终都提升了学生对课程的学习兴趣和自信心。

 

5)增加过程考核。课程最终成绩由多个环节构成,包括在线学习成绩和线下成绩两大部分。成绩构成如表5 所示。

 

5 混合教学成绩构成

 

                                      

 

学习环节

 
 

成绩比例

 
 

在线学习

 
 

视频观看,随堂练习与论坛活跃度

 
 

8%

 
 

单元测验

 
 

7%

 
 

作业完成

 
 

10%

 
 

线下考核

 
 

课堂讨论与实验

 
 

10%

 
 

期中考核

 
 

20%

 
 

期末考试

 
 

45%

 

 

三、混合教学效果分析

 

我校本学期选修“大学计算机”课程的理工类专业学生共计1 064 人,分为11 个大班,涉及6 个专业大类。我们从选课学生中随机抽取了一个教学大班共124 人参与混合教学试点,人员未经选拔,为完全自然班。整个教学环节结束后,我们对参与混合教学的学生进行了问卷调查,并对混合教学与传统教学模式的教学效果进行了对比分析。

 

1.学生问卷结果汇总

 

在期末考试前,我们对参与混合教学试点的学生进行了网上问卷调查,共收集119 份调查结果,表6 给出了对部分调查结果的统计值。由结果可知,学生对混合教学特别是论坛与线下讨论环节的认可度是比较高的。

 

 

 

6 问卷调查结果统计

 

                                                                            

 

题目

 
 

选项

 
 

结果

 
 

入校前有否接受过混合教学模式授课

 
 

曾接受过混合教学

 
 

9.24%      

 

 

 
 

选修本课程之前是否曾尝试过网上在线学习

 
 

 
 

49.58%      

 

 

 
 

混合教学方式有助于对课程知识的掌握

 
 

有和非常有帮助

 
 

72.26%      

 

 

 
 

赞成设置小组需协作研究的线下讨论课环节

 
 

赞成和非常赞成

 
 

86.55%      

 

 

 
 

相对于本学期其他程,认为混合教学效果采用传统教学的“大学计算机”课

 
 

自己的课业知识和综合能力有提升和非常显著提升

 
 

93.27%

 
 

相对于本学期所选其他传统教学的基础课程,混合教学模式的课业负担

 
 

负担较重

 
 

21.85%

 
 

设置线上集中论坛讨论和线下讨论环节,在哪些方面对你有帮助

 
 

加深对所学知识的理解

 
 

61.34%      

 

 

 
 

从其他同学那里学到之前未注意或不了解的知识,扩宽了知识面

 

 

 
 

78.99%      

 

 

 
 

有助于与同学的协作研究

 
 

63.87%      

 

 

 
 

增强了独立思考和学习能力

 
 

47.90%      

 

 

 
 

提升了对学习问题的探索兴趣

 
 

43.70%      

 

 

 
 

提升了当众表达的能力

 
 

60.50%      

 

 

 
 

帮助不大,有点浪费时间

 
 

3.36%

 

 

 

 

2.与传统教学模式的效果对比

 

在学生问卷调查结果的基础上,为了进一步研究混合教学模式与传统教学模式在教学效果上可能存在的差异,我们针对相同课程、完全相同的教学内容和考核标准,以线下考试成绩为参照,选择了相同专业和入校平均录取成绩相差8 分的两个不同专业进行了对比分析,特别对能够在一定程度上反映计算机问题求解能力和分析能力的主观型题目(算法分析与编程)的考核结果进行了统计。表7 给出了对比结果,表示混合教学相对于传统教学模式的效果。

 

7 基于SPOC 的混合教学与传统教学效果对比

 

                        

 

同专业,同基础

 
 

不同专业,不同基础

 
 

优秀率(90分以上)

 
 

上升9.64%

 
 

上升0.01%

 
 

不及格率(059分)

 
 

下降10.58%

 
 

下降11.5%

 
 

主观型题目平均成绩

 
 

上升7.21

 
 

上升5.25

 

 

混合教学和翻转教学在全世界范围内早已有众多研究和尝试,但针对大班环境下的基础课程特别是入校基础相差较大的一年级本科新生,采用混合教学的尝试并不多见。事实上,在我们的试点过程中,也不断听到担心和质疑的声音。借助于学校的支持和我们的坚持,首次试点教学终于完成。问卷统计及学习数据分析结果表明了在上述条件下开展混合教学的可行性和效果。这种教学模式,不仅提升了学生对课程本身的学习兴趣(由此也可能奠定了学生对计算机知识的学习兴趣),更有助于促进学生在自主学习、独立思考、协作研究、交流表达以及自信心等方面的能力提升。

 

(吴宁,西安交通大学计算机教学实验中心教授。)

 

——中国大学教学 2016年第5

 

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