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摘 要：信息技术的高速发展使知识的获取方式、传授方式、教和学的关系都发生了一系列革命性的变化， 客观上激发了新工科大教育模式的诞生。大教学模式驱动的基本机制是空间布局、课堂互动、分组教学、智能黑板、课堂大数据和智能管理带来的硬件倒逼；校内在线、SPOC 和 MOOC 建设和应用带来的慕课倒逼；激励和评价改革带来的制度倒逼。
本文设计了基于 SPOC 模式的翻转课堂教学改革整体方案，包括基于 SPOC 线上教学模式，项目驱动管理 (PBe) 和线上 / 线下全方位的过程考核三个方面。首先，介绍了新工科环境下教育改革的背景；其次，设计了课内翻转方案、课外辅导方案以及立体式的考核机制；最后，给出翻转课堂改革建设的三点建议。
关键词：新工科；大教育；翻转课堂；线上教学；项目驱动
本文引用格式：苏飞 , 张涛 . 基于 SPOC 的翻转课堂教学改革探索 [J]. 教育现代化 ,2020,7(94):93-97,120.
exploration on Flipped Room Teaching Innovation Based on sPOcSU Fei1, ZhAnG Tao2(1.School of electrical and electronic engineering, Tianjin University of Technology, Tianjin; 2. School of electrical Automation and Information engineering, Tianjin University, Tianjin)
Abstract: With the rapid development of information technology, either the means to acquire acknowledge or the means to teach students or the relation between teaching and learning has been changing revolutionarily, which incites the emergence of massive education under the circumstance of evolved engineering. The massive- education-driven mechanism comprises three aspects which are respectively backward forces of hardware innovation from spatial layout, class interaction, group teaching, smart blackboard, classroom BD and smart management; backward forces of the building and application of MOOC via on-campus online and SPOC; and that of the mechanism from the incentives and evaluation innovations.
This paper presents a complete innovation solution for flipped room teaching based on SPOC mode which is composed of three parts that are SPOC online teaching, project-based engine and on/off line process assessment. Firstly, this paper introduces the background of education innovation under the circumstances of evolving engineering; Secondly, in-class flipping and out-class consulting schemes together with multidimensional assessment mechanism are detailed; finally, three suggestions to construct the flipped room teaching are put forward.
Key words: evolved engineering; massive education; flipped room; on-line teaching; PBE
一 引言
近 20 年来，中国工程人才培养的水平和质量取得了很大的成绩，但是与高校办学条件、科研经费和论文数量提高的程度相比，工程教育质量仍有较大的上升空间，教育模式还没有发生根本性的改变。早在上世纪 80 年代，美国自然基金委和工业界就呼吁开展工程教育的结构性和文化改变，主要体现在：一是从单一学科向交叉学科的
转变；二是提高学生的团队工作技能；三是对工程的社会、环境、商业和政治给予更多考虑；四是改善学生终身持续学习的能力；五是在课程体系中注重对学生的工程实践和设计能力的培养。加拿大也在上世纪 90 年代加入工程教育改革的行列，以适应新时代对大学生人才的要求 [1,2]。
中国从 2006 年开始工程教育认证，高教司于2008 年就开展了工程教育改革，推出大学生创新创业、各种全国性的工程竞赛、MOOC/SPOC 等一系列的教育改革计划，旨在提高工程教育和人才培养的质量和水平。工程教育进入了快速和根本性的变革时期，最好的工程教育并不像传统方式限于世界一流研究大学和小而精的学校。
随着信息技术的发展和需求的变更，新的竞争者将势必要为未来卓越工程教育建立新的标准 [3]。新工科是时代发展的呼唤和必然要求，需要我们对工程、科学、应用科学和技术展开综合性和交叉性的讨论并认真梳理这些领域的定义，然后较准确地界定科学和应用科学、工程和技术，进而理解新工科。从重要性上讲，新工科教育将全面推动改革和创新工程教育，它是新工科专业和领域、新理念、新模式、新质量、新方法、新内容的一种工程教育模式，其中新工科教育的手段是关键。MOOC/ SPOC 和翻转课堂是目前教学方法改革的两种主要趋势，是大教育模式实现的手段上的改革，这种模式的关键是鼓励学生主动、自主和自觉学习， 并且强调以产出效果为评价指标，方式上由传统的线下考试转变为采用课程设计、专业设计等实践过程考核形式，既强调训练学生的综合专业技能，也注重提高学生团队协作力 [4,5]。
目前关于翻转课堂的教学改革研究处于起步阶段，主要存在两个方面的问题：一是往往只在教学手段上或者教学方法上进行改革，如由传统的现场教学变更为视频辅助教学，或者增加课堂互动实现一定程度的翻转。如何将两者有效的结合，在不降低培养学生能力和自主性效果的前提下提高翻转度是需要深入讨论的问题；二是未形成系统的翻转方案，教师和学生的角色如何调整， 在新教育模式下考核和管理的机制如何设计，是另一个需要关注的内容 [6-9]。
本文在梳理大教育改革背景的前提下，首先对基于 SPOC 的翻转课堂的教学改革进行了系统设计，提出了翻转课堂建设的基本思路、实施的方案及综合的考核方式，对于教学改革的实践做了初步探索。其次，总结翻转课堂改革的“破旧立新”、“兼容并包”、“张弛有度”三条建议。
二 教学改革思路
人类历史的历次工业革命均有力地推动了高等教育的变革创新。第一次工业革命发生在蒸汽机时代，诞生了巴黎路桥学校；第二次工业革命发生在电气时代，出现新大学运动；第三次是信息化时代，造就了 IT 人才和美国新经济；随着大数据、云计算、AI 和 3D 打印等技术的出现和发展，世界正进入第四次工业革命的智能时代，正在催生新工科、新医科、新工科、新文科等的出现， 为我国建设一流高等教育提供了历史性机遇。在此背景下，推动课堂革命是重要的基础任务，其目标是改革传统的教与学的形态，广泛开展探究式、个性化和参与式教学，把单向的课堂编程碰撞思想、启迪智慧的互动场所，让学生主动地“做到前排来、把头抬起来、提出问题来”。基本模式有翻转课堂、混合式教学、线上 MOOC 等。
依据以上新工科背景下大教育模式的理念， 翻转课堂的改革至少体现在三个方面，一是项目驱动的教学推进模式；二是基于 SPOC 的多元化学习模式；三是基于过程的考核方式。
（一） 项目驱动的教学推进模式
传统的教学模式存在着重理论轻实际、重举例轻案例、重展示轻分析、重讲解轻参与、重概念轻工具等问题，这不仅使得学生的课堂参与热情受限，也导致学生理论与实践知识的脱节。以项目和问题为导向的教学模式，就是教师依据课程目标的要求设计复杂工程问题，让学生利用书籍、视频等多种学习资源开展自学并寻找解决方法，把课堂上获取的知识点联系起来以处理更高级的问题的实践过程，以小组的方式合作完成。这一模式具有项目驱动、小组学习、知识融合、兴趣主导、结果导向等特点，主要培养学生的合作思维、创新思维、跨学科思维和伦理思维。可以在学校提供的创客空间、口袋实验室、虚拟实验室等多种实践平台上完成。
（二） 基于微视频的多元化学习模式
以“互联网 +”技术为基础，各类移动设备为载体的网络资源实现了互联互通、大众共享， 其中微视频资源的应用越来越广泛。把教学内容按照知识点进行分解，将每个知识点录制成系列微视频，每一个视频重点包括两部分内容：基础知识的介绍和针对特定问题的解答和应用。借助智能学习平台如智慧树、超星等上线分享，学生可以反复观看并可以自由支配自觉学习的时间， 教师通过在线答疑的方式提供辅导。在课堂上， 以问题探讨的方式全面了解自学的效果，有针对性地讲解学习的难点和重点，通过“师生互动、生生互动”使学生达到“吸收内化”的良好效果。
这种基于微视频的多元化教学模式使学生实现了无缝学习，实现了课内和课外的无障碍衔接， 也实现了教师和学生共建共享学习资源的教学相长渠道。这种模式使线上和线下学习过程有机结合，达到空间泛化、时间碎片化的效果，通过智能设备终端实现了处处能学、时时可学的智能化、情景化等学习环境。不仅对学校教学进行了补充、拓展和延伸，也极大地促进了学生的个性化学习， 解决了各类学生学习的差异性需求。
（三） 基于过程的考核模式
“过程性评价”的概念有美国芝加哥大学的哲学家斯克利芬与 1967 年首次提出，后经美国著名教育学家布卢姆运用到教育评价实践中。所谓过程性评价是指“在教学活动中对学生学习的各类信息加以及时、动态地解释，以揭示、判断和生成教学价值的活动”[10]。而传统教学模式是以老师、书本和课堂为中心的教学模式，在新工科大教育模式背景下，传统教学模式具有明显的的不足，如考试形式单一、考试内容能力检验性弱、忽视日常学习的效果检查、无法发挥学生的主动性。这与现代社会对人才培养的要求明显是不符的，这种模式无法承担培养高素质的创造性人才的重担。区别于传统教学模式的老师灌输、学生被动学习，期末一次总评成绩的特点；基于过程考核的教学模式强调学生的学习过程，对学生学习过程中展示的学习态度、专业技能、综合能力等予以评价与考核，平时过程考核结果在总评成绩中的权重大于期末考试的权重。
基于过程考核的教学模式，将重点聚焦在过程上，重视学习过程的管理和控制。通过考勤、互动、作业、测试、答疑等多方面的考核， 强化学生注重平时的积累，将专业知识夯实，提升综合素质。既有线上教育和辅导，又有线下交流与讨论， 集混合式教学、探究式学习、多种教学方式方法为一体的新型教育模式。主要目的是让学生的学习更加灵活和主动，使学生参与度更强， 最终促进学生在评价中对自身的学习进行反思， 以便寻找到更适合自己的学习方法。
对比传统考核方式，基于过程的考核方式至少有两个方面的优点：(1) 有利于激发学生的学习兴趣。多种多样的教学方法为每位学生提供平等的学习机会和参与机会，使学生在过程中不断体验到成功的情感体验，就会激发进一步主动学习的兴趣，优化了学生的心理状态；(2) 有利于促进学生综合能力的发展。过程性考核机制通过全新的教学评估观的构建，重点关注学生思维能力、创新能力的反战， 培养良好的学习习惯、积极的学习态度和团队合作意识，满足学生个性的自主发展，促进学生综合能力的发展。
基于 SPOC 的翻转课堂教学改革，就是利用丰富的信息化资源，让学生成为学习的主角，以项目为驱动，提高学生学习的主动性，并辅以视频、图片、语音等多元素增加学生和教师互动和个性化沟通的方法。下面，文章以在本校开展的《高级程序语言》SPOC 翻转课堂的建设为例，说明改革实施的步骤。
1.制定推进方案。
分成以下四步：第一步，知识点分解。明确每章节的重点和难点，辅以微视频剖析、实际例程图和资源链接等元素以方便学生进行探究式自学。此步中完成微视频重点内容及时间分配。第二步，制作微课，课前学习。对前期梳理的内容制作、剪辑、上线微视频。在时间上，可以在学期初完成全部微视频的策划或者在每次线下教学前一周来完成。第三步，答疑解惑，课堂讲解。采用线下讲解、讨论等方式对学生反馈的难点内容展开探讨。第四步，课后作业，及时反馈。
对应以上四个实施步骤，学生端进行的基本活动内容有四项：微视频自学，小组讨论形成导学档案， 线上 / 线下问题反馈和探讨，参与项目设计并参加过程考核。这些活动的结果作为考核的基本依据或者参考。
在课外辅导方面， 配合线下和线上的时间、知识点分配比例，设计相应的辅导方案，主要包括： 微视频和问题设计、课堂辅导、作业 / 实验 / 项目辅导、过程辅导四个部分。第一，微视频和问题设计辅导部分采用线上方式。学生在学习完成后，在规定的时间内完成测试并提交。
教师线上对结果进行评价并统计问题正确率分布图，对于正确率偏低的内容设计在课堂讨论的主题并在线上发布。学生端则需要按照主题，查阅文献，理解并形成小组的认识观点，在课堂上进行分享发表。第二，课堂辅导采用线下方式。根据线上统计结果及导学档案的实际效果，将线上重点、课本互补知识、主题讨论三个环节进行机动时间分配。约 30% 的课堂时间由学生自主学习的结果进行发表。第三，作业 / 实验 / 项目辅导采用线下方式。学生端以小组为单位共同讨论、设计、完成和提交并以答辩的形式进行分享成果。
2.制定考核机制。
基于 SPOC 的翻转课堂改革的原始驱动力是项目，以项目推进为主线，以培养目标为基准， 以课程内容为素材分解知识点，结合线上和线下不同的学习方式进行全方面的多层次考核。首先设计“知识点和项目地图”如下图 1 所示。其中给出了各个知识点在各个子课题的占比，知识点覆盖保证为 100%。
考核有线上和线下两种方式。线上考核包含课前自主学习、作业和过程考核三个部分；线下考核方式主要有课堂互动和项目进展两个方面。过程考核原则上以知识节点为周期，对应一个或者几个单元时间。考核的重点是本阶段推出的微视频知识点，拓展内容以及由课设 / 项目实践的延伸内容三个方面。项目进展在实验过程中进行考核，考核点是参与度，推进纳期和互动质量三个方面。项目的说明和分配在课程开始时完成， 各小组在组长组织下需要提交项目推进日程。可以参考的一种考核方案如表 1 所列。
这种全方位的考核方案在横向上对学生在自律性，学识性，能力性和素质性四个方面进行了不同程度的考核，在纵向上又区分线上和线下两种方式。按照此方案进行考核的分数分布地图如下图。
在这种基于 SPOC 的翻转课堂模式中，教师和学生的角色发生了变化。在课堂上教师由主讲变成了主听，由教师转变成导师，负责答疑解惑补漏；学生的角色有被动听课转变成主动讲，提出问题与教师 / 学生互动，体现了翻转课堂的本质形式和目标。按照此方案进行改革的《高级程序语言》课程自 2019 年 8 月上线后，经过一个学期的运作，收到了不错的教学效果。主要体现在以下几点：(1) 考勤率平均 98% 以上。
借助平台的一般、手势，二维码三项功能确保不会出现代签、漏签的情况。(2) 抬头率 100%。充分利用平台的互动功能进行翻转教学，并计入平时分，学生必须注意听讲，方可参与答题。对于学习积极的学生，也选择抢答的方式进行积分。(3) 学生的自主学习的积极性增强。通过分析学情大数据中资源利用情况可以看出，学生自学、作业、提问的积极性较传统模式大为提升。(4) 学情数据具体到每位同学，便于掌握学生的学习动态，学习积极性等， 因材施教。对于活动性差的同学，及时通过系统反馈，敦促其加紧学习。(5) 期末综合测评平均成绩较去年上升了 10 分，优秀率提高了 5%，良好率大幅增加。课程结束后，教师设计了民意调查，对课程改革的多个方面如翻转形式、考核方案、线上资源等收集了约 240 位左右同学的反馈，96.3% 的学生对此种教学方式表达非常感兴趣和乐于接受。反馈的问题中比较突出的是教学视频数量较少，这也从侧面说明学生更喜欢视频教学形式，为今后的改善方向提供了参考依据。
三 教学改革建议
通过认真研读了《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》等相关文件，结合翻转课堂教改实践过程和效果，作者认为， 翻转课堂教学是新工科改革的重要内容，它不是简单的由线下转变为线上，更要抓好以下四点的建设。
（一） 教学内容要“新”
教学的内容要破旧立新，既要有课本内基础知识，又要有课本外知识的拓展；既要有理论知识的介绍，又要有复杂工程问题的分析讲解；既要有微观知识点的阐述，又要有宏观的知识架构体系的说明。在改革初期，需要对传统教学内容进行全面的、系统性的梳理，按照知识点进行分解组织。
（二 ) 教学手段要“多”
新工科建设要求推进科教融合，让学生尽早参与和融入科研，提高学生科研实践能力和创新创业能力。翻转课堂改革应大幅度增加实践教学份量，如鼓励学生参加学业竞赛、适度参与科学研究、发明创造、发表论文等。手段的实现上，可以是学生自选课题后，教师进行指导，也可以结合教师的科研课题对学生进行训练。
（三） 思政要素要“显”
创新实践要与劳动教育、伦理教育相结合， 引导学生在创新创业中感受劳动之艰、体味劳动之美、谨遵科学规范、正视工程伦理，弘扬劳动精神和工匠精神，造就艰苦奋斗、锲而不舍的进取精神，爱国敬业、精益求精的职业操守和人文情怀。在知识点中要融入思政要素，如开拓者的探索之曲折而不舍之路，应用者的伦理之困境而规避之法等，也可以引经据典说明方法论、哲学观和创新思维。
（四） 教学评价要有“度”
教学改革的目标是更多地、更好地培养出符合毕业要求的优秀学生。新工科建设的大背景下， 智能化信息技术发展催生的大教育理念的提出， 客观上促进了 MOOC、SPOC、翻转课堂等教学改革的实施，可以从三个“度”去衡量改革效果。一是课程改革内容对人才培养目标达成的支撑度， 这是从工程教育认证维度的评价；二是课程的考核方法和内容的设计与学生学情的适应度，避免考核过难使大比例学生无法适应，或者考核简单化而无法区分良莠。三是学生对课程改革的满意度。课程结束后，面向全体学生发布民调以得到反馈。
四 结语
本文分析了信息时代环境下新工科转型的趋势，在这种趋势导引下，大教育模式的改革是重要内容。改革的最终目标是培养包括知识、能力和技能、职业素质在内的全面性人才。本文设计了基于 SPOC 模式的翻转课堂教学改革整体方案， 明确了设计思路即按照新工科对人才在能力，素质，自律和学识四个方面的培养目标确立 SPOC 线上教学模式，项目驱动管理（PBe）和线上 / 线下全方位的过程考核机制。
首先，设计了翻转方案，课内的翻转强调学生的自主学习能力的培养以及课堂互动的活跃性，提高了学生查阅文献及组内协作能力；课外翻转强调项目的管理，增强学生学以致用的实践操作能力，提高了学生理论转化实践的能力。其次，设计了立体式的考核机制，充分利用信息工具采集数据，客观地、多方位地对学生进行评价。在“互联网 +”大环境下， 翻转课堂将带来一场教学方法的革命，正在并更深度地克服传统教育模式的种种弊端，逐渐走向成熟并被广泛地应用，本文的设计成果可为翻转课堂改革实践所参考和借鉴。
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