《微机原理与接口技术》混合课堂建设与思考

贾小云 田延安 王长浩

(陕西科技大学电气与信息工程学院，西安，710021)

文章已被计算机教育杂志社录用，计算机教育杂志投稿网址链接：http://www.zazhi114.cn/jisuanjijiaoyu

摘要：本文从陕西省高等教育MOOC中心2017年SPOC定制项目《微机原理与接口技术》MOOC（SPOC）+翻转课堂的教学实践项目出发，从传统教学模式和混合课堂的优缺点入手，分析了项目实施的必要性、迫切性；从SPOC资源建设、翻转课堂实施方案、即时通讯工具QQ群配合课堂教学等方面入手，详细介绍了教学改革的思路、实践过程；从与其他平行班级的对比入手，以学生问卷和考试成绩的实际效果，总结了项目的突出成效和进一步推进的必要性。

关键字：MOOC；SPOC；微机原理与接口技术；混合课堂

中图分类号: G40 文献标志码: A

1前言

我校电气与信息工程学院共有10个专业近千名同学，按照教学培养计划，于第7学期开设《微机原理与接口技术》。学生在学习中从应用的角度理解微型计算机，掌握其基本组成、工作原理、输入输出控制方法等内容，并深刻理解微机系统整体概念，提升学习和应用的兴趣和技能，为今后解决实际问题和创新发展打下坚实基础。混合课堂的研究目的，是针对之前课程教学普遍存在的学生学习目标不明确、学习积极性不高、学习能力差、课堂死气沉沉、厌学等问题，改变传统课堂”老师教、学生听”的教学模式，从学生的手机中夺回学习时间。

项目研究的在线开放课程MOOC（Massive Open Online Course）是通过互联网信息技术与教育的全面、深度结合引起了一场教育变革^[1]，具有大规模、完全开放、完全在线等特征，可以近距离实现接触 “名校、名师、名课”的优秀教学资源。但MOOC的大规模特性，使师生之间难以互动，学生个性化学习难以实现；碎片化的知识，容易使学生虽然投入了大量时间和精力，但学习容易流于表面，缺乏足够的深度，不利于知识体系的总体把握和综合应用，导致学习效果难以评价，容易引发质量危机。因此，SPOC（Small Private Online Course）又称为“混合式教学模式”应运而生。SPOC是将MOOC教学资源，如微视频、学习资料、训练与测验、机器自动评分、站内论坛等教学模式应用到小规模的实体校园的一种课程教育模式，它将优质的MOOC课程资源与课堂教学有机结合，既能充分发抨MOOC的优势，又能有效弥补MOOC的短板与传统教学的不足^[1]。    

2016年12月，课程团队申报了“《微机原理与接口技术》MOOC（SPOC）+翻转课堂”的项目，获得了陕西省的在线课程转化教改研究项目批准。按照项目研究设计，翻转课堂作为一种“学习知识在课外，内化知识在课堂”的新型教学模式，与传统的教学过程的特点如图1所示。可以看出，在翻转课堂上，学生根据自己的认知水平进行个性化学习，教师则是学生学习的组织者和指导者。翻转课堂的理念符合SPOC模式的特点，两者的结合能有效避免传统教育中学习内容的强制性和思维过程的依赖性，使学生的协作能力和创新能力较传统课堂有了更大的提升空间。

图1 两种教学模式特点                     图2 翻转课堂的SPOC教学模式

2 MOOC（SPOC）+翻转课堂的实施

2.1 《微机原理与接口技术》MOOC（SPOC）+翻转课堂教学模式构建

翻转课堂的SPOC模式可为学生提供优质的教学资源，通过数据分析， 全方位地了解每个学生的学习情况，开展个性化的交互辅导，在相互协作的学习过程中全程提供学习支持。课题组结合翻转课堂的特点，构建了 SPOC教学模式，如图2所示。该模式分为四个模块，即资源组织模块、 SPOC主体模块、过程支持模块和数据分析模块。其中， SPOC主体模块又分为课前在线学习任务设计、教学过程设计、课后拓展进阶三个部分。

2.2《微机原理与接口技术》混合教学实践

第一个模块：资源组织

资源组织以教学大纲为框架合理划分线上线下教学任务。在 SPOC 模式中，学生的课外自主学习是必要环节，而如何为学生提供一个学习资料充足、知识结构清晰的自主学习平台，是教学设计者需要考虑的重点问题。我们设计了5个部分的线上学习和6次翻转课堂如图3所示，其余全部线下教学。

图3 两种课堂内容分配

两种课堂的任务确定后，全部采用以任务驱动为核心的教学内容优化。

在传统教学中，教师往往按照教材的编排顺序进行线性教学；而在 SPOC 模式下，教师要打破固有的线性教学模式，将理论教学与实践教学紧密融合，把整合后的知识点分解为若干个工作任务，以任务驱动为核心，建立相关的工作任务列表^[2]。比如在微机系统概述学习中中，要求同学们完成两项任务：讨论主题“为新生配置一台计算机”考查微机的硬件组成和微机系统概念的理解；主题讨论“INTEL微处理器家族”考查对日新月异硬件的发展历程和目前的发展状况与趋势；“我与汇编语言的故事”让大家学习了完成汇编程序设计后，讲讲体会与发现，更深入学习汇编程序设计等等，教学内容和教学目标巧妙地隐含其中，并根据任务开展的需要对教学内容进行重新调整和优化，理顺各知识点之间的关联性，并设计一些知识竞赛小游戏，使 SPOC 模式下的课堂教学环节更加富有挑战性，学生的学习积极性也能得到有效激发。

整合SPOC 微视频，设计视频中断题目。线上重点主要为概念引入、阐述解释、典型实例、知识总结等教学关键环节，使学生能较为系统地完成一个知识点的学习内化。对于较复杂、视频时长大于8分钟的知识点，我们适当地设计了一些小问题中断视频学习，加深细微知识点的回顾，刺激学生关注度，在问题回答完毕后继续观看视频课程。

第二个模块：SPOC主题与混合课堂

SPOC课堂采用“视频+作业+翻转课堂”的形式开展学习，学生课前学习任务包括三个环节³。

第一，课前在线认知。在这个阶段，课程组在课程优化教学资源的基础上，提前一周在发布课程任务---学习视频、测试题目、调查问卷、线下课堂分组讨论题目等工作，同时在QQ群营造学习气氛、发布学习数据统计情况，线上资料发布预告等手段督促学习效果。

第二，提交线上作业。作业即与教学视频相关的配套练习，学生完成作业后将作业提交给自动评分系统。我们对作业进行了精心的设计，以期达到既保证学习任务又不打击积极性的原则合理设计难度，在线下课堂或者QQ群实施调查。

第三，调查解决主要矛盾。通过了解学生的学习状况，以便设计出更有针对性的课堂教学活动。调查内容包括对各个知识点的掌握程度、目前尚存的难点、感兴趣的相关知识等。

实践中的线下进阶任务主要分四部分，一是查阅发展前沿，拓展视野以便提升讨论主题的质量；二是通过QQ作业布置，按周通过QQ照片的形式提交批改；三是就一些碎片化的知识引导学生做思维导图，以便梳理知识点深入理解系统内容；四是在翻转课堂上提倡学生积极研讨，各组间展开辩论，组间总结并互相评价，各组做总结发言，讨论主题成果展示评奖发奖等环节刺激学习热情，提高学习质量。

课程组针对SPOC翻转课堂内容设计了6个讨论主题，学生可以根据自己的实际情况，以学习小组为单位开展讨论组织内容在翻转课堂上予以展示。小组同学通过线上研究讨论、线下协作实践等方式来完成；教师根据学生展示和协作讨论的交流记录，进行课堂点评；学生将最终完成的实践成果，以图形、文字、动画、视频等多种形式在课堂上展示。我们将实施班级分为3人一组共7组展开讨论与答辨，教师现场主持、引导和必要的解惑工作，把问题在课堂上消化。

第三个模块：过程支持

过程支持模块对于在 SPOC 模式下开展课外自主式学习的大学生来说，必须有学习过程支撑，这将直接影响到自主学习能否持续、有效地开展。

思维导图增加知识点关联。《微机原理与接口技术》课程知识点零碎繁杂而且逻辑关联不大。在学生自主学习过程中容易对知识点造成机械的记忆，容易遗忘也使得学习过程枯燥容易厌倦。而思维导图的使用可以较好地避免这种情况的发生。推荐学生使用软件XMIND制作思维导图，来整理碎片化的知识点，使学生对知识点的整体结构和联系有清晰的认识，而且能够迅速完成知识点记忆。

群里晒作业增加习题自测质量。传统课堂上，我们采用QQ作业群发私收或者群里提交作业的形势，私收老师可以利用智能手机即时反馈批阅情况，群里晒作业更是有更多的批阅，刺激了学生作业提交的质量，克服了传统作业不能及时批改的弊病。

自动评分系统增加及时反馈。在线测试SPOC 模式中至自动评分系统，更是不仅解决了答题反馈的实时性，而且使教师能从繁重的作业批改中解脱出来，有更多的时间参与师生互动，有针对性地解决学生的问题。

第四个模块：数据分析支持

学习分析是以评估学业成就、预测未来表现、发现潜在问题为目的，对学生产生和收集的大量数据进行阐释的过程。在SOPC模式下，通过学习分析，对这些数据进行测量、收集和分析，挖掘出学习者的特征、学习需求、自主学习规律、交互行为模式等，并以此为学生定制个性化的学习策略和学习方法，改进教学计划，优化教学效果^[3]。

SPOC教学提供学习数据统计、课程数据统计，学生成绩管理等功能。便于课程组及时了解学生学习状态，学习效果、学习态度和学习风格以及学习效果。将教学重心由“教”的怎么样转移到了“学”的怎么样上，真正关注了教学效果。另外也可以对学习者学习行为分析。在传统课堂中，教师可以直接对学生在教学过程中的学习行为进行“监控”。

课程教学实践中，凭借教学数据与学习行为分析，课程组通过QQ群发或公告的形势再次提醒学生完成视频教学和系统要求的时间内完成测试题目，调整课堂教学重点与教学节奏，以达到更高质量的教与学，完成教学实践的全过程管理。

3《微机原理与接口技术》混合课堂教学考核

      在课程建设期间，考虑到学习过程的特点，课程组设计的期末考核比例：线上学习数据占15%，线上测试成绩10%，翻转课堂（10%）以及传统课堂（5%）一共占15%，而线下实验室实验过程以及实验报告等占20%，期末考试占40%。这一比例的设置一方面考虑新模式的特点，又结合《微机原理与接口技术》实践性的特点给出了这样的设计。而在执行阶段，考虑学生日后的奖学金评定和优秀研究生生源计划等公平性问题，课题组重新调整了期末总平比例如下实验占比20%不变，平时线下线上作业10%，线上学习数据5%，翻转课堂表现10%，期末考试55%，既保证考核机制内容全面性，还实现了学习考核评价的科学性和公正性。最后，实践的班级全部通过考试，总评平均成绩83.56分。为了检验教学改革的成效，我们抽出学院全部2015级学生卷面原始平均成绩如表1所示，以保证对比的科学性与公正性。

表1 各专业成绩对比

表中开设专业一栏指同一课堂的所有专业，平均分是同一课堂所有学生期末考试卷面原始分的平均值。从表中不难发现，采用传统课堂教学卷面成绩普遍低于教学改革课堂10余分，而采用MOOC(SPOC)课堂模式高于深入MOOC课堂至少6分，而混合课堂比传统课堂至少高了17分，甚至达到19分之多。由此可见，引入现代教学模式，可以显著提高教学质量。

4《微机原理与接口技术》混合课堂的主要特色

 《微机原理与接口技术》混合课堂重点面向自动化15级教改班实施，同时面向网络15级和物联网15级开展渗透式教学，均取得了较好效果。

课程实践特色主要体现在四个方面：

实现教学资源融合。在教学准备阶段，一方面组织学生认识MOOC（SPOC）平台，使用MOOC（SPOC）课堂，开展网上主题讨论，打破了学校课堂局限^[4]。另一方面课程团队实施课程建设，认真筛选调整视频资源，精心策划课堂翻转主题，整合周测试题，使SPOC课堂更契合我院教学实际。

教学实践饱满富有成效。24次课，发布教学内容61讲，单元测试10次，设计翻转课堂6次，线下作业6次，思维导图2次、线上讨论几十次。教学中，将21名学生分为7个小组，合作完成每次翻转课堂的分享及讨论、知识小游戏等，小组竞争综合评奖，营造积极欢乐的学习氛围。其中微机硬件结构之为小学弟妹配置新电脑、日新月异的微处理器家族、我与汇编语言的故事、存储器的前世今生、我要更大的内存、I/O接口的那些事儿等翻转主题，紧密结合课本，又不拘泥于课本，既让学生回顾发展历史又探索技术前沿，既理解原理又联系生活实际，学以致用，学生很有成就感。

实现全过程管控。教学前，所有教学资源提前一周通过SPOC公告、邮件通知模式下发，同时在课程QQ群公布，督促同学们保质保量完成。为保证学习效果，QQ公告中明确说明教学重难点及注意事项，需要预习、讨论的难重点。教学后主要通过习题完成知识回顾，习题分三种：随机课堂练习、SPOC周测试（系统批改）和每2周QQ作业群发（私收或者群里晒作业的形式互助批阅），作业收交、完成质量以及SPOC视频数量和时长等数据统计及奖惩，激励了学习热情，保证了学习质量。

学习评价更科学富有引导性公正性。传统课堂期末总评，平时分10%，实验20%，期末考试70%。混合课堂总评实验依然占20%，平时线下线上作业10%，线上学习数据5%，翻转课堂表现10%，期末考试55%，既保证学习状态持续性，又保证了学习内容全面性，还实现了学习考核评价的科学性。

5《微机原理与接口技术》混合课堂实践效果评价

本次混合课堂教学实践从2017年9月开始，历时一学期。针对自动化教改15级20名同学的课堂，完成了教学任务，收到了良好的教学效果，主要表现在以下三个方面。一方面，实现了传统教学方式的改变。“MOOC（SPOC）+翻转课堂”混合教学模式，要求学生课前预习知识点，课堂以互动和探讨为主，改变了传统的灌输式教学模式。翻转课堂上，老师作为主持人，主持学生专题演讲、讨论、互相提问以及知识游戏等，各环节有序可控，同学们在探讨中火花碰撞，发现、解决问题，达到了教学相长的效果。另一方面，增强了学生学习兴趣和课堂参与意识。课堂上，通过内容回顾、课堂游戏、知识拓展和专题讨论等环节，学生参与度与参与热情显著提高；专题讨论和演讲，学生们有精彩的主题、奇妙的创意，激发了学习热情，又增加了对知识点的独到理解；小奖品的奖励环节，让学生们乐在其中，学在其中。学生们纷纷表示，微原每堂课都带给他们新奇和期待。第三方面，提高了教学质量。本次教学实践，课堂教学效果、学生自主学习态度、参与热情等方面，均取得了令人欣喜的效果，期末考试成绩理想。参与实践的自动化教改班，21名学生期末卷面成绩平均71分，比其他平行班级最少多了6分，最多达到19分之多，收效显著。

6 总结

2014年团队老师从初识MOOC开始，到2016年底申请陕西省转化项目，从2017年9月

开始筹备我校混合课堂建设，到2018年1月实施翻转课堂，我们课堂改革的脚步从未停止。无论是从改革后的考试成绩，还是从结课后的问卷调查如图4、图5均可以得出令人满意的效果。但问卷调查中近20%的同学不喜欢这种课堂，认为对自身自学能力没有帮助，这将是我们下一步改进的方向。

   作为教学改革项目的“MOOC（SPOC）+翻转课堂”混合教学结束了，但教学改革中的一些好的经验本学期我们继续推广使用，一是已经成功使用的教学资源，可以很顺畅的在全校和

图4是否喜欢混合课堂的调查                     图5翻转课堂对提升自身能力的调查

下一期学生中继续使用；二是教学中的经验，特别是交互性比较强的内容和经验，也可以在不同课题和科目上拓展使用；三是进一步在目前的基础上，延伸和扩大教学改革项目，推广形成一些更具教学影响力的好课程、好项目，形成陕西科技大学的电气与信息工程学院的优势课堂和优秀教改项目。

参考文献：

[1] 黄 岚，袁 钢等. 基于 SPOC 理念的计算机组成原理课程互动教学研究[J].计算机教育,2015(13):15-18

[2] 王盛.基于翻转课堂的高校SPOC模式构建[J].现代教育,2016(10):100-105.

[3] 郭洋.基于混合式学习和翻转课堂的SPOC模式设计研究[J].高等教育,2016(2):105-107

[4] 孙茂松. 从技术和研究角度看 MOOC[J]. 计算机教育, 2014(9): 2-4