吳春雷， 王雷全， 張俊三， 崔學榮

(中國石油大學(華東) 計算機與通信工程學院， 山東 青島 266580)

0 引 言

2012年，大規(guī)模在線開放課程(Massive Open Online Course，MOOC)開始在國內(nèi)教育領域興起，并在隨后幾年快速發(fā)展成為研究熱點[1-3]。與傳統(tǒng)教育模式相比，MOOC具有不受時空限制的學習形式、類型多樣且內(nèi)容豐富的學習資源，以及低門檻的學習許可，這對于普及教育范圍、推動教育公平等具有顯著優(yōu)勢。然而，對于高等教育主要關注的高層次、專門型人才培養(yǎng)而言，MOOC存在的不足逐步凸顯出來，引發(fā)高教工作者思考以尋求變革。于是小規(guī)模專有在線課程(Small Private Online Course，SPOC)模式被提出并在校園教學環(huán)境中初步應用。因為它不僅具有在線資源優(yōu)勢及時空拓展特性，而且能夠針對特定背景的人群定制教學過程、開展線下實體課堂教學活動，所以成為一種更加靈活、高效的教學模式。

綜合實踐課程在高等學校許多專業(yè)的人才培養(yǎng)計劃中占有重要的地位，旨在使學生綜合運用所學知識，通過系統(tǒng)的實戰(zhàn)訓練，提高工程實踐能力，增強創(chuàng)新意識。然而，傳統(tǒng)的課堂講授和實踐指導方式遇到了一些結(jié)構(gòu)性的問題，限制了學生能力和素質(zhì)的進一步提升。隨著MOOC/SPOC等信息化教學技術的快速發(fā)展，綜合實踐類課程也亟需借助網(wǎng)絡平臺，探索線上與實體課堂相結(jié)合的混合教學模式來解決面臨的問題，實現(xiàn)教學效果的新突破。

1 SPOC混合教學模式概念及特點

1.1 SPOC的概念特點

SPOC是相對于MOOC的一種新型在線教學模式，具有學習人群規(guī)模小、服務面向?qū)Ｒ坏奶攸c。SPOC是由加州大學伯克利分校的阿德曼·福克斯教授提出的[4]。相對于MOOC，SPOC中的Small是指將學習人群的規(guī)模限縮在數(shù)十人的小班規(guī)模內(nèi)，便于開展線下交流；Private是指對加入者設置比較嚴格的準入條件，使學習人群具有特定學習背景或必要的知識基礎，更易于達成預定的教學目標。

相比于呆板單調(diào)的傳統(tǒng)線下教學和完全開放的MOOC線上學習，SPOC倡導了新的教育理念，重新定義了各個要素的功能涵義，以及它們在教學過程中的地位和作用[5-7]。SPOC倡導了以學生為主體、以教師為主導的教育理念。一方面，SPOC平臺具有教學內(nèi)容豐富、學習形式靈活的特點，為發(fā)揮學生的學習主體性、成長個性化提供了更大的空間。另一方面，在相對固定的人員范圍內(nèi)，教學過程和活動需要在專業(yè)教師的主導下進行，保證教學過程的可控、教學效果與目標的一致。

1.2 混合教學模式

由SPOC的特點不難看出，這種新型的教學模式非常適合面向高層次、專門型人才培養(yǎng)的大學課堂教育。因為這里不僅有知識背景相似、學員素質(zhì)相當、學習目標相同的人群，也有學識豐富、業(yè)務精專的教師。通過將線上平臺與線下實體課堂結(jié)合，就產(chǎn)生了線上線下混合型教學模式。傳統(tǒng)課堂教學強調(diào)教師的知識講授和學生的課后練習，而且以教師講授為主，這嚴重削弱了學生的主體作用，導致學生在沒有或少有知識背景鋪墊的情況下完全聽懂、掌握課堂內(nèi)容非常困難。SPOC混合教學改變了這種情況，強調(diào)學生在課前要借助SPOC平臺觀看視頻、查閱資料、準備討論內(nèi)容等，回到課堂后在教師的引導下交流討論、解決問題并完成作業(yè)。

基于SPOC的混合教學模式符合學習理論中的認知學習和建構(gòu)學習理論。建構(gòu)學習理論認為，學生的學習不應該是被動的接受外部的刺激或灌輸知識，而應當是信息的主動接受、加工和知識的主動構(gòu)建，而且這種構(gòu)建過程應當在更符合實際情況的學習活動中完成。SPOC網(wǎng)絡平臺能夠提供視頻、課件、案例、參考資料等生動的學習情境和資源，而實體課堂則能夠提供有利于協(xié)作的交互式學習氛圍。因此，基于SOPC的混合教學模式為實現(xiàn)建構(gòu)主義的學習條件提供了非常理想的技術手段。

2 綜合實踐課程面臨的問題

綜合實踐類課程在許多專業(yè)的培養(yǎng)計劃中占據(jù)重要地位，它強調(diào)以實際工程問題為背景，以知識綜合運用為基礎，通過完整的項目開發(fā)訓練，培養(yǎng)和發(fā)展學生解決相關領域復雜工程問題的實踐能力和創(chuàng)新意識[8-10]。例如，軟件開發(fā)過程實戰(zhàn)課程是我校軟件工程專業(yè)面向高年級學生開設的一門綜合實踐課程，教學內(nèi)容包括了軟件項目構(gòu)思、需求分析、結(jié)構(gòu)設計、編碼測試、運行維護等軟件生命周期的全部重要節(jié)點。通過完整的實戰(zhàn)型軟件開發(fā)訓練，使學生增強對專業(yè)核心理論知識的掌握和應用，建立軟件工程專業(yè)的系統(tǒng)概念，提升實踐能力和創(chuàng)新意識。然而，調(diào)查發(fā)現(xiàn)目前綜合實踐課程的教學仍然沿用數(shù)十年來形成的刻板模式，即教師在課堂上進行實踐要求的講解和布置，學生按照既定的討論開展實驗，最終提交項目成果進行驗收打分。隨著教育教學要求的不斷提升，以及信息化教學技術的快速發(fā)展，這種方式顯然難以滿足新時期的教學要求，遇到許多挑戰(zhàn)[11]。

(1) 課程的綜合性、創(chuàng)新性成分不夠，學生探索意愿不足。因為只依賴教師在課堂上的講授會限制學生想象力的發(fā)揮，學生對老師提供的解決思路產(chǎn)生先入為主的印象，最后以達到或接近老師提出的要求為目標，很難實現(xiàn)較大的突破和創(chuàng)新。例如，在以前的軟件開發(fā)實戰(zhàn)課程中，學生開發(fā)的軟件項目主要停留在簡單的Web或App應用層面，高端技術運用不足，而且軟件系統(tǒng)的并發(fā)性、可靠性等重要性能考慮偏少[12]。究其原因，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實踐教學方式?jīng)]有給學生預留足夠的探索空間和時間，學生處于被動接受的狀態(tài)，缺乏開展深入研究的必要引導和內(nèi)在動力。

(2) 學生對學習和實踐的興趣難以貫徹始終，存在“前熱后冷”的普遍現(xiàn)象。為了提高學生的興趣和主動性，課程在一開始特別強調(diào)了項目選題和團隊組建的重要性，要求學生務必選擇自己感興趣的實踐題目，并且鼓勵志同道合的同學組建團隊[13]。該項措施確實促使學生在課程開始階段擁有興趣和活力，但是隨著架構(gòu)設計、代碼編寫、復雜測試、系統(tǒng)集成等難度較大實踐環(huán)節(jié)的不斷出現(xiàn)，一些學生就逐漸變得疲于應付，導致學習效果變差。究其原因，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實踐指導方式存在不足，老師針對學生遇到的問題僅憑即興分析給予一些口頭指導，缺少系統(tǒng)性和條理性，導致一些學生難以跟上節(jié)奏，逐漸喪失興趣甚至掉隊。

(3) 開展綜合實踐的平臺支撐落后，課外時間和空間利用不夠。傳統(tǒng)的綜合實踐課程，幾乎全部的學習和實驗任務都是在課堂上開展，這是因為許多課程沒有網(wǎng)絡教學平臺或者只有簡單的信息發(fā)布網(wǎng)站，難以支撐學生開展在線的任務接收、協(xié)作交流、資料查閱和過程輔助等工作。落后的平臺難以實現(xiàn)教學時間和空間的有效拓展，也導致了課堂環(huán)節(jié)存在回顧和保存等環(huán)節(jié)而變得效率低下。例如，軟件工程的實戰(zhàn)開發(fā)強調(diào)學生要分組協(xié)作、全員參與、角色扮演，充分發(fā)揮團隊潛力，而課堂上有限的時間還要被老師的任務布置、理論講解、考核驗收等占去相當大的比例，留給學生進行團隊交流、研究探索的時間較少，最終導致學生處于從屬地位。

SPOC融合了MOOC的優(yōu)點，提供豐富的視頻、課件、主題和資料能夠讓學生自行安排學習時間和地點，自主決定學習進度和頻率，以及與線上教師和同學充分交流，從而保證學習時間和探索空間。同時，混合教學可以通過課前、課上和課后3個教學環(huán)節(jié)的合理銜接，發(fā)揮教師、學生等要素的最大作用，真正融合線上學習與實體課堂的優(yōu)勢，這為解決上述問題提供了可行思路。

3 SPOC混合教學模式的教學設計

3.1 教學內(nèi)容設計

教學內(nèi)容是人才培養(yǎng)的主要載體，是教育理念付諸實施和教學目標得以實現(xiàn)的途徑。教學目標和標準規(guī)定了學生通過課程學習在知識、能力和素質(zhì)方面的預期及規(guī)格要求，而教學內(nèi)容則決定了學生最終掌握的知識、能力和素質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)。不同于傳統(tǒng)實體課堂的教學體系，基于SPOC的混合教學內(nèi)容既要整合、優(yōu)化傳統(tǒng)教學的已有資源，又要針對線上學習特點，增補大量新的教學資源，最終形成完整的教學內(nèi)容體系。

如同所有綜合實踐課程一樣，軟件開發(fā)過程實戰(zhàn)與簡單上機練習有很大區(qū)別，因為它需要依托軟件項目管理、需求分析、架構(gòu)設計、構(gòu)建測試等整個軟件工程核心課程群的理論知識，進行一次完整的開發(fā)過程訓練[14]。因此，它需要在相對較長的課程教學過程中，為學生提供豐富且恰當?shù)睦碚撝R、技術指導和探索引領。為了達到精品優(yōu)質(zhì)的SPOC課程教學內(nèi)容建設標準，課程組提出了“多類型、清單式”的教學內(nèi)容設計思路。

“多類型”是指課程設計包括理論知識、實踐過程、主題研討為主，重點難點指導、習題作業(yè)、項目案例、試卷測試、拓展資源為輔，內(nèi)容非常完整的SPOC教學資源體系，這些資源分別通過微視頻、多媒體課件、演示動畫、文檔等多種形式發(fā)布到SPOC平臺?！扒鍐问健笔侵羔槍φn程的重點、疑點、創(chuàng)新、拓展等內(nèi)容分別制定清晰的清單，使學生明確課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu)和學習邊界，有助于教學過程的有序推進和精細考核的順利實施。

(1) 理論知識教學內(nèi)容設計。把實踐教學所需的理論知識要點融入到項目開發(fā)情境中，按照先后順序列出并形成清單。清單中的每個條目都包括多媒體課件、教學微視頻、參考資料和拓展資源等內(nèi)容，在SPOC平臺上發(fā)布上線，使學生在綜合實踐推進過程中隨時隨地觀看。2016年課程提供了包含16項主要條目的清單，如表1所示。

作為化工園區(qū)一體化配套服務企業(yè)，上?；^(qū)中法水務發(fā)展有限公司的智慧水務是園區(qū)生產(chǎn)性服務業(yè)的一大亮點。據(jù)公司副總經(jīng)理邵偉介紹，智慧水務以獨特的污水處理模式，全過程的污水水質(zhì)監(jiān)控，為企業(yè)提供量身定制的水處理服務。據(jù)介紹，目前公司運營著一個供水能力為20萬t/d的工業(yè)水廠、一套供水能力為7000 t/d的生活水裝置和一個供水能力為280 m3/h的脫鹽水廠。同時還運營一個擁有多套生化處理裝置，能夠處理水質(zhì)復雜的高濃度污水的污水處理廠，處理能力達到4.45萬m3/d，為園區(qū)內(nèi)用戶提供全天候不間斷的供水及污水處理服務。

表1 2016年理論指導教學內(nèi)容設計示例

(2) 實踐過程教學內(nèi)容設計。為了使學生能夠在近乎真實的場景下，以行業(yè)先進的設計、開發(fā)、測試和協(xié)作平臺進行實戰(zhàn)訓練，規(guī)范化、系統(tǒng)化地培養(yǎng)學生的工程實踐能力，課程建立了以企業(yè)標準化項目開發(fā)過程為主線的實踐流程學習清單，并將相關技術方法錄制成微視頻進行發(fā)布，并以SPOC練習和作業(yè)的形式布置階段性實踐任務和檢查標準。

(3) 主題探索與研討教學內(nèi)容設計。為了充分調(diào)動學生的學習興趣，培養(yǎng)學生探索意識和創(chuàng)新精神，課程設計了基于主題的探索和研討教學內(nèi)容清單。研討主題包括一些重要概念、技術方法和創(chuàng)新方向。這些主題在SPOC平臺以討論作業(yè)的形式進行布置，通過學生的探索研究、實體課堂實踐討論，并在SPOC平臺提交研討報告。研討主題的清單每年會根據(jù)行業(yè)發(fā)展進行調(diào)整。

3.2 教學過程設計

開展基于SPOC的混合式教學，需要在建設好教學內(nèi)容的基礎上，做好教學過程的精細設計，通過課前、課上和課后3個主要教學環(huán)節(jié)的合理銜接，發(fā)揮教師、學生和教學平臺、教學管理制度等4個主要維度的最大作用，真正融合SPOC線上學習與實體課堂教學的優(yōu)勢。為此，課程組提出了“3階段、4維度”的課程SPOC混合教學過程，如圖1所示。

圖1 3階段、4維度的SPOC混合教學過程

(1) 課前教師準備與學生自主學習。在傳統(tǒng)課程教學中，學生課前的主要任務是預習，除了課本和基本參考資料外，難以獲得更多指導，更加深入學習的任務也不明確。因此，課前階段發(fā)揮的作用很小，甚至一些教師直接忽略了這一環(huán)節(jié)。在SPOC混合教學中，課前自主學習非常重要。教師需要進行高質(zhì)量的教學設計，將包括理論、實踐、研討、作業(yè)、參考文獻等的教學資源分別以視頻、課件、文檔、通知等多樣化的形式發(fā)布到SPOC平臺，然后通過平臺的交流互動模塊為學生提供答疑輔導。其中，SPOC平臺提供了重要的支撐和連接作用。

軟件開發(fā)實戰(zhàn)課程中設計了多個貫穿軟件開發(fā)全過程的綜合案例。理論、實踐和主題研討教學資源都是圍繞這些案例進行錄制和編排的。例如，針對“測試驅(qū)動的開發(fā)”模塊，課前要求學生觀看視頻資料，不僅要掌握測試驅(qū)動開發(fā)的含義，理解在案例中的應用方法，還要觀看Junit單元測試、Ant自動構(gòu)建測試、AutoRunner自動化測試等技術的演示視頻。同時，SPOC平臺還發(fā)布了一個與本部分密切相關的探索性主題作業(yè)：測試驅(qū)動的開發(fā)理念的核心價值是什么？從開發(fā)者角色和責任的變化角度分析它與傳統(tǒng)開發(fā)的主要區(qū)別，自己的項目將如何協(xié)調(diào)開發(fā)與測試工作。因此，通過SPOC平臺開展的課前學習，為學生在理論知識、實踐技術和探索方向上都提供了充分的學習資源和引導。

(2) 實體課堂教師與學生翻轉(zhuǎn)教學。SPOC混合教學的實體課堂，一般采用的是翻轉(zhuǎn)式教學方法。通過課前在線學習、探索和交流，學生對新的學習內(nèi)容已經(jīng)非常熟悉，能夠進行基本的技術操作和實戰(zhàn)開發(fā)，并對項目階段任務的進展向教師匯報。該階段學生是學習的主體，教師的作用也非常關鍵，教師需要在課前掌握學生的在線學習情況，了解學生遇到的主要問題。然后指導學生現(xiàn)場實踐，細致檢查項目進展，引導學生進行主題討論，并與學生一起解決疑難問題，幫助學生完成知識和能力的構(gòu)建。在此階段，SPOC平臺可以為師生討論交流提供參考資料，因為它記錄了每次課程的任務清單、階段進展、問題列表和課前的在線交流歷史，這使得課堂翻轉(zhuǎn)教學針對性強，效率更高。

線下實體課堂上師生當面的交流討論帶有場景和情感，容易就特定問題和方案達成共鳴。在軟件開發(fā)過程實戰(zhàn)的知識和技術體系中，需求變更、架構(gòu)設計、持續(xù)構(gòu)建、集成測試等都具有一定的難度，需要學生課前在線學習基礎上，通過實體課堂逐步、細致解決。因此，基于SPOC混合教學模式的線下教學對于復雜工程問題的解決和學生知識的升華不可或缺。

此外，SPOC混合教學過程的順利開展還需要完善的教學管理和運行制度作保障。授課教師需要進行專門培訓以提升SPOC教學能力，相應的教學管理規(guī)定能夠督促教師嚴格執(zhí)行課前的教學設計、過程中的檢查指導和課后的驗收評價等教學任務。宣傳和激勵措施能夠為課程營造良好的改革氛圍，調(diào)動教師和學生的參與熱情。每輪課程教學結(jié)束后要進行綜合評估，發(fā)現(xiàn)問題并提出整改方案，保證SPOC混合教學方法得到不斷優(yōu)化。

3.3 考核方法設計

傳統(tǒng)的綜合實踐課程考核一般以項目開發(fā)結(jié)果的展示和技術文檔為主，通常在結(jié)課時進行。然而，這種考核方式已無法適應SPOC混合教學模式的要求。因為SPOC混合教學包括線上與線下兩種形態(tài)下的3個階段，所以考核內(nèi)容也要體現(xiàn)出多元性，只有在每個階段設置相應的考查點，才能確?？己私Y(jié)果更加準確合理。

經(jīng)過不斷探索，課程組實施了多元性、過程化的考核評價方法，重視學生的專業(yè)知識、開發(fā)技術、項目結(jié)果、創(chuàng)新能力等多方面的考評。多元性體現(xiàn)在考核內(nèi)容包含線上學習和實體課堂的多個方面：① 實踐過程中學生提交的階段性輸出物，例如5次開發(fā)迭代產(chǎn)生的里程碑成果，包括系統(tǒng)檢查結(jié)果和項目規(guī)劃、產(chǎn)品訂單、需求報告、架構(gòu)設計、測試方案等技術文檔。② 課程結(jié)束時交付的軟件系統(tǒng)，考察指標包括項目的任務完成率、系統(tǒng)的可用性、可靠性、項目管理和過程控制能力等。③ 實踐課程衍生出的創(chuàng)新成果，包括申請的國家軟件著作版權(quán)、發(fā)表的學術論文、獲得的競賽獎勵等。過程化體現(xiàn)在許多評價發(fā)生在教學過程中，通過SPOC平臺記錄的各類信息及時進行評價。新的考核方法使教師能夠在教學中及時發(fā)現(xiàn)學生的學習狀態(tài)和存在的問題，并給出指導，真正達到“學考結(jié)合、以考促學”的效果。

4 改革成效

作為山東省卓越工程師教育培養(yǎng)計劃專業(yè)建設的重要組成部分，自2014年開始在軟件開發(fā)過程實戰(zhàn)課程中實施基于SPOC的混合教學模式改革。課程組選用中國石油大學(華東)云課堂網(wǎng)絡系統(tǒng)作為SPOC平臺，面向軟件工程專業(yè)大三年級的學生授課。課程安排了96課內(nèi)學時，貫穿軟件工程專業(yè)培養(yǎng)計劃的整個第六學期。經(jīng)過3年多的教學實踐和不斷完善，取得了顯著成效。

① 學生的自主學習能力和探索精神明顯增強。由于SPOC混合教學給學生提供了豐富的學習資源和自學空間，輔以必要的引導，使得學生參與學習和實踐的熱情得到激發(fā)，完成了大量綜合性和創(chuàng)新類題目的實踐開發(fā)。3年來軟件工程專業(yè)學生參加省級以上學科競賽并獲獎的人數(shù)大幅提高，達到83項，相比之前相同時間周期增長了1倍多，獲得國家軟件著作版權(quán)26項。② 學生對課程學習的興趣和主動性能夠貫穿始終，解決了“前熱后冷”的問題。先后共發(fā)放調(diào)查問卷285份，結(jié)果顯示，83%的學生認為SPOC平臺能夠給他們系統(tǒng)性的資源支持和精細的過程指導，幫助他們始終跟隨教學節(jié)奏。③ 線上與線下相結(jié)合的學習、實踐、交流形式使得學生的綜合能力得到提高，這些能力包括主動學習、協(xié)作開發(fā)、系統(tǒng)思維、過程控制、表達展示等，在傳統(tǒng)的教學中難以實現(xiàn)。

5 結(jié) 語

我校的改革成效在學生的初次就業(yè)率和就業(yè)層次方面得到最直觀的反映，軟件工程專業(yè)近4年的就業(yè)率實現(xiàn)了連續(xù)增長：2013年96.67%、2014年為98.78%、2015年為100%、2016年100%，就業(yè)層次也得到不斷提升，每年約有1/3的學生升入國內(nèi)外知名大學深造，其余就業(yè)的學生約有一半進入IT知名企業(yè)。我校的改革做法也得到了教育專家的很高評價，獲邀參加了教育部“高校計算機類專業(yè)應用型人才培養(yǎng)方案研究”研討會并進行大會交流。行業(yè)企業(yè)代表也認為改革思路符合軟件工程教育改革發(fā)展的基本方向。