SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂在項目驅(qū)動式綜合實驗教學(xué)中的實踐與探索

李 莉 ，陳玲玲，韓 力

(1.吉林大學(xué) 通信工程學(xué)院，吉林 長春 130012；2.吉林化工學(xué)院 信息與控制工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；3.吉林大學(xué) 物理學(xué)院，吉林 長春 130012)

近年來，小規(guī)模限制性在線課程(Small Private Online Course，SPOC)繼承了“慕課”(Massive Open Online Courses,MOOC)MOOC的開放性和共享性等特征，但是在授課對象和授課規(guī)模上進(jìn)行了調(diào)整，授課對象主要針對在校大學(xué)生，甚至于本學(xué)校的某個專業(yè)學(xué)生。這種教學(xué)模式的在線部分往往是由某門課程的教師進(jìn)行設(shè)計與實施的，具有針對性，易于與大學(xué)某門課程相結(jié)合[1-2]。

翻轉(zhuǎn)課堂就是重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時間，打破傳統(tǒng)的學(xué)生課上學(xué)習(xí)課下作業(yè)的模式，創(chuàng)造學(xué)生課下學(xué)習(xí)課上解決疑難問題的一種新的課堂模式。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式始于2000年的美國。目前，國內(nèi)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的研究者層出不窮[3-5]，主要研究不同的課程性質(zhì)實施翻轉(zhuǎn)課堂的內(nèi)容與步驟，目標(biāo)都是能夠讓學(xué)生自己掌控學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)過程中的師生之間的互動，能夠使學(xué)生在學(xué)習(xí)與實驗過程中的能動性得到提高，學(xué)習(xí)效率得到提高。

實驗教學(xué)是大學(xué)理論教學(xué)的重要組成部分，是深化理論教學(xué)的重要手段。針對通信原理綜合實驗教學(xué)改革，李莉等人研究如何對綜合實驗項目進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計以及對教學(xué)模式的改革，并將研究成果公開發(fā)表[6-7]。在吉林大學(xué)2018版培養(yǎng)方案中，通信原理課程和實驗學(xué)時壓縮，內(nèi)容增加。因此，作為學(xué)科基礎(chǔ)的通信原理實驗課程，需要對其教學(xué)模式進(jìn)行進(jìn)一步的探索。

本文首先介紹了針對綜合實驗的特點，采用項目驅(qū)動設(shè)計法，以翻轉(zhuǎn)課堂為教學(xué)方式的通信原理綜合實驗的研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，將SPOC引入到通信原理綜合實驗，以解決因課時壓縮帶來的課時不足的問題。為了更好地督促學(xué)生線上學(xué)習(xí)，設(shè)計了成績評價體系，評價學(xué)生線上、線下學(xué)習(xí)效果。

一、通信原理綜合實驗現(xiàn)狀

由于綜合實驗具有整體性、自主性、開放性、生成性的特點，針對通信原理綜合實驗現(xiàn)行的教學(xué)方法，采用了吉林大學(xué)本科教學(xué)改革研究項目—項目驅(qū)動教學(xué)法在通信原理綜合實驗教學(xué)中的創(chuàng)新與實踐的研究成果?？紤]到學(xué)生的差異化以及不同的需求，對項目進(jìn)行了階梯式設(shè)計。由于學(xué)時限制，在學(xué)生進(jìn)入實驗室前，會提前將實驗指導(dǎo)書及實驗要求發(fā)給學(xué)生，學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)及相應(yīng)的編程，帶著問題進(jìn)入實驗室。在實驗室的教學(xué)方式采用了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)手段。

(一) 項目驅(qū)動教學(xué)法的實施

項目驅(qū)動法是一種教、學(xué)、做相結(jié)合的教學(xué)模式，在工科實驗中實用性較強(qiáng)。采取“從基本入手，逐步綜合，指導(dǎo)做大項目”的實施過程，更大程度地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，工程設(shè)計能力得到加強(qiáng)[8-10]?！半A梯式”的通信系統(tǒng)設(shè)計項目體系結(jié)構(gòu)分三層：基礎(chǔ)理論層、綜合應(yīng)用層、創(chuàng)新提高層，共14個項目?；A(chǔ)理論層、綜合應(yīng)用層為必做項目，創(chuàng)新提高層為選做項目。

1.基礎(chǔ)理論層

在進(jìn)行通信原理綜合實驗的第一個階段，以學(xué)生為主，教師指導(dǎo)，有針對性地進(jìn)行理論知識的溫顧。學(xué)生選擇教師設(shè)計的基礎(chǔ)通信項目，完成理論與實際相結(jié)合的認(rèn)知，包括基礎(chǔ)通信項目原理學(xué)習(xí)、簡單系統(tǒng)設(shè)計以及借助相應(yīng)的軟件，例如SystemVue軟件，完成系統(tǒng)實施。

2.綜合應(yīng)用層

在基礎(chǔ)理論層的基礎(chǔ)上，學(xué)生應(yīng)該具備了系統(tǒng)的概念，也應(yīng)該具備了系統(tǒng)實施的方法。在綜合應(yīng)用層，學(xué)生選擇通信理論課程中的內(nèi)容，完成一個較大規(guī)模的通信系統(tǒng)項目。項目應(yīng)具備發(fā)送端、接收端以及信道的描述。學(xué)生與教師之間進(jìn)行溝通，教師認(rèn)可學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計方案后，學(xué)生進(jìn)行設(shè)計的通信系統(tǒng)的實施；在這個層面上，學(xué)生設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)該是完整的，并且能夠具備系統(tǒng)性能分析的能力。

3.創(chuàng)新提高層

經(jīng)歷了基礎(chǔ)理論層與綜合應(yīng)用層，學(xué)生的能力有所提高，應(yīng)該積累了一些通信系統(tǒng)模塊。在創(chuàng)新提高層，教師僅給出實驗項目的功能，學(xué)生根據(jù)自己積累的理論知識和實驗的方法，完成教師提出的實驗項目。這部分項目內(nèi)容在通信原理教材中沒有詳細(xì)的實現(xiàn)方法，但是通過功能的分析，學(xué)生可以自主設(shè)計發(fā)送端、接收端的功能，并借助適當(dāng)?shù)男诺滥Ｐ停o出整體的設(shè)計與實施方案，并利用相應(yīng)軟件給予驗證。在創(chuàng)新提高層，通信原理綜合實驗的開放性會淋漓盡致地體現(xiàn)，大大激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的能動性。

按照“階梯式”項目體系構(gòu)架，將通信原理綜合實驗分層為基礎(chǔ)實驗部分、綜合實驗部分以及提高實驗部分?；A(chǔ)實驗部分包括通信原理課程中的簡單的易于實現(xiàn)的通信系統(tǒng)，諸如：標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅(AM)、雙邊的調(diào)幅(DSB)、脈沖調(diào)幅調(diào)制(PAM)以及幅移鍵控(ASK)，通過基礎(chǔ)實驗部分一方面讓學(xué)生熟悉實驗軟件，另一方面讓學(xué)生有完整的通信系統(tǒng)的概念，包括發(fā)送端、信道以及接收端，理解模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)的抗噪聲性能分析方法；在此基礎(chǔ)上，學(xué)生就可以嘗試自己獨立完成較為復(fù)雜的通信系統(tǒng)，諸如：調(diào)頻(FM)、調(diào)相(PM)、脈沖編碼調(diào)制(PCM)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)以及多進(jìn)制幅度調(diào)制(MASK)、多進(jìn)制相位調(diào)制(MPSK)。綜合實驗部分是通信原理課程中的重要組成部分，這部分完成后，學(xué)生能夠更加深入地理解模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)。提高實驗部分包括現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中的正交幅度調(diào)制(MQAM)、最小頻移鍵控(MSK)以及正交頻分復(fù)用(OFDM)[11-13]。

將項目驅(qū)動法應(yīng)用于通信原理綜合實驗，已完成了三年的實驗過程?？梢钥闯?，項目驅(qū)動激發(fā)了學(xué)生的積極性。分層實驗也給學(xué)生帶來了更多的選擇，有的學(xué)生選擇完善基礎(chǔ)實驗與綜合實驗，有的學(xué)生為了獲得更好的成績，投入更多的精力完成提高實驗。還有的學(xué)生另立項目，自主設(shè)計感興趣的其他通信系統(tǒng)。這種教學(xué)方法非常適合綜合實驗特點，適用于綜合實驗教學(xué)。

(二) 翻轉(zhuǎn)課堂的實施

2013版培養(yǎng)方案中，通信原理綜合實驗共5周，每周8學(xué)時，實驗對象為二年級通信工程專業(yè)本科生。在綜合實驗課堂時間內(nèi)，與學(xué)生互動，采用了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法。應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)活動的課程流程如圖1所示。

圖1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)流程

在課前，教師精心編制實驗指導(dǎo)書，通過實驗指導(dǎo)書行之有效的實例讓學(xué)生了解實驗軟件，明確每個實驗的實驗內(nèi)容、實驗要求。督促學(xué)生在每次課前完成相應(yīng)的實驗編程。學(xué)生完成實驗內(nèi)容的預(yù)習(xí)以及相應(yīng)編程任務(wù)。

在實驗課堂上，教師首先巡查指導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)中存在的問題，并給學(xué)生提出預(yù)先編制的能夠引導(dǎo)學(xué)生深化理論教學(xué)的問題，讓學(xué)生合作討論。這部分充分體現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂的效果，往往在對某個問題的深入研究后，學(xué)生會頓悟理論教學(xué)中的某個定理或問題。

在課后，教師匯總問題，對每個學(xué)時在實驗課堂的表現(xiàn)進(jìn)行考核評價，作為綜合實驗總體成績的一部分。學(xué)生在每次課后總結(jié)本次實驗的收獲，并生成新的實驗想法。這也是對綜合實驗生成性的很好的體現(xiàn)。最典型的是有的學(xué)生，整個綜合實驗結(jié)束后，將通信原理課程中的所有通信系統(tǒng)都仿真出來，并且還考慮因某個參數(shù)的改變，會帶來什么影響。這是翻轉(zhuǎn)課堂與綜合實驗對學(xué)生能動性的刺激，更有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

(三) 翻轉(zhuǎn)課堂存在的問題

將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法實施到通信原理綜合實驗后，應(yīng)該說在對理論教學(xué)內(nèi)容的深化理解是非常有幫助的。但目前通信工程學(xué)院通信原理綜合實驗還存在一些實際問題。主要體現(xiàn)在如下兩個方面：

1.學(xué)生預(yù)習(xí)效果不好

學(xué)生是翻轉(zhuǎn)課堂的主體，其課前主動學(xué)習(xí)的程度和質(zhì)量直接影響了翻轉(zhuǎn)課堂的效果。翻轉(zhuǎn)課堂在通信原理綜合實驗的實施中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生預(yù)習(xí)質(zhì)量還需要提高。主要體現(xiàn)在學(xué)生還更依賴教師，依賴教師提出問題與講解問題。教師提供給學(xué)生的預(yù)習(xí)資料還需要更加生動、高效。另外，需要一個能夠督促學(xué)生高質(zhì)量完成課前預(yù)習(xí)的機(jī)制，以保證課前預(yù)習(xí)質(zhì)量。

2.實驗時間不夠

實施翻轉(zhuǎn)課堂后，與學(xué)生關(guān)于某個問題進(jìn)行交流，比較費時。另外，在通信工程學(xué)院最新的2018版培養(yǎng)方案中，通信原理綜合實驗學(xué)時為32學(xué)時，面對學(xué)院三個專業(yè)共550名左右學(xué)生開設(shè)。新的培養(yǎng)方案中，通信原理理論課學(xué)時壓縮，內(nèi)容增加，相應(yīng)地通信原理綜合實驗的學(xué)時壓縮，內(nèi)容也增加。因此，學(xué)時更顯不夠。

學(xué)時壓縮前，預(yù)習(xí)效果不好，還可以在課堂上彌補(bǔ)。學(xué)時壓縮，內(nèi)容增加后，預(yù)習(xí)效果不好問題會更顯突出。

二、SPOC在通信原理綜合實驗的應(yīng)用探索

SPOC是小范圍在線學(xué)習(xí)方式，它的在線學(xué)習(xí)內(nèi)容往往是由課程教師根據(jù)課程需求進(jìn)行設(shè)計，以求對課堂教學(xué)有所幫助。這種設(shè)計針對性比MOOC要強(qiáng)。通信原理綜合實驗將SPOC引入到實驗教學(xué)中，通過生動、易懂的在線視頻教學(xué)，將課堂內(nèi)的基礎(chǔ)原理復(fù)習(xí)、實驗軟件的學(xué)習(xí)以及需思考問題引導(dǎo)等由課內(nèi)移到課外，解決實驗課堂學(xué)時不足的問題。將SPOC與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，完善通信原理綜合實驗的教學(xué)，還需做如下三個方面的工作。

(一) 教師自身素質(zhì)的提高

將項目驅(qū)動教學(xué)法應(yīng)用于通信原理綜合實驗的三年實踐，可以體會到教師素質(zhì)對綜合實驗教學(xué)的深遠(yuǎn)影響。如何針對綜合實驗的特點，設(shè)計融會貫通的綜合實驗項目，當(dāng)學(xué)生提交項目成果后，如何對各種各樣的項目成果進(jìn)行準(zhǔn)確、快速、客觀的評價，對教師素質(zhì)確實是一種考驗；采用翻轉(zhuǎn)課堂方式進(jìn)行通信原理綜合實驗，對教師素質(zhì)進(jìn)行了進(jìn)一步考驗。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，以“教”為主，教師是課堂的主體，可以自己提出問題，并解答問題。翻轉(zhuǎn)課堂是以學(xué)生為主體，課堂上不僅僅是教師設(shè)計的問題，而更多的問題來自學(xué)生。為了能夠準(zhǔn)確、高效地回答學(xué)生的問題，教師需要有很豐富的專業(yè)知識。將SPOC與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，并不是簡單地將課堂上的知識，推到課堂之外。對于學(xué)生來講，每個學(xué)期的課程不是一門，課外時間也是很緊張的。實驗教師需要打造師生互動平臺，將課程內(nèi)容經(jīng)過凝練，制作高效的教學(xué)視頻，能夠讓學(xué)生高效地利用課外時間，也能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。通過SPOC互動平臺，教師可以及時、高效地解答學(xué)生線上學(xué)習(xí)出現(xiàn)的問題。

(二) 線上線下內(nèi)容合理規(guī)劃

通信原理綜合實驗采用了SPOC與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的方式。在通信原理綜合實驗中的SPOC是為實驗課堂教學(xué)服務(wù)的。什么內(nèi)容、多少內(nèi)容適合線上學(xué)習(xí)，如何與課堂教學(xué)進(jìn)行銜接，需要合理規(guī)劃。

通信原理綜合實驗是整個課程完成之后，通常在理論教學(xué)的下一個學(xué)期進(jìn)行。學(xué)生實驗前，需要對理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，需要提綱挈領(lǐng)的復(fù)習(xí)手段。通信原理綜合實驗三層，在理論教學(xué)中，每個層次學(xué)生掌握程度是不同的。基礎(chǔ)實驗與綜合實驗部分理論教學(xué)中課時多，講的透徹，學(xué)生們掌握得較好，如果復(fù)習(xí)不提綱挈領(lǐng)，僅僅是簡單的重復(fù)，會讓學(xué)生失去興趣，浪費時間。如果不復(fù)習(xí)，往往由于理論教學(xué)與實驗教學(xué)不在同一學(xué)期，學(xué)生已經(jīng)淡忘了理論課程，對實驗效果都是不利的。提高實驗部分，在理論教學(xué)中講的相對基礎(chǔ)部分課時少，理論課程中學(xué)生掌握程度沒有基礎(chǔ)部分好，在線上視頻中，內(nèi)容就要比較豐富，讓學(xué)生能夠感到線上學(xué)習(xí)有收獲，有在實驗課堂上進(jìn)一步探討的欲望。根據(jù)不同層次實驗的特點，設(shè)計好視頻課程的內(nèi)容，這個內(nèi)容要和線下學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合，渾然一體。具體內(nèi)容如何劃分，還需要通過幾輪課程進(jìn)行協(xié)調(diào)、磨合、調(diào)整。

(三) 評價體系設(shè)計

通信原理綜合實驗成績評價體系的設(shè)計，是通信原理綜合實驗取得良好效果的保障?？紤]到部分學(xué)生學(xué)習(xí)還是有一定的惰性，也考慮學(xué)生學(xué)習(xí)科目多，為了能夠讓學(xué)生有更多的精力投入到通信原理綜合實驗中，激發(fā)學(xué)生的興趣，通信原理綜合實驗成績評定分布如表1所示。

表1 通信原理綜合實驗成績分布

采用SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式后，為了評價在實驗課堂外的學(xué)習(xí)效果，線上成績占總成績的20%。學(xué)生實驗預(yù)習(xí)以報告形式提交，為了讓學(xué)生能夠了解實驗中的關(guān)鍵點，在線上進(jìn)行了問題測試?；钴S度用于衡量網(wǎng)上出勤情況。在2018版通信工程培養(yǎng)方案實施后，通信原理綜合實驗分組進(jìn)行，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生對理論與實驗知識的綜合運用能力，線下成績中設(shè)計了5%的組間打分。

三、結(jié) 語

通信原理課程是通信工程專業(yè)的標(biāo)志性課程，也是電子信息類專業(yè)中的諸如信息工程、測控技術(shù)與儀器專業(yè)、電子信息工程等專業(yè)普遍設(shè)置的課程。通信原理綜合實驗是通信原理課程的重要組成部分，是深化通信原理理論教學(xué)的重要手段。在通信工程學(xué)院最新本科生培養(yǎng)方案中，通信原理綜合實驗被設(shè)置為大類學(xué)科基礎(chǔ)必修課程，探討通信原理綜合實驗的教學(xué)方法是非常重要且有意義的。目前，在通信工程學(xué)院通信原理綜合實驗采用的是項目驅(qū)動結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，可以看出這種方式適用于綜合實驗教學(xué)。隨著通信工程學(xué)院本科培養(yǎng)方案的演進(jìn)，通信原理綜合實驗有面臨學(xué)時嚴(yán)重緊張的問題。為了能夠保證通信原理綜合實驗的教學(xué)質(zhì)量，學(xué)時壓縮，內(nèi)容不能壓縮，探索將SPOC引入到通信原理綜合實驗。通過教師素質(zhì)的提高、評價體系的完善，設(shè)計精煉、有效的視頻教學(xué)，以提高通信原理綜合實驗的教學(xué)效果。