[出处] 教育教学论坛_2022年第6期

王香芬 万博 黄姣英

[关键词] 两性一度；SPOC；混合式教学；热设计；热分析

[基金项目] 2020年度北京航空航天大学教改项目“电子产品热设计热分析本研一体化实验教学探索”

[作者简介] 王香芬（1975—），女，河北邢台人，博士，北京航空航天大学可靠性与系统工程学院工程师（通信作者），主要从事元器件可靠性实验与评价方向理论及教学研究。

[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）06-0005-04 [收稿日期] 2021-11-12

随着互联网科技的快速发展，国家提出了“互联网+”与教育结合的发展思路，基于“互联网+”的很多新型教学方式成为近几年教育教学领域研究的一个热点，MOOC（Massive Open Online Courses）、SPOC（Small Private Online Course）、混合式教学等被大量运用[1]，2020年教育部正式建构“互联网+教学”“智能+教学”的信息化教学，作为教学方式的改革工程[2，3]。

“两性一度”是指在2018年第十一届“中国大学教学论坛”上提出的“金课”建设标准，即高阶性、创新性和挑战度。高阶性要求将知识、能力、素质进行有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维；创新性要求课程内容有前沿性和时代性，教学形式呈现先进性和互动性，学习结果具有探究性和个性化；挑战度则强调课程要有一定难度，需要跳一跳才能够得着。该标准与现阶段“互联网+”相结合，为实验课程教学设计和改革提供了思路。

我校提出培养有创新意识、创新思维、创新精神领军人才的教学总目标，提出加强课程过程管理、改变单一的考核方式等实验与实践教学改革思路，并成功开发了基于SPOC的在线教学平台，将传统课堂教学与优质MOOC资源有机整合，充分体现了“两性一度”思想。电子产品热设计热分析实验作为一门可靠性方向专业实践课程，贯通本研两个阶段。该实验课程既包括分析问题和解决问题等技术能力培养，也隐含着团队和沟通能力等非技术能力培养[4]。本文基于“互联网+”与传统教学的特点，提出面向“两性一度”标准的教学目标，设计了基于北航SPOC的线上线下混合式教学模式，对现有教学模式的课堂组织形式、教学内容设计、考核评价机制等方面进行了探索，有效地调动了学生的主观能动性和师生互动积极性，提高了学生的实践能力、个人素质，以及创新人才的培养效果。

一、课程教学目标和问题分析

（一）教学目标

按照“两性一度”标准和教学大纲，电子产品热设计热分析实验课程设置了四个具体的教学目标：一是能够利用热传递和电学基本知识，分析电源系统的电路热设计原理和特性测试；二是能够利用现代化手段进行电源系统可靠性热设计、功率器件降额设计及散热器优化设计；三是掌握电子产品热分析及热测量两种评估方法，能够采用仿真手段进行电子系统热分析，采用热测量方法对电子设备进行热测量；四是能够利用实验装置平台完成指定实验，并进行拓展探究，撰写实验报告，对实验数据进行分析和处理。上述教学目标与“两度一性”标准对应的要求支撑矩阵如图1所示。

（二）教學存在问题分析

1.传统线下教学。疫情暴发之前，该实验采用传统的“实验预习+集中讲解及分小组实验操作+撰写实验报告”线下方式，考核成绩依据三个环节综合给出，实验操作占比40%。

从教学效果上看，传统线下教学模式对高阶性和创新性的支撑效果不高，存在学生学习资源有限、主动性不高、学习效果较差等诸多问题：（1）学生课前主动预习效果不理想，集中授课时教师无法针对具体问题进行指导，学生实际操作时操作效果大打折扣；（2）实验教学时空有局限性，所有的热设计、热分析、热测量实验操作内容需要学生在固定时间到实验室完成，学生没有自主学习环节，对教师提出的解决思路先入为主，潜意识中以达到或接近教师提出的要求为目标，不利于充分发挥学生的主动性。

从学习成效评价看，挑战度不够，由于每组学生的实验数据相同，学生所提交的实验报告相似率极高，存在抄袭现象，不能科学综合考核每个学生的实践能力和创新能力，实际上不能满足社会对大学生的专业技能需求。

2.线上教学。线上实验教学能充分利用网络教学资源、现代信息技术和教学工具，真正做到“停课不停学”，但也存在创新性和挑战度欠缺的问题。热设计热测量实验模块只能演示，学生无法亲自动手操作和感知，得不到面对面的操作指导；热仿真获得的实验结果无法进行实物验证，使得学生对可靠性中热问题的认识理解不深，无法做到真正的实践和创新。

根据“两性一度”标准，传统线下实验教学虽存在问题，但仍不能被线上实验教学取代。因此，设计基于SPOC的电子产品热设计热分析实验线上线下混合式教学创新模式，将网络教学和传统教学进行互补和融合，使实验教学在时间、空间维度得以延伸。

二、基于SPOC的混合式教学课程设计

从混合式教学过程和优化教学内容两个方面进行课程设计，实现实验教学从“以教师为中心”向“以学生为中心”的转变，循序渐进地达到本研两阶段的实验教学培养目标。

（一）教学过程设计

整个实验教学过程设计分为线上（课前预习/课后作业）、线下（实验操作）及线上线下全程考核评价三个环节，师生活动包括线上学生自主学习、线上教师案例启发、线下实验操作、随时互动讨论、拓展探究等五个要点。

1.线上学生自主学习。教师围绕专业、操作需求构建SPOC模式，发布学习任务，提供热设计热分析基本原理与操作、元器件检测等方面的指导性音视频资料，建立线上测试题库。教师在线指导，检查学生掌握知识点的情况，及时反馈学习效果。学生课前利用碎片化时间，通过读讲义、看视频，学习自主上传到网络的教学资源，全面查找资料，熟悉实验操作目的、注意事项等，相互讨论，或向教师提问，并完成测试题。学生线上提交预习报告，上传学习过程中的优秀视频。师生之间持续互动和讨论，教师选取一些优秀作品供大家一起学习，引导学生充分思考，进行思维发散，调动学习的积极性。

2.线上教师案例启发。充分利用科研实验室中有关元器件封装、热失效相关的案例，根据学生实验预习情况和反馈的问题，演示元器件热失效案例，对热相关知识、环境温度对产品可靠性的影响、可能遇到技术要点等问题进行启发和讨论，充分发挥SPOC课程视频实验教学课前导学作用，使学生在实验前对所用的元器件特性有感性认识，逐步形成解决专业问题的综合能力和高级思维。

3.线下实验操作。采用线下方式，利用实验硬件平台及热设计热分析软件进行自主动手实践操作。这个过程中教师重点演示并指导学生，纠正学生操作上的错误，没学会的学生可以再次观看演示视频。实验采用项目小组制和组长负责制，3人为一个小组，将时间交给学生，突出学生探究性和个性化需求，实现其独立动手和思考，鼓励学生在实验过程中发生思想碰撞，培养学生创新能力。

4.随时互动讨论。学生之间、学生与教师之间在线上线下进行互动讨论交流，讨论的内容可以是学习和做实验中的一些思考，如共同探究热设计、热分析、热测量实验怎么做？为什么做？如何改进？等，也可以是遇到的困惑和问题，如仿真与实际误差的来源（原因）是什么？怎样降低仿真误差？散热器的功能如何表现？影响功率器件热设计的因素？

5.线上线下全程考核评价。考核评价贯穿实验课程的全过程，线上注重学习效果，线下考核实操效果。拉大整个过程的指标考核，课程成绩由线上学习效果（10%）+预习实验报告（10%）+学习测试（10%）+实验操作（30%）+实验作业（20%）+拓展探究（10%）+学习互动与效果（10%）七项考核组成，现场操作成绩占比由40%下调至30%，杜绝个别学生不认真做实验、作业抄袭还能获得高分的可能，同时采用百分制，并对每个环节进行细化，有效鼓励了学生在实验环节的能动性和创新性。

（二）教学内容优化

教学内容分为热设计和热评估两个部分，针对教学目标，将试验项目优化为基础、拓展和延伸三个梯级，三个梯级整合打通本研两個阶段。

1.基础实验中热设计模块包括：电源系统降额设计及热性能测试、散热器优化及优化后系统热评估；热分析热测量实验模块包括：开关电源系统调试及性能测试、热源功耗获取，热仿真模型建立、热分析及后处理、热测量。

2.拓展实验结合电子产品热设计发展，增加热环境下电子材料力学性能测试内容，通过在不同热环境下对电子材料样件进行力学性能测试，获取并分析不同温度条件下，电子材料力学性能参数。

3.延伸实验针对电子产品使用环境，增加湿热环境下电学性能测试，分析塑封器件在湿热环境下可靠性的影响；增加信号对热的影响分析实验内容，进一步分析热参数计算过程中电源波动、负载变化的影响，观察信号在热平衡过程中的变化和影响。

基础实验突出学生实践操作能力的培养，在本科和研究生阶段均开设；研究生阶段根据本科实验模块实践基础划分操作团队，完成延伸和拓展的内容，以解决实际问题为出发点，具有一定的探究性，突出学生创新能力的培养。从内容上细化了本研一体教学内容，提出不同层次的实验目标。

三、基于SPOC混合式模式实验教学过程

（一）课前准备

实验两周前通过线上“备课”页面，教师根据教学目标，确定该阶段的知识目标和技能目标，在线上发布学习任务清单，上传实验指导书、仪器使用、实验操作、PPT等教学资源、视频资料、测试题。通过“辅导”页面在线上观看学生学习动态，检查学生掌握知识点的情况，提示学习重点和难点并答疑互动，驳回预习不认真的学生的作业，并要求重写。

学生根据任务清单明确各阶段的学习任务，包括简单的学习任务，以及需要经过查找的学习资料、小组探讨完成的学习任务，在上课前利用碎片化时间登录网络平台进行自主学习，通过向教师提问、共同探讨等形式找到问题的答案，并完成测试题，在线提交预习实验报告与测试题，及时反馈学习效果，方可进入课中实验操作阶段。

（二）课中实验操作

采用线下现场实验形式，教师以解决学生刚性需求为主，集中精力解决学生预习中的问题，重点示教、总结评价，进行试验指导和引导。教师把课堂时间交给学生，学生以小组合作形式自主动手进行实践操作，按照教学目标2与教学目标3进行训练，完成实验所有指定模块内容。通过训练、生生互动、讨论交流、自我总结等方式，反复实践，使学生达到掌握电子产品热设计热分析方法，具备使用实验工具进行问题分析和问题解决的能力，激发学生自主探究的兴趣。

（三）课后巩固

采用线上+线下指导的方式，学生依据热设计热分析所做的内容，针对工程实际需求和问题，自主搜集资料，思考制定散热器结构优化方案，分析影响产品可靠性的热因素，提出相应处理措施，必要时进行线上仿真和线下验证，最后整理实验数据，分析实验结果，撰写试验报告，并进行上传。

四、SPOC混合式教学效果评价

（一）教学过程对比

在SPOC混合式教學模式下，突出自主学习与加强互动交流，将线上观察演示与线下动手操作相结合，学生既是学生又是教师，使得实验教学不再被传统教学局限，学生对新知识的掌握程度就会更加牢固，提高了学生的主动探讨能力、团队精神。在考核评价上，实现强化教学控制与创新考核评价相结合，更好地达到“两性一度”标准层面的教学目标。

（二）教学效果分析

通过问卷调查和访谈形式，开展学生对传统全程线下教学、SPOC线上教学、SPOC线上线下混合式教学三种教学模式的在线自主学习的效率、能力提高、问题解决方式等方面教学效果的评价。62.9%的学生非常认同SPOC混合式教学模式；29.4%的学生赞同线下传统教学，这是因为SPOC运行初期系统不稳定，导致部分学生线上提交报告和测试时出现问题，影响了学生对线上部分认可度；约75%的学生认为线上自主学习效率高，80%以上的学生认为该教学模式提高了自主学习能力、理解能力和学习兴趣，大部分学生能够接受这种实验，并表现出浓厚的兴趣。

结语

基于SPOC混合式线上线下实验课程教学模式以“两性一度”标准为指导，通过创新教学模式与优化教学内容相结合，线上观察演示与线下动手操作相结合，真正实现从“学”到“做”的转变。在考核评价上，实现了强化教学控制与创新考核评价相结合，在知识广度、层次性及创新性上，本实验课程与教学效果均有较大提高。