新農科背景下大學數學類課程混合式教學實踐困境與策略優化
——以概率論與數理統計課程為例

陳曉坤,成協設

(1.華中農業大學 信息學院,湖北 武漢 430070;2.華中農業大學 本科生院,湖北 武漢 430070)

0 引言

新農科建設“三部曲”安吉共識、北大倉行動和北京指南提出了發展新農科和深化高等農林教育改革的新舉措,要改革課程、改變農林高校教與學的行為、改變農林高校人才培養范式[1]。在人工智能時代,隨著MOOC、移動端、雨課堂、智慧教室等在教育領域的深度融入,教學資源、工具和設備等都更加網絡化和智能化。高等農林教育的內在要求和外在環境都發生了變化,融合了線上和線下的混合式教學成為“新常態”。

大學數學類課程主要是微積分、線性代數和概率論與數理統計。其中概率論與數理統計以前兩門課程為先修課程,選課人數眾多,涉及全校約20多個專業學生選課,還是生物學等國家“雙一流”建設學科的本科生必修課程。課程選用教材是國家級規劃教材,該課程的公式密集復雜,理論抽象困難,專業應用緊密。針對如何調動學生學習興趣,實現“樂于學習”;如何激發學生學習潛能,開展“深度學習”;如何聯結學生專業,達到“學以致用”的問題,概率論與數理統計課程開展了線上線下混合式教學改革創新[2]。本文所指的混合式教學是“以學生為中心”,以SPOC課程作為學生線上學習資源,采取師生線下見面課的形式,同時深入使用移動端、雨課堂和智慧教室等信息技術的線上線下混合式教學模式。

1 概率統計混合式教學歷程與意義

概率論與數理統計混合式教學經歷了三個階段的探索實踐。第一階段,2018年至2019年為線上課程建設期。教學團隊從優質傳統課程起步,先后在中國大學MOOC平臺上線概率論和數理統計2門MOOC,合計開課19個學期,選課人數6萬余人。第二階段,2019年至2021年為混合式課程建設期。2019年秋季學期首次開設了基于SPOC的概率論與數理統計混合式課程,迄今為止團隊教師在中國大學MOOC開設同步、異步的概率論SPOC和數理統計SPOC課程約40多個。2020年秋季學期在智慧教室開設混合式課程。第三階段,2021年至今為混合式教學深入探索期。這一階段課程開設數量出現了由增長到減少的情況,混合式教學在探索實踐過程中既取得一定進步,也遇到了一些新的困境問題。經過三個階段的持續探索,課程教學團隊獲評省級線上一流課程1門,出版數字課程1部,主講教師及其團隊獲得了全國高校教師教學創新大賽三等獎等多個大賽的榮譽和獎項。盡管在實踐中遇到新的問題,繼續堅持開展混合式教學改革創新仍有非常重要的意義。

首先,混合式教學線上線下雙線開展有其獨特優勢?；旌鲜浇虒W充分地利用了線上渠道開展教學,將SPOC資源深度融入到課程學習中,線上和線下雙線融合拓展了教學的空間。學生在SPOC課程里觀看學習視頻、回答討論題和開展習題測試,視頻可以回看有助于加深理解,討論題有助于深入思考,習題測試有助于及時檢驗反饋。在課中,教師借助雨課堂和移動端及時獲得線上數據反饋,可以全面精準地了解學情。課后,教師可以通過線上線下兩個渠道幫助學生鞏固復習知識,例如通過直播答疑開展線上學習輔導,豐富了教學的形式。

其次,混合式教學有利于“兩性一度”標準的課程建設。概率統計課程實際應用廣泛,很多理論方法在后續專業學習和科學研究中經常用到。但是由于課堂時間的限制,教師拓展延伸的空間有限?；旌鲜浇虒W由于學生已經自主學習了SPOC課程并且完成了課前學習任務,學生帶著問題進入課堂,學習起點并不是零基礎。因此教師可以針對重難點開展深度學習,組織有一定“高階性”和“創新性”的學習內容,拓展學習的邊界,挖掘學生的學習潛能。在課中實行翻轉課堂教學,提升了學生的課堂參與,有利于培養其獨立思考和主動探索精神。在課后,教師引導學生在課堂學習的基礎上進一步深入,鼓勵學生聯結專業應用和關注科技前沿,增加有“挑戰度”的延伸學習,有利于培養學生的創新意識。

2 概率統計混合式教學實踐困境

隨著混合式教學的深入推進,出現了課前自主學習敷衍、課中研討表面化、多元考核難評價等現象,折射出混合式教學在實踐中面臨新的困境問題。

困境一:課前自主學習有效性不足。課前自主學習任務通常包括兩個部分,一部分是SPOC課程,另一部分是思考題。教師線上發布學習任務,學生先個人自主完成,然后以小組構成學習共同體,一起討論任務中的難點或分歧點,目的在于激發學習的興趣,提高課中學習的起點。首先,如果課前個人自主學習沒有認真完成,在參加小組討論時,不僅不能有效參與,而且會造成小組討論耗時低效。其次,在課中需要學生帶著問題且有一定基礎開展翻轉學習,如果課前學習不到位,易造成課中學習跟不上、學習體驗感不好。造成這種現象的原因是多方面的,其中很大一部分在于課前學習任務的設置。如果思考題設置不清晰,引導性和思辨性不夠,不僅不能夠充分激發學習興趣,反而加重學生學習負擔,達不到“樂于學習”的目的。

困境二:課中學習表現差異與深度學習匹配性不夠。深度學習具有理解與批判、聯系與構建、遷移與應用等特點,基于問題的學習和任務驅動式學習等可以促進深度學習[3]。教師在有限的課堂時間內給出問題和任務,引導學生開展匯報研討等學習活動,以實現深度學習。然而實踐中,學生學習表現差異明顯。例如,有的小組匯報有獨立的思考,能夠挖掘知識點間的關聯,能有效地點燃課堂氣氛、引起共鳴和思辨;有的小組匯報淺層化機械化,孤立地談論問題,不僅會降低課堂活躍度,反而還分散課堂注意力。在研討環節,有的學生討論熱烈、思想活躍;有的學生沉悶被動、互動不足。此外,淺層化的匯報研討還易造成課堂節奏拖沓,導致在有限的課堂時間里不能完成教學任務。

困境三:課后多元評價較分散?；旌鲜浇虒W采用多元考核評價方式,包括過程性考核和終結性考核,目的在于強調全過程、多階段、全方位考核學生的學習情況,考核對所學知識是否掌握和加以應用。終結性考核是通常的期末筆試,過程性考核分為SPOC課程成績和平時成績兩大模塊,其中平時成績包括課前自主學習完成、課中匯報討論、課后作業評價以及隨堂測試等子模塊。然而,一方面考核模塊較多,另一方面有些模塊的量化,如課前學習任務的完成和課中的表現來自于整個學習過程,持續時間長、次數多,量化起來較分散繁瑣。并且如果教師不能及時給予評價反饋,會降低學生的學習動力和學習效果。

3 概率統計混合式教學思路與策略優化

基于此,針對實踐中面臨的困境,從創新思路和策略上對概率論與數理統計混合式教學進行了優化。在橫向上,由實踐中面臨的三個困境問題出發,提出解決的策略,強調了策略的重點,明確了策略的內容,進而通過實施的路徑,給出了教師和學生兩方的具體實施舉措。在縱向上,分課前、課中及課后三個環節,明確問題、細化策略,強調了課前自主學習和課中深度學習的有效銜接,強調了由課中到課后對學習成效和表現的有效評價(圖1)。

圖1 概率論與數理統計混合式教學思路與策略優化

3.1 重構課前學習任務

在重構以前,課前學習任務設置的通常是基礎知識類思考題,相對淺層單一,并且由于課程難度大,此類問題難以有效地激發學生的學習興趣,實現“樂于學習”。學習興趣通常包括了學習者個人興趣和情境興趣,其中情境興趣具有可塑性,影響學生的參與和學習,受教育者支持任務和使用材料的影響[4]?；诖?從三個方面重構課前學習任務,以激發學生的學習情境興趣。第一,設置案例類思考題,聯系實際應用。例如,“貝葉斯公式”的課前學習任務中,首先推送公式出處論文中有關臺球實驗的節選文獻,通過追溯本源激發學生探究的興趣,然后給出搜尋飛機的案例資料,引導學生進一步思考公式的應用和局限。第二,設置開放式學習任務,聯結專業應用。例如,“樣本數字特征”的課前學習任務中,要求搜尋與專業相關的樣本數據,計算其數字特征并加以分析。學生聯結專業進行了開放式個性化的學習,如茶學學生分析了人群飲茶偏好及對茶葉品類認知的數據問題。第三,加強學習任務的明確性和引導性。首先給予明晰的學習任務,然后對于難度較大的思考題目,給予提示和學習建議。例如,“數學期望與方差”的課前學習任務中,給出具體的SPOC章節學習任務和思考題目,而其中關于森林穩定性評價的問題,提出三個不同層次的學習提示,引導學生逐步深入思考。

3.2 深化課堂教學設計

深度學習是一種主動的學習方式,需要共同體的支持,通過成員間的對話和互動,加深對知識的理解[5]。師生間及時有效的交互行為,是保障教學效果的重要前提[6]。以“融合互饋”為原則,深化課堂教學設計,力圖化解學生表現差異與深度學習不夠匹配帶來的不利影響,確保課堂教學質量和學習效果。第一,BOPPPS教學模塊和雨課堂、智慧教室等信息化技術手段深度融合。以BOPPPS六個模塊為整個課堂教學設計的總框架,教師通過案例或問題導入,明確具體的學習目標,通過雨課堂發送測試題,利用智慧教室設計深度參與式學習活動,開展小組匯報研討,進行后測與小結。例如,對生命科學專業的學生,以BOPPPS模塊設計智慧教室環境下“單因素方差分析”的課堂教學。首先,以有關大豆根瘤的科技前沿文獻進行導入,提出本節的學習目標,然后通過雨課堂發送前測、課中測和后測試題,利用智慧教室的多屏功能,學生進行投屏匯報和展示,教師點評講解并生成電子板書推送給學生,師生研討文獻并融入綠色農業的課程思政育人活動。第二,翻講融合與多方互饋的教學方法。翻講融合,“翻”是為了幫助學生打開學習“天花板”,“講”是為了兜住底保證教學質量。學生以小組為單位翻轉匯報,教師及時點評并對問題給予講解反饋。多方互饋不僅包含生講師評、師生研討的師生交互反饋,還包含了學生個人間、小組間的生生互評反饋。例如,課中設計小組限時合作完成問題,組間互相給予對方評價;或者隨堂測試,學生個人間相互評價反饋。以學生為中心,通過融合多種教學方法和信息化手段的整體設計,強化教師對翻轉課堂教學質量和節奏的把控,通過教師、學生和學習小組共同體間的多方互饋,加強學生對知識的深入理解,以更好地完成學習目標。

3.3 整合多元評價模塊

多元評價的難點在于過程性考核評價,而過程性考核評價的難點在于全過程學習情況的記錄。借助雨課堂等平臺的功能,整合記錄全過程學習任務完成及表現情況。首先,課前學習任務在雨課堂資源庫里以試卷的形式發布,要求學生完成以后在雨課堂提交,然后由教師批改給出分數,學生及時獲得評價反饋。其次,量化和記錄課中表現。一方面參考雨課堂的學習過程數據記錄,包括了習題測試情況和考勤等;另一方面參考雨課堂給出的學生表現分數,每個學生都有以每次課為節點,清晰記錄其全程課堂表現情況的時間軸。此外由于課程特點,傳統的課后作業仍然以紙質作業本的形式批改,給出等級;SPOC課程成績由中國大學MOOC平臺導出。充分利用雨課堂的智能功能,將較難記錄且分散的課前和課中學習情況整合記錄下來,不僅有利于多元考核的評價,也有利于評價的客觀性。

4 小結與思考

概率統計混合式教學創新實踐,經歷了從形式到內容,從表層到深層的創新歷程,在實踐中不斷總結和改進優化。第一,混合式教學要真正落實以學生為中心?；旌鲜浇虒W很大的一個特點是,有課前學習任務以及課中實行翻轉課堂,不同專業和基礎的學生差異化表現明顯。在課程初期、進行中要分多個階段密切關注,及時調研了解學生的學習體驗和感受,采取適合的方法和策略,切實有助于學生收獲和成長。第二,混合式教學策略要有教育學的理論支撐。教學創新越是深入,越要不斷思考和統籌設計。教師通過將教育學的理論融入到教學實踐中,遵循教育的客觀規律,可以更為有效地開展混合式教學創新。