工科选修课程中现代化教学手段的应用研究

郑秀娟 于舒扬 刘凯

摘 要 在新工科建设背景下，以随机过程理论课程为例，针对工科选修课程中现代化教学手段进行系统分析。着重分析随机过程理论课程教学过程中课程设置的合理性问题、教学手段的益处和弊端、学习过程存在的一些问题，同时结合学生的学习困惑和建议，深入探讨此课程教学过程中采用新式教学方法的优势与不足，并针对学生提出的问题和改进措施进行总结，提高学生对选修课程的重视度和掌握程度。

关键词 随机过程理论 教学方式 小组分工

中图分类号：G424                                 文献标识码：A  DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.05.041

Abstract In the context of the construction of new engineering subjects， taking the stochastic process theory course as an example， a systematic analysis of modern teaching methods in engineering elective courses is conducted. It focuses on the analysis of the rationality of the course setting， the benefits and disadvantages of teaching methods， and some problems in the learning process during the course of the stochastic process theory course. At the same time， it combines the students' learning confusion and suggestions to explore the new teaching methods used in the course. The advantages and disadvantages of the program are summarized according to the problems raised by the students and the improvement measures， so as to improve the students' attention and mastery of the elective courses.

Keywords Stochastic process theory; teaching methods; group division

0 引言

新工科建设是主动应对新一轮科技革命与产业变革的戰略行动，是一项涉及面广、影响面宽、复杂的系统工程，对中国高等教育的改革和发展具有示范和引领作用。 [1]相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。[2]新工科建设具有内涵新且丰富、多学科交融、多主体参与、涉及面广等特点。新兴的工科人才不仅需要在某一学科上研究精深，还应具有“学科交叉融合”的特征;不仅能运用所掌握的知识去解决现有的问题，还应有能力学习新知识、新技术，以应对未来发展出现的新难题，对未来技术和产业发展起到引领作用。

一直以来，传统的教学模式是以教师为中心、书本为中心和课堂为中心。但这种方式存在着许多缺陷，如其中关键的、作为认知主体的学生，在整个教学过程中都始终处于被动接受知识的地位，学生学习的主动性被忽视甚至被压制。随着以“学生为中心”的教学理念的深入，制订以培养全体学生主动性为主要目标的教学目的成为关键。因此，在新工科建设的背景下，改变传统教学模式，教学过程要从“以教师为中心”向“以学生为中心”转变，打造适应新的高效课堂模式，让学生更好地融入课堂。辩证地认识师生在教育教学过程中各自的地位和作用，使得“教师主导、学生主体”的辩证统一成为关键。

随机过程理论课程在新工科建设中处于重要地位，由于课程本身涉及理论多，内容多而且抽象，数学公式推导过程繁琐，传统的填鸭式教学手段容易使学生产生厌学情绪和认知疲劳，不能有效地掌握知识。为解决上述问题，采用新的教学模式，在以教师课堂授课基础上，引入课后完成英文教材作业的主动学习环节，同时引入实时课堂在线互动，并根据分组表现情况进行组间打分，实现新型的全方位互动式教学模式。

1 现代化教学手段分析

根据新工科建设要求，针对传统教学中所面临的问题，在随机过程理论课程教学中增加新型教学手段，包括：（1）互动式课堂教学;（2）算法复现;（3）课后完成英文教材习题;（4）小组讨论与汇报演示。

1.1 互动式课堂教学

在学习的过程中，学生会遇到很多问题，教师讲解是解决学生无法独立掌握知识点时的关键步骤。浅显易懂的课堂讲解能让学生理解问题的关键所在，同时通过教师的讲解更加深刻地掌握知识点，学习解决问题的方法。教师的讲解很大程度上能够给予学生在学习方向和方法上的正确引导，很多学生课前预习理解不了的复杂内容，可以通过课堂讲解得到解答。随机过程理论课程涵盖的理论范围广泛，出于对理论学习与理解的需要，课堂教学仍然占据了70% 以上的教学任务，因此良好的课堂互动可以改善教师讲解的效果。在本次教学改革中引入“雨课堂”手机应用，[3]全面提升了课堂教学体验，让师生互动更多、教学更为便捷，在课堂教学和课外自主学习间建立了桥梁。其中“雨课堂”特有的发送实时弹幕的功能能够让教师在教学过程中及时发现学生对理论知识的疑难问题，使得课堂互动永不下线，为课堂教学注入了师生互动的新鲜血液。通过“雨课堂”还可以实现学生上课签到，教师幻灯片同步展示，课堂教学打分，课后自动生成课堂报告等功能，为课堂考核记录提供了便利。

1.2 算法复现

算法复现是课程教学中与课堂知识讲解同等重要的教学手段，一方面可以加深对理论知识的理解，另一方面可以锻炼学生动手能力。算法是随机过程理论课程的核心之一，经典算法的复现应是基于对算法的学习掌握良好的前提下完成的，是基于掌握理论内容后学习算法的结果。在随机过程理论课堂知识点讲解过程中，先通过复现课本中的经典算法，如马尔科夫链、蒙特卡罗算法等，熟悉数学公式到代码的转换过程。之后，对研究领域内的经典算法进行复现，并对一些实际的问题如维纳滤波、处理白噪声进行模拟实验。[4]这种方式可以促进学生科研能力的综合提高，因为其中包含对数学计算能力、语言理解能力、模型设计能力、函数解析能力、代码编程能力、问题修正能力等的综合考验。因而算法复现是提升工科研究生创新能力最有效的教学方式之一。

1.3 课后完成英文教材习题

随着科学技术的快速发展，随机过程理论领域的研究日新月异，了解外国教材不仅有利于学生开阔眼界和深入理解课程知识，同时，可以帮助学生了解此领域最新的研究成果，并且完成课后习题锻炼学生的外语运用能力。随机过程理论课程教师选取2013年由麻省理工学院的罗伯特·盖拉格教授编写，剑桥大学出版社出版的《随机过程：应用理论》作为课外学习教材，并将其中的章节习题作为课后作业。通过自主学习外文教材，能够更全面地发现自己学习过程中的不足，并通过小组内部讨论得以解决。知识的传承不仅仅要通过教师单方面地授予，更要通过学生自主消化吸收和理解运用。自主阅读外文教材并完成习题有助于调动个人的能动性，是教师授课环节以外又一种高效的学习手段。通过自主学习英文教材，能更好地将教师授课内容为自己所用，更深层次理解并将知识融会贯通，能够有效地开阔视野，提升学生的创新能力与英语运用能力。这种自主学习的教学方式不只是随机过程理论课程不可或缺的一部分，更是工科理论课程教学中的重要环节。

1.4 小组讨论与汇报演示

小组讨论的模式不仅可以锻炼团队协作能力，而且可以在合作過程中发现并发挥个体特长。此外，对于工科学生而言，进行公开场合的成果汇报能力也很重要，尤其是针对新工科人才培养，更需要其全面的综合素质的提高。随机过程理论课程教学创新中，小组讨论以3-5人为一组，需要完成相关文献检索、阅读、算法复现、幻灯片演示与演讲等内容，在此过程中每个学生所做的工作都得到充分的展示，这种教学能够极大地锻炼个人综合能力。

幻灯片汇报演示是小组讨论与汇报演示的核心工作之一。在公开场合对学习成果进行汇报展示，可以为学生提供增强表达能力的机会，同时要求学生注意演讲礼仪与提升临场应变的能力，也将为后续的学习和工作奠定基础。因此在制定教学计划时采用此教学手段，锻炼学生分工协作能力，考验学生汇报演示能力，考查算法实现和编程技能等多方面综合性实力，这是随机过程理论课程以及其他新工科课程教学中的必要教学方式。

综上所述，随机过程理论课程改革是一次成功的教学体验，也是新工科建设背景下，工科理论课程应用新式教学手段的典型案例。

2 考核方式分析

设置教学成绩考核的目的是调动学生学习的积极性和课堂的参与性，[5]采用课堂内外相结合的教学模式，可以帮助学生养成良好的自学习惯和群体讨论思考的习惯。在随机过程理论教学中成绩考核由平时成绩和期末考试两方面组成。

平时成绩由上台汇报展示和完成外文教材习题组成，其中上台汇报展示又由教师评分、同学互评及组内贡献3部分组成，教师评分部分主要依据所提交的报告内容、书写排版、条理性、代码实现、算法设计及创新性等方面。学习报告中需要标明各位同学的分工内容及组内贡献度，教师依照组内贡献度给出各组中每位同学的得分。同学互评部分要求其他同学对文献阅读、汇报演示等工作做出公正客观的评价。首先各组随机指定学生对给定讨论主题进行幻灯片展示汇报，汇报时间限定在15 分钟内（其中讲述时间不能超过10 分钟，留有提问时间），汇报结束后，教师和同学进行提问，并指定组内同学做答。其他各组同学使用“雨课堂”应用对汇报进行评分。同学互评的具体评分依据包含讲述的逻辑性、关键问题的阐述能力、回答问题情况、汇报演示技巧、汇报人演讲礼仪。

3 效果分析与改进

3.1 教学效果分析

随机过程理论课程采用课上课后相结合的交互式教学方式。在课上，教师引导学生学习基础知识;在课后，学生以小组形式阅读文献、撰写学习报告、进行组内讨论和实践。经调查发现，新型教学方式与传统教学方式相比较，存在明显的优点，但同时也存在一些不足。

其中，新式教学方法优点主要有：（1）提高了学生的英语应用能力，为以后进行英文论文的写作打下基础，这也符合工科研究生教学向世界前沿研究方向靠拢的思路;（2）提高了学生的英文阅读能力，增强了英文教材阅读技巧且扩展了英文阅读量，这对后续学生将会进行大量的文献阅读有所帮助，也为学生的学术科研能力的培养奠定了一定的基础;（3）为学生创造公众场合进行汇报演示的机会，这是传统课堂所或缺的教学方式，这种教学手段对学生口才锻炼和台风建设会有很大的帮助，能为学生以后的发展打下良好的基础;（4）通过分组讨论的方式，使学生更加理解分工合作的重要性，让学生们理解研究团队的意义，只有主动思考，互相沟通才能高效完成任务。

缺点部分也很明显，主要包括：（1）给定讨论的主题一致，但学生的专业却不同，一共来自三个学院的学生选择这门课程，就会出现不同学院的学生在完成算法复现任务时难易程度不一致的情况，可能有些学院的学生本身研究的项目就和课程相关，但同时其他学院的学生第一次接触这些理论，从而使得第一次接触的同学承担的学习任务较重，造成难以不均的现象;（2）所给定的英文教材具有一定难度，学生学习起来有一定困难，但是课上教学部分很少涉及英文的讲解。因此在学习英文教材时，较难部分的内容容易被省略，从而并未充分学习到教材的核心知识点，导致对英文教材中的部分重点内容被忽略。

从上述的分析，有部分学生对教学方法的改变完成度不高，还不能完全适应新型教学模式。但我们相信随着教学模式改革的深入，将给同学带去更多的锻炼机会，帮助同学逐渐适应新型的自主学习和互动学习模式，在新工科教学背景下获得更多的技能，为祖国的发展做出更多的贡献。

3.2 改进意见

通过对随机过程理论课程教学中使用教学手段分析，并与学生评价进行综合，针对课程存在的不足，提出以下3点改进意见：（1）教师在布置英文教材习题任务时，应该在课上提前讲解一部分英文教材中的内容，让学生对各章的关键知识有大概的理解，并且识记关键的公式;（2）各小组以专业相近为原则分组，而且给予学生一定的自由度，可以让学生选择特定方向为基础展开探究，但核心知识仍然是随机过程理论课程中的内容，这样可以避免同一讨论课题对不同专业学生完成难度不一的问题，学习效果也会更加理想;（3）讨论过程中全部采用幻灯片展示，容易让老师和学生產生视觉疲劳，可以利用板书进行部分算法的介绍和推导，更有利于其他同学的理解和增强课堂互动效果。

4 结语

一门优秀的课程应该能够充分发挥学生的最大潜能，调动学生的学习积极性。在随机过程理论课程教学中，以新工科教学改革为目标，对传统的教学模式进行改进，采用了互动式教学与自主学习相结合的新教学模式，在教师的指导下学生完成了随机过程理论各章的学习，并通过分组讨论和完成英文教材习题的形式完成了课后拓展学习任务。这种新型教学手段充分地调动了学生的学习积极性，使学生在熟练掌握基础知识的同时，在科技飞速发展的当今社会也开阔了眼界，及早的接触到前沿研究;同时也提升了运用英语的能力和汇报演讲的口才。此外，通过小组研讨学习，也考察了和锻炼了团队的协同合作能力。因此，采用新型教学模式，以教师课堂授课为主，学生分组形式课后协同合作和实践自学为辅，[6]实时进行课堂在线互动的这种教学模式值得推广。

参考文献

[1] 林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017（2）：26-35.

[2] 樊智.在未知领域不断攻克难题[J].现代班组，2017（5）：44-45.

[3] 姚洁，王伟力.微信雨课堂混合学习模式应用于高校教学的实证研究[J].高教探索，2017（9）：50-54.

[4] 熊丹，吴传菊.工科研究生随机过程课程教学改革研究[J].高师理科学刊，2002.35（1）：67-70.

[5] 蓝茵茵，秦卫星.高校多向互动大班教学的成绩考核机制探究[J].西部素质教育，2016.2（12）：41-42.

[6] 薛冬梅.《随机过程》教学改革研究与实践初探[J].吉林化工学院学报，2010.27（6）：54-55.