基于五位一体的科研反哺教学模式探究

王小芳 邹倩颖

(1. 吉利学院 智能科学学院, 成都 641423)

(2. 电子科技大学成都学院 大数据智能实验室, 成都 611731)

随着科技的发展,国家科技兴国、科技强国的建设目标,教育部对高校学生发展提出新要求,但当前应用型高校的学生面临要求高、自主能力弱、主观能动性差、实践与创新能力弱、缺乏解决复杂问题能力和团队协作能力等问题,如何提升高校毕业生综合能力成为高等教育研究重点。其中,教育部提出“金课”建设要求,要求提升教学质量,淘汰水课[1-2];新工科“复旦共识”[3]提出新工科建设要强化研究与实践;“天大行动”[4]提出问内外资源创条件,打造工程教育开发融合新生态以及问学生志趣变方法,创新工程教育方式与手段等重要的建设思路。科研和教改为高校发展与改革之双翼,然而应用型大学面临师资不均衡、能力层次参差不齐等问题,致使科研与教学出现失衡状态,往往科研型教师不做教学,教学型教师难做科研,此失衡之状态严重阻碍应用型高校发展。

针对以上问题,研究构建五位一体的科研反哺教学模式。其中,五位一体指引入一系列项目,创设一系列情景,构建一套谱系化知识体系,利用一个工具,产出一些科研成果。研究中通过引入科研项目创设情景,对课堂进行再设计实现传统课程教学改革,辅以大学教育理念、互动式教学评价机制、互动式教学手段实现互动式课堂,最终在人工智能专业“计算思维”“Python程序设计”和“工程项目”三门学科基础课程进行实践。

1 应用型大学教学存在问题

1.1 校企双向难平衡

就教学而言,大学教育出现“水课”、教学质量层次不齐,致使课程结束后,师生间难有收获[5-6]。于学生而言,就业目标企业定向高,四年学习的专业技术能力难以满足企业招聘需求,举步维艰。对企业而言,学生眼光过高,能力逐年降低,企业实际需求和学生职业能力不匹配,备尝艰苦。

1.2 科研与教学失衡

今时,众高校存在教学与科研严重失衡[7],甚而两者对立的现状,常常科研团队专注科研,教学团队只专注教学,这般现实问题一定程度上如同“跷跷板”般失衡[8],导致教学与科研难以共生共融。

1.3 学生能动性差

使用传统的“以教室为中心,以教师为中心,以教材为中心[9-10]”的显性课本知识的传授,这类照本宣科方式既枯燥又难以让学生在脑海中构建知识体系,无法引起学生的学习乐趣,激发学生的学习专注度,使得教师与学生常常处于两个世界,甚至于教师讲什么、教师提了什么问题皆不知所云。

1.4 应用型大学发展与转型难

应用型本科院校是相对于研究型高校的一种高校类型,应面向地方,培养素质高、基础厚、能力强的应用型人才[11]。但应用型高校师资力量薄弱,教师能力参差不齐,过多注重显性知识教学,不注重隐性知识传教,高校教师出现“重教学、轻科研”现象,导致师生能力得不到有效提升,同时对于民办高校发展和转型逐渐造成困难。

2 改革模式研究与实施

高质量课堂除了完成课程目标和内容外,更需要考虑学生获得、教学设计、结果测评、师生评价及培养融合技能与解决复杂问题为一体的思维模式[12]。而学习是群体互动实践且长期而持续的过程,该过程由多种因素促导,这些因素将直接影响学习的效果和结果。研究将学习过程进行泛在化构建,表现为:若学习为师生“教与学”过程集合,则该集合为学生与教师的双向教学过程构建的获得值。其教学收获表达公式如式1所示。

(1)

其中,xi表示学习过程中的引导因素,x∈(教师上课能力,学生学习效率,教学效果,教学环境,学生兴趣,结果评判,…),是直接影响学生学习的因素;ki表示第i个引导因素的影响系数,其值小于等于1;f(x)表示教学过程中学生与教师的收获,β代表学习过程中学生与教师的收获值,有且仅有xi无穷大,教学过程中,学生和教师的收获值β→1,即教师想输出的,无限趋近学生所获得的,实现教学过程完整交替。

研究对电子科技大学成都学院本科专业学生进行问卷调查,得出影响学生学习主要因素为课堂参与度、上课方式、授课水平、教学环境及考核方式。研究依托学习泛在化效果构建本教学模式,从科研反哺和情景共建入手,以课程教学理念、课堂再设计、课程评价机制、教学目标和课堂完成目标分析,体系架构如图1所示。

图1 科研反哺教学体系架构

2.1 课堂教学理念

为使学生在数字经济时代,尽可能达到深度学习,就需要分析如何让学生能更好地学习。认知科学研究人在认识过程中信息是如何传递的[13],研究基于教学的认知科学体系,将教育学、教法学、大学教学、脑科学和心理学理念融入教学过程,以使师生在教学过程更好地获取知识和传递知识,进而设计基于课堂教学认知科学理念的课堂内容。通过团队探讨实现认知碰撞,达到学生深度学习,进而实现团队协作、知识迁移和创新。

2.2 课堂再设计

好的课程,是设计出来的,课程设计需侧重以学生为中心。课堂再设计是对每堂课程的具体设计,分为课堂空间设计和课程教学设计,课堂空间设计是为更好地实现自主探究和分享,以保证学生深度学习而构建的;课堂教学设计是为保证学生高效、高质学习并学有所获而进行的。

1) 课堂空间设计

为更好地进行师生-生生教学互动,课堂空间设计将传统插秧式教学空间(如图2所示)改革为互动教学空间(如图3所示),采用互动式教学模式进行课堂教学,实现互动式智慧课堂[14]。

图2 插秧式教学空间

图3 互动式教学空间

2)课程教学设计

认知科学强调将学生长期置于学习区,其学习过程才能快乐、有效和持续。而发展心理学提出一个成年人普遍的专注度为20 min,因而对于一堂90 min的课程,课堂教学设计既需要考虑学生掌握的知识点深度,也需要考虑学生的学习状态。对于课程教学设计结合线上线下混合制教学模式,融入场景、课题讨论、学生思考、竞争机制多种形式进行设计。课堂教学设计过程中,延长课程教学时间战线,将课程分为课前、课中、课后三阶段。课前发放显性知识的学习链接和资料,如B站视频学习资料、教师撰写资料、知乎、官方性文档资料等,完成基础知识前置的学习;课中结合线上教学软件(雨课堂)并以项目为引入构建知识体系,课中主要检验课前理论知识,讨论开放性课题;课后进行知识升华与创新实践,并将优秀项目进行科研成果孵化。整个课程再设计实现学生将隐性知识转化为显性知识,再将显性知识孵化成隐性知识的可复用生态循环过程。

创新实践主要进行创新项目孵化,采用项目管理对项目实施过程进行监管。根据前期学生构建的知识体系,向学生发布基于应用场景课题(如正在实施的科研项目、竞赛项目及挑战赛项目),学生通过各自兴趣进行团队组建和项目选题,每个团体成员不超过4人,成员利用课程实践时间和课后时间对项目进行孵化。教师在学生项目实施过程中建立监管体系,与学生签订任务协议书,内容包括任务完成的预期成果、学生成员间分工情况。教师每周对学生进行1次项目交流,项目实施过程中组织2次过程性考核答辩(主要在实验课程时间)。学生实施过程中构建项目进度表和项目计划表,项目监督组根据项目进度表和项目计划表对每组进行过程监督,学期末组织作品展示和评估,用于考核和推优孵化。教师通过评估选出具有潜在价值的优秀作品进一步孵化,产出科研成果和竞赛成果。

2.3 课程考评机制

新时代应用型学生,大部分关注能否及格而非知识获取多少,知识获取不足,考试作弊情况屡禁不止。研究对考核机制进行改革,由结果性考核转变为过程性考核,降低期末占比,以摒除学生学习惰性。考核机制包括考核模式、考核方式和考核分制构成,具体构成如表1所示。

表1 课程考评机制构建

由表1可知,过程性考核占总成绩35%,由课堂表现和测验情况构成,其中课堂表现中出现三次旷课则取消考试资格(来源于学院发布的学生手册),团队项目参与不积极者,可由团队投票取消在小组中的成绩;评价性考核占总成绩5%,用于对课堂互动表现突出和积极的学生,参考社会主义公有制中的“按劳分配、多劳多得”思想。进而可更多激发学生参与热情;成果性考核占总成绩的30%,用于监督学生更好地进行实践操作,改变工科生重理论、轻实践、难上手和难创新的现状,并对于项目完成情况好,有成果转化的团队采取额外加分,但加分不高于总分比的10%;结果性考核占总成绩的30%,其中,结果性考核为期末考试,分值占比低,降低结果性考核比例既可有效防止应用型高校学生期末作弊情况发生,也可增强学生的课堂参与度,同时还能避免平时不学习,临时抱佛脚的学生比例,极大程度避免不良学习风气(平时出勤+小组成绩+期末成绩=55分<60分,能有效带动学生参与学习和实践,避免浑水摸鱼的情况发生);此外,结果性考核采用一项否决制,即期末作弊及期末未参加考试者,前期全部作废。

2.4 教学手段

采用全体学生参与的竞争式教学手段。以学生为中心,以学生发展为中心,以学生学习效果为中心,充分发挥学生主观能动性,让全体学生参与教学活动。在活动中通过激发学生好奇心、好胜心,从而激发学生求知欲、课堂参与度、创新思考能力,让学生在学中玩、玩中乐、乐中创造。

2.5 课堂完成目标分析

教学过程的本质是双向的。因而教学过程不单单关注学生,还需对师生教学收获进行双向评估,研究课程采用基于师生共生体的III级能力进行评估。在课程实施后,完成目标将达成以产出为导向的III+X能力目标,包含学生和教师III级能力和X项产出,产出可以是任意的成果,包含科研成果(论文、专利、项目课题)和竞赛等等。通过III级能力评判表对整个课程实施过程中师生教学过程进行评价,体现为双向产出和效果评价,若达到I级,则基本合格,证明课堂实施基本有价值;满足II级,即为良好,证明课堂实施有价值;满足III级,即为优秀,证明课堂实施非常有价值。师生共生体3级能力如表2所示。

表2 师生共生体3级能力

其中,学生至少达到I级能力,教师至少达到II级能力,若未达到基础要求,则整个教学过程和教学团队未达到基本要求,教学不达标。

3 教学与成果分析

3.1 引入项目

课程教学引入项目团队已结题的市厅级项目2项,横向非保密项目2项,获奖挑战杯、互联网、蓝桥杯团队项目作品7项,对项目进行细化拆分至人工智能专业课程中,使课程知识点情景化、实例化,并利用此研究模式构建融合课程群以2020级学生的“计算思维”“Python程序设计”和“工程项目”三门学科基础课程为实施案例进行设计与教学。

3.2 学生成果

通过一学年2个教学班的教学,全体学生皆完成选题的项目报告。利用研究模式对课程进行过程监管和成果考评,教学团队对优化项目进行深度孵化,产出科研成果,成果使用ECharts进行可视化展示,结果如图4所示。

图4 学生2020年成果

由上图可知,学生通过授课,产出专利、高级别竞赛、论文,并在课余参与项目研发,较好地提升了实践动手能力和思维能力,此教学模式对学生成长和学生学习效果有积极影响。

3.3 教师成果

教师团队以研究模式对2020级学生进行授课,授课教师产出一定科研成果和竞赛成果,成果使用ECharts进行可视化展示,结果如图5所示。

图5 教师2020年成果

由上表可知,授课教师通过课堂,在2020年教学授课中有较大成长和收获。具体为:在教学能力和教学质量上有较大改进,学生在课堂中的参与度和专注度有明显增强,授课教师团队在发表论文、申请项目等科研能力上有一定提升,此教学模式有利于教师能力培养。

4 结语

研究分析了五位一体的科研反哺教学模式改革传统课堂、教学模式、课程空间、及考核机制,课程中引入已有项目,采用以成果为导向的情境知识共建教学方法,实现了以学生为中心,以学生学习效果为中心,以学生发展为中心的教学设计,培养学生实践思维能力,辅以技能培养,产出科研成果,最终构建教学-科研共生体,师师-师生-生生学习共同体,促进师生与学院长期进步。研究通过人工智能专业学科基础课“计算思维”“Python程序设计”和“工程项目”构建课程群进行了实施验证,经2020年教学实施验证,学生较传统课堂而言在科研上有一定收获;教师较传统教学而言,科研和教学经验皆有所收获;此教学模式较传统课堂而言,课堂质量有较好提升,对应用型本科院校教学具有一定的积极意义,对学生后期发展和进入社会解决复杂问题有极大的现实意义,具有一定推广意义。研究除应用于工学的学科基础课外,还可应用于工科专业课和实践课,文理科专业课。此教学模式仅进行1年教学实践,虽一年验证的成果无法达到60%以上学生团队产出科研成果,但任何一项改革皆非一蹴而就,需要长期实践且持续优化。