新农科背景下大学数学类课程混合式教学实践困境与策略优化——以概率论与数理统计课程为例

陈晓坤,成协设

(1.华中农业大学 信息学院,湖北 武汉 430070;2.华中农业大学 本科生院,湖北 武汉 430070)

0 引言

新农科建设“三部曲”安吉共识、北大仓行动和北京指南提出了发展新农科和深化高等农林教育改革的新举措,要改革课程、改变农林高校教与学的行为、改变农林高校人才培养范式[1]。在人工智能时代,随着MOOC、移动端、雨课堂、智慧教室等在教育领域的深度融入,教学资源、工具和设备等都更加网络化和智能化。高等农林教育的内在要求和外在环境都发生了变化,融合了线上和线下的混合式教学成为“新常态”。

大学数学类课程主要是微积分、线性代数和概率论与数理统计。其中概率论与数理统计以前两门课程为先修课程,选课人数众多,涉及全校约20多个专业学生选课,还是生物学等国家“双一流”建设学科的本科生必修课程。课程选用教材是国家级规划教材,该课程的公式密集复杂,理论抽象困难,专业应用紧密。针对如何调动学生学习兴趣,实现“乐于学习”;如何激发学生学习潜能,开展“深度学习”;如何联结学生专业,达到“学以致用”的问题,概率论与数理统计课程开展了线上线下混合式教学改革创新[2]。本文所指的混合式教学是“以学生为中心”,以SPOC课程作为学生线上学习资源,采取师生线下见面课的形式,同时深入使用移动端、雨课堂和智慧教室等信息技术的线上线下混合式教学模式。

1 概率统计混合式教学历程与意义

概率论与数理统计混合式教学经历了三个阶段的探索实践。第一阶段,2018年至2019年为线上课程建设期。教学团队从优质传统课程起步,先后在中国大学MOOC平台上线概率论和数理统计2门MOOC,合计开课19个学期,选课人数6万余人。第二阶段,2019年至2021年为混合式课程建设期。2019年秋季学期首次开设了基于SPOC的概率论与数理统计混合式课程,迄今为止团队教师在中国大学MOOC开设同步、异步的概率论SPOC和数理统计SPOC课程约40多个。2020年秋季学期在智慧教室开设混合式课程。第三阶段,2021年至今为混合式教学深入探索期。这一阶段课程开设数量出现了由增长到减少的情况,混合式教学在探索实践过程中既取得一定进步,也遇到了一些新的困境问题。经过三个阶段的持续探索,课程教学团队获评省级线上一流课程1门,出版数字课程1部,主讲教师及其团队获得了全国高校教师教学创新大赛三等奖等多个大赛的荣誉和奖项。尽管在实践中遇到新的问题,继续坚持开展混合式教学改革创新仍有非常重要的意义。

首先,混合式教学线上线下双线开展有其独特优势。混合式教学充分地利用了线上渠道开展教学,将SPOC资源深度融入到课程学习中,线上和线下双线融合拓展了教学的空间。学生在SPOC课程里观看学习视频、回答讨论题和开展习题测试,视频可以回看有助于加深理解,讨论题有助于深入思考,习题测试有助于及时检验反馈。在课中,教师借助雨课堂和移动端及时获得线上数据反馈,可以全面精准地了解学情。课后,教师可以通过线上线下两个渠道帮助学生巩固复习知识,例如通过直播答疑开展线上学习辅导,丰富了教学的形式。

其次,混合式教学有利于“两性一度”标准的课程建设。概率统计课程实际应用广泛,很多理论方法在后续专业学习和科学研究中经常用到。但是由于课堂时间的限制,教师拓展延伸的空间有限。混合式教学由于学生已经自主学习了SPOC课程并且完成了课前学习任务,学生带着问题进入课堂,学习起点并不是零基础。因此教师可以针对重难点开展深度学习,组织有一定“高阶性”和“创新性”的学习内容,拓展学习的边界,挖掘学生的学习潜能。在课中实行翻转课堂教学,提升了学生的课堂参与,有利于培养其独立思考和主动探索精神。在课后,教师引导学生在课堂学习的基础上进一步深入,鼓励学生联结专业应用和关注科技前沿,增加有“挑战度”的延伸学习,有利于培养学生的创新意识。

2 概率统计混合式教学实践困境

随着混合式教学的深入推进,出现了课前自主学习敷衍、课中研讨表面化、多元考核难评价等现象,折射出混合式教学在实践中面临新的困境问题。

困境一:课前自主学习有效性不足。课前自主学习任务通常包括两个部分,一部分是SPOC课程,另一部分是思考题。教师线上发布学习任务,学生先个人自主完成,然后以小组构成学习共同体,一起讨论任务中的难点或分歧点,目的在于激发学习的兴趣,提高课中学习的起点。首先,如果课前个人自主学习没有认真完成,在参加小组讨论时,不仅不能有效参与,而且会造成小组讨论耗时低效。其次,在课中需要学生带着问题且有一定基础开展翻转学习,如果课前学习不到位,易造成课中学习跟不上、学习体验感不好。造成这种现象的原因是多方面的,其中很大一部分在于课前学习任务的设置。如果思考题设置不清晰,引导性和思辨性不够,不仅不能够充分激发学习兴趣,反而加重学生学习负担,达不到“乐于学习”的目的。

困境二:课中学习表现差异与深度学习匹配性不够。深度学习具有理解与批判、联系与构建、迁移与应用等特点,基于问题的学习和任务驱动式学习等可以促进深度学习[3]。教师在有限的课堂时间内给出问题和任务,引导学生开展汇报研讨等学习活动,以实现深度学习。然而实践中,学生学习表现差异明显。例如,有的小组汇报有独立的思考,能够挖掘知识点间的关联,能有效地点燃课堂气氛、引起共鸣和思辨;有的小组汇报浅层化机械化,孤立地谈论问题,不仅会降低课堂活跃度,反而还分散课堂注意力。在研讨环节,有的学生讨论热烈、思想活跃;有的学生沉闷被动、互动不足。此外,浅层化的汇报研讨还易造成课堂节奏拖沓,导致在有限的课堂时间里不能完成教学任务。

困境三:课后多元评价较分散。混合式教学采用多元考核评价方式,包括过程性考核和终结性考核,目的在于强调全过程、多阶段、全方位考核学生的学习情况,考核对所学知识是否掌握和加以应用。终结性考核是通常的期末笔试,过程性考核分为SPOC课程成绩和平时成绩两大模块,其中平时成绩包括课前自主学习完成、课中汇报讨论、课后作业评价以及随堂测试等子模块。然而,一方面考核模块较多,另一方面有些模块的量化,如课前学习任务的完成和课中的表现来自于整个学习过程,持续时间长、次数多,量化起来较分散繁琐。并且如果教师不能及时给予评价反馈,会降低学生的学习动力和学习效果。

3 概率统计混合式教学思路与策略优化

基于此,针对实践中面临的困境,从创新思路和策略上对概率论与数理统计混合式教学进行了优化。在横向上,由实践中面临的三个困境问题出发,提出解决的策略,强调了策略的重点,明确了策略的内容,进而通过实施的路径,给出了教师和学生两方的具体实施举措。在纵向上,分课前、课中及课后三个环节,明确问题、细化策略,强调了课前自主学习和课中深度学习的有效衔接,强调了由课中到课后对学习成效和表现的有效评价(图1)。

图1 概率论与数理统计混合式教学思路与策略优化

3.1 重构课前学习任务

在重构以前,课前学习任务设置的通常是基础知识类思考题,相对浅层单一,并且由于课程难度大,此类问题难以有效地激发学生的学习兴趣,实现“乐于学习”。学习兴趣通常包括了学习者个人兴趣和情境兴趣,其中情境兴趣具有可塑性,影响学生的参与和学习,受教育者支持任务和使用材料的影响[4]。基于此,从三个方面重构课前学习任务,以激发学生的学习情境兴趣。第一,设置案例类思考题,联系实际应用。例如,“贝叶斯公式”的课前学习任务中,首先推送公式出处论文中有关台球实验的节选文献,通过追溯本源激发学生探究的兴趣,然后给出搜寻飞机的案例资料,引导学生进一步思考公式的应用和局限。第二,设置开放式学习任务,联结专业应用。例如,“样本数字特征”的课前学习任务中,要求搜寻与专业相关的样本数据,计算其数字特征并加以分析。学生联结专业进行了开放式个性化的学习,如茶学学生分析了人群饮茶偏好及对茶叶品类认知的数据问题。第三,加强学习任务的明确性和引导性。首先给予明晰的学习任务,然后对于难度较大的思考题目,给予提示和学习建议。例如,“数学期望与方差”的课前学习任务中,给出具体的SPOC章节学习任务和思考题目,而其中关于森林稳定性评价的问题,提出三个不同层次的学习提示,引导学生逐步深入思考。

3.2 深化课堂教学设计

深度学习是一种主动的学习方式,需要共同体的支持,通过成员间的对话和互动,加深对知识的理解[5]。师生间及时有效的交互行为,是保障教学效果的重要前提[6]。以“融合互馈”为原则,深化课堂教学设计,力图化解学生表现差异与深度学习不够匹配带来的不利影响,确保课堂教学质量和学习效果。第一,BOPPPS教学模块和雨课堂、智慧教室等信息化技术手段深度融合。以BOPPPS六个模块为整个课堂教学设计的总框架,教师通过案例或问题导入,明确具体的学习目标,通过雨课堂发送测试题,利用智慧教室设计深度参与式学习活动,开展小组汇报研讨,进行后测与小结。例如,对生命科学专业的学生,以BOPPPS模块设计智慧教室环境下“单因素方差分析”的课堂教学。首先,以有关大豆根瘤的科技前沿文献进行导入,提出本节的学习目标,然后通过雨课堂发送前测、课中测和后测试题,利用智慧教室的多屏功能,学生进行投屏汇报和展示,教师点评讲解并生成电子板书推送给学生,师生研讨文献并融入绿色农业的课程思政育人活动。第二,翻讲融合与多方互馈的教学方法。翻讲融合,“翻”是为了帮助学生打开学习“天花板”,“讲”是为了兜住底保证教学质量。学生以小组为单位翻转汇报,教师及时点评并对问题给予讲解反馈。多方互馈不仅包含生讲师评、师生研讨的师生交互反馈,还包含了学生个人间、小组间的生生互评反馈。例如,课中设计小组限时合作完成问题,组间互相给予对方评价;或者随堂测试,学生个人间相互评价反馈。以学生为中心,通过融合多种教学方法和信息化手段的整体设计,强化教师对翻转课堂教学质量和节奏的把控,通过教师、学生和学习小组共同体间的多方互馈,加强学生对知识的深入理解,以更好地完成学习目标。

3.3 整合多元评价模块

多元评价的难点在于过程性考核评价,而过程性考核评价的难点在于全过程学习情况的记录。借助雨课堂等平台的功能,整合记录全过程学习任务完成及表现情况。首先,课前学习任务在雨课堂资源库里以试卷的形式发布,要求学生完成以后在雨课堂提交,然后由教师批改给出分数,学生及时获得评价反馈。其次,量化和记录课中表现。一方面参考雨课堂的学习过程数据记录,包括了习题测试情况和考勤等;另一方面参考雨课堂给出的学生表现分数,每个学生都有以每次课为节点,清晰记录其全程课堂表现情况的时间轴。此外由于课程特点,传统的课后作业仍然以纸质作业本的形式批改,给出等级;SPOC课程成绩由中国大学MOOC平台导出。充分利用雨课堂的智能功能,将较难记录且分散的课前和课中学习情况整合记录下来,不仅有利于多元考核的评价,也有利于评价的客观性。

4 小结与思考

概率统计混合式教学创新实践,经历了从形式到内容,从表层到深层的创新历程,在实践中不断总结和改进优化。第一,混合式教学要真正落实以学生为中心。混合式教学很大的一个特点是,有课前学习任务以及课中实行翻转课堂,不同专业和基础的学生差异化表现明显。在课程初期、进行中要分多个阶段密切关注,及时调研了解学生的学习体验和感受,采取适合的方法和策略,切实有助于学生收获和成长。第二,混合式教学策略要有教育学的理论支撑。教学创新越是深入,越要不断思考和统筹设计。教师通过将教育学的理论融入到教学实践中,遵循教育的客观规律,可以更为有效地开展混合式教学创新。