数据驱动下的线上线下混合式一流课程建设探究

万家山，陈蕾，高超，吴锦华，周鸣争，连顺

(1.安徽信息工程学院 大数据与人工智能学院，安徽 芜湖 241000；2.科大讯飞股份有限公司，安徽 合肥 230088)

一、问题提出

随着我国高等教育逐步进入普及化阶段，学生数量急剧增长，高校规模急剧扩大，学生群体个性化和差异化需求突出，尤其是在学习方法、兴趣、能力、需求等方面的差异性更为显著。同时，信息通信技术迅猛发展，知识传播跨越了时空界限，学生获取知识的渠道发生了重大改变，使得学习方式呈现多元化、个性化和碎片化的特点。作为高校教学的基础，课程是人才培养最基本的单元。为落实教育部《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》(教高〔2018〕2号)和《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》(教高函〔2018〕8号)等文件精神，进一步淘汰“水课”，建设有深度、有难度、有挑战度的“金课”，[1]必须避免传统经验式教学的盲目性和局限性。基于数据从教学设计、实施和评价等环节探讨课程改革，保证课程内容的前沿性和时代性，提升课堂教学的灵活性，重构实时多维的课程评价，让课程建设从经验走向科学。

(一)混合式教学发展的现状

高校课程经历了经验模仿教学、计算辅助教学以及数据驱动教学三个发展阶段。[2]各个阶段内，学生的学习方式和教师的教学方法都发生了巨大变革。教育发达的欧美等国大学也经历了类似变化，从面对面知识传授，到OCW(Open Course Ware)，到MOOC(Massive Open Online Courses)风暴，再到混合式学习，学习方式不断变革。关于混合式学习，美国学者Michael B. Horn，Heather Staker给出了较全面的定义：“学生的学习过程至少有一部分是通过在线进行的，在线学习期间学生可自主控制学习的时间、地点、路径或进度，提供个性化的、能力本位的学习”。[3]在此基础上兴起了混合式教学，即融合线上学习和线下教学的一种‘线上’+‘线下’混合式教学。国内学者余胜泉最早阐述了混合式教学过程：搭建支持混合式教学所需的网络教学平台环境，建构实施课堂教学与在线教学相融合的模式，实施考试测评和在线档案形成的发展性评价。[4]

为提高课程教学质量，国外大多数院校都在探索基于信息化的学习平台，实施线上线下混合式教学。正如2018年MIT发布的《全球一流工程教育发展报告》(The Global of the Art in Engineering Education)所述，新兴引领者院校，如伦敦大学、新加坡科技设计大学和查尔斯特大学都开发了或正在开发与其独特教育方法相匹配的工具，用于支撑学生学习、教师教学和学习评测。[5]其中，澳大利亚查尔斯特大学工程专业的人才培养分为两个阶段：第一阶段是一年半的校内课程学习，需要完成一系列项目；第二阶段是四年的校外学习，由四期企业实习组成，希望基于职业化和准就业的环境，培养学生解决生产实际问题的能力。[6]但如何保证四年校外的自主学习，离不开线上线下混合式教学的支撑。

(二)混合式教学存在的问题

实施线上线下混合式教学离不开在线平台。随着混合式教学的广泛应用，互联网和多媒体技术的不断革新，涌现了大量学习视频、大型在线MOOC公开课、虚拟课堂等多种在线学习形式。大部分院校都开发了在线学习平台和MOOC课程，其最大的优势在于能够打破学习的时空限制，但是也存在一些问题。

表1 基于几种MOOC平台的混合式教学

高校积极利用MOOC平台，加快了课程教学改革的步伐，符合学生差异化学习的需求，实现了规模化教育与个性化培养有机统一的国家战略需要。虽然MOOC平台得到国内外院校的普遍认可和广泛应用，但在课程教学实施中仍然存在课程资源陈旧、线下课堂教学活动设计与线上学习脱节及缺乏过程学业预警等问题。

二、线上线下混合式一流课程建设

传统课程教学的最大弊端就是用标准化的流程来展开教学，用相同的学习方案培养不同的学生，忽略了学习需求的个性化和差异化。当前，站在新的历史起点，必须聚焦新时代对人才培养的新需求。随着教育信息化的快速发展，众多信息化平台在教育教学不同环节积累了大量有效数据，为数据驱动课程建设奠定了坚实基础。通过数据分析和挖掘，实现教师更精准的“教”、帮助学生更高效的“学”。从更新教学内容、规范教学流程、创新教学方法、改革课程评价等维度，探索与实践线上线下混合式一流课程建设。

(一)更新课程教学内容

为保证课程教学内容与行业发展应用和岗位能力需求接轨，必须遵循“由外向内”的反向设计[7]的原则，即由内外需求(包括行业、产业、企业、职业岗位等外部需求到学校、学生、教师等内部需求)确定人才培养目标，根据人才培养目标确定毕业要求，根据毕业要求确定课程体系，根据毕业要求观测点确定课程目标，最终依据课程目标确定具体教学内容。该原则强调毕业要求与课程目标的对应关系，以及课程目标与教学内容的对应关系，遵循成果导向的教育理念，对课程教学大纲和教学内容进行更新。

为解决课程资源、教材陈旧等问题，鼓励教师与企业探索“高校+企业”双元开发模式，及时将行业发展新知识、新技术、新工艺、新方法纳入教学内容。企业工程师提供大量实际工程应用项目的真实案例，教师根据学生认知规律和课程教学理念对案例进行整合梳理，并组织企业和高校的专家进行资源评审，形成校企共建的精品课程资源和规划教材。

(二)设计混合式教学流程

以学生为中心的混合式教学设计主要包含课前、课中、课后的无缝衔接，因此，线上学习和线下教学环节应是一体化的有机融合。线下的课堂教学不是照搬传统课堂教学活动，而是基于线上学习行为、结果的数据分析，开展更加深入的课堂教学活动。为了规范化教学流程，图1给出了具体的流程。

图1 混合式教学流程

在课前环节，教师发布学习任务，学生自主完成学习任务，遇到难点问题可在线求助和讨论。平台记录学生学习结果数据，并据此推送课程学习资源，教师也能针对性地进行课堂教学设计；在课中环节，教师利用平台教学工具，聚焦重难点进行讲解，发布探究任务，开展课堂互动交流活动，学生参与课堂研讨；在课后环节，学生完成教师发布的课后任务，并预习下一阶段课程内容，平台推送延伸资源，教师根据学情反馈撰写教学反思。

“连峰际天”的毕节，从“飞鸟不通”到县县通高速公路，再到推进加密高速公路网建设，实施“组组通”公路三年大决战，正与毕节全面小康的时间点契合。

(三)创新混合式教学模式

基于信息技术与教学的深度融合，积极贯彻“学生中心、产出导向、持续改进”的理念，借助平台呈现学生学习结果，并将结果实时推送给教师，将经验式教学转变为数据驱动教学，实现课前先行探索、课中协作研讨、课后拓展巩固，帮助教师开展差异化教学。此处，给出P大学四门课程(如表2所示)为典型教学改革案例，颠覆了传统课堂教学流程，实现了以“教”为主向以“学”为主的转变。

表2 四种混合式教学模式的课程示例

课程案例改革了传统以讲授为主的教学方法，融合了学生自主、教师讲授、合作研讨和项目化等多种教学方法，结合课程实施效果和学生发展需要，形成了融合多种教学方法的四种混合式教学模式：TIL“讲授+自主”、TIP“讲授+自主+项目”、SIL“研讨+自主”和PBL“项目式”。

(四)重构课程多元评价

课程评价即检验课程设计和实施的具体成效。为了课程评价更系统化和科学化，需要转变传统单一静态的评价模式，采用基于数据的多维动态评价体系。传统的评价模式过分重视静态和浅层次的学习成果，评价内容片面，评价方式单一，不利于学生的全面发展。为保证评价的系统性和科学性，应特别注重过程多维度评价，即以学习成效为中心，基于数据进行过程动态评价。过程多维的评价主要由前置性评价、形成性评价、总结性评价三部分组成。前置性评价在教学活动之前进行，主要评价学生预习情况和学习态度(如平台自主学习情况和日常考勤等)；形成性评价在学习活动过程中进行(如课程阶段测验等)，目的是获取反馈信息，及时调整和改进教学活动；总结性评价则在学习活动完成后进行(如课程最终考试或考核评价等)，针对教学活动效果进行反思和总结。

(五)实施过程预警

随着教育教学改革的不断深入，结合学情数据，各高校都希望能够实时掌握学生课程学业情况，及时进行引导和干涉，并相继开发了不同的课程学业预警系统。[8-9]其中，美国普渡大学开发的课程信号系统是一款在线学习预警系统，用于实时监控学生的学习状态，并对其进行预警。这种预警方式类似于交通信号灯，即针对学生的学习状态而设置不同的“警示信号”。并通过电子邮件、短信等方式提醒学习者，引导其顺利完成课程学业。可汗学院则通过学习仪表盘以数字、图表等可视化的手段呈现学生学业危险的等级状态，并提供相应的干预措施，做到及时高效的预警，以帮助学生顺利完成课程学业。

三、线上线下混合式一流课程实践效果分析

选择P大学2019级数据科学与大数据技术专业和智能科学与技术专业两个班的100名本科生为研究对象，依托自主研发的博思平台(http://aiit.iflysse.com)开展数据驱动的线上线下混合式一流课程建设。因涉及课程类别较多，下面以专业导论课程为例，分析该模式下课程教学实践效果。

(一)总体设计

有效的教学设计是提高学生课堂参与度、激发学习自主性、提升课程教学效果的重要前提。[10]《人工智能专业导论》是一门提升专业认知、增强专业启蒙的课程，借助学习平台和智慧教室采用“研讨+自主”混合式教学模式，增加同学们对专业的认识，提高对专业的兴趣。课前发布学习任务开展小组讨论，课中采用“小组研讨式”模式组织小组研讨活动，课后教师在小组长协助下落实过程考核。“小组研讨式”混合式教学的实施流程：

1.明确主题，布置任务

根据各章节主要内容确立研讨主题，教师课前公布研讨任务清单计划，并明确研讨问题的范围以及需要准备的内容。最后，由小组长进行小组任务分工，运用资料准备研讨任务。

表3 《人工智能专业导论》课程主题研讨任务清单

2.课前讨论，完善材料

通过图书馆、技术论坛、学术网站进行相关文献、资料的检索，小组进行研读之后，并准备汇报材料，如果有一定基础的小组可以根据技术内容提供相关可演示的案例程序。

3.课中研讨，总结点评

各小组推选的代表进行观点称述和成果交流，师生共同听取汇报并进行评价和交流。教师最后要进行系统性的总结点评，针对共性问题要给予解决。

4.课后评价，师生共评

自主评价和同伴互评匿名评价方式，小组长则根据小组内成员自评和同伴互评得出的结果，结合日常观察研讨活动的表现，辅助教师针对学习过程与课堂研讨成果汇报的个体贡献度进行修正。

表4 学生自主评价量表

表5 同伴互评量表

课程组围绕覆盖5个章节内容，共计设计了8次研讨任务的主题和1套与该课程实施相适配的评价量表，开发了课程学习指南1套、活页教材1套、任务引导式课程页214个、微课视频26个、自测试题203个、课程项目案例15个以及其它辅助资源。

(二)实践效果分析

为提高课程教学效果，在课程结课后通过在线问卷、课堂观察和深度访谈等方式，对《人工智能专业导论》课程教学实践和建设效果进行分析。课前问卷调查发现：在“专业的选择”选项上，有76.8%的学生选择了“专业热门，比较好找工作”，仅有10.5%的学生是“出于兴趣选择了这个专业”；在“我所期待的大学课堂”选项上，有49.9%同学认为“关注我们，我们才是课堂的主角”，有41.8%的同学认为“教师讲我们听”的教学方式，对比关联选项发现近80%的同学强调了课堂教师应该增加互动环节；在“本课程的期待之处”选项上，有38.4%的同学希望通过本课程学习能够“能对专业有全面的认识”，有31.6%的同学希望“知道我在大学阶段应该做什么”，有29.5%的同学希望“掌握大学阶段的学习方法”。其中，2019级数据科学与大数据技术班(定名为传统课堂教学班级)为50人和2019级智能科学与技术班(定名为混合式教学班级)为50人。

为进一步了解两种实施方式的成效，通过对该课程的课程考核评价，采用SPSS18.0对学生成绩进行分析，并结合问卷调查与平台相关学情数据进行分析，结果如表6所示和表7所示。

表6 两种模式下平均分比较

表7 成对样本的T检验

选择了5名教师和不同分数段的12名学生进行深度访谈，访谈的重点是考察学生对“研讨+自主”混合式教学模式认可度和课程满意度的评价。结合课后问卷结果显示：85.3%的学生认可混合式教学模式，他们认为该模式能够激发课程学习兴趣，增强自主学习意识，大幅度提升了他们的实践能力。仍然有14.7%的学生更喜欢传统课堂，他们比较习惯“教师讲学生听”的方式，还无法适应该类型的混合式教学模式。此外，有3名教师支持混合式教学模式，他们认为在课内学习的基础上，该模式拓展了课后在线学习，学生课堂参与度提高了，课程学习时间投入也加大了。有2名教师反对采用混合式教学模式，他们认为该模式对学生的自主性要求较高，恰恰大多数学生缺乏这种意识，采用混合式教学模式教师需要花费大量的时间进行资源开发和教学设计，无形中增加了教师的负担。

图2 两种模式的实施效果

综上所述，《人工智能专业导论》课程采用“研讨+自主”混合式教学模式能够得到大多数师生的认可，取得了较好的实践效果。可见，灵活的课程学习环境、形式多样的互动交流、优质的学习资源，是混合式教学实施和课程建设成功的关键。

四、结语

当前，我国高等教育正迎来以淘汰“水课”、打造“金课”、探索“高效课堂”为主体的深入变革。[11]这一变革推动了从“教材、教师、教室”为中心的传统教学向“学生发展、学生学习、学习效果”为中心的混合式教学的转变。在信息化技术的快速发展时代，应当发挥新型在线学习平台优势，助力有效的课堂教学。通过数据驱动，以线上线下混合式一流课程建设为突破口，形成从单点突破到系统变革创新，通过转变传统教学观念，改进课程教学方法，重构课程教学评价，进而全面提升课程建设水平和质量。

面对疫情带来的巨大影响和课程挤“水”添“金”的整体发展趋势，未来的改革需要从以下几个方面发力：(1)建立数据中心实现跨平台数据迁移及多元数据贯通，为课程建设走向科学夯实基础；(2)探索课程资源“高校+企业”的双元开发模式，完善资源建设标准，构建长效的资源维护和更新机制，保证资源符合最新的企业技术和岗位能力需求；(3)依托在线社区和游戏化课程资源的开发，提高用户对平台的使用粘性，增长在线学习时间，进一步提升学生自主学习意识；(4)“人机耦合”将成为一种教育常态，探索技术与教育的深度融合，实现学习主体可识别，学习服务可推荐，教育情景可定制，共同打造教育生态。未来以人工智能为代表的新技术将成为知识性教学的主体，担负起“教书”角色，而教师更多是课程教学设计、检查、激励以及与学生的陪伴和情感交流，更加注重“育人”。