数量生态学在线教学研究

李媛媛，刘兴婕，陈 健，许子乾，周泉澄*

（1.南京晓庄学院食品科学学院，江苏 南京 210017；2.南京林业大学，江苏 南京 210037）

0 引言

生态学逐渐成为理科课程，发展数量生态学必然要和生态学云数据的分析技术紧密结合［1］。2012 年起在生态学主流期刊发表的超过70%的研究采用了一些高级的统计模型［2］。尽管如此，很多学生认为他们在数学统计等方面的技能比较欠缺，并且积极要求将数学统计知识纳入生态学等相关课程的教学［3］，这对于非数学专业的老师来说是一个巨大的挑战。与线上教学相比，线下教学可以给基础较弱的学生更多的帮助，因此很多老师更喜欢线下课堂环境。但是，由于新冠疫情的影响，不得不将线下教学转为线上教学，尤其是线上课程教学设计没有经过专门的培训，增加了教学难度。针对这一情况，本文结合国内外一些教学实践案例，旨在为数量生态学的在线教学提供指导。

1 现状及存在的问题

数量生态学是一门结合数学统计学的应用性课程［4］，数学焦虑是数量生态学在线教学首先需要解决的问题。这种焦虑扰乱了学生认知和学习记忆能力，导致学生成绩下降［3］。一方面，基因遗传或不良学习习惯等导致数学成绩较差和数学焦虑；另一方面，教师的焦虑对学生的成绩也有负面影响。数学焦虑妨碍学习数学需要的思考和推理能力，是影响数学成绩的根源。数学焦虑是一个普遍存在的问题，问题如果得到解决，学生能更好地学好任何数量统计分析相关课程。

与课堂环境相比，数量生态学在线教学是否会增加数学焦虑？早期研究表明，25%~50%的一年级本科生对计算机技术的学习有畏难焦虑等情绪［5］。虽然这一比例随着计算机技术在教育中的普及而下降，但是把计算机技术作为教育资源平台，焦虑情绪可能仍然存在。因此，在线教学可能会放大学生的一些焦虑情绪。研究表明，线上教学学生的焦虑和消极情绪高于线下教学，但是10 周线上教学之后学生消极的态度有所改善［6］。因此，使用正确的方法和资源可以改变焦虑态度，有效提高学习成绩。

2 建议和策略

2.1 细化线上教学策略设计和课程实施

COVID-19 期间，为保护教师和学生的健康和生命安全，学校大部分课程教学由线下教学转为线上教学模式，通过细化在线教学设计课程以达到最理想的课程教学目标。例如，应用逆向设计和学生旅程图。逆向设计强调首先确定具体学习目标；其次，设计一系列课程练习和评估，以最好地达成目标。这种在线教学设计更专注于学习成果，而不是简单地提供学习内容。学生旅程图是一种补充，它借鉴了设计思维中的概念，鼓励教师从学生的角度思考课堂［7］。此外，课程设计过程还应注重无缝实施的策略。首先，学习管理系统组织有序美观，明确班级学习成果、活动和评估；其次，课程任务截止时间统一有序（例如，固定周五下午5 点之前完成一周学习任务），有助于学生更好地计划并适应他们的多重责任；最后，利用平台技术活跃课堂，使其更具有吸引力。例如，在线课程中，将复杂的主题系统地分成小模块，适当融入短视频；在线小组讨论可以帮助保持学生参与度，有助于提高学生表现。

2.2 创建开放轻松的学习氛围

教师和学生保持持续沟通有益于营造团队学习意识。（1）建立讨论区。在讨论区学生可以自由表达观点，不用担心错误的回答影响成绩评定。（2）提供互动机会。实践教学表明小组学习有助于提高学生课堂表现和课程成绩。例如，充分利用腾讯课堂等在线应用程序中的分组讨论室，设置小组在线讨论和“思考、配对、分享”任务，教师在讨论板中发布问题并鼓励学生描述如何解决问题。（3）快速、个性化和建设性地提供反馈，并使用积极的语气提出问题促进思考。在线课程是视频反馈的好地方——教师录制一段简短的视频，点评学生作业。与传统的文本反馈相比，学生更喜欢个性化的视频反馈。视频反馈和文字反馈所需时间类似，但是效果可能更好。（4）幽默缓解技术和数学焦虑。数学或统计笑话可以帮助在课堂上保持轻松的氛围和学生的兴趣。例如，同步在线课程中，教师可以在上课前发布一个巧妙的数学笑话。如果幽默不是强项，教师应保持积极的参与态度，当学生成功时表扬他们，提醒他们取得的进步，对营造一个友好的学习氛围大有帮助。此外，背景音乐、呼吸练习、合作学习练习、写作表达也有助于缓解课程学习的焦虑情绪。

2.3 融入现实案例分析

联系数学模型与现实案例是应用数学课程中面临的最常见挑战。证明和代数演示的抽象教学方式不足以保持学生的兴趣和积极性。相反，课程教学中可以通过将案例融入课堂讨论中以提高学生学习的积极性和课程成绩［8］。选用网络数据库收纳的同行评审论文数据作为课堂教学案例，通过重新分析已发表论文数据鼓励重复实践。教学中使用现实案例有策略地提高多样性，例如，选用少数民族作者的研究案例可以促进包容性和少数民族学生的归属感。战略性地使用实际案例，不但可以帮助学生明确学习目标，还可以促进多样性和包容性。模拟数据不但简单明了，而且可以让学生专注于数学概念而不是数据本身。虽然目前越来越主张“多样化”的评估，但闭卷考核总结性评估是本科定量课程的常用方式。然而由于焦虑的增加，学生在高压下取得的成绩一般不是很理想，相反，学生认为家庭作业对他们的学习影响最大。需要说明的是线上教学向学生明确课程评估的细则尤为重要。

2.4 考虑学生知识欠缺

考虑选修课程学生的数学背景。有些学生在高中已学习高级微积分内容，大学期间继续学习其他数学和统计学课程作为本科学位的一部分。有些专业的学生数学背景知识非常有限，会选择进化和生态生物学等课程替代并避免涉及数学课程。因此，应该提前向学生说明学习该课程需具备的基本数学背景知识。首先，完善课程设置［9］，在教学大纲中明确说明课程需具备的数学基础，强调应先选修哪些课程达到什么水平对学习本课程有帮助。例如，学生参加了微积分课程，并且可以使用微积分找到一个函数的最大值或最小值点，这对讨论最大似然估计的知识很重要。然而，记住详细的规则与本课程不太相关，因为本课程经常使用软件计算最大似然值。其次，必须在学生现有水平基础上，搭建知识不足的桥梁。这需要教师重新教授一些数学知识和学生以前“应该”学习的技能。学生可以自己通过网络，如中国大学慕课等平台学习，教师也可以开发在线课程，教授课程需具备的具体知识体系。教师开发在线课程可能一开始比较耗时，但直接为学生提供课程学习需掌握的知识点和技能，能有效缓解学生焦虑情绪。

2.5 持续评估课程

根据学生的反馈及时地改进课程。虽然老师对学期末学生评价一直存在争议，但作为整体评估过程的一部分仍然有用。如果学生需要等到学期结束才能反馈意见，那么对学生的学习并没有帮助。期中评估有助于解决这个问题，可以设计一个简单的在线表格，填写3 个空白：持续、开始和结束。学生可以匿名让老师知道他们认为哪些教学策略有用以及应该继续使用，或者他们从其他教师那里获得的教学策略建议。除了学期末和期中的评估，教师还应不断征求学生的非正式反馈，学生也可以线上匿名分享观点。

2.6 全心全意投入课堂

教师的态度会传递给学生，对课程内容充满热情是提高学生表现最直接和简单的方法。这种热情可以源于教师对教学的热情或对数量生态学的热爱；热情和动力也可以源于教师培养学生的高度责任感，让学生具备应对职业生涯中将面临挑战的能力。许多学生将从事科研工作或政府组织等机构工作，负责管理自然资源的未来。当学生通过扎实的量化培训面对未来的挑战时，教师在课程中付出的努力和热情将带来回报。

3 讨论

数量生态学在线教学也需要考虑学生和教师对在线教学情境化的态度和认识。如何比较线上和线下课堂教学学生的表现？线上教学和线下教学视不同情况而定。例如，统计学单变量教学中，线下课堂面对面教学的效果比线上好［10］。但是在线教学中，女生的成绩一般要好于男生，而线下教学男生的成绩好于女生。微积分教学中，在线教学学生的成绩提高了5%［11］。因此，学生的成绩表现取决于具体情景，包括班级中每位学生的性格特征和特点。

学生对数学的态度影响他们的成绩，对于许多学生来说，适应线上课程的教学模式是一个真正的挑战。如何帮助学生面对这一挑战？关于在线教学的研究论文建议促进技能互补，如时间管理、元认知、批判性思维［12］。此外，积极的态度是数量课程中表现良好学生的主要特征。因此，学生在数量生态学在线教学课程中取得成绩的关键不仅仅是设计满足特定学习成果的活动，还要帮助学生发展一套互补的技能，帮助学生适应在线教学模式。

为了更有效教学，需要重新思考“适应”教学，重新设计在线教学以提高教学效果。教师已熟练掌握传统的教学方法，但学生通常是被动遵循，导致没有达到理想的学习效果。数量生态学线上教学亦是如此，需要打破传统线下教学模式，实践创新教学模式，帮助学生克服焦虑情绪，提高学习成效。