后疫情时期混合式教学在神经网络与深度学习课程教学中的探索

程曦 靳晟 张志勇

摘要：新冠病毒肺炎疫情给学校教育带来了巨大的影响，后疫情时期给教育课堂带来了诸多挑战，教育转型的必要性与迫切性又重现。该文就传统课堂教学模式在线上移植的弊端，后疫情时期线上课堂教学面临的问题展开分析，及神经网络与深度学习实施混合式教学的必要性，提出神经网络与深度学习课程混合教学模型，阐述各教学环节中策略与方法运用。

关键词：神经网络与深度学习;高校教育;教学改革;混合式教学

中图分类号：TP311    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）04-0172-03

以“人工智能”作为新时代科学技术革命、产业创新的主要推动力，其快速发展将推动我们国家经济结构转型和升级。人工智能是新兴的科学技术，随着计算机软硬件的发展，神经网络和深度学习成为当前人工智能技术研究的热点。它由卷积神经网络、生成对抗网络、受限玻尔兹曼机等组成，已被广泛应用于信号和图像处理、大数据管理、机器人智能化等领域。神经网络和深度学习课程具有很高的理论价值，内容抽象、知识点多而复杂，如何提高其实际教学效果一直是教学的难点。近些年国内各高等院校针对神经网络和深度学习课程的教学改革，都在教育领域进行了积极的探索和研究，已经取得了不少积极的成果[1-5]。但是，其中绝大多数的研究仍然是对传统课堂的教学模式及其流程进行优化和改变，丰富课堂教学的技术手段，改进绩效考核的评价模型等途径上的探讨与实践，而对于疫情防控形势常态化后的疫情阶段，如何打破传统课堂的教学观念、思想和模式，依托腾讯会议、钉钉直播、雨课堂等现代智能信息化平台工具，充分发挥线上与线下相结合的教学优势，有效地组织与实施符合学生认知规律与水平，开展多维度混合式教学的研究甚少[6]。

本文综合地总结了这几年的教学实践以及借鉴了前人的研究和分析成果，基于对混合式教学的内涵、特征、构造要素及其优缺点的系统化认识和理解，讨论和分析了我们如何将混合式教学的概念引入到神经网络技术和深度学习课程的教学中，以及如何推动教学的变革，构建混合式教学模式下的神经网络和深度学习课程的教育模型，并且针对该课程的相关教育环节、策略和手段进行研究和探索，以期通过建立良好的课程体系，在积极地做好病毒性流感防控，确保广大教育工作者以及学生的生命安全和身体健康的基本条件下，进一步提高课程的授课效果和质量，激发广大学生的兴趣，提高广大学生的综合素养和创新能力。

1 传统教学模式移植线上的弊端及挑战

1.1 线上教学中传统教学模式的弊端

传统的教学模式以教师为主体，在上课过程中学生参与较少，教师与学生在课后答疑与上课的提问环节中进行互动、交流，在移植线上后突显出了诸多弊端[7-11]：

（1）因网络在线授课的虚拟空间属性，其无法真正实现师生的“面对面”接触，学生在学习的过程中所遇见的问题并没有得到及时、有效的提出，老师也无法实时、清晰地解答学生的问题。尽管在网络课堂中我们采取了一些加大互动力的方法和技术，但与传统的课堂中师生之间的面对面互动相比，它们的效果并不明显。线上教学过程中学生比较分散，学生学习的环境各异，老师不清楚学生是否在认真听课，这样就很难把握教学的效果。

（2）缺乏情感交流，线上教学过程中学生与学生，学生与老师之间的互动降低，使得老师与学生之间建立良性的师生关系的困难变大。众所周知，良好的师生关系对于实施我们的课堂教学来说，具备很大的基础条件。

（3）传统教学模式以考试为导向，其主旋律是课程的学习与考核，致使课程设计中缺乏对学生个性化问题的探讨与指导，难以调动学生的主观能动性，不但使学生自我认知能力弱化，主动发现、剖析、思考及解决问题的综合能力相对较差，而且无法有效激发学生探究能力和思辨能力。

1.2 后疫情时代线上教学所面临的挑战

如何通过科学合理的教学活动或设计来组织引导、促进在线教学，进而更高效地完成教学任务，提升线上教学效果成了疫情防控特殊时期每位师生不得不共同面对的巨大挑战[7]。具体来说，如下[12]：

（1）完全线上教学模式因缺少直接面授的线下答疑与讨论等环节，教师与学生只能依托网络平台隔空互动与交流，相较于传统课堂模式下的现场教学来说，这对培养学生自主探究的能力、自我管控约束能力和学习自信心的提升无疑是不小的挑战。

（2）在疫情中的线上网络教学针对老师们的综合素质而提出了新的更高标准，比如老师们的教学设计能力、课堂全流程的把握能力、教学效果的评估能力、自主学习能力等。对教学软件、信息化智慧平台的熟练运用程度等方面都将会对线上网络教学效果构成不可忽视的影响。

2 疫情防控常态下神经网络与深度学习课程混合式教学必要性分析

混合式教学，将传统课堂教学方法中的全体师生面授式学习和网络化教学方法相结合，发挥其优势和互补作用，以有效地提升课程的实际教学质量。本研究认为在后疫情时代对神经网络与深度学习课程采取混合式教学模式有其科学的必要性，不但可以有效弥补当前教学过程中的不足与传统教学范式的“线上”弊端，而且符合常态化疫情防控工作要求，在适应现代新工科教育教学发展理念基本要求的同时，有效降低了高校的疫情防控风险与压力，其客观必要性主要体现在如下方面[9]：

（1）在疫情初期，以传统教学模式为主的线上网络授课方式弊端日益突出，混合式教学由于"线上+线下"的教学方式有机地融合[8]，优势相辅互助的特点，有效打破了传统课堂教学模式的时间局限，其以线上课程预习、授课、实践练习与课程反馈，线下分组实现答疑、翻转课堂讨论等灵活的教學形式与方法为做好课程授课的同时兼顾严格落实疫情防控工作给出了具体可执行、操作性强的解决路径。

（2）混合式教学的运用就是将理论教学和教育信息化新技术进行深度整合[6]，这是适应当前新时代的教育教学要求的一种必然趋势。混合式教学主要依托于互联网信息技术的支撑，突破了传统课堂教学方式的既有范式，并且充分运用了教育信息化技术的特征和优势，有机地结合了互联网线上"微课堂"与传统课堂之间的师生共享互动，同时借助互联网资源对传统教学资源与设施进行有效整合，实现“线上+线下”双渠道互动，使得师生研讨、答疑等必要教学环节更加畅通。

（3）混合式教学的应用是践行新工科教育教学理念，培养适应新科技、产业革命及新经济发展的创新型人才具体实践的本质要求。与传统教学模式不同，混合式教学过程中突出以“学生为中心”的理念，教师则采用技能、态度和能力驱动学习的主要模式，秉持“教”与“学”相统一原则，对课程教学内容进行重构设计，以问题为导向、聚焦问题，通过有效利用腾讯会议、雨课堂、钉钉等教学手段实现交互式的线上授课，搭建问题导向的师生交流互动平台，激发学生的思考、探究及参与热情，提高学生学习的主动性、积极性和创造性，以及自主探究问题、解决问题的能力[6，8]。

（4）混合式教学的应用是“互联网+教育”背景下，推进高等教育课程建设的创新和未来教育课程发展的内部需要。混合教学模式融合了传统教学和网络线上教学有机结合的优势，实现了线上、线下教学，是以问题为导向的网络资源整合和以“学生为中心”的泛在、移动、个性化的学习方式变革，亦是当下“互联网+”信息化教育教学的必然趋势。

3 混合式教学模型设计与策略选择研究

3.1 神经网络与深度学习课程混合式教学模型设计

本研究提出了适用于后疫情时期神经网络与深度学习课程实际教学的混合式教学模型，如图1所示。模型从时间的维度将神经网络与深度学习课程混合式教学的组织与实施过程细化为开课前准备、课前准备、课堂实施、课后拓展、教学反馈与总结等阶段或环节，给出了混合式教学应用过程中上述各环节之间的相互联系与关系。

3.2 教学策略的研究设计与运用

3.2.1 课前准备

“课前准备”阶段是课程正式授课的开始，其各环节工作的执行与落实情况将在一定程度上影响混合式教学“课堂实施”的效果与质量，它属于“课堂实施”教学的前置延伸，为“课堂实施”提供问题导向，其主要工作内容与任务如图2所示。

具体而言，该阶段工作主要有三个方面：

（1）根据课程教学日历发布课程公告与线上辅助资源推送。

（2）引导学生进行线上资源学习与反馈。

（3）问题收集与反馈。

3.2.2 课堂实施

在后疫情时期，采取“线上”+“线下”这两种课程组织方式进行教学结构化、课堂教学模式相互融合的方法，不仅可以适应疫情防治工作的要求，而且还能够充分利用自身的优势，把学生由浅入深地带到了一个更加广泛的学习领域。模型研究为贯彻与体现以学生为中心的“泛在、移动、个性化”学习方式混合式教学理念，在“课堂实施”阶段，分线上网络教学环节和线下答疑、组织研讨环节，如图3所示。

3.2.3 课后拓展

“课后拓展”阶段其在整个混合式教学模型中属于课程知识的内化与固化的过程阶段，在此阶段，模型主要采取以章节核心知识点设计构建项目作业，并围绕项目作业的评阅与答疑来帮助学生进一步理解、掌握、巩固所学知识内容，如图4所示。

首先，基于章节知识体系抽取与凝练核心知识点，并以之为中心应用模块化分解的策略设计构建项目作业。其次，对于实验项目作业评阅采取随机分配交换式互评、自我评价与教师评价有机结合的方式。随机分配交换式互评可使学生通过了解他人项目算法及其实现方法而起到启发开拓思维的目的。自我评价是在互评之后进行，其目的主要是让学生重新审视评价自己项目作业算法与实现过程，对于调动学生思考、探索和参与的热情，增强了学生在课堂上的学习主动性、积极性和自我探索的能力、解决问题的能力产生内驱动力。教师评阅则是对学生项目作业情况较为客观、公正的评测，同时又是教师了解学生在课程中的相应知识点掌握情况的一个非常有效的手段。最后，对于实验项目作业的答疑，其主要通过录播微课答疑、微信答疑和钉钉群线上直播答疑三者相结合，相互补充的形式进行。

3.2.4 教学反馈与课程评价考核

教学反馈是混合式教学模型首尾有效衔接，形成闭环反馈模型的重要组成部分。其在混合式教学方法实施过程中主要通过以下两种方式获取。一是归纳、分析与总结学生在“课前准备”与“课堂实施”阶段中提出或存在的问题;二是设计调查问卷，从学生视角审视当前混合式教学组织与实施的意见与建议。

4 总结与思考

后疫情时代，如何做到在确保学生和教育工作者生命安全和身体健康的基本前提下，利用各种现代教育信息化平台工具，充分发挥线上线下相结合的教学优势，开展多维度的混合式教学，探索实践进一步改善高等教育教学授课效果与质量，值得每一位高等教育工作者研究与实践。在接下来的研究探索中，就如何取得更好的教学效果有以下几方面值得注意。

（1）教学理念方面，“教师的责任不在教，而在于课程引导、知识啟发及过程监控”在疫情之下的混合式教学事件中得到更好的体现。以学生为中心，洞悉学生的关注点、找准学习难点，从大学生的情感需求和切身利益出发，将教学重点和难点融入学生关注点。

（2）教学组织与实施方面，“先学后教、以教导学、以学促教”，教师重在引导“得当”，学生自主参与。教学内容重构方面，内容的组织要做到减法，因为线上的教学在课堂中把握能力远远不及线下，应该着眼讲深入透，同时要统筹线上学习特点和学生需要，将“知识为载体，能力为核心”的理念贯穿始终。

参考文献：

[1] 余跃玉.深度学习下高等代数混合式教学模式的构建与实践[J].高师理科学刊，2021，41（7）：64-69.

[2] 荣政.疫情下的程序设计类课程线上教学设计与实践[J].计算机教育，2020（10）：32-36，41.

[3] 董莉，吴保忠.混合教学模式在疫情期间的应用分析[J].中国乡镇企业会计，2021（2）：174-175.

[4] 马桂真，安颖.疫情背景下Python课程在线教学实践与思考[J].电脑知识与技术，2021，17（2）：146-148.

[5] 柳琳琳，吕建林，覃毅，等.基于雨课堂平台的混合式教学在中医护理学课程中的实践与反思[J].高教学刊，2021（7）：127-130.

[6] 苏春芳，曹雪花.深度学习理论视域下教学设计与实施——以物联网专业课程为例[J].北京工业职业技术学院学报，2021，20（3）：91-95.

[7] 曾振，高燕.深度学习视域下军校翻转课堂教学模式探究[J].高等教育研究学报，2021，44（2）：77-80.

[8] 李潍，张震.“模式识别”课程中的“智慧启迪”与“情怀教育”[J].电气电子教学学报，2021，43（3）：33-35，119.

[9] 葛动元，靳龙，王晨，等.面向人工智能的Python语言教学探索[J].电气电子教学学报，2021，43（3）：124-128.

[10] 周自波.疫情之下高校网络教育的价值回归与实践导向[J].高等继续教育学报，2020，33（3）：15-22，47.

[11] 王杜春.线上线下混合教学将是后疫情时代的主要教学模式[J].中国农业教育，2020，21（2）：30-35，54.

[12] 余跃玉.深度学习下高等代数混合式教学模式的构建与实践[J].高师理科学刊，2021，41（7）：64-69.

收稿日期：2021-09-12

基金项目：新疆维吾尔自治区教研教改项目：以学生为中心的教与学——《电路分析基础》智慧课堂建设实践（项目编号：2017JG041）

作者简介：程曦（1986—），女，新疆塔城人，博士研究生，讲师，主要研究方向为农业物联网信息化技术应用;通讯作者：靳晟（1976—），男，天津人，硕士研究生，副教授，主要研究方向为农业物联网信息化技术应用;张志勇（1984—），男，新疆昌吉人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为农业物联网信息化技术应用。