数据分析方法线上线下混合式一流课程建设探索与实践

张秋燕, 牟谷芳, 周钰谦

(成都信息工程大学 应用数学学院,成都 610225)

0 引 言

随着信息技术的发展,教育信息化逐步深入.2016年6月,在《关于中央部门所属高校深化教育教学改革的指导意见》文件中,教育部在主要任务的第五部分提出,着力推进信息技术与教育教学深度融合需要推动推动校内校际线上线下混合式教学[1].2018年4月,教育信息化转段升级,从1.0时代进入教育信息化2.0时代.紧接着,在《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》的文件中,教育部强调:以学上发展为中心,积极推广混合式教学、翻转课堂,构建线上线下相结合的教学模式[2].随后,《关于一流本科课程建设的实施意见》于2019年4月发布,该文件提出建设包括线上线下混合式一流课程在内的五类金课[3].而后,新冠疫情的爆发使课堂教学受到了很大的挑战,在线教学广泛开展.然而,完全的线上教学脱离了实际教学过程中教师的指导和监控,学习效果受到很大影响.疫情缓解后,更多的学校开始探索线上线下教学的融合模式,极大地推进了混合式教学改革的进程.在疫情常态化的背景下,线上线下混合式教学将是未来一段时期内高等教育发展的一个重要方向.

线上线下混合式教学,是信息技术与传统课堂教育相融合的一种全新的教学模式.那么在一流课程建设的大背景下,如何让课堂教学与线上教学有机融合,处理好教与学的关系,成为高等教育需要解决的重点问题[4-8].在文献[4]中,吴岩司长提出建设中国“金课”,包括五大类型,线上线下混合式“金课”就包括在内.吴岩司长提出要大力推广线上线下混合式的“金课”,充分应用线上“金课”进行本地化改造,探索线上“金课”的多种应用模式,打造适合本校学生特点和培养需要的 “金课”.文献[5]从翻转课堂教学设计、网络平台资源建设、课堂教学方法研究、面向大数据的内容改革、实验教学改革及考核方式进行探讨,为计算机课程翻转教学改革提供了参考.文献[6]针对高等数学课程实施基于SPOC平台的混合学习的实践研究,设计了突出个性化学习的新型教学模式,为高校教师开展SPOC教学提供了可参考的校本案例.文献[7]探讨了在从传统教育到智慧教育的融合阶段计算数学专业课程教学改革目的与实践,针对数值分析及偏微分方程数值解这两门课程做了探究式教学方式的探索实践.文献[8]分析了采用“雨课堂”授课方式的优缺点,结合“雨课堂”授课方式对于大学数学类课程的不足,提出了相应改进建议,为大学数学类课程的有效课堂教学提供了针对性的操作方案．

本文以数据分析方法课程为例,立足信息与计算科学一流专业建设,从建设数字课程、教学模式、教学评价等方面进行了探索实践.

1 课程建设背景

笔者学校信息与计算科学专业于1999年开办,2020年获批国家级一流本科专业建设点.数据分析方法课程是信息与计算科学专业的核心必修课程,主要介绍常用统计数据分析的基本内容与方法,包括数据描述性分析、回归分析、方差分析、主成分分析与典型相关性分析、判别分析、聚类分析、Bayes分析等.课程中的许多基本概念抽象难懂,基本理论推导过程冗长, 计算步骤繁琐.课程本身的学科特点自然抬高了学生学习的门槛.而数据分析方法的传统教材过于死板,注重了严密性,缺乏直观性,使得大部分学生读不懂教材,不愿意读书;课程教学中,教师更加注重数理的证明和推导,使得学生因为复杂的推导过程望而生畏;教学形式较为单一,基本就是多媒体+粉笔,缺乏有效的讨论、交流和互动;教学考核评价以期末考试为主,不能科学多方位地评估学生各方面的能力.基于学科特点以及以上问题,课程组进行了线上线下混合式一流课程建设的探索与实践.

2 课程建设方案

本课程借鉴OBE(Outcomes-Based Education)理念,以学生发展为中心,建立“成果导向”教学体系(如图1所示),建设多元化课程资源,开发制作理论课、实验课教学课件,构建多元化资源库,开展线上线下混合式教学模式,突出实践与应用,实施发展性教学评价.

图1 课程建设方案

3 具体实施过程

3.1 改进教学目标

教学目标决定着教学的方向和高度.笔者学校信息与计算科学国家级一流本科专业建设的主要举措包括:落实立德树人根本任务,推进“课程思政”建设;理工融合,创新人才培养模式;打造数据分析方法等核心专业课程的高质量金课;狠抓实践教学,培育创新精神.然而,传统设置的教学目标更多地注重学生对知识的理解与应用,不能满足一流专业建设的新需求.课程组遵循成果导向的教育理念,遵循“由外向内”的反向设计原则,由内外需求确定人才培养目标,由人才培养目标确定毕业要求,由毕业要求确定课程目标.课程组针对数据分析方法课程中每一模块的教学知识点,从价值引领、态度养成、知识探究、能力建设等四个方面多维度改进教学目标.价值引领就是对学生进行科学的、正确的价值观引导和教育.态度养成主要包括学习态度、生活态度以及团队合作等方面的正确引导.知识探究主要设定对课内知识的要求以及课外知识拓展的要求.能力建设包括应用能力、表达能力、沟通能力、创新能力等多方面综合能力的要求.比如,在判别分析知识模块,课程组就从四个维度分别给出了教学目标,如表1所示.判别分析知识模块主要包含的知识点是距离判别和Bayes判别两种判别的方法.设定的教学目标包括四方面:价值引领方面,要求学生在理解判别分析的主要思想的同时,培养正确的哲学观,即绝对与相对的辩证统一;通过设置地震预报研究中砂基液化的判别分析实验案例,引导学生形成社会主义核心价值观;态度养成方面,通过要求学生课前预学和课后拓展学习培养学生主动学习的态度;通过小组完成预学任务,培养学生认真负责和团队合作的态度;知识探究主要要求学生了解常用距离、各种距离的优点和缺点,理解判别分析的思想,会计算误判概率、后验概率和误判代价,掌握两种判别方式的联系和区别;能力建设方面,通过设置实验任务,锻炼学生针对实际问题,会选择合适距离进行判别的能力;通过小组实验汇报锻炼学生的表达能力和沟通能力.

表1 判别分析教学目标

3.2 建设数字课程

数字课程,是高等教育出版社积极探索将信息技术与教育出版深度融合,率先提出的教育出版新模式[9].关于数字课程的定义,目前还没有统一的说法.通过查阅大量文献,笔者认为文献[10]中给出的定义相对比较科学,即:数字课程是在信息网络环境下,一门学科(教学科目)的数字教学内容,以及在数字教学内容和网络教学平台基础上学生在教师指导下各种活动的总和.可以说,数字课程将教学内容、教学活动和教学环境有机结合,具有丰富的内容呈现方式, 可以开展实际的教学活动, 能够支撑形成性评价[9].因此,为使传统教学能在时间、空间上进行延伸,创新教学环境,课程组依托高等教育出版社ICC平台,构建“微课视频、应用案例、特色项目、成果扩展”的多元化资源库,建设数字课程.

数字课程的框架设计了教学视频、课程通知、案例库、前沿链接等十个模块(如图2所示).课程介绍与教学大纲两个模块主要向学生展示教学大纲、教学日历、电子教参等基本的课程资料,让学生清楚了解教学的要求与安排.教学视频是数字课程的核心内容.为满足线上线下混合式教学的需求,教学视频主要是微课视频,以课程知识点为单元进行划分,每个教学视频时长控制在 15 分钟以内,便于学生进行个性化、碎片化的学习.教学课件对应于教学视频,是视频相应配套的教学演示文稿,便于学生自主学习.课程通知模块主要发放通知,根据每节课的教学设计,课前通知学生预学任务清单,包括需要观看的教学视频、参与的小组讨论、完成的作业、作业完成的方式以及时间节点.习题库主要集成了每个章节所有知识点的客观题及少部分主观题,便于学生随时检测,巩固所学知识点;便于教师授课中根据课程教学需求实时推送测验.案例库主要搜集大量的应用案例,便于学生随时学习.作品展示主要展出学生实验报告优秀作品,方便学生互相学习,共同进步.前沿链接主要集合与课程相关的科研前沿文章,便于学生课外拓展学习.教学互动主要提供师生、生生互动交流的一个平台,弥补个性化学习的差异.

图2 数字课程框架设计

3.3 开展线上线下混合式教学

结合所建设的数字课程以及其他优质的网络教学资源,筛选适合线上线下混合教学的知识点,在教学过程中将线上线下相结合,使整个教学环节形成闭环,如图3所示.

图3 线上线下混合式教学流程

课前通过课程通知或者雨课堂推送多层次知识结构的优质课程资源,发送学生预学任务清单、需要阅读的教材内容、需要观看的视频以及完成测试,引导学生预学、自测、体验探究.课堂以学生为中心,教师为主导,针对不同的教学内容,聚焦重难点,选择合适的讲授式、讨论式、翻转式等方式进行教学,开展课堂活动,组织学生讲解研讨、师生共同提出问题、小组协作学习探究、展示学生应用作品、测试反馈、教师点评总结等.课后,教师通过平台推送课后任务与延伸资源,师生、生生可以通过平台互动交流,教师通过学情反馈进行总结反思.比如针对主成分分析这一内容,由于有部分学生对主成分分析有一些了解,笔者就选取这一节进行线上线下混合式教学.课前布置的分组预学任务为:理解主成分分析的主要思想,了解总体主成分和样本主成分以及两者的区别与联系,选取具体案例进行主成分分析,以组为单位完成汇报PPT.课前推送的资源为中国慕课网站上国家级精品课程上海财经大学多元统计分析第五章内容和厦门大学多元统计分析第六章内容.课堂采取翻转式,由选出的优秀组汇报预学情况,组织学生提问探讨,最后教师总结点评.课后教师通过高等教育出版社ICC教学平台推送课后任务,完成平台上的自测题,以及课后拓展任务,网上搜集资料归纳总结主成分分析的应用领域.

课堂教学的组织要坚持“以学为中心”,以学生为主体,发挥教师的主导作用,充分调动学生学习的主动性与自觉性.教学过程中,需要教师综合运用灵活多样的教学方式.课程组根据每一个知识点的特点,探讨确定合适的教学方式.对于基本理论类型的知识点,主要采用启发式教学、设问以及分组讨论等多种方法调动学生进行积极思考.对于方法与应用类型的知识点,主要采用案例教学、翻转教学等方法,让学生通过主动探究,激发学生学习热情以及内在学习潜质.对于实验类型的知识点,主要采用合作研讨和项目化等方法,由学生组队合作完成,培养学生的实践能力、团队协作能力、沟通能力、表达能力以及创新意识.

3.4 实施发展性教学评价

系统化、科学化的的教学评价可保障混合式教学可持续发展.传统单一静态的评价模式,重在考查学生对知识的记忆、理论计算与推导,不能全方位科学评价学生各方面的能力,不利于学生的全面发展.构建了多维发展性评价体系,如表2所示,分为平时考核、期末考核、竞赛附加三部分.其中平时考核占40%,期末考核占60%,竞赛附加主要针对参与学科相关竞赛的学生给予添加学分,根据竞赛层次、获奖等级等情况对应换算成学分.平时考核分为课前预学、课堂参与、实验报告和团队答辩四个环节,分别占10%,5%,15%,10%.课前预学分由线上自动生成,主要评价学生预学情况和学习态度.课堂参与由教师根据学生课堂学习活动过程中的表现给分,要求每位学生至少参与课堂讨论2次.实验报告主要评价学生对给定实验任务的完成情况,以团队为单位提交实验报告2个,按团队给分占比10%;个人提交实验报告1个,按个人给分占5%.团队答辩主要考查学生分析问题、解决问题的能力、归纳总结能力以及口头表达能力,拆分成4项打分,具体为:实验内容、PPT制作、答辩、回答问题,分别占30%,30%,30%,10%.期末考核主要就是理论考查,以开卷笔试的形式考查学生对基本知识、基本理论、基本方法掌握的程度.

表2 多维发展性评价细则

4 实施效果分析

4.1 线上线下混合式教学改革效果分析

通过混合式教学改革实践,试点班与非试点班的理论考查成绩比对如表3所示.从表3可看出,试点班级的平均分为86.01分,高出非试点班级近4分;90分以上的比例,试点班级为53.62%,远高于非试点班级的39.66%;试点班级的不及格率为4.35%,是非试点班级的二分之一.可见,混合式教学改革试点成效显著.当然,我们也看到,试点班级的标准差为8.58,要略高于非试点班级,说明试点班级的成绩差距更大.而且,通过统计学生参与竞赛以及获奖人数,试点班占比43%, 也明显高于非试点班级的18%.这说明,混合式教学改革不仅提升了学生的理论考查成绩,也激发了学生学习的积极性与参与竞赛的热情.

表3 理论考查成绩对比

另一方面,对试点班学生进行问卷调查.对于线上线下混合式教学模式,问卷调查显示,97.06% 的学生对于此次教学改革满意.78% 的学生认为:混合式课堂教学的内容比以往教学有区别,自己的参与度更强,更能刺激自己积极思考.针对“您认为线上线下混合式教学的显著优势是什么?”这一问题,学生们的选择如图4所示.71.57%的学生认为是,课后复习的方式多、效率高,可以通过下载课件、观看课程回放等方式复习;68.05%的学生认为是,上课的时间、地点灵活方便;65.81%的学生认为是,有很多其他学校、其他老师的资源的可以给共享、共用;64.54%的学生认为是,老师知识展示的方式多样化,不仅限于板书与PPT;作业完成方式也很新颖.

图4 线上线下混合式教学优势问卷调查结果

4.2 教学目标达成度效果分析

表4 教学目标达成度

5 结 论

针对数据分析方法课程,课程组开展的线上线下混合式教学探索与实践,实现了以教为主向以学为主的转变,增强了学生的学习兴趣,提高了教师授课效率.通过多元化的发展性教学评价,不仅提高了学生的专业理论与实践水平,而且有利于培养学生的应用创新能力以及正确的核心价值观.

5G时代的到来使得线上线下混合式教学成为必然趋势.课程组的改革实践为更加深入地研究混合式教学模式与教学方法积累了一些经验,但也提出了一些新的问题:如线上课程学习氛围弱导致学习效果不佳,个别同学在项目合作过程中参与度不高.因此,混合式教学是一个持续改进的过程,还需要不断完善,不断优化.课程组也会持续探索,使线上线下混合式教学的全过程更规范化、细则化,改善与巩固教学改革的成果,并加以推广.

致谢作者非常感谢相关文献对本文的启发以及审稿专家提出的宝贵意见.