新工科背景下的线上线下混合式教学改革研究与探索

曾霖 杨璧菀

收稿日期：2023-08-21

基金项目：贺州学院博士、教授科研启动基金项目（HZUBS201709，HZUJS201805）；广西高等教育本科教学改革工程项目（2021JGA336，2021JGB369）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.04.039

摘  要：以新工科背景下的线上线下混合式教学的改革和探索为切入点，贯彻以学生为中心、以成果为导向的工程教育核心理念，对数据科学与大数据技术专业进行了有效的理论研究和数据分析，深入探讨线上线下混合式教学模式的优势和挑战，满足学生多样化的个性学习需求，挖掘知识的深度和广度，提高学习效果及其应用能力，促进资源共享与跨学科交叉融合，为数据科学与大数据技术专业的教学改革提供了深入的理论研究和有效的实践策略。

关键词：混合式教学；交叉融合；新工科；工程教育

中图分类号：TP39；G434  文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2024）04-0190-05

Research and Exploration of Online and Offline Blending Learning Reform under the Background of Emerging Engineering Education

—Taking the Major of“Data Science and Big Data Technology”as an Example

ZENG Lin1， YANG Biwan2

（1.School of Artificial Intelligence， Hezhou University， Hezhou  542899， China;

2.School of Culture and Media， Hezhou University， Hezhou  542899， China）

Abstract： This paper takes the reform and exploration of online and offline blending learning under the background of Emerging Engineering Education as the starting point， implements the engineering education core concept of“student-centered， result-oriented”， and conducts effective theoretical research and data analysis on major of“data science and Big Data technology”. It can deeply explore the advantages and challenges of the online and offline blending learning mode， meet studentsdiverse individual learning needs， discover the depth and breadth of knowledge， improve learning effects and application capabilities， and promote resource sharing and interdisciplinary cross fusion. The teaching reform of data science and big data technology provides in-depth theoretical research and effective practical strategies.

Keywords： blending learning; cross fusion; Emerging Engineering Education; engineering education

0  引  言

數据科学与大数据技术专业是近年来迅速兴起的一门新兴学科，随着互联网和信息技术的迅猛发展，在传感器、云计算和物联网技术的合力推动下，社会各行各业的数据规模正以指数级增长，全球范围内涌现了涵盖商业、金融、医疗、社交媒体等多个领域的海量数据，进一步融合突显出差异性和交叉性。数据科学与大数据技术致力于从这些海量数据中提取有价值的信息和洞察、揭示模式和关联，为决策制定和创新提供支持。利用大数据和人工智能技术，人们可以深入了解客户需求、市场趋势、业务模式等，从而做出更明智的决策；能够激发创新，并为企业和组织带来竞争优势。深入分析和研究海量数据，能发现潜在的成功商业模式、提高产品质量和服务效能，提供个性化的应用体验，从而在日趋激烈的市场竞争中保持行业领先地位。大数据技术的应用不局限于商业应用领域，在医疗健康领域也发挥着巨大的作用，如用来优化医疗资源分配，提升医疗服务质量，帮助提高疾病预测和诊断的准确性。数据科学与大数据技术专业是一门跨学科研究的综合性学科，融合了多个学科的知识和技能，如为大数据技术理论提供概率论、线性代数、数理统计等基础的数学与统计学；为数据处理和分析提供技术支持的编程语言、算法和数据结构等计算机科学与编程；用于发现数据背后的模式和规律的聚类分析、分类算法、预测建模等数据挖掘与机器学习；用于将数据转化为可视化图形和交互界面的可视化与交互设计技术，以便更好地理解和呈现数据。

随着现代社会对相关大数据技术人才的迫切需求，教育机构需要不断优化课程设置、实践环节和实际项目的合作，培养具备数据科学与大数据技术综合能力的专业人才。数据科学与大数据技术专业面临着如何更好地开展教学的挑战。传统的面对面授课模式已经难以满足以学生为中心的渐趋个性化的课程要求和培养目标。与此同时，线上教育和远程学习的发展为教育领域带来了新的机遇，可以培养学生的计算思维，在理论教学、实践教学、考试考核和课外活动四个教学环节中应用可以提高教学质量和效果[1]。因此，本文旨在探讨数据科学与大数据技术专业如何通过线上线下混合式教学改革来提升教学效果和学生的学习体验。

1  线上线下混合式教学改革

随着科技的快速发展和互联网的普及应用，教育领域呈现出新的变革和创新。线上线下混合式教学模式作为一种新兴的教学模式，将传统面对面教学与在线教育相结合，以满足学生多样化的培养目标和学习需求。例如以“数据库原理与应用技术”课程为例，分析了在疫情防控影响下线上线下混合式的教学现状及其特征[2]。结合线上线下混合式教学理论和实践，从教学设计、教学环境和教学评价等方面进行策略优化[3]。基于产出导向的线上线下混合式教学模式，可以激发学生的学习内驱力，提高教学质量和效果[4]。为提高思政课教学质量和成效，推进信息技术与传统课堂相融合的混合式教学模式改革与实践[5]。在MOOC+SPOC教学模式驱动下，专门成立MOOC/SPOC教学改革实践领导小组来指导教师开展基于MOOC的教学[6]。下面阐述线上线下混合式教学模式的定义和特点，包括教学模式的概念、教学组织形式、教学活动设计等多个方面。

线上线下混合式教学模式，又称为融合式教学或混合式学习，是指将传统面对面教学与在线教学相结合的教学手段。通过教师、学生和教育技术的有机结合，线上线下混合式教学模式创造了一个灵活的学习环境，使学生能够在不同时间和地点自主学习，并利用线上和线下的教学活动进行互动和合作[7]，分享学习经验和资源，促进协作学习和知识共建。线上线下混合式教学模式根据个人的基础差异和学习节奏，以电子书、课件、音频、视频等网络资源方式为学生提供了更多的学习自主性和灵活性的选择。线上线下混合式教学模式可以充分结合线上环境的讲座、讨论、小组合作等和线下环境的实验、实践、案例分析等的教学活动。利用模拟实验、编程环境等环境提供的学习工具和软件，以增强学生的学习能力和专业技能。另外线上线下混合式教学模式可以通过技术手段实现个性化的学习支持，利用在线评估和反馈系统为学生提供及时的学习反馈和个性化的学习推荐。同时，教师也可以根据学生的学习数据和反馈，利用在线测验、作业提交、讨论记录等方式进行个别指导和辅导，提供更有针对性的教学[8]。根据学生的学习需求和特点，教师合理选择和设计线上和线下的教学活动，并利用信息技术手段进行教学管理和指导。不同专业基础或学习进度的学生，充分利用互联网和教育技术的优势，在线上线下混合式教学模式下构建不同认知网络的学习路径[9]，从而更好地适应知识差异和学习需求，提高学习成效和认知能力。

2  线上线下混合式教学模式的研究设计

线上线下混合式教学模式为数据科学与大数据技术专业的教学带来了新的机遇和挑战。结合传统面对面教学和在线教学的优势，可以更好地满足学生的个性化学习需求和学习路径，提高教学效果。本文将根据专业教学目标和特点，详细阐述线上线下混合式教学模式的研究设计，包括目标设定、实验设计和变量定义等方面，线上教学和实验环境采用头歌实践教学平台[10]。

2.1  目标设定

在数据科学与大数据技术专业中应用线上线下混合式教学模式，从以下三个方面设定目标：

1）培养学生具备大数据技术专业的基础知识和核心技术，能够综合应用这些知识用于解决大数据工程领域的复杂工程问题。

2）培养学生掌握行业核心技能和团队合作能力，具有良好的团队合作和组织管理能力。

3）优化以学生为中心的教学环境，促进师生间的互动和交流，培养自主学习和终身学习能力。

2.2  实验设计

在数据科学与大数据技术专业中应用线上线下混合式教学模式，采用以下实验设计：

1）根据培养目标和毕业要求，设计合适的教学内容和学习资源。

2）针对线上线下混合式教学模式，设计适当的在线视频、自主测评、线上课堂等教学活动。

3）收集学生的学习成绩、学习动机、出勤情况、调查问卷、反馈改进等数据，并结合学生的反馈和教师的观察记录，评估教学效果和学生的学习情况。

2.3  变量定义

在研究中，可以定义学习成绩、学习动机、学习体验和满意度、实践能力和合作能力等变量来评估线上线下混合式教学模式的效果：

1）比较学生在线上考试、课堂实验和作业等学习成绩上的差异，评估混合式教学对学习成绩的影响。

2）利用问卷调查等方式，收集学生学习的行为模式和特长爱好，确定学习成效的主导因素。

3）根据学生的反馈和调查问卷，分析学生对教学资源的使用、学习内容的设计和教师的指导等方面混合式教学的体验和满意度。

4）根据实际项目的合作和表现，验证学生的工程实践和团队合作能力。

2.4  数据采集

教学改革研究中的数据来源及其收集方法具有很重要的作用。教师应根据教学目的和问题的特点，选择适当的数据收集方法，并结合多种数据来源进行综合分析，了解学生的学习情况、进展、态度和表现等状态信息，以获得更全面和准确的研究结果，往往采用问卷调查、学习日志和學生成绩等多种方式的数据收集方法，如图1所示。在教学研究中，学生的学习动机、学习方式、学习习惯和学习体验等方面的信息往往通过问卷调查获取，而学生的学习状况、思维习惯和情感模式等方面的动态信息由学习日志记录。线上和线下的这种融合数据为教学改革研究提供科学依据和实践经验，促进教学方法和教学内容的优化、调整和改进。

图1  全方位进行数据收集

2.5  数据分析

数据分析是教师对线上线下混合式教学模式收集到的全方位数据进行处理并进行解释预测的重要步骤。在数据采集阶段完成后，采用均值比较、相关分析、回归分析、聚类分析、神经网络和深度学习等统计分析和机器学习方法对收集到的各种来源和类型的数据进行分析，以检验线上线下混合式教学模式对学习动机、教学状态、课程成绩等的影响，综合各个指标进行数据统计后得出最终排名，如图2所示。在数据科学与大数据技术专业中应用线上线下混合式教学模式，事先设计好明确的教学和课程目标，组织好灵活可靠的理论和实验教学活动，收集相关数据并进行分析，评估混合式教学模式对学习成绩、学习动机、学习体验等方面的影响。数据分析结果可以多层次、多维度揭示出学生的学习状态和潜在影响，能进一步提供预测或推荐等个性化教学服务。

图2  学生学习和学情数据分析

3  教学效果评估与分析

3.1  教学效果评估指标的选择与定义

教学效果评估是审核和检验教学成效是否与预期达成的要求和目标一致的不可或缺步骤。在线上线下混合式教学中选择合适评估指标时，为保证评估结果可靠、全面和准确，指标至少需要考虑教学目标、可操作性、学生差异、教学内容和方法等重要的因素：

1）要与教学目标相一致，能全面反映学生在知识、技能和态度等方面的学习成果。

2）应具有明确的定义和可执行的测量手段，评估者才能进行具体的测量和评价。

3）要分解成具体可执行的评估细节，能全面了解学生在不同教学环节和任务中的学习情况。

4）应考虑学生的个体差异和知识背景，保证分析系统的鲁棒性和准确性。

3.2  教學效果评估指标

以下是常见的教学效果评估指标及其定义：

1）基础知识掌握情况：应用在线评测成绩、作业完成情况、实验报告等达成数值来量化学生对教学内容的理解和掌握程度。

2）探索与创新意识：利用案例项目、开放性提问和时间限制等来评测学生的创新意识思维和复杂问题求解能力。

3）学习内驱力和发展：采用网络访谈、状态记录等来全面度量学生的行为表现、学习态度和内在动机。

4）协作和沟通能力：依靠实训项目、回顾发言等来评估学生在团队协作和良性沟通中的表现。

5）同行评价和学生评价：引入专家测评、教学反馈、自我评价等来得出师生在教学中的表现和满意度。

3.3  教学效果评估方法的应用

为了获取客观、可靠的评估结果，往往结合使用定量和定性方法进行教学效果评估。定量方法是利用量化数据进行统计分析，定性方法则借助描述性分析和主观评价获取详细的描述和观察。在线上线下相结合的混合式教学效果评估方法应用中，常常会结合使用定量和定性方法。利用问卷调查、学生成绩分析、测验和考试等定量方法来收集和分析数量化的数据，以量化指标来评估教学效果；而运用观察和记录，学习日志和反思，学生访谈和焦点小组讨论等定性方法来详细描述和观察，以及主观评价来评估教学效果。两类方法经常会在不同场景上结合使用，以获取更准确、全面的学习效果评判结果。在教学成效评估实际应用中，教师应根据研究问题、数据类型和可行性等因素，灵活选择和结合不同的评估方法。

4  教学改进与优化策略

4.1  线上线下教学活动的设计与安排的调整

线上线下教学活动的设计与安排是指为了达到更好的教学效果和学习体验，线上线下相结合的混合教学模式、课程排序和时间分配的灵活安排和动态调整，取决于培养方案、教学目标、教学内容和学生需求。在实践活动和策略应用中，教师还要综合考虑硬件设施、教学资源、个性特点、技术支持等多个要素来合理规划和改进优化。以下将详细阐述要点和策略。

1）在设计线上线下教学活动时，首先具体细化教学目标，确保每个课堂活动都能对应一个或多个可评测的教学目标。教师可以根据培养目标和教学要求选择适合的直播视频、课堂实验、小组讨论、图文作业等教学活动形式，以促进学生的知识掌握、技能应用和思维能力的发展。

2）线上线下教学活动的设计与安排需要灵活地组合不同的活动形式来实现。为帮助学生将理论知识应用到实际大数据技术问题中，教师可以根据教学内容、学习进度和学生需求，结合线上和线下教学资源，在线上或视频直播课程后有计划地组织课堂实验或案例分析活动等不同形式和内容的教学活动，如图3所示。积极鼓励学生利用互动讨论、分组作业等多种协作方式携手合作解决问题，不断提高学习效率和教学质量。

3）教师需要根据教学内容的难易程度、学生的个性差异和课程内容的顺序，合理规划线上线下活动的结构分布，整体均衡活动的时间长度和时间间隔，精心准备每个教学活动所需的课程内容。

4）在混合式教学活动的设计与安排中，为确保所选用的数据资源和开发套件能够满足教学需求，教师要综合考虑配套服务、用户体验和目标达成等相关教学实践问题，并提前进行不同形式的专业培训和模拟评测。例如提供充足的教学资源、课堂实验、文献资料、编程环境、视频直播等服务以支持教学活动顺利有序完成，如图4所示。

图3  线上课堂实验

图4  教学资料

5）在完成线上线下教学活动后，可以利用互动讨论、专题访谈、问卷调查、视频直播、微信会议、问答式提问等方式，了解学生对教学活动的看法和建议，及时收集学生的反馈意见，利用多种融合数据更全面、更准确地反映教学效果，进而灵活调整教学方式和内容。

4.2  课程设置和教学方法的调整与优化

课程设置主要由教学理念、毕业要求、政策导向、课程内容、市场需求和培养目标等多重因素的影响，而教学方法主要指的是教师在教学活动过程中所采用的教学手段和教辅工具方面的策略和措施，如图5所示。

1）课程设置的调整与优化是为了确保课程结构和内容的合理性，以及学习目标的达成。教师应明确课程的学习目标和学生的学习需求，根据专业培养目标分解后的课程教学目标，进行分类并探索各类目标的整合程度[11]。同时，根据学生的反馈和需求，及时调整和重塑学习目标，以确保其与学生的实际需求和期望相一致。

2）教师应关注国内外计算机领域的最新发展和学科前沿动态，及时调整和更新适应新形势需要的课程内容和知识体系。同时，通过增加案例分析、实践项目、跨学科内容等方式，丰富教学内容，提高学生的学习兴趣和动机。

3）根据学生的学习需求和反馈，优化课程结构。可以合理安排课程的难度和复杂度，构建多学科交叉融合的课程体系，培养学生的持续学习和自我成长的能力。

4）优化学习评估和反馈机制，确保学生能够得到及时、准确、全面的反馈。可以设计随堂评测、实训作业、互助学习、自我评测等多样化的教育评估体系，有效提升教学质量和学习成效。

图5  线上线下混合式教学模式

为满足不同学生的学习需求和个性差异，教学方法的调整与优化可以采用翻转课堂、分组教学、案例分析、实践活动、探究式学习等多种教学方法和教学策略；还可以引入小组讨论、问题解决、情景体验等形式，鼓励学生积极参与大数据技术专业知识建构，增强学习知识的深度和层次；并结合使用多媒体资源、虚拟实验室、游戏化教学、在线讨论平台等多种教育技术和手段构建丰富的教学内容和教学方式。另外，经常与学生进行沟通和交流，从学生的反馈中了解其学习状态和课程進展，并提供有针对性的建议和个性化指导来全面提高学生的认知水平及解决问题的能力。特别地，要设计和组织小组项目、合作研究、SWOT分析等形式的协同学习，激发学生的内在动力和创新思维，培养学生的团队合作和沟通能力。

课程设置和教学方法的反馈与改进采用如下方式：一是利用问卷调查、专题研讨、集体对话等多种融合手段收集学生的反馈结果和改进评价，获取培养目标、课程结构、教学安排、学生满意度等方面的意见和建议。二是组织教学研讨会、教学观摩等活动，与同行教师进行经验分享，听课点评和教学互动，借鉴学习优秀的经验和教学方法，实现教学相长，共同发展。三是教师利用教学周报、教学日志、教学笔记等方式进行教学记录和反思，记录教学疑惑点、捕捉教学闪光点和反思教学失误点，及时总结和分析教学过程中的问题和挑战。四是教师要保持与时俱进的意识进行不断学习、积极参加专业培训、课题研修、集体学习、学术讨论等活动，进而提高自身的专业素养和教学水平。

5  结  论

线上线下混合式教学是一种充分利用现代信息技术和教育新方法将线上教学和线下教学有机结合在一起的教学模式，为学生提供多样化的学习资源和教学体验，拓宽了传统课堂教学的时间和空间，能满足学生个性化差异的学习需求、挖掘课程内容深度和广度、构建与完善教学资源、培养学科交叉协作能力。

线上线下混合式教学提供了更多的跨学科实践空间和发展平台，学生利用在线协作平台跟不同知识和工程实践背景的团队成员一起学习和实践，共同解决问题和完成任务，能促进学生之间的交流与合作，培养团队合作和协作能力，提高学生的创新思维和解决问题的能力。此外，线上线下混合式教学可以突破时空限制，为学生学习和借鉴其他学科领域的知识和经验提供条件和保障，丰富学科内涵和多元智能，能提供个性化学习和自主学习的实践，赋予学生更大的学习灵活性。作为一种新兴的混合式线上线下教学模式，虽然在各种不同教学应用场景中发挥诸多独特的优势和潜力，但目前仍会受到技术支持与设备要求、教师培训与专业技能、学科与平台互动等方面的限制。

参考文献：

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[6] 张策，谷松林，徐晓飞，等.MOOC教学试点学院探究——以哈尔滨工业大学（威海）计算机学院为例 [J].中国大学教学，2018（11）：38-42.

[7] 符波，刘和，张衍，等.“环境工程微生物学”面向深度学习的线上线下混合式教学与翻转课堂的探索与实践 [J].微生物学通报，2023，50（8）：3713-3724.

[8] 刘省珍，宋晓利，刘辉，等.基于OBE理念“包装印刷技术”线上线下混合式教学的探索与实践 [J].包装工程，2021，42（S1）：146-150.

[9] 李骏扬，于海琴.线上线下混合式教学与多层次认知网络构建的融合——以“计算机程序设计”课程为例 [J].东南大学学报：哲学社会科学版，2021，23（S1）：149-153.

[10] 头歌实践教学平台 [EB/OL].[2023-07-06].https：//www.educoder.net.

[11] 孟霆，姜海丽，刘艳磊.美国高校基于线上线下混合式教学模式的经验及启示 [J].黑龙江高教研究，2021，39（4）：80-84.

作者简介：曾霖（1981—），男，汉族，广东兴宁人，教授，博士，研究方向：机器学习、数据挖掘、智能规划等。