基于MOOC的“线性代数”混合式教学构建与实施

［摘 要］ 以“线性代数”课程教学为例，基于MOOC线上资源，根据线上线下“金课”的标准，通过分析课程特点、教学现状及课程线上资源的特点，利用现代教育理念和慕课堂等智慧教学工具，从建设手段、教学设计、教学管理与实施及课程考核等方面，探讨并构建凸显生本特色、重视知识重构、融入“两性一度”、强调过程管理的“线性代数”线上线下混合式多维度教学模式。与此同时，通过三轮混合式教学模式的实践和实际效果，展示其推动教学创新和发展的价值和意义。

［关键词］ “线性代数”；混合式；过程化；慕课堂；MOOC

［基金项目］ 2019年度南京邮电大学通达学院金课建设项目“线性代数线上线下混合式金课”（JK20619003）；2020年度南京邮电大学通达学院教改项目“云环境下自主探究式教学模式的实践研究”（JG00420025）；2021年度南京邮电大学慕课建设项目“解析几何在线课程建设”（28007MC2110）

［作者简介］ 王发兴（1981—），男，甘肃武威人，理学硕士，南京邮电大学通达学院基础教学部副教授，主要从事微分方程和数学教育研究。

［中图分类号］ G642.1 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）52-0122-04 ［收稿日期］ 2024-07-07

一、课程特点与教学现状

“线性代数”是理工、经管等学科的一门重要数学基础课程，是学习后续专业课程的先修课程，有助于培养学生的抽象思维、逻辑推理及计算能力。特别是在计算机广泛应用的今天，计算机图形学、计算机辅助设计、密码学、虚拟现实等无不以线性代数为其理论和算法基础的一部分，因此，学好“线性代数”课程，掌握线性代数的内涵和思想方法极为重要。

“线性代数”课程在大学一年级开设，大一学生刚刚经历从中学的“考生”过渡为大学的“学生”，对新事物和新科技充满兴趣，尝试通过学习新知识探究前沿问题，但对高阶思维的计算和证明感觉烦琐、枯燥、无从下手。另外，课时的安排普遍较为紧张，课程信息量大，是教师难教、学生难学的原因之一。近年，我国高校的教师和专家学者对“线性代数”课程的教学内容和教学模式进行了多种改革和实践，并提出了多种教学方案和成效模式。教学内容的改革包括引入科学计算软件、增强实践环节、引入和专业相关的教学案例等；教学模式改革主要包括开展慕课、SPOC与翻转课堂，建设优质资源共享课与视频公开课等［1-4］。诸多教学改革和教学实践表明，对于单纯的“资源提供型”课程建设，学习全凭学生自觉，效果和传统课堂相比改进不多。与此同时，“一考定终身”的传统考核方式与“个性化教学”的新思路已不能相得益彰，于是一种新型的教学模式——基于网络课程资源和智慧教学工具的多维度混合式教学模式逐渐被重视和应用。

二、多维度混合式教学的构建与实施

根据“互联网+”教育资源和教育模式的推行，课程团队于2018年9月建设完成“线性代数”慕课资源并使其在中国大学慕课平台上线，到目前已开课13期。该课程基于南京邮电大学通达学院“大信息”的背景，在坚持“邮”“电”为本的人才培养基础上，结合新时代的人才培养目标，在内容的编排上充分考虑了理工类尤其是电子信息类专业对“线性代数”课程的基础需求，同时体现了为新工科专业提供数学支撑的思想。近年，基于“线性代数”课程团队建设的MOOC线上资源，根据线上线下“金课”的标准，利用现代教育理念和慕课堂等教学工具，并融入课程思政内涵，对传统教学班开展了多维度的混合式教学探索与实践，教学效果有了显著提升。

（一）凸显生本特色

“线性代数”线上课程的课件和视频均由团队教师自行设计、录制和剪辑，通过嵌入各类箭头指示、色彩标注、框图强调等动画，引导学生一步步前行，这更契合学习者的认知规律，并且带来了源于课堂又高于课堂的视听感受。课程团队成员多人次获校级、省级、国家级各类授课竞赛的诸多奖项，讲授风格亲切自然，能让学习者深切感受有温度的面对面交流探讨。“线性代数”线上课程于2021年被评为江苏省首批一流本科课程，课程共计63个视频，本文第一作者作为主讲老师，主讲47个视频，课程深受好评，总体评分为4.9分，排国内同类课程前列。

（二）重构知识体系

首先，根据教学大纲要求和专业特色，梳理课程中概念和理论的难易层次，对知识点进行“基于问题”的切割。其次，将教学内容进行重新分类，确定哪些知识适合传统面授，哪些知识适合网络资源自行学习，哪些知识适合一起讨论。再次，对每一个知识单元，制订不同的教学目标及技能点要求，每个点遵循短小精悍且信息完整的原则。最后，教学团队搜集整理各种相应的教学资源及路径链接，构建内容思维导图，厘清课程学习主线。

（三）融入“两性一度”

在学习中融入大量实例重塑概念和理论的形成过程，例如秩的定义、逆矩阵的定义、向量组的线性相关性的理论、相似对角化的理论等。结合线性代数在计算机技术和经济模型中的重要应用，及时将学术研究、科技发展前沿成果用于课程设计，通过已有案例的学习，设计富有一定难度和创新性的综合题，并将现代信息技术和课程内容与教学深度融合，以探究式和增负式的理念开展教学。

此外，深度融合思政理念，将“线性代数”中的初等变换、秩、行最简形、特征值与特征向量、标准形等诸多知识所体现的“变中不变、取精用宏、由博反约、简于形精于心、化繁为简、循序渐进、由具体到一般、由理论到实践”的思政哲理通过教学设计体现出来。

（四）构建教学模式

采取“课前预习（视频或书本）+课中翻转讨论与慕课堂答题+QQ群在线提交作业与互动答疑+MOOC或SPOC测验与互动讨论”的模式。第一，制订线上线下教学的大纲、日历、学时分配、课时测验和讨论主题等内容，根据切割知识模块，设计知识单元中课前预习、课上讲授讨论、课后复习等具体任务和作业，在实施过程中根据反馈及时调整。第二，教师搭建QQ交流群，随时答疑和布置任务，要求学生在线提交课后作业，以便在管理监督学生的同时及时发现作业中的问题并进行反馈与修订。第三，创建与MOOC或者SPOC关联的慕课堂，在慕课堂中添加每堂课的测试题，一般45分钟的课堂设置2个测试题，若是翻转课堂，学生课前已经完成内容的学习，可设置3～4个测试题，以检测学生课中和课前的学习情况，教师根据实际情况进行适当调整和内容的补充讲解。第四，教师根据各个阶段的学习讨论和作业完成情况，提炼一些共性问题和重难点，进行课堂启发式和探究式教学，要求学生在学习问题或任务的驱动下确定主题，分享应用案例和理论理解，并进行个性化学习及知识内化与总结。第五，在教学反馈与评价阶段，根据资源点击率、视频观看率和讨论区热词统计等大数据，分析目前课程资源的优势及不足，通过期末考试成绩和教学反馈评价等，改进和增强新一轮混合式教学的开展和课程建设。

（五）设计考核模式

随着教学内容的更新和教学方法及手段的创新，基于应用能力培养的“线性代数”教学需要改革考核方法，应全面考查学生在整个学习过程中各方面能力的提升，采用多种评价方式相结合的方法，综合考虑过程性评价与终结性评价。过程性评价注重学习过程的考核，由两部分组成：一是，通过MOOC或SPOC测试和作业的完成情况及在讨论题中的表现，实现对学生网络学习的评价；二是，以学生慕课堂答题、平时作业、课堂提问、课堂回答、专业应用、总结报告等情况，来体现对学生线下学习过程的评价。对学生的最终评价以综合网络测试及期末考试来实现，除了常规的题型外，还包括考查学生综合运用所学知识解决实际问题的能力的综合性题型。

在实施中，混合式教学考核的方式分为四部分：第一，在线学习。成绩以MOOC的考核和学习施行，占20%。第二，慕课堂答题。在课堂教学中，学生在慕课堂答题，记分，占15%。第三，线下作业。根据教学进度布置作业，学生完成后教师批改、记分，占15%。第四，线下考试。根据教学进程统一闭卷考试，教师批改、记分，占50%。

（六）实施教学模式

自2019年至2023年，课程团队分别在每学年的第二学期实施混合式教学。实施教学的班级有2019级信息管理与信息系统专业、2020级电子信息工程专业、2021级财务管理专业和2022级通信工程专业，共实施4轮，每轮从一个行政大班中随机选取30名学生组成混合式教学班，专业覆盖工科和经管类。在教学过程中，学生的参与度更高，利用智慧工具答题和签到等能及时得到反馈，学生能自查自己的课堂学习成效。一学期的效果表明，在同一年级中，实行混合式教学的班级的成绩普遍高于未实行混合式教学的班级，并且成绩分布更为均衡。混合式教学班级以过程化管理方式，记录每一个学习环节的成效并将其作为平时成绩，最终显示卷面成绩与平时成绩呈正相关。这说明平时成绩较为全面客观地反映了学生总体的学习情况。

混合式教学模式的实施，在某种程度上确实改变了师生之间的角色关系，但角色的转变并不是简单的改变和替换，教学模式和方法对教师和学生都提出了更高的要求，在教学过程中，管理和自我管理同步进行。一方面，教师依然是课堂的主导者，并非线上课程的助教，也没有减轻负担，课前课后仍需在后台做足准备，要在QQ群通知和发布诸多安排，还要对之前的数据进行充分的分析，要对部分学生做好点对点的管理和督促工作。另一方面，学生要更加注重自身作为学习主体的学习态度、能力和自觉性，要学会在有形或无形的课堂上选择适合自己的“自助餐”［5-6］。

三、教学模式的价值与意义

（一）厘清内容结构，提升思维能力

通过知识体系重构，列举“线性代数”思维导图，从课程体系、知识点、计算方法三方面，将分散在全书的知识点进行梳理和关联，比如对矩阵可逆的若干等价条件进行梳理，对基于线性方程组的若干内容进行链接等，均能加深学生对各知识单元之间的内在联系的理解，并能进一步明确学习目标，根据关键图示或词语进行联想，从全局和整体视角上把握课程精髓，提高发散思维和知识扩散能力，同时能使学生的发散思维具体化。

（二）训练创新思维，拓展应用能力

通过对概念理论进行高度重塑，讲解和布置具有高阶性、创造性、挑战性、前沿性、科学性的综合题型和应用案例，例如对特征实现图像识别的应用等，能突破习惯性认知模式，促使学生对知识、能力、素质进行有机融合，培养学生深度分析并解决复杂问题的综合能力和高级思维能力，同时提高学生的创造力，使学生深度体验通过努力而获得成功的满足感和成就感。此外，通过将“线性代数”思想内容和思政哲理相融合，能促进学生对课程思想内涵的深刻理解，有助于培养学生的创新精神和实践应用能力。

（三）线上线下融合，全面提升效果

通过混合式教学，利用丰富的在线课程教学资源和网络交流平台，能弥补传统教学模式在时间、空间上的限制，特别是通过课前预习—课上答题与思考讨论—课后反馈与在线交流三个环节，以学习重点和难点知识、解决综合问题、领会课程内涵为导向进行教学设计，更有利于培养学生的自学能力及思考能力，能使学生由知识的接受者转变为知识的主动检索发现者与学习者。同时，根据实时反馈，能及时解决学习中遇到的问题和集中出现的问题，促进学生学习的延续性和探究性的形成，促进教师教学内容和教学方式的修正，充分提高教学效率，取得理想的教学效果。

（四）多元考核综合，推动全面发展

与传统的期末考试单一评价方式相比，通过建立多元化的考核模式，能更加客观、全面、公平地考查学生的学习表现，体现过程差异，进一步提高学生学习的积极性。此外，过程化的评价机制，更能促进学生良好学习习惯的养成，使学生懂得“不积跬步，无以至千里”的深刻道理。在“线性代数”教学过程中，知识点步步叠加，按行列式的意义和计算—矩阵的运算—线性方程组与矩阵的初等变换认识—矩阵的秩的定义和计算—线性方程组解的判定—向量组的线性相关性的定义和判定—最大无关组的理解和计算—线性方程组解的结构的掌握—特征值和特征向量的内涵和计算—相似对角化的意义—二次型的标准化，循序渐进，层层深入。多元考核的模式督促学生学好每个知识点，从而全面提升学生的个性发展和综合素质。

结语

教育永远没有最好的模式，改革的步伐永不停歇。随着时代的变迁，学生认知特点的变化，将有越来越多更优化的教学模式推动教学发展。当前，借助互联网资源和智慧工具，教师从知识的传授者变成教会学生如何学习和理解知识的推动者，教师在进行课程建设的过程中，必须学习现代信息技术与教育理论的深度融合，真正做到教学相长。对学生而言，混合式教学过程，促进了学生的自控力、信息化学习能力和批判性思维能力的发展，这正是高等教育的根本目的，也是对《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》全面贯彻的体现，让课程优起来、教师强起来、学生忙起来、管理严起来、效果实起来，全面促进人才的培养。