信息化资源与数据双螺旋驱动的传感类课程教学理念、方法与实践

作者: 曹琳琳 何赟泽 王洪金 张晓飞 文一章 王砚文

信息化资源与数据双螺旋驱动的传感类课程教学理念、方法与实践0

摘  要:资源与数据已成为推动教学改革的两个主要引擎。传感类课程是我国工科专业本科生的必修课,传感与检测技术是湖南大学电气与信息工程学院电气、自动化、电子和测控等四个本科专业的核心课。当前教学主要存在以下问题,第一,信息化教学程度比较低,信息化教学方法不完善;第二,理论和实验相互割裂,很难形成合力;第三,课本知识比较滞后,难以训练科学思维和创新意识;第四,教学活动缺乏数据支撑,学习行为难以准确挖掘。针对这四个问题,教师主要从信息化资源和数据作为突破口进行改革,使用信息化资源产生教学数据,再通过数据分析完善资源建设,最终形成双螺旋驱动的混合式教学方法。通过教材信息化、线上线下混合式授课提升信息化教学水平;通过实验视频上网、手机APP与示教软件让理论和实践结合得更加紧密;通过教改项目、科研实验和论文引入前沿知识,训练科学思维;通过SPOC和四年雨课堂数据指导教学活动,挖掘学习行为。最终,极大提升课程的教学效果和立德树人成效。

关键词:异步SPOC;混合式教学;示教软件;百度飞桨;教学数据挖掘

中图分类号:G642        文献标志码:A          文章编号:2096-000X(2023)09-0088-05

Abstract: Resources and data have become the two main engines to promote teaching reform. Sensing and testing technology is the core course of four undergraduate majors in electrical, automation, electronics and measurement and control with College of Electrical and Information Engineering, Hunan University. There are some problems in traditional teaching. Firstly, the level of information-based teaching is relatively low, and the information-based teaching methods are not perfect. Secondly, theory and experiment are separated from each other, and it is difficult to form a resultant force. Thirdly, textbook knowledge lags behind, making it difficult to train scientific thinking and innovative consciousness. Fourthly, teaching activities lack data support, and learning behavior is difficult to mine accurately. In view of these four problems, teachers mainly take information resources and teaching data as a breakthrough, use information resources to generate teaching data, and then improve resource construction through data analysis, so as to finally form a double helix driven hybrid teaching method. Informatization teaching level is improved through informatization of teaching materials and online and offline mixed teaching. The combination of theory and practice is closer through experimental video internet access, mobile APP and teaching software. The cutting-edge knowledge is introduced and scientific thinking is trained through teaching reform projects, scientific research experiments and papers. Teaching activities are guided and learning behaviors are mined through data from SPOC and rain classroom. Finally, it has greatly improved the teaching effect and the effect of strengthening morality.

Keywords: Asynchronous SPOC; blended teaching; demonstration software; Baidu Paddle; teaching data mining

当前,教育部大力推广信息化资源和信息化教学手段。随着大数据的发展,业界开始也重视基于大数据的教学改革和学习行为挖掘。可以说,资源与数据已成为推动教学改革的两个主要引擎。研究资源和数据的内聚耦合关系、多维协同机制和螺旋动态特征,将信息化资源和数据融入DNA双螺旋结构,形成基于双驱动模型的教学新方法,有助于高校教学研究水平的提升。传感与检测技术(以下简称为传感)是湖南大学电气与信息工程学院面向测控、电气、控制和电子等本科专业的学类核心课,在课程体系中地位非常重要[1-2]。但是,当前教学主要存在以下问题。第一,课堂上教师采用的信息化手段和工具比较少,导致授课的信息化教学程度比较低;第二,教学理论知识和课后实验节拍不一致,很难形成合力;第三,相比科技快速进步,课本知识比较滞后,难以训练学生的科学思维和创新意识;第四,教师组织的教学活动缺乏数据作为支撑,学生的学习行为难以准确挖掘。针对这四个问题,教师主要从信息化资源和教学数据作为突破口进行教学改革,使用信息化资源产生教学数据,再通过数据分析完善资源建设,最终形成双螺旋驱动的混合式教学方法。如图1所示,第一,通过教材信息化、线上线下混合式授课提升信息化教学水平;第二,通过实验视频上网、手机APP与示教软件让理论和实践结合的更加紧密;第三,通过教改项目、科研实验和论文引入前沿知识,训练科学思维;第四,通过两年SPOC和四年雨课堂数据指导教学活动,挖掘学习行为;另外,通过基于案例的思政设计实现了隐性的思政教育。改革后的传感课增加了18个学时的线上学习环节,通过两个学期的实践,教学效果和立德树人成效得到极大提升。

一  国内外研究现状及不足

(一)  信息化资源和手段驱动高校快速进行教学改革

清华大学的研究表明,高校教师信息化教学能力已成为提升新时代高等教育人才培养质量的关键因素。国内高校教师整体上已经具备了信息化教学的基本能力,但是具有较高应用水平的教师比例偏低,教师借助信息技术创新教学模式能力和信息化教学研究能力尚待提升[3]。全国高等学校教学研究中心的学者分析了高校教师信息化教学能力的内涵、现状及传统构建方式存在的问题,指出在线开放课程从理念传播、热情激发、技术发展和应用实践等方面发挥作用,为教师提升信息化教学能力开辟了新的路径[4]。随着互联网信息科技的迅速发展,MOOC 以其丰富的网络教学资源得到了广泛应用。MOOC不断发展的同时,不足也逐渐显现。将MOOC资源和传统课堂相结合的SPOC教学模式应运而生。这一教学模式既能充分利用MOOC资源,又保留了传统课堂教学的优势,可以更好地提升教学质量[5]。雨课堂将复杂的信息技术手段融入到PowerPoint和微信,在课外预习与课堂教学间建立沟通桥梁,让课堂互动永不下线。使用雨课堂,教师可以将带有MOOC视频、习题和语音的课前预习课件推送到学生手机,方便师生沟通及时反馈;课堂上实时答题、弹幕互动,为传统课堂教学师生互动提供了完美解决方案。雨课堂科学地覆盖了课前—课上—课后的每一个教学环节,为师生提供完整立体的数据支持,个性化报表、自动任务提醒,让教与学更明了[6]。超星学习通是面向智能手机、平板电脑等移动终端的移动学习专业平台。教师和同学不仅可以在超星学习通上进行线上学习,还可以自助完成图书馆藏书借阅查询、电子资源搜索下载、图书馆资讯浏览和查看本校通讯录,同时拥有电子图书,报纸文章及中外文献元数据,为同学们提供方便快捷的移动学习服务[7]。但是,雨课堂和学习通都是通用型教学工具,缺少课程专用的信息化教学工具。笔者注意到这一不足,正在开发完善专用于传感器课程的远程示教软件。

(二)  大数据时代基于数据驱动的教学组织将更加智慧和科学

智慧校园的建设和信息化教学手段在教育行业的深入应用,教学活动的开展也愈来愈注重其智慧性和科学性。大数据科学与教育科学的结合,使得教学朝着更加智慧的方向发展。数据的应用可以让教师更好地了解学生学习行为特征和学习效果,做出的学习评价更加科学,能够关注学生个性的发展,对学生进行个性化的辅导,提高学生课程学习效果。教师亦可以应用数据分析的结果对教学进行反思,优化教学效果[8]。凯里学院的学者指出,数据驱动教学范式是大数据背景下的主要教学范式。在梳理大数据技术和数据驱动教学范式概念的基础上,提出了大数据技术下的数据驱动教学范式架构[9]。信阳师范学院生命科学学院从数据驱动教学的视角,依据师范生的“学”与“教”的两种诉求,对师范生数据素养的构成要素进行解释,构建系统化、隐性化和实践—反思—实践的培育体系,以提升我国师范生数据素养水平[10]。大同大学外国语学院的学者提出,高校应以数据为依托,遵循决策科学化、管理精细化、学习个性化和教学信息化的价值取向,发展教师数据素养,利用数据管理平台提高教学管理精细化水平,塑造基于大数据的个性化学习模式,通过校企联合开发数据管理平台提高教学信息化水平[11]。天津商务职业学院的学者分析大数据教学平台在高职公共英语课程中的应用情况,梳理学生在此基础上的个性化学习过程中各方面的表现及存在的主要问题,从而进一步完善基于大数据教学平台的学生个性化学习的效果评价机制[12]。武汉大学马克思主义学院的学者指出要认真研究和解决数据教学与思想政治理论课融合过程中存在的问题和困难,以更好地发挥数据教学的积极作用[13]。可见,在基于数据驱动的教学组织和改革中,教学数据甚至是历年的教学数据及分析方法是最重要的。

(三)  信息化资源和教学数据是双螺旋驱动模式的新引擎

双螺旋驱动结构已经在创业教育、专业教育等方面发挥了重要作用,已成为值得推广的教学模式。辽宁师范大学的学者通过对文献和政策的双重梳理,展示了在学术与政策“双螺旋结构”助推下确立和形成创业教育理念的过程[14]。广西大学的学者将创新创业教育与高校传统专业教育之间的内聚耦合方式,形成如DNA的双螺旋结构,促进创新创业型人才成长的教育合力,进而有效激发和提高学生的创新精神、创业意识和创新创业能力[15]。吉林农业科技学院的学者在创业教育和专业教育改革实践中融入螺旋驱动的理念,以创业教育和专业教育课程融合与改革为两条主链,通过人才培养方案的调整、教学方式方法的改革、健全创业教育指导服务体系、创新工作机制和完善制度、更新教育理念与营造创业文化氛围,以及多维联动和协同促进融合六个方面构建高校创业型人才培养的双螺旋模式,形成如DNA的双螺旋结构,促进创业型人才成长的教育合力[16]。南京工业职业技术大学的学者研究了职业院校产教融合人才培养模式的影响因素与动力机理,基于能力本位理论、职业能力发展阶段理论,以政府链、职业院校链和企业链为外螺旋,以知识链、技能链和素质链为内螺旋,构建校企合作的实践创新平台,建立双螺旋人才培养模式,推动职业院校产教融合人才培养模式创新[17]。近几年,教育部大力推广信息化资源建设和信息化教学手段,并开始重视基于大数据的教学改革和学习行为挖掘。在这个大背景下,资源与数据已成为推动信息化教学的两个主要引擎,把资源和数据嵌入双螺旋结构,强调资源和数据的内聚耦合关系、多维协同机制和螺旋动态特征,形成资源和数据双螺旋驱动的教学新方法,有助于高校教学研究水平的提升。

根据国内外现状的调研与分析可知,当前教学存在的不足包括:第一,信息化教学程度不高,公开的高质量资源利用率低,实验课的信息化手段比较匮乏;第二,教学活动的组织和教学总结没有足够的数据作为支撑,特别缺少历年数据的分析与使用;第三,混合式教学做法比较多,但是相关教学理念不够完善,很难进行大面积推广和使用。

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