基于五位一體的科研反哺教學模式探究

王小芳 鄒倩穎

(1. 吉利學院 智能科學學院, 成都 641423)

(2. 電子科技大學成都學院 大數(shù)據(jù)智能實驗室, 成都 611731)

隨著科技的發(fā)展,國家科技興國、科技強國的建設目標,教育部對高校學生發(fā)展提出新要求,但當前應用型高校的學生面臨要求高、自主能力弱、主觀能動性差、實踐與創(chuàng)新能力弱、缺乏解決復雜問題能力和團隊協(xié)作能力等問題,如何提升高校畢業(yè)生綜合能力成為高等教育研究重點。其中,教育部提出“金課”建設要求,要求提升教學質(zhì)量,淘汰水課[1-2];新工科“復旦共識”[3]提出新工科建設要強化研究與實踐;“天大行動”[4]提出問內(nèi)外資源創(chuàng)條件,打造工程教育開發(fā)融合新生態(tài)以及問學生志趣變方法,創(chuàng)新工程教育方式與手段等重要的建設思路?？蒲泻徒谈臑楦咝０l(fā)展與改革之雙翼,然而應用型大學面臨師資不均衡、能力層次參差不齊等問題,致使科研與教學出現(xiàn)失衡狀態(tài),往往科研型教師不做教學,教學型教師難做科研,此失衡之狀態(tài)嚴重阻礙應用型高校發(fā)展。

針對以上問題,研究構建五位一體的科研反哺教學模式。其中,五位一體指引入一系列項目,創(chuàng)設一系列情景,構建一套譜系化知識體系,利用一個工具,產(chǎn)出一些科研成果。研究中通過引入科研項目創(chuàng)設情景,對課堂進行再設計實現(xiàn)傳統(tǒng)課程教學改革,輔以大學教育理念、互動式教學評價機制、互動式教學手段實現(xiàn)互動式課堂,最終在人工智能專業(yè)“計算思維”“Python程序設計”和“工程項目”三門學科基礎課程進行實踐。

1 應用型大學教學存在問題

1.1 校企雙向難平衡

就教學而言,大學教育出現(xiàn)“水課”、教學質(zhì)量層次不齊,致使課程結束后,師生間難有收獲[5-6]。于學生而言,就業(yè)目標企業(yè)定向高,四年學習的專業(yè)技術能力難以滿足企業(yè)招聘需求,舉步維艱。對企業(yè)而言,學生眼光過高,能力逐年降低,企業(yè)實際需求和學生職業(yè)能力不匹配,備嘗艱苦。

1.2 科研與教學失衡

今時,眾高校存在教學與科研嚴重失衡[7],甚而兩者對立的現(xiàn)狀,常?？蒲袌F隊專注科研,教學團隊只專注教學,這般現(xiàn)實問題一定程度上如同“蹺蹺板”般失衡[8],導致教學與科研難以共生共融。

1.3 學生能動性差

使用傳統(tǒng)的“以教室為中心,以教師為中心,以教材為中心[9-10]”的顯性課本知識的傳授,這類照本宣科方式既枯燥又難以讓學生在腦海中構建知識體系,無法引起學生的學習樂趣,激發(fā)學生的學習專注度,使得教師與學生常常處于兩個世界,甚至于教師講什么、教師提了什么問題皆不知所云。

1.4 應用型大學發(fā)展與轉型難

應用型本科院校是相對于研究型高校的一種高校類型,應面向地方,培養(yǎng)素質(zhì)高、基礎厚、能力強的應用型人才[11]。但應用型高校師資力量薄弱,教師能力參差不齊,過多注重顯性知識教學,不注重隱性知識傳教,高校教師出現(xiàn)“重教學、輕科研”現(xiàn)象,導致師生能力得不到有效提升,同時對于民辦高校發(fā)展和轉型逐漸造成困難。

2 改革模式研究與實施

高質(zhì)量課堂除了完成課程目標和內(nèi)容外,更需要考慮學生獲得、教學設計、結果測評、師生評價及培養(yǎng)融合技能與解決復雜問題為一體的思維模式[12]。而學習是群體互動實踐且長期而持續(xù)的過程,該過程由多種因素促導,這些因素將直接影響學習的效果和結果。研究將學習過程進行泛在化構建,表現(xiàn)為:若學習為師生“教與學”過程集合,則該集合為學生與教師的雙向教學過程構建的獲得值。其教學收獲表達公式如式1所示。

(1)

其中,xi表示學習過程中的引導因素,x∈(教師上課能力,學生學習效率,教學效果,教學環(huán)境,學生興趣,結果評判,…),是直接影響學生學習的因素;ki表示第i個引導因素的影響系數(shù),其值小于等于1;f(x)表示教學過程中學生與教師的收獲,β代表學習過程中學生與教師的收獲值,有且僅有xi無窮大,教學過程中,學生和教師的收獲值β→1,即教師想輸出的,無限趨近學生所獲得的,實現(xiàn)教學過程完整交替。

研究對電子科技大學成都學院本科專業(yè)學生進行問卷調(diào)查,得出影響學生學習主要因素為課堂參與度、上課方式、授課水平、教學環(huán)境及考核方式。研究依托學習泛在化效果構建本教學模式,從科研反哺和情景共建入手,以課程教學理念、課堂再設計、課程評價機制、教學目標和課堂完成目標分析,體系架構如圖1所示。

圖1 科研反哺教學體系架構

2.1 課堂教學理念

為使學生在數(shù)字經(jīng)濟時代,盡可能達到深度學習,就需要分析如何讓學生能更好地學習。認知科學研究人在認識過程中信息是如何傳遞的[13],研究基于教學的認知科學體系,將教育學、教法學、大學教學、腦科學和心理學理念融入教學過程,以使師生在教學過程更好地獲取知識和傳遞知識,進而設計基于課堂教學認知科學理念的課堂內(nèi)容。通過團隊探討實現(xiàn)認知碰撞,達到學生深度學習,進而實現(xiàn)團隊協(xié)作、知識遷移和創(chuàng)新。

2.2 課堂再設計

好的課程,是設計出來的,課程設計需側重以學生為中心。課堂再設計是對每堂課程的具體設計,分為課堂空間設計和課程教學設計,課堂空間設計是為更好地實現(xiàn)自主探究和分享,以保證學生深度學習而構建的;課堂教學設計是為保證學生高效、高質(zhì)學習并學有所獲而進行的。

1) 課堂空間設計

為更好地進行師生-生生教學互動,課堂空間設計將傳統(tǒng)插秧式教學空間(如圖2所示)改革為互動教學空間(如圖3所示),采用互動式教學模式進行課堂教學,實現(xiàn)互動式智慧課堂[14]。

圖2 插秧式教學空間

圖3 互動式教學空間

2)課程教學設計

認知科學強調(diào)將學生長期置于學習區(qū),其學習過程才能快樂、有效和持續(xù)。而發(fā)展心理學提出一個成年人普遍的專注度為20 min,因而對于一堂90 min的課程,課堂教學設計既需要考慮學生掌握的知識點深度,也需要考慮學生的學習狀態(tài)。對于課程教學設計結合線上線下混合制教學模式,融入場景、課題討論、學生思考、競爭機制多種形式進行設計。課堂教學設計過程中,延長課程教學時間戰(zhàn)線,將課程分為課前、課中、課后三階段。課前發(fā)放顯性知識的學習鏈接和資料,如B站視頻學習資料、教師撰寫資料、知乎、官方性文檔資料等,完成基礎知識前置的學習;課中結合線上教學軟件(雨課堂)并以項目為引入構建知識體系,課中主要檢驗課前理論知識,討論開放性課題;課后進行知識升華與創(chuàng)新實踐,并將優(yōu)秀項目進行科研成果孵化。整個課程再設計實現(xiàn)學生將隱性知識轉化為顯性知識,再將顯性知識孵化成隱性知識的可復用生態(tài)循環(huán)過程。

創(chuàng)新實踐主要進行創(chuàng)新項目孵化,采用項目管理對項目實施過程進行監(jiān)管。根據(jù)前期學生構建的知識體系,向?qū)W生發(fā)布基于應用場景課題(如正在實施的科研項目、競賽項目及挑戰(zhàn)賽項目),學生通過各自興趣進行團隊組建和項目選題,每個團體成員不超過4人,成員利用課程實踐時間和課后時間對項目進行孵化。教師在學生項目實施過程中建立監(jiān)管體系,與學生簽訂任務協(xié)議書,內(nèi)容包括任務完成的預期成果、學生成員間分工情況。教師每周對學生進行1次項目交流,項目實施過程中組織2次過程性考核答辯(主要在實驗課程時間)。學生實施過程中構建項目進度表和項目計劃表,項目監(jiān)督組根據(jù)項目進度表和項目計劃表對每組進行過程監(jiān)督,學期末組織作品展示和評估,用于考核和推優(yōu)孵化。教師通過評估選出具有潛在價值的優(yōu)秀作品進一步孵化,產(chǎn)出科研成果和競賽成果。

2.3 課程考評機制

新時代應用型學生,大部分關注能否及格而非知識獲取多少,知識獲取不足,考試作弊情況屢禁不止。研究對考核機制進行改革,由結果性考核轉變?yōu)檫^程性考核,降低期末占比,以摒除學生學習惰性?？己藱C制包括考核模式、考核方式和考核分制構成,具體構成如表1所示。

表1 課程考評機制構建

由表1可知,過程性考核占總成績35%,由課堂表現(xiàn)和測驗情況構成,其中課堂表現(xiàn)中出現(xiàn)三次曠課則取消考試資格(來源于學院發(fā)布的學生手冊),團隊項目參與不積極者,可由團隊投票取消在小組中的成績;評價性考核占總成績5%,用于對課堂互動表現(xiàn)突出和積極的學生,參考社會主義公有制中的“按勞分配、多勞多得”思想。進而可更多激發(fā)學生參與熱情;成果性考核占總成績的30%,用于監(jiān)督學生更好地進行實踐操作,改變工科生重理論、輕實踐、難上手和難創(chuàng)新的現(xiàn)狀,并對于項目完成情況好,有成果轉化的團隊采取額外加分,但加分不高于總分比的10%;結果性考核占總成績的30%,其中,結果性考核為期末考試,分值占比低,降低結果性考核比例既可有效防止應用型高校學生期末作弊情況發(fā)生,也可增強學生的課堂參與度,同時還能避免平時不學習,臨時抱佛腳的學生比例,極大程度避免不良學習風氣(平時出勤+小組成績+期末成績=55分<60分,能有效帶動學生參與學習和實踐,避免渾水摸魚的情況發(fā)生);此外,結果性考核采用一項否決制,即期末作弊及期末未參加考試者,前期全部作廢。

2.4 教學手段

采用全體學生參與的競爭式教學手段。以學生為中心,以學生發(fā)展為中心,以學生學習效果為中心,充分發(fā)揮學生主觀能動性,讓全體學生參與教學活動。在活動中通過激發(fā)學生好奇心、好勝心,從而激發(fā)學生求知欲、課堂參與度、創(chuàng)新思考能力,讓學生在學中玩、玩中樂、樂中創(chuàng)造。

2.5 課堂完成目標分析

教學過程的本質(zhì)是雙向的。因而教學過程不單單關注學生,還需對師生教學收獲進行雙向評估,研究課程采用基于師生共生體的III級能力進行評估。在課程實施后,完成目標將達成以產(chǎn)出為導向的III+X能力目標,包含學生和教師III級能力和X項產(chǎn)出,產(chǎn)出可以是任意的成果,包含科研成果(論文、專利、項目課題)和競賽等等。通過III級能力評判表對整個課程實施過程中師生教學過程進行評價,體現(xiàn)為雙向產(chǎn)出和效果評價,若達到I級,則基本合格,證明課堂實施基本有價值;滿足II級,即為良好,證明課堂實施有價值;滿足III級,即為優(yōu)秀,證明課堂實施非常有價值。師生共生體3級能力如表2所示。

表2 師生共生體3級能力

其中,學生至少達到I級能力,教師至少達到II級能力,若未達到基礎要求,則整個教學過程和教學團隊未達到基本要求,教學不達標。

3 教學與成果分析

3.1 引入項目

課程教學引入項目團隊已結題的市廳級項目2項,橫向非保密項目2項,獲獎挑戰(zhàn)杯、互聯(lián)網(wǎng)、藍橋杯團隊項目作品7項,對項目進行細化拆分至人工智能專業(yè)課程中,使課程知識點情景化、實例化,并利用此研究模式構建融合課程群以2020級學生的“計算思維”“Python程序設計”和“工程項目”三門學科基礎課程為實施案例進行設計與教學。

3.2 學生成果

通過一學年2個教學班的教學,全體學生皆完成選題的項目報告。利用研究模式對課程進行過程監(jiān)管和成果考評,教學團隊對優(yōu)化項目進行深度孵化,產(chǎn)出科研成果,成果使用ECharts進行可視化展示,結果如圖4所示。

圖4 學生2020年成果

由上圖可知,學生通過授課,產(chǎn)出專利、高級別競賽、論文,并在課余參與項目研發(fā),較好地提升了實踐動手能力和思維能力,此教學模式對學生成長和學生學習效果有積極影響。

3.3 教師成果

教師團隊以研究模式對2020級學生進行授課,授課教師產(chǎn)出一定科研成果和競賽成果,成果使用ECharts進行可視化展示,結果如圖5所示。

圖5 教師2020年成果

由上表可知,授課教師通過課堂,在2020年教學授課中有較大成長和收獲。具體為:在教學能力和教學質(zhì)量上有較大改進,學生在課堂中的參與度和專注度有明顯增強,授課教師團隊在發(fā)表論文、申請項目等科研能力上有一定提升,此教學模式有利于教師能力培養(yǎng)。

4 結語

研究分析了五位一體的科研反哺教學模式改革傳統(tǒng)課堂、教學模式、課程空間、及考核機制,課程中引入已有項目,采用以成果為導向的情境知識共建教學方法,實現(xiàn)了以學生為中心,以學生學習效果為中心,以學生發(fā)展為中心的教學設計,培養(yǎng)學生實踐思維能力,輔以技能培養(yǎng),產(chǎn)出科研成果,最終構建教學-科研共生體,師師-師生-生生學習共同體,促進師生與學院長期進步。研究通過人工智能專業(yè)學科基礎課“計算思維”“Python程序設計”和“工程項目”構建課程群進行了實施驗證,經(jīng)2020年教學實施驗證,學生較傳統(tǒng)課堂而言在科研上有一定收獲;教師較傳統(tǒng)教學而言,科研和教學經(jīng)驗皆有所收獲;此教學模式較傳統(tǒng)課堂而言,課堂質(zhì)量有較好提升,對應用型本科院校教學具有一定的積極意義,對學生后期發(fā)展和進入社會解決復雜問題有極大的現(xiàn)實意義,具有一定推廣意義。研究除應用于工學的學科基礎課外,還可應用于工科專業(yè)課和實踐課,文理科專業(yè)課。此教學模式僅進行1年教學實踐,雖一年驗證的成果無法達到60%以上學生團隊產(chǎn)出科研成果,但任何一項改革皆非一蹴而就,需要長期實踐且持續(xù)優(yōu)化。