數(shù)量生態(tài)學(xué)在線教學(xué)研究

李媛媛，劉興婕，陳 健，許子乾，周泉澄*

（1.南京曉莊學(xué)院食品科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210017；2.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037）

0 引言

生態(tài)學(xué)逐漸成為理科課程，發(fā)展數(shù)量生態(tài)學(xué)必然要和生態(tài)學(xué)云數(shù)據(jù)的分析技術(shù)緊密結(jié)合［1］。2012 年起在生態(tài)學(xué)主流期刊發(fā)表的超過(guò)70%的研究采用了一些高級(jí)的統(tǒng)計(jì)模型［2］。盡管如此，很多學(xué)生認(rèn)為他們?cè)跀?shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)等方面的技能比較欠缺，并且積極要求將數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)知識(shí)納入生態(tài)學(xué)等相關(guān)課程的教學(xué)［3］，這對(duì)于非數(shù)學(xué)專業(yè)的老師來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。與線上教學(xué)相比，線下教學(xué)可以給基礎(chǔ)較弱的學(xué)生更多的幫助，因此很多老師更喜歡線下課堂環(huán)境。但是，由于新冠疫情的影響，不得不將線下教學(xué)轉(zhuǎn)為線上教學(xué)，尤其是線上課程教學(xué)設(shè)計(jì)沒有經(jīng)過(guò)專門的培訓(xùn)，增加了教學(xué)難度。針對(duì)這一情況，本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外一些教學(xué)實(shí)踐案例，旨在為數(shù)量生態(tài)學(xué)的在線教學(xué)提供指導(dǎo)。

1 現(xiàn)狀及存在的問題

數(shù)量生態(tài)學(xué)是一門結(jié)合數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)的應(yīng)用性課程［4］，數(shù)學(xué)焦慮是數(shù)量生態(tài)學(xué)在線教學(xué)首先需要解決的問題。這種焦慮擾亂了學(xué)生認(rèn)知和學(xué)習(xí)記憶能力，導(dǎo)致學(xué)生成績(jī)下降［3］。一方面，基因遺傳或不良學(xué)習(xí)習(xí)慣等導(dǎo)致數(shù)學(xué)成績(jī)較差和數(shù)學(xué)焦慮；另一方面，教師的焦慮對(duì)學(xué)生的成績(jī)也有負(fù)面影響。數(shù)學(xué)焦慮妨礙學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)需要的思考和推理能力，是影響數(shù)學(xué)成績(jī)的根源。數(shù)學(xué)焦慮是一個(gè)普遍存在的問題，問題如果得到解決，學(xué)生能更好地學(xué)好任何數(shù)量統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)課程。

與課堂環(huán)境相比，數(shù)量生態(tài)學(xué)在線教學(xué)是否會(huì)增加數(shù)學(xué)焦慮？早期研究表明，25%~50%的一年級(jí)本科生對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)有畏難焦慮等情緒［5］。雖然這一比例隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在教育中的普及而下降，但是把計(jì)算機(jī)技術(shù)作為教育資源平臺(tái)，焦慮情緒可能仍然存在。因此，在線教學(xué)可能會(huì)放大學(xué)生的一些焦慮情緒。研究表明，線上教學(xué)學(xué)生的焦慮和消極情緒高于線下教學(xué)，但是10 周線上教學(xué)之后學(xué)生消極的態(tài)度有所改善［6］。因此，使用正確的方法和資源可以改變焦慮態(tài)度，有效提高學(xué)習(xí)成績(jī)。

2 建議和策略

2.1 細(xì)化線上教學(xué)策略設(shè)計(jì)和課程實(shí)施

COVID-19 期間，為保護(hù)教師和學(xué)生的健康和生命安全，學(xué)校大部分課程教學(xué)由線下教學(xué)轉(zhuǎn)為線上教學(xué)模式，通過(guò)細(xì)化在線教學(xué)設(shè)計(jì)課程以達(dá)到最理想的課程教學(xué)目標(biāo)。例如，應(yīng)用逆向設(shè)計(jì)和學(xué)生旅程圖。逆向設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)首先確定具體學(xué)習(xí)目標(biāo)；其次，設(shè)計(jì)一系列課程練習(xí)和評(píng)估，以最好地達(dá)成目標(biāo)。這種在線教學(xué)設(shè)計(jì)更專注于學(xué)習(xí)成果，而不是簡(jiǎn)單地提供學(xué)習(xí)內(nèi)容。學(xué)生旅程圖是一種補(bǔ)充，它借鑒了設(shè)計(jì)思維中的概念，鼓勵(lì)教師從學(xué)生的角度思考課堂［7］。此外，課程設(shè)計(jì)過(guò)程還應(yīng)注重?zé)o縫實(shí)施的策略。首先，學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)組織有序美觀，明確班級(jí)學(xué)習(xí)成果、活動(dòng)和評(píng)估；其次，課程任務(wù)截止時(shí)間統(tǒng)一有序（例如，固定周五下午5 點(diǎn)之前完成一周學(xué)習(xí)任務(wù)），有助于學(xué)生更好地計(jì)劃并適應(yīng)他們的多重責(zé)任；最后，利用平臺(tái)技術(shù)活躍課堂，使其更具有吸引力。例如，在線課程中，將復(fù)雜的主題系統(tǒng)地分成小模塊，適當(dāng)融入短視頻；在線小組討論可以幫助保持學(xué)生參與度，有助于提高學(xué)生表現(xiàn)。

2.2 創(chuàng)建開放輕松的學(xué)習(xí)氛圍

教師和學(xué)生保持持續(xù)溝通有益于營(yíng)造團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)意識(shí)。（1）建立討論區(qū)。在討論區(qū)學(xué)生可以自由表達(dá)觀點(diǎn)，不用擔(dān)心錯(cuò)誤的回答影響成績(jī)?cè)u(píng)定。（2）提供互動(dòng)機(jī)會(huì)。實(shí)踐教學(xué)表明小組學(xué)習(xí)有助于提高學(xué)生課堂表現(xiàn)和課程成績(jī)。例如，充分利用騰訊課堂等在線應(yīng)用程序中的分組討論室，設(shè)置小組在線討論和“思考、配對(duì)、分享”任務(wù)，教師在討論板中發(fā)布問題并鼓勵(lì)學(xué)生描述如何解決問題。（3）快速、個(gè)性化和建設(shè)性地提供反饋，并使用積極的語(yǔ)氣提出問題促進(jìn)思考。在線課程是視頻反饋的好地方——教師錄制一段簡(jiǎn)短的視頻，點(diǎn)評(píng)學(xué)生作業(yè)。與傳統(tǒng)的文本反饋相比，學(xué)生更喜歡個(gè)性化的視頻反饋。視頻反饋和文字反饋所需時(shí)間類似，但是效果可能更好。（4）幽默緩解技術(shù)和數(shù)學(xué)焦慮。數(shù)學(xué)或統(tǒng)計(jì)笑話可以幫助在課堂上保持輕松的氛圍和學(xué)生的興趣。例如，同步在線課程中，教師可以在上課前發(fā)布一個(gè)巧妙的數(shù)學(xué)笑話。如果幽默不是強(qiáng)項(xiàng)，教師應(yīng)保持積極的參與態(tài)度，當(dāng)學(xué)生成功時(shí)表?yè)P(yáng)他們，提醒他們?nèi)〉玫倪M(jìn)步，對(duì)營(yíng)造一個(gè)友好的學(xué)習(xí)氛圍大有幫助。此外，背景音樂、呼吸練習(xí)、合作學(xué)習(xí)練習(xí)、寫作表達(dá)也有助于緩解課程學(xué)習(xí)的焦慮情緒。

2.3 融入現(xiàn)實(shí)案例分析

聯(lián)系數(shù)學(xué)模型與現(xiàn)實(shí)案例是應(yīng)用數(shù)學(xué)課程中面臨的最常見挑戰(zhàn)。證明和代數(shù)演示的抽象教學(xué)方式不足以保持學(xué)生的興趣和積極性。相反，課程教學(xué)中可以通過(guò)將案例融入課堂討論中以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和課程成績(jī)［8］。選用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)收納的同行評(píng)審論文數(shù)據(jù)作為課堂教學(xué)案例，通過(guò)重新分析已發(fā)表論文數(shù)據(jù)鼓勵(lì)重復(fù)實(shí)踐。教學(xué)中使用現(xiàn)實(shí)案例有策略地提高多樣性，例如，選用少數(shù)民族作者的研究案例可以促進(jìn)包容性和少數(shù)民族學(xué)生的歸屬感。戰(zhàn)略性地使用實(shí)際案例，不但可以幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，還可以促進(jìn)多樣性和包容性。模擬數(shù)據(jù)不但簡(jiǎn)單明了，而且可以讓學(xué)生專注于數(shù)學(xué)概念而不是數(shù)據(jù)本身。雖然目前越來(lái)越主張“多樣化”的評(píng)估，但閉卷考核總結(jié)性評(píng)估是本科定量課程的常用方式。然而由于焦慮的增加，學(xué)生在高壓下取得的成績(jī)一般不是很理想，相反，學(xué)生認(rèn)為家庭作業(yè)對(duì)他們的學(xué)習(xí)影響最大。需要說(shuō)明的是線上教學(xué)向?qū)W生明確課程評(píng)估的細(xì)則尤為重要。

2.4 考慮學(xué)生知識(shí)欠缺

考慮選修課程學(xué)生的數(shù)學(xué)背景。有些學(xué)生在高中已學(xué)習(xí)高級(jí)微積分內(nèi)容，大學(xué)期間繼續(xù)學(xué)習(xí)其他數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)課程作為本科學(xué)位的一部分。有些專業(yè)的學(xué)生數(shù)學(xué)背景知識(shí)非常有限，會(huì)選擇進(jìn)化和生態(tài)生物學(xué)等課程替代并避免涉及數(shù)學(xué)課程。因此，應(yīng)該提前向?qū)W生說(shuō)明學(xué)習(xí)該課程需具備的基本數(shù)學(xué)背景知識(shí)。首先，完善課程設(shè)置［9］，在教學(xué)大綱中明確說(shuō)明課程需具備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)先選修哪些課程達(dá)到什么水平對(duì)學(xué)習(xí)本課程有幫助。例如，學(xué)生參加了微積分課程，并且可以使用微積分找到一個(gè)函數(shù)的最大值或最小值點(diǎn)，這對(duì)討論最大似然估計(jì)的知識(shí)很重要。然而，記住詳細(xì)的規(guī)則與本課程不太相關(guān)，因?yàn)楸菊n程經(jīng)常使用軟件計(jì)算最大似然值。其次，必須在學(xué)生現(xiàn)有水平基礎(chǔ)上，搭建知識(shí)不足的橋梁。這需要教師重新教授一些數(shù)學(xué)知識(shí)和學(xué)生以前“應(yīng)該”學(xué)習(xí)的技能。學(xué)生可以自己通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，如中國(guó)大學(xué)慕課等平臺(tái)學(xué)習(xí)，教師也可以開發(fā)在線課程，教授課程需具備的具體知識(shí)體系。教師開發(fā)在線課程可能一開始比較耗時(shí)，但直接為學(xué)生提供課程學(xué)習(xí)需掌握的知識(shí)點(diǎn)和技能，能有效緩解學(xué)生焦慮情緒。

2.5 持續(xù)評(píng)估課程

根據(jù)學(xué)生的反饋及時(shí)地改進(jìn)課程。雖然老師對(duì)學(xué)期末學(xué)生評(píng)價(jià)一直存在爭(zhēng)議，但作為整體評(píng)估過(guò)程的一部分仍然有用。如果學(xué)生需要等到學(xué)期結(jié)束才能反饋意見，那么對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)并沒有幫助。期中評(píng)估有助于解決這個(gè)問題，可以設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的在線表格，填寫3 個(gè)空白：持續(xù)、開始和結(jié)束。學(xué)生可以匿名讓老師知道他們認(rèn)為哪些教學(xué)策略有用以及應(yīng)該繼續(xù)使用，或者他們從其他教師那里獲得的教學(xué)策略建議。除了學(xué)期末和期中的評(píng)估，教師還應(yīng)不斷征求學(xué)生的非正式反饋，學(xué)生也可以線上匿名分享觀點(diǎn)。

2.6 全心全意投入課堂

教師的態(tài)度會(huì)傳遞給學(xué)生，對(duì)課程內(nèi)容充滿熱情是提高學(xué)生表現(xiàn)最直接和簡(jiǎn)單的方法。這種熱情可以源于教師對(duì)教學(xué)的熱情或?qū)?shù)量生態(tài)學(xué)的熱愛；熱情和動(dòng)力也可以源于教師培養(yǎng)學(xué)生的高度責(zé)任感，讓學(xué)生具備應(yīng)對(duì)職業(yè)生涯中將面臨挑戰(zhàn)的能力。許多學(xué)生將從事科研工作或政府組織等機(jī)構(gòu)工作，負(fù)責(zé)管理自然資源的未來(lái)。當(dāng)學(xué)生通過(guò)扎實(shí)的量化培訓(xùn)面對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)時(shí)，教師在課程中付出的努力和熱情將帶來(lái)回報(bào)。

3 討論

數(shù)量生態(tài)學(xué)在線教學(xué)也需要考慮學(xué)生和教師對(duì)在線教學(xué)情境化的態(tài)度和認(rèn)識(shí)。如何比較線上和線下課堂教學(xué)學(xué)生的表現(xiàn)？線上教學(xué)和線下教學(xué)視不同情況而定。例如，統(tǒng)計(jì)學(xué)單變量教學(xué)中，線下課堂面對(duì)面教學(xué)的效果比線上好［10］。但是在線教學(xué)中，女生的成績(jī)一般要好于男生，而線下教學(xué)男生的成績(jī)好于女生。微積分教學(xué)中，在線教學(xué)學(xué)生的成績(jī)提高了5%［11］。因此，學(xué)生的成績(jī)表現(xiàn)取決于具體情景，包括班級(jí)中每位學(xué)生的性格特征和特點(diǎn)。

學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的態(tài)度影響他們的成績(jī)，對(duì)于許多學(xué)生來(lái)說(shuō)，適應(yīng)線上課程的教學(xué)模式是一個(gè)真正的挑戰(zhàn)。如何幫助學(xué)生面對(duì)這一挑戰(zhàn)？關(guān)于在線教學(xué)的研究論文建議促進(jìn)技能互補(bǔ)，如時(shí)間管理、元認(rèn)知、批判性思維［12］。此外，積極的態(tài)度是數(shù)量課程中表現(xiàn)良好學(xué)生的主要特征。因此，學(xué)生在數(shù)量生態(tài)學(xué)在線教學(xué)課程中取得成績(jī)的關(guān)鍵不僅僅是設(shè)計(jì)滿足特定學(xué)習(xí)成果的活動(dòng)，還要幫助學(xué)生發(fā)展一套互補(bǔ)的技能，幫助學(xué)生適應(yīng)在線教學(xué)模式。

為了更有效教學(xué)，需要重新思考“適應(yīng)”教學(xué)，重新設(shè)計(jì)在線教學(xué)以提高教學(xué)效果。教師已熟練掌握傳統(tǒng)的教學(xué)方法，但學(xué)生通常是被動(dòng)遵循，導(dǎo)致沒有達(dá)到理想的學(xué)習(xí)效果。數(shù)量生態(tài)學(xué)線上教學(xué)亦是如此，需要打破傳統(tǒng)線下教學(xué)模式，實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)模式，幫助學(xué)生克服焦慮情緒，提高學(xué)習(xí)成效。