后疫情時期混合式教學在神經網絡與深度學習課程教學中的探索

程曦 靳晟 張志勇

摘要：新冠病毒肺炎疫情給學校教育帶來了巨大的影響，后疫情時期給教育課堂帶來了諸多挑戰，教育轉型的必要性與迫切性又重現。該文就傳統課堂教學模式在線上移植的弊端，后疫情時期線上課堂教學面臨的問題展開分析，及神經網絡與深度學習實施混合式教學的必要性，提出神經網絡與深度學習課程混合教學模型，闡述各教學環節中策略與方法運用。

關鍵詞：神經網絡與深度學習;高校教育;教學改革;混合式教學

中圖分類號：TP311? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）04-0172-03

以“人工智能”作為新時代科學技術革命、產業創新的主要推動力，其快速發展將推動我們國家經濟結構轉型和升級。人工智能是新興的科學技術，隨著計算機軟硬件的發展，神經網絡和深度學習成為當前人工智能技術研究的熱點。它由卷積神經網絡、生成對抗網絡、受限玻爾茲曼機等組成，已被廣泛應用于信號和圖像處理、大數據管理、機器人智能化等領域。神經網絡和深度學習課程具有很高的理論價值，內容抽象、知識點多而復雜，如何提高其實際教學效果一直是教學的難點。近些年國內各高等院校針對神經網絡和深度學習課程的教學改革，都在教育領域進行了積極的探索和研究，已經取得了不少積極的成果[1-5]。但是，其中絕大多數的研究仍然是對傳統課堂的教學模式及其流程進行優化和改變，豐富課堂教學的技術手段，改進績效考核的評價模型等途徑上的探討與實踐，而對于疫情防控形勢常態化后的疫情階段，如何打破傳統課堂的教學觀念、思想和模式，依托騰訊會議、釘釘直播、雨課堂等現代智能信息化平臺工具，充分發揮線上與線下相結合的教學優勢，有效地組織與實施符合學生認知規律與水平，開展多維度混合式教學的研究甚少[6]。

本文綜合地總結了這幾年的教學實踐以及借鑒了前人的研究和分析成果，基于對混合式教學的內涵、特征、構造要素及其優缺點的系統化認識和理解，討論和分析了我們如何將混合式教學的概念引入到神經網絡技術和深度學習課程的教學中，以及如何推動教學的變革，構建混合式教學模式下的神經網絡和深度學習課程的教育模型，并且針對該課程的相關教育環節、策略和手段進行研究和探索，以期通過建立良好的課程體系，在積極地做好病毒性流感防控，確保廣大教育工作者以及學生的生命安全和身體健康的基本條件下，進一步提高課程的授課效果和質量，激發廣大學生的興趣，提高廣大學生的綜合素養和創新能力。

1 傳統教學模式移植線上的弊端及挑戰

1.1 線上教學中傳統教學模式的弊端

傳統的教學模式以教師為主體，在上課過程中學生參與較少，教師與學生在課后答疑與上課的提問環節中進行互動、交流，在移植線上后突顯出了諸多弊端[7-11]：

（1）因網絡在線授課的虛擬空間屬性，其無法真正實現師生的“面對面”接觸，學生在學習的過程中所遇見的問題并沒有得到及時、有效的提出，老師也無法實時、清晰地解答學生的問題。盡管在網絡課堂中我們采取了一些加大互動力的方法和技術，但與傳統的課堂中師生之間的面對面互動相比，它們的效果并不明顯。線上教學過程中學生比較分散，學生學習的環境各異，老師不清楚學生是否在認真聽課，這樣就很難把握教學的效果。

（2）缺乏情感交流，線上教學過程中學生與學生，學生與老師之間的互動降低，使得老師與學生之間建立良性的師生關系的困難變大。眾所周知，良好的師生關系對于實施我們的課堂教學來說，具備很大的基礎條件。

（3）傳統教學模式以考試為導向，其主旋律是課程的學習與考核，致使課程設計中缺乏對學生個性化問題的探討與指導，難以調動學生的主觀能動性，不但使學生自我認知能力弱化，主動發現、剖析、思考及解決問題的綜合能力相對較差，而且無法有效激發學生探究能力和思辨能力。

1.2 后疫情時代線上教學所面臨的挑戰

如何通過科學合理的教學活動或設計來組織引導、促進在線教學，進而更高效地完成教學任務，提升線上教學效果成了疫情防控特殊時期每位師生不得不共同面對的巨大挑戰[7]。具體來說，如下[12]：

（1）完全線上教學模式因缺少直接面授的線下答疑與討論等環節，教師與學生只能依托網絡平臺隔空互動與交流，相較于傳統課堂模式下的現場教學來說，這對培養學生自主探究的能力、自我管控約束能力和學習自信心的提升無疑是不小的挑戰。

（2）在疫情中的線上網絡教學針對老師們的綜合素質而提出了新的更高標準，比如老師們的教學設計能力、課堂全流程的把握能力、教學效果的評估能力、自主學習能力等。對教學軟件、信息化智慧平臺的熟練運用程度等方面都將會對線上網絡教學效果構成不可忽視的影響。

2 疫情防控常態下神經網絡與深度學習課程混合式教學必要性分析

混合式教學，將傳統課堂教學方法中的全體師生面授式學習和網絡化教學方法相結合，發揮其優勢和互補作用，以有效地提升課程的實際教學質量。本研究認為在后疫情時代對神經網絡與深度學習課程采取混合式教學模式有其科學的必要性，不但可以有效彌補當前教學過程中的不足與傳統教學范式的“線上”弊端，而且符合常態化疫情防控工作要求，在適應現代新工科教育教學發展理念基本要求的同時，有效降低了高校的疫情防控風險與壓力，其客觀必要性主要體現在如下方面[9]：

（1）在疫情初期，以傳統教學模式為主的線上網絡授課方式弊端日益突出，混合式教學由于"線上+線下"的教學方式有機地融合[8]，優勢相輔互助的特點，有效打破了傳統課堂教學模式的時間局限，其以線上課程預習、授課、實踐練習與課程反饋，線下分組實現答疑、翻轉課堂討論等靈活的教學形式與方法為做好課程授課的同時兼顧嚴格落實疫情防控工作給出了具體可執行、操作性強的解決路徑。

（2）混合式教學的運用就是將理論教學和教育信息化新技術進行深度整合[6]，這是適應當前新時代的教育教學要求的一種必然趨勢。混合式教學主要依托于互聯網信息技術的支撐，突破了傳統課堂教學方式的既有范式，并且充分運用了教育信息化技術的特征和優勢，有機地結合了互聯網線上"微課堂"與傳統課堂之間的師生共享互動，同時借助互聯網資源對傳統教學資源與設施進行有效整合，實現“線上+線下”雙渠道互動，使得師生研討、答疑等必要教學環節更加暢通。

（3）混合式教學的應用是踐行新工科教育教學理念，培養適應新科技、產業革命及新經濟發展的創新型人才具體實踐的本質要求。與傳統教學模式不同，混合式教學過程中突出以“學生為中心”的理念，教師則采用技能、態度和能力驅動學習的主要模式，秉持“教”與“學”相統一原則，對課程教學內容進行重構設計，以問題為導向、聚焦問題，通過有效利用騰訊會議、雨課堂、釘釘等教學手段實現交互式的線上授課，搭建問題導向的師生交流互動平臺，激發學生的思考、探究及參與熱情，提高學生學習的主動性、積極性和創造性，以及自主探究問題、解決問題的能力[6，8]。

（4）混合式教學的應用是“互聯網+教育”背景下，推進高等教育課程建設的創新和未來教育課程發展的內部需要。混合教學模式融合了傳統教學和網絡線上教學有機結合的優勢，實現了線上、線下教學，是以問題為導向的網絡資源整合和以“學生為中心”的泛在、移動、個性化的學習方式變革，亦是當下“互聯網+”信息化教育教學的必然趨勢。

3 混合式教學模型設計與策略選擇研究

3.1 神經網絡與深度學習課程混合式教學模型設計

本研究提出了適用于后疫情時期神經網絡與深度學習課程實際教學的混合式教學模型，如圖1所示。模型從時間的維度將神經網絡與深度學習課程混合式教學的組織與實施過程細化為開課前準備、課前準備、課堂實施、課后拓展、教學反饋與總結等階段或環節，給出了混合式教學應用過程中上述各環節之間的相互聯系與關系。

3.2 教學策略的研究設計與運用

3.2.1 課前準備

“課前準備”階段是課程正式授課的開始，其各環節工作的執行與落實情況將在一定程度上影響混合式教學“課堂實施”的效果與質量，它屬于“課堂實施”教學的前置延伸，為“課堂實施”提供問題導向，其主要工作內容與任務如圖2所示。

具體而言，該階段工作主要有三個方面：

（1）根據課程教學日歷發布課程公告與線上輔助資源推送。

（2）引導學生進行線上資源學習與反饋。

（3）問題收集與反饋。

3.2.2 課堂實施

在后疫情時期，采取“線上”+“線下”這兩種課程組織方式進行教學結構化、課堂教學模式相互融合的方法，不僅可以適應疫情防治工作的要求，而且還能夠充分利用自身的優勢，把學生由淺入深地帶到了一個更加廣泛的學習領域。模型研究為貫徹與體現以學生為中心的“泛在、移動、個性化”學習方式混合式教學理念，在“課堂實施”階段，分線上網絡教學環節和線下答疑、組織研討環節，如圖3所示。

3.2.3 課后拓展

“課后拓展”階段其在整個混合式教學模型中屬于課程知識的內化與固化的過程階段，在此階段，模型主要采取以章節核心知識點設計構建項目作業，并圍繞項目作業的評閱與答疑來幫助學生進一步理解、掌握、鞏固所學知識內容，如圖4所示。

首先，基于章節知識體系抽取與凝練核心知識點，并以之為中心應用模塊化分解的策略設計構建項目作業。其次，對于實驗項目作業評閱采取隨機分配交換式互評、自我評價與教師評價有機結合的方式。隨機分配交換式互評可使學生通過了解他人項目算法及其實現方法而起到啟發開拓思維的目的。自我評價是在互評之后進行，其目的主要是讓學生重新審視評價自己項目作業算法與實現過程，對于調動學生思考、探索和參與的熱情，增強了學生在課堂上的學習主動性、積極性和自我探索的能力、解決問題的能力產生內驅動力。教師評閱則是對學生項目作業情況較為客觀、公正的評測，同時又是教師了解學生在課程中的相應知識點掌握情況的一個非常有效的手段。最后，對于實驗項目作業的答疑，其主要通過錄播微課答疑、微信答疑和釘釘群線上直播答疑三者相結合，相互補充的形式進行。

3.2.4 教學反饋與課程評價考核

教學反饋是混合式教學模型首尾有效銜接，形成閉環反饋模型的重要組成部分。其在混合式教學方法實施過程中主要通過以下兩種方式獲取。一是歸納、分析與總結學生在“課前準備”與“課堂實施”階段中提出或存在的問題;二是設計調查問卷，從學生視角審視當前混合式教學組織與實施的意見與建議。

4 總結與思考

后疫情時代，如何做到在確保學生和教育工作者生命安全和身體健康的基本前提下，利用各種現代教育信息化平臺工具，充分發揮線上線下相結合的教學優勢，開展多維度的混合式教學，探索實踐進一步改善高等教育教學授課效果與質量，值得每一位高等教育工作者研究與實踐。在接下來的研究探索中，就如何取得更好的教學效果有以下幾方面值得注意。

（1）教學理念方面，“教師的責任不在教，而在于課程引導、知識啟發及過程監控”在疫情之下的混合式教學事件中得到更好的體現。以學生為中心，洞悉學生的關注點、找準學習難點，從大學生的情感需求和切身利益出發，將教學重點和難點融入學生關注點。

（2）教學組織與實施方面，“先學后教、以教導學、以學促教”，教師重在引導“得當”，學生自主參與。教學內容重構方面，內容的組織要做到減法，因為線上的教學在課堂中把握能力遠遠不及線下，應該著眼講深入透，同時要統籌線上學習特點和學生需要，將“知識為載體，能力為核心”的理念貫穿始終。

參考文獻：

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[12] 余躍玉.深度學習下高等代數混合式教學模式的構建與實踐[J].高師理科學刊，2021，41（7）：64-69.

收稿日期：2021-09-12

基金項目：新疆維吾爾自治區教研教改項目：以學生為中心的教與學——《電路分析基礎》智慧課堂建設實踐（項目編號：2017JG041）

作者簡介：程曦（1986—），女，新疆塔城人，博士研究生，講師，主要研究方向為農業物聯網信息化技術應用;通訊作者：靳晟（1976—），男，天津人，碩士研究生，副教授，主要研究方向為農業物聯網信息化技術應用;張志勇（1984—），男，新疆昌吉人，碩士研究生，講師，主要研究方向為農業物聯網信息化技術應用。