《草業信息學》線上教學改革的探索與嘗試

楊 軒 徐洪雨

山西農業大學草業學院，山西 晉中 030800

新冠疫情為世界各國高校的高等教育進程提出了重大的挑戰，同時也提出了重大的變革需求：傳統的線下課堂教學不能適應當下時代背景，必須著手發展、建立合理高效的新型教學體系。教育部于疫情初期即研判形勢、果斷決策，決定在全國高校全面實施線上教學［1］。與此同時，采用多線上平臺結合直播、錄播等方式的教學方式，輔以使用網絡通訊工具的師生實時聯絡，從根本上支撐、推動了高等教育的劃時代教學改革［2］。

草業科學專業作為具有較強實踐性的應用學科，是“新農科”建設工作的重要組成部分［3］。對草業科學專業的相關課程進行深化教學改革可使其進一步適應國家戰略，同時也是培養高素質寬視野草業人才的緊迫需求，是建設草業科學與生命科學交叉融合新興學科的重要舉措［4］。雖然目前已經過廣泛的探索和討論，形成多種可供參考的高等教育課程建設與教學體系［4-6］，但各門課程的知識體系、教學內容存在極大差異，無法簡單復制。為貫徹“新農科”建設思想，適應新科學、新技術教育的浪潮，山西農業大學草業學院于本科專業人才培養方案制定了數門具有顯著“新農科”特色的專業課程，如《草業信息學》，其本身的知識體系即牽扯較多的計算機技術、網絡技術等知識，并有兼有基礎理論與實踐演示，很適宜采用線上教學模式，以提供豐富的線上學習資源和遠程交互教學，提高教學質量和加強綜合素質培養。

一、教學現狀

（一）課程現狀分析

《草業信息學》課程為山西農業大學草業科學專業全日制本科生所修專業課（32 學時）。為保障草業科學專業教學計劃可基于最新科研成果、先進技術和教學方法實行［7］，山西農業大學草業學院主要以梁天剛主編的《草業信息學》［8］為基礎，將草業科學、信息科學與其他“新農科”的前沿觀念、方法、思想相結合，并針對本科學生知識理論基礎對書本內容進行了精選，于2021 年正式設立。《草業信息學》的課程教學時刻遵循“以學生為中心”的教育理念，推動本科培養的知識、能力、素質，擬達到以下教學目標：理解草學、信息學于學科交叉所生成的概念，相關知識與技術的科研與社會應用價值；熟悉掌握各類草業信息技術的基本原理與通用研究方法；理解草業信息學的學科性質、學科特征，鍛煉融合知識體系的能力，培養串聯邏輯、發散思維能力；了解草業信息學的實踐應用范圍與交叉學科的研究應用體系，具備一定的解決實際問題的能力。

《草業信息學》的線上課程教學尚存在一些問題。第一是線上課程的管理難度較高，學生與班級的狀態難以把控，缺少課堂臨場感和高效的課堂教學活動；第二是相對于主干專業課程，《草業信息學》課程的知識點較多且雜，也牽扯很多較難理解的知識點，僅線上講授不利于學生理解繁雜的知識內容；第三是線上教學過程中極其缺乏師生交流與生生互動，學生會記憶概念但不能與實踐和其他知識進行關聯，發現問題、分析問題和解決問題的能力不能得到有效培養［4，9-10］。針對以上問題，我們對該課程的線上教學進行了一定的探索與實踐。

（二）學生學情分析

《草業信息學》課程于大學本科第四學期開設，而當代大學生對信息時代的電子產品和各類軟件有著天生的好奇心和親近感。“互聯網+”與“智能+”的新形態具有自由開放性、共享性、無區域限制性與學習者的主體地位等特點，可以使學生更易接受“互聯網+”與“智能+”學習平臺與手段，更加適應學習［11-12］。在此基礎上進行教學過程有助于提高學生學習的自主性和師生的互動性，符合學生的學習需求，有助于提升教學效果。

因此，《草業信息學》課程在教學設計上采取多元化課堂活動、線上翻轉與趣味知識等資料的應用提高學生的課堂注意力，進一步強化教學效果；教學過程上，充分利用線上教學平臺與線上資源，設計進行強化師生交流與生生交流的教學活動，通過多樣化的展示與交流手段加深知識的傳授與回饋功能，加強學習興趣、提高學習效率；教學評價上，在課堂后及時提醒學生回看復習、積極聯系教師提問討論，以查漏補缺，并采取分析作業完成情況、問卷調查、師生遠程溝通等方式，達到教師與學生無縫對接，使教師及時獲得學習反饋以精細管理后續教學的設計與實施。

二、在線教學的特色探索與嘗試

《草業信息學》課程的在線教學改革的總體思路是：針對教學管理難、授課效率低、實時交流難的問題，采取符合線上教學特色的教學法，使用符合線上教學特點的教學手段，輔以齊備的教學資源進行基于線上教學特征的教學過程探索與嘗試。

（一）線上平臺的充分挖掘利用

在線教學平臺已成為線上教學模式與線上線下混合教學模式所必須利用的教學工具。如“超星學習通”“雨課堂”“QQ 學堂”“愛課程”等線上教學平臺不但可以進行直播或錄播式教學，還包含多元化的課程活動。充分對線上教學平臺或教學工具的教學活動進行設計與利用，更能提高教學溫度，培養學生自主學習的積極性、自控能力和學習能力［13-14］，從而進一步加強線上教學效果，提高線上教學效率。

例如，在《草業信息學》的第一章教學過程中，在總結了草業信息學的研究、應用范疇基礎上，強調草業信息學在實際的研究應用中所起到的特殊作用：草業信息學是解決草業科學中具有時空動態分布特征的復雜系統問題的重要手段。為加深學生對以上內容理解，教師著重點出以上兩點的關鍵詞，即時空動態，并開展線上教學活動。

線上活動1：首先提出時空動態的定義：即時間與空間的動態，表示某種事物在時間線與空間范圍中的綜合運動與演化狀態。而后舉出案例：寧夏賀蘭山影響了其南部地區土地的時空動態，由于賀蘭山阻擋了土地沙漠化的作用，使其南部地區在千百年來未形成沙漠，這正是由一個事物所引發的時空動態變化。經過了解具體案例，利用學習通平臺的“選人”工具開啟活動，鼓勵學生討論“所接觸過的時空動態的例子”。學生討論1：每日可見的“天氣預報”，不僅有時間上的動態變化，也有地區的動態變化，是一種時空動態；學生討論2：在天然草地上放牧羊群，羊群將隨著時間的推移遷徙、流動至其他地區，而被放牧區域的草地蓋度也會隨著羊群的遷徙發生變化，這也是一種時空動態。

針對關鍵詞的有效切題的討論，學生們提出個人的見解，相互學習促進，使學習過程變得生動有趣，有效加深了參與討論的學生與其他聽課學生對核心知識概念的理解。同時在進行線上討論活動的同時，可根據討論情況改進、完善學生學習課程的過程性考核之中。

線上活動2：課時內容講解結束后，同步啟用“超星學習通”的線上測試功能或者實時問答功能，及時掌握學生對教學內容的掌握程度，依托信息統計功能可根據不同小題的答題正確率，精準判斷知識點掌握的牢固程度。如“草業信息學基礎”一章的線上測試中，學生在作答第2、第5 小題時的正確率最低（表1）。原因在于學生對于信息學的起源時間記憶不深刻，且對3S 技術（遙感技術、地理信息技術、全球定位技術的統稱）的范疇理解不透徹，導致相關的問題正確率較低，宜針對學習薄弱的環節于之后的課堂內再次加強、回顧3S 概念的講解，做到查漏補缺、鞏固基礎的目的。

由此可見，采用線上教學平臺的各種線上活動對學情掌握、實時交流有極大幫助。但在線上教學的實際過程中，因無法真正與學生進行面對面交流，教師在線上提問時，可能由于網路、設備問題，學生無法進行語音即時回復。為避免溝通斷裂和教學過程延遲，可針對情況選擇通過線上教學平臺聊天方式交流或進行其他教學平臺活動的文字交流。因此，要靈活運用線上教學活動，也需教師在備課過程中做好其他線上活動的預備案，做到有備無患。

（二）線上平臺的翻轉課堂與生生互動

“翻轉課堂”模式即通過重新調整課堂內外的時間，將學習的主動權從教師轉移給學生，將課堂變成教師與學生之間及學生與學生之間互動的場所［15］。基于線上教學流程為主，《草業信息學》則力爭合理結合該模式的特征對翻轉課堂進行應用：第一應選擇適宜進行線上翻轉課堂的知識點與內容，以多個概念性、理論性的知識點形成的體系，并與現實生活、科學、工作等關聯緊密的內容為宜，從而體現翻轉課堂的“有效性”；第二要做好細致的翻轉課堂教學設計，形成線上翻轉課堂教學的“規則性”；第三需及時、精準地進行線上翻轉課堂教學的評價考核，讓學生得到完成翻轉課堂的成就感，激發其“積極性”。

如《草業信息學》的定義為“探究草業各個因子群、各個界面、各個生產層而建立的眾多板塊之間的信息認知、采集、處理、流通、反饋、調控的科學”。與定義相關的知識點包括：1.草業科學四維理論，即該學科，《草業信息學》屬于草業科學的信息維，其他三個維度分別為類型維（草原類型學）、化學維（草原生態化學）、系統維（草地農業生態系統學）［16］；2.《草業信息學》研究主體：草地農業系統的核心（3 類因子群）、草地農業系統的層次（4 個生產層）及其相互作用的區域（3 個界面：草叢——地境界面A、草地——動物界面B、草畜——社會界面C）［16-17］。將以上知識點列為課下學習內容，開始實行翻轉課堂的小組任務教學法，旨在充分利用線上信息與教學平臺資源，推動學生學習的主觀能動性并鞏固相互串聯的知識點體系。

提前按照具體的要求下發匯報任務（圖1），教師強調任務要求及相關知識點，并持續給予各小組知識答疑、選題內容、資料查找、幻燈片制作等方面的指導。學生在準備環節通過線上通訊工具進行討論并分工合作。進行匯報時，采取線上會議的方式，各小組輪流分享屏幕進行演講、相互學習，并對各知識點的內容與內涵做實時討論。教師與其他小組分別給予評分，并同步對選題、幻燈片、演講內容等方面進行點評，課后進行總結提點，進一步加強學生對課程知識和所學專業的認知。

圖1 草業信息學研究主體的教學案例

從課堂氛圍來看，小組討論的氣氛十分熱烈，各小組對知識點均已掌握，報告準備充分，講解精彩、討論充分、積極學習，課后反饋也進一步證明了學生參與度有極大提升，有效提高了自主學習興趣和分析解決問題的能力。教學效果良好，教師與學生均有所收獲，教師進一步了解了學生的學情狀態并提高了在組織教學活動方面的水平，學生則對專業課程的知識（草業信息學研究主體、草業科學的四維理論等知識點）的掌握更加牢固，也提高了在資料查詢、演講稿制作及演講等方面的能力。總體來說，線上翻轉課堂模式扭轉了線上教學所存在的普遍問題，即學生參與度低與課堂氣氛沉悶等，反而讓學生更樂意積極展現自己；同時，該教學模式也發揮了線上教學可基于平臺組織教學活動、有助合作學習的特點。

（三）適應線上模式的案例教學

案例教學可在合理整合編排課程教學內容的基礎上，結合理論對某一實際情境解讀，從而達到啟迪思維、理論轉化實踐的效果［18］。而對于線上教學來說，與學生的實時互動難度有所增加［10］，這并不利于傳統課堂形式的案例教學，經常引起“講授案例”之后，由于缺乏互動討論而無法判明學生的接受程度和理解與否的問題。因此，線上教學過程中的案例教學，無法很好地達到推動理解記憶和培養認知方法的目的，需要對案例教學法加以改進，如結合更加靈活生動的圖像、影音事例資料輔助教學。

如在講解模擬模型的分類的內容時，向學生明確模擬模型的分類可從四個角度進行：由對事物的深入程度分為經驗模型和機理模型；對事物的現象到本質的過程可分為描述性模型和解釋性模型；由事物狀態發生概率和發生動態可分為統計模型和過程模型；由事物的實際目的可分為應用模型和科研模型（表2）。

表2 模擬模型的分類［7］

在講解以上分類、概念時，教師已融入文字、圖片案例輔助教學，但模擬模型分類屬于較難理解且混淆的知識點，線上教學形式難以直接判別學生的掌握與理解程度。除網絡課堂活動等方法，本節教學結合前幾年疫情防控的社會實情采取了更加有效的案例教學，放映相關的視頻——可視化數學模型解釋防疫的重要性：《為什么“隔離”能減少“不必要的死亡”》（https：//www.youtube.com/watch?v=dSQztKXR6k0）。該視頻通過一種“傳染病模擬模型”介紹了新冠疫情的快速傳播與醫治資源有限的矛盾，而這種模型也正是本章教學內容“模擬模型”的范疇。觀看后教師通過線上教學平臺進行課堂討論活動：該傳染病模型屬于哪種分類？并獲得了學生們的踴躍發言討論。

學生討論1：經驗模型還是機理模型？因為該傳染病模型的傳染概率是由機制所描述的，而不是僅通過簡單的傳染率計算傳染人數，所以屬于機理模型。學生討論2：描述性模型還是解釋性模型？該模型僅反映了一個特殊到一般的過程，而在實際生活中并非所有人每日都會去辦公樓或去球場，所以該模型是由一個個體推算群體的過程，屬于描述性模型。學生討論3：統計模型和過程模型？該模型確實可以定量描述新冠病毒傳染的基本過程，有較好的解釋性，屬于過程模型。

總結以上案例教學，通過小型視頻放映，進一步結合概念教學和圖片、文字案例，鞏固了學生對于“模擬模型分類”這個較難知識點的掌握程度，也因此在《草業信息學》的教學過程中有多次利用。視頻影音資料由于圖像、聲音、文字與所學知識相結合，更能引起學生的注意力和興趣，從而提高學生的求知欲望［19］。在線上教學的過程中應用影音資料進行案例教學，相對于傳統案例教學線上互動缺乏的窘況，可提高教學效率并加深學生對復雜知識點的理解記憶。

三、結語

《草業信息學》是草業科學本科專業的重要專業課程，我們根據課程特點和線上教學模式的特色，通過分析教學現狀、改進教學設計等方面進行了深入改革和探索，取得以下成果：1.大幅度提高了教學管理和課中教學活動的效率；2.強化了線上教學模式較為薄弱的師生交流強度，并引入生生互動環節，達到了互助學習目的，促進了分析解決問題的能力培養；3.針對線上教學的特色的教學模式、靈活的案例教學法使整個教學過程更加貼合線上模式運行的實際，進一步改善了教學效果。

提高教學質量仍是課程教學的核心和根本追求，未來應進一步通過充分運用信息技術、完善線上教學資源等手段進行教學改革，將現行教學模式向線上線下結合的新模式轉變，使課程改革盡可能達到線上學習與線下學習的質量實質等效。同時通過采取信息化手段、調查問卷與師生交流等方式及時、實時監控學情，盡可能配備充沛的教學資源、硬件與平臺，以保證教學創新的基礎并促進高質量發展。