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 大數據智能實驗室, 成都 611731)

隨著科技的發展,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、實踐與創新能力弱、缺乏解決復雜問題能力和團隊協作能力等問題,如何提升高校畢業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]提出問內外資源創條件,打造工程教育開發融合新生態以及問學生志趣變方法,創新工程教育方式與手段等重要的建設思路。科研和教改為高校發展與改革之雙翼,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失衡狀態,往往科研型教師不做教學,教學型教師難做科研,此失衡之狀態嚴重阻礙應用型高校發展。

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,創設一系列情景,構建一套譜系化知識體系,利用一個工具,產出一些科研成果。研究中通過引入科研項目創設情景,對課堂進行再設計實現傳統課程教學改革,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互動式課堂,最終在人工智能專業“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“水課”、教學質量層次不齊,致使課程結束后,師生間難有收獲[5-6]。于學生而言,就業目標企業定向高,四年學習的專業技術能力難以滿足企業招聘需求,舉步維艱。對企業而言,學生眼光過高,能力逐年降低,企業實際需求和學生職業能力不匹配,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],甚而兩者對立的現狀,常常科研團隊專注科研,教學團隊只專注教學,這般現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,培養素質高、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“重教學、輕科研”現象,導致師生能力得不到有效提升,同時對于民辦高校發展和轉型逐漸造成困難。

2 改革模式研究與實施

高質量課堂除了完成課程目標和內容外,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,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學生進行問卷調查,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

為使學生在數字經濟時代,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容。通過團隊探討實現認知碰撞,達到學生深度學習,進而實現團隊協作、知識遷移和創新。

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

認知科學強調將學生長期置于學習區,其學習過程才能快樂、有效和持續。而發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。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線,將課程分為課前、課中、課后三階段。課前發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新實踐,并將優秀項目進行科研成果孵化。整個課程再設計實現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循環過程。

創新實踐主要進行創新項目孵化,采用項目管理對項目實施過程進行監管。根據前期學生構建的知識體系,向學生發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管體系,與學生簽訂任務協議書,內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,項目監督組根據項目進度表和項目計劃表對每組進行過程監督,學期末組織作品展示和評估,用于考核和推優孵化。教師通過評估選出具有潛在價值的優秀作品進一步孵化,產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,由結果性考核轉變為過程性考核,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%,由課堂表現和測驗情況構成,其中課堂表現中出現三次曠課則取消考試資格(來源于學院發布的學生手冊),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。進而可更多激發學生參與熱情;成果性考核占總成績的30%,用于監督學生更好地進行實踐操作,改變工科生重理論、輕實踐、難上手和難創新的現狀,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,以學生發展為中心,以學生學習效果為中心,充分發揮學生主觀能動性,讓全體學生參與教學活動。在活動中通過激發學生好奇心、好勝心,從而激發學生求知欲、課堂參與度、創新思考能力,讓學生在學中玩、玩中樂、樂中創造。

2.5 課堂完成目標分析

教學過程的本質是雙向的。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項產出,產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,體現為雙向產出和效果評價,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,獲獎挑戰杯、互聯網、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管和成果考評,教學團隊對優化項目進行深度孵化,產出科研成果,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,產出專利、高級別競賽、論文,并在課余參與項目研發,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。

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,實現了以學生為中心,以學生學習效果為中心,以學生發展為中心的教學設計,培養學生實踐思維能力,輔以技能培養,產出科研成果,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2020年教學實施驗證,學生較傳統課堂而言在科研上有一定收獲;教師較傳統教學而言,科研和教學經驗皆有所收獲;此教學模式較傳統課堂而言,課堂質量有較好提升,對應用型本科院校教學具有一定的積極意義,對學生后期發展和進入社會解決復雜問題有極大的現實意義,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課和實踐課,文理科專業課。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優化。