新工科背景下的線上線下混合式教學改革研究與探索

曾霖 楊璧菀

收稿日期：2023-08-21

基金項目：賀州學院博士、教授科研啟動基金項目（HZUBS201709，HZUJS201805）；廣西高等教育本科教學改革工程項目（2021JGA336，2021JGB369）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.04.039

摘? 要：以新工科背景下的線上線下混合式教學的改革和探索為切入點，貫徹以學生為中心、以成果為導向的工程教育核心理念，對數據科學與大數據技術專業進行了有效的理論研究和數據分析，深入探討線上線下混合式教學模式的優勢和挑戰，滿足學生多樣化的個性學習需求，挖掘知識的深度和廣度，提高學習效果及其應用能力，促進資源共享與跨學科交叉融合，為數據科學與大數據技術專業的教學改革提供了深入的理論研究和有效的實踐策略。

關鍵詞：混合式教學；交叉融合；新工科；工程教育

中圖分類號：TP39；G434? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2024）04-0190-05

Research and Exploration of Online and Offline Blending Learning Reform under the Background of Emerging Engineering Education

—Taking the Major of“Data Science and Big Data Technology”as an Example

ZENG Lin1， YANG Biwan2

（1.School of Artificial Intelligence， Hezhou University， Hezhou? 542899， China;

2.School of Culture and Media， Hezhou University， Hezhou? 542899， China）

Abstract： This paper takes the reform and exploration of online and offline blending learning under the background of Emerging Engineering Education as the starting point， implements the engineering education core concept of“student-centered， result-oriented”， and conducts effective theoretical research and data analysis on major of“data science and Big Data technology”. It can deeply explore the advantages and challenges of the online and offline blending learning mode， meet studentsdiverse individual learning needs， discover the depth and breadth of knowledge， improve learning effects and application capabilities， and promote resource sharing and interdisciplinary cross fusion. The teaching reform of data science and big data technology provides in-depth theoretical research and effective practical strategies.

Keywords： blending learning; cross fusion; Emerging Engineering Education; engineering education

0? 引? 言

數據科學與大數據技術專業是近年來迅速興起的一門新興學科，隨著互聯網和信息技術的迅猛發展，在傳感器、云計算和物聯網技術的合力推動下，社會各行各業的數據規模正以指數級增長，全球范圍內涌現了涵蓋商業、金融、醫療、社交媒體等多個領域的海量數據，進一步融合突顯出差異性和交叉性。數據科學與大數據技術致力于從這些海量數據中提取有價值的信息和洞察、揭示模式和關聯，為決策制定和創新提供支持。利用大數據和人工智能技術，人們可以深入了解客戶需求、市場趨勢、業務模式等，從而做出更明智的決策；能夠激發創新，并為企業和組織帶來競爭優勢。深入分析和研究海量數據，能發現潛在的成功商業模式、提高產品質量和服務效能，提供個性化的應用體驗，從而在日趨激烈的市場競爭中保持行業領先地位。大數據技術的應用不局限于商業應用領域，在醫療健康領域也發揮著巨大的作用，如用來優化醫療資源分配，提升醫療服務質量，幫助提高疾病預測和診斷的準確性。數據科學與大數據技術專業是一門跨學科研究的綜合性學科，融合了多個學科的知識和技能，如為大數據技術理論提供概率論、線性代數、數理統計等基礎的數學與統計學；為數據處理和分析提供技術支持的編程語言、算法和數據結構等計算機科學與編程；用于發現數據背后的模式和規律的聚類分析、分類算法、預測建模等數據挖掘與機器學習；用于將數據轉化為可視化圖形和交互界面的可視化與交互設計技術，以便更好地理解和呈現數據。

隨著現代社會對相關大數據技術人才的迫切需求，教育機構需要不斷優化課程設置、實踐環節和實際項目的合作，培養具備數據科學與大數據技術綜合能力的專業人才。數據科學與大數據技術專業面臨著如何更好地開展教學的挑戰。傳統的面對面授課模式已經難以滿足以學生為中心的漸趨個性化的課程要求和培養目標。與此同時，線上教育和遠程學習的發展為教育領域帶來了新的機遇，可以培養學生的計算思維，在理論教學、實踐教學、考試考核和課外活動四個教學環節中應用可以提高教學質量和效果[1]。因此，本文旨在探討數據科學與大數據技術專業如何通過線上線下混合式教學改革來提升教學效果和學生的學習體驗。

1? 線上線下混合式教學改革

隨著科技的快速發展和互聯網的普及應用，教育領域呈現出新的變革和創新。線上線下混合式教學模式作為一種新興的教學模式，將傳統面對面教學與在線教育相結合，以滿足學生多樣化的培養目標和學習需求。例如以“數據庫原理與應用技術”課程為例，分析了在疫情防控影響下線上線下混合式的教學現狀及其特征[2]。結合線上線下混合式教學理論和實踐，從教學設計、教學環境和教學評價等方面進行策略優化[3]。基于產出導向的線上線下混合式教學模式，可以激發學生的學習內驅力，提高教學質量和效果[4]。為提高思政課教學質量和成效，推進信息技術與傳統課堂相融合的混合式教學模式改革與實踐[5]。在MOOC+SPOC教學模式驅動下，專門成立MOOC/SPOC教學改革實踐領導小組來指導教師開展基于MOOC的教學[6]。下面闡述線上線下混合式教學模式的定義和特點，包括教學模式的概念、教學組織形式、教學活動設計等多個方面。

線上線下混合式教學模式，又稱為融合式教學或混合式學習，是指將傳統面對面教學與在線教學相結合的教學手段。通過教師、學生和教育技術的有機結合，線上線下混合式教學模式創造了一個靈活的學習環境，使學生能夠在不同時間和地點自主學習，并利用線上和線下的教學活動進行互動和合作[7]，分享學習經驗和資源，促進協作學習和知識共建。線上線下混合式教學模式根據個人的基礎差異和學習節奏，以電子書、課件、音頻、視頻等網絡資源方式為學生提供了更多的學習自主性和靈活性的選擇。線上線下混合式教學模式可以充分結合線上環境的講座、討論、小組合作等和線下環境的實驗、實踐、案例分析等的教學活動。利用模擬實驗、編程環境等環境提供的學習工具和軟件，以增強學生的學習能力和專業技能。另外線上線下混合式教學模式可以通過技術手段實現個性化的學習支持，利用在線評估和反饋系統為學生提供及時的學習反饋和個性化的學習推薦。同時，教師也可以根據學生的學習數據和反饋，利用在線測驗、作業提交、討論記錄等方式進行個別指導和輔導，提供更有針對性的教學[8]。根據學生的學習需求和特點，教師合理選擇和設計線上和線下的教學活動，并利用信息技術手段進行教學管理和指導。不同專業基礎或學習進度的學生，充分利用互聯網和教育技術的優勢，在線上線下混合式教學模式下構建不同認知網絡的學習路徑[9]，從而更好地適應知識差異和學習需求，提高學習成效和認知能力。

2? 線上線下混合式教學模式的研究設計

線上線下混合式教學模式為數據科學與大數據技術專業的教學帶來了新的機遇和挑戰。結合傳統面對面教學和在線教學的優勢，可以更好地滿足學生的個性化學習需求和學習路徑，提高教學效果。本文將根據專業教學目標和特點，詳細闡述線上線下混合式教學模式的研究設計，包括目標設定、實驗設計和變量定義等方面，線上教學和實驗環境采用頭歌實踐教學平臺[10]。

2.1? 目標設定

在數據科學與大數據技術專業中應用線上線下混合式教學模式，從以下三個方面設定目標：

1）培養學生具備大數據技術專業的基礎知識和核心技術，能夠綜合應用這些知識用于解決大數據工程領域的復雜工程問題。

2）培養學生掌握行業核心技能和團隊合作能力，具有良好的團隊合作和組織管理能力。

3）優化以學生為中心的教學環境，促進師生間的互動和交流，培養自主學習和終身學習能力。

2.2? 實驗設計

在數據科學與大數據技術專業中應用線上線下混合式教學模式，采用以下實驗設計：

1）根據培養目標和畢業要求，設計合適的教學內容和學習資源。

2）針對線上線下混合式教學模式，設計適當的在線視頻、自主測評、線上課堂等教學活動。

3）收集學生的學習成績、學習動機、出勤情況、調查問卷、反饋改進等數據，并結合學生的反饋和教師的觀察記錄，評估教學效果和學生的學習情況。

2.3? 變量定義

在研究中，可以定義學習成績、學習動機、學習體驗和滿意度、實踐能力和合作能力等變量來評估線上線下混合式教學模式的效果：

1）比較學生在線上考試、課堂實驗和作業等學習成績上的差異，評估混合式教學對學習成績的影響。

2）利用問卷調查等方式，收集學生學習的行為模式和特長愛好，確定學習成效的主導因素。

3）根據學生的反饋和調查問卷，分析學生對教學資源的使用、學習內容的設計和教師的指導等方面混合式教學的體驗和滿意度。

4）根據實際項目的合作和表現，驗證學生的工程實踐和團隊合作能力。

2.4? 數據采集

教學改革研究中的數據來源及其收集方法具有很重要的作用。教師應根據教學目的和問題的特點，選擇適當的數據收集方法，并結合多種數據來源進行綜合分析，了解學生的學習情況、進展、態度和表現等狀態信息，以獲得更全面和準確的研究結果，往往采用問卷調查、學習日志和學生成績等多種方式的數據收集方法，如圖1所示。在教學研究中，學生的學習動機、學習方式、學習習慣和學習體驗等方面的信息往往通過問卷調查獲取，而學生的學習狀況、思維習慣和情感模式等方面的動態信息由學習日志記錄。線上和線下的這種融合數據為教學改革研究提供科學依據和實踐經驗，促進教學方法和教學內容的優化、調整和改進。

圖1? 全方位進行數據收集

2.5? 數據分析

數據分析是教師對線上線下混合式教學模式收集到的全方位數據進行處理并進行解釋預測的重要步驟。在數據采集階段完成后，采用均值比較、相關分析、回歸分析、聚類分析、神經網絡和深度學習等統計分析和機器學習方法對收集到的各種來源和類型的數據進行分析，以檢驗線上線下混合式教學模式對學習動機、教學狀態、課程成績等的影響，綜合各個指標進行數據統計后得出最終排名，如圖2所示。在數據科學與大數據技術專業中應用線上線下混合式教學模式，事先設計好明確的教學和課程目標，組織好靈活可靠的理論和實驗教學活動，收集相關數據并進行分析，評估混合式教學模式對學習成績、學習動機、學習體驗等方面的影響。數據分析結果可以多層次、多維度揭示出學生的學習狀態和潛在影響，能進一步提供預測或推薦等個性化教學服務。

圖2? 學生學習和學情數據分析

3? 教學效果評估與分析

3.1? 教學效果評估指標的選擇與定義

教學效果評估是審核和檢驗教學成效是否與預期達成的要求和目標一致的不可或缺步驟。在線上線下混合式教學中選擇合適評估指標時，為保證評估結果可靠、全面和準確，指標至少需要考慮教學目標、可操作性、學生差異、教學內容和方法等重要的因素：

1）要與教學目標相一致，能全面反映學生在知識、技能和態度等方面的學習成果。

2）應具有明確的定義和可執行的測量手段，評估者才能進行具體的測量和評價。

3）要分解成具體可執行的評估細節，能全面了解學生在不同教學環節和任務中的學習情況。

4）應考慮學生的個體差異和知識背景，保證分析系統的魯棒性和準確性。

3.2? 教學效果評估指標

以下是常見的教學效果評估指標及其定義：

1）基礎知識掌握情況：應用在線評測成績、作業完成情況、實驗報告等達成數值來量化學生對教學內容的理解和掌握程度。

2）探索與創新意識：利用案例項目、開放性提問和時間限制等來評測學生的創新意識思維和復雜問題求解能力。

3）學習內驅力和發展：采用網絡訪談、狀態記錄等來全面度量學生的行為表現、學習態度和內在動機。

4）協作和溝通能力：依靠實訓項目、回顧發言等來評估學生在團隊協作和良性溝通中的表現。

5）同行評價和學生評價：引入專家測評、教學反饋、自我評價等來得出師生在教學中的表現和滿意度。

3.3? 教學效果評估方法的應用

為了獲取客觀、可靠的評估結果，往往結合使用定量和定性方法進行教學效果評估。定量方法是利用量化數據進行統計分析，定性方法則借助描述性分析和主觀評價獲取詳細的描述和觀察。在線上線下相結合的混合式教學效果評估方法應用中，常常會結合使用定量和定性方法。利用問卷調查、學生成績分析、測驗和考試等定量方法來收集和分析數量化的數據，以量化指標來評估教學效果；而運用觀察和記錄，學習日志和反思，學生訪談和焦點小組討論等定性方法來詳細描述和觀察，以及主觀評價來評估教學效果。兩類方法經常會在不同場景上結合使用，以獲取更準確、全面的學習效果評判結果。在教學成效評估實際應用中，教師應根據研究問題、數據類型和可行性等因素，靈活選擇和結合不同的評估方法。

4? 教學改進與優化策略

4.1? 線上線下教學活動的設計與安排的調整

線上線下教學活動的設計與安排是指為了達到更好的教學效果和學習體驗，線上線下相結合的混合教學模式、課程排序和時間分配的靈活安排和動態調整，取決于培養方案、教學目標、教學內容和學生需求。在實踐活動和策略應用中，教師還要綜合考慮硬件設施、教學資源、個性特點、技術支持等多個要素來合理規劃和改進優化。以下將詳細闡述要點和策略。

1）在設計線上線下教學活動時，首先具體細化教學目標，確保每個課堂活動都能對應一個或多個可評測的教學目標。教師可以根據培養目標和教學要求選擇適合的直播視頻、課堂實驗、小組討論、圖文作業等教學活動形式，以促進學生的知識掌握、技能應用和思維能力的發展。

2）線上線下教學活動的設計與安排需要靈活地組合不同的活動形式來實現。為幫助學生將理論知識應用到實際大數據技術問題中，教師可以根據教學內容、學習進度和學生需求，結合線上和線下教學資源，在線上或視頻直播課程后有計劃地組織課堂實驗或案例分析活動等不同形式和內容的教學活動，如圖3所示。積極鼓勵學生利用互動討論、分組作業等多種協作方式攜手合作解決問題，不斷提高學習效率和教學質量。

3）教師需要根據教學內容的難易程度、學生的個性差異和課程內容的順序，合理規劃線上線下活動的結構分布，整體均衡活動的時間長度和時間間隔，精心準備每個教學活動所需的課程內容。

4）在混合式教學活動的設計與安排中，為確保所選用的數據資源和開發套件能夠滿足教學需求，教師要綜合考慮配套服務、用戶體驗和目標達成等相關教學實踐問題，并提前進行不同形式的專業培訓和模擬評測。例如提供充足的教學資源、課堂實驗、文獻資料、編程環境、視頻直播等服務以支持教學活動順利有序完成，如圖4所示。

圖3? 線上課堂實驗

圖4? 教學資料

5）在完成線上線下教學活動后，可以利用互動討論、專題訪談、問卷調查、視頻直播、微信會議、問答式提問等方式，了解學生對教學活動的看法和建議，及時收集學生的反饋意見，利用多種融合數據更全面、更準確地反映教學效果，進而靈活調整教學方式和內容。

4.2? 課程設置和教學方法的調整與優化

課程設置主要由教學理念、畢業要求、政策導向、課程內容、市場需求和培養目標等多重因素的影響，而教學方法主要指的是教師在教學活動過程中所采用的教學手段和教輔工具方面的策略和措施，如圖5所示。

1）課程設置的調整與優化是為了確保課程結構和內容的合理性，以及學習目標的達成。教師應明確課程的學習目標和學生的學習需求，根據專業培養目標分解后的課程教學目標，進行分類并探索各類目標的整合程度[11]。同時，根據學生的反饋和需求，及時調整和重塑學習目標，以確保其與學生的實際需求和期望相一致。

2）教師應關注國內外計算機領域的最新發展和學科前沿動態，及時調整和更新適應新形勢需要的課程內容和知識體系。同時，通過增加案例分析、實踐項目、跨學科內容等方式，豐富教學內容，提高學生的學習興趣和動機。

3）根據學生的學習需求和反饋，優化課程結構。可以合理安排課程的難度和復雜度，構建多學科交叉融合的課程體系，培養學生的持續學習和自我成長的能力。

4）優化學習評估和反饋機制，確保學生能夠得到及時、準確、全面的反饋。可以設計隨堂評測、實訓作業、互助學習、自我評測等多樣化的教育評估體系，有效提升教學質量和學習成效。

圖5? 線上線下混合式教學模式

為滿足不同學生的學習需求和個性差異，教學方法的調整與優化可以采用翻轉課堂、分組教學、案例分析、實踐活動、探究式學習等多種教學方法和教學策略；還可以引入小組討論、問題解決、情景體驗等形式，鼓勵學生積極參與大數據技術專業知識建構，增強學習知識的深度和層次；并結合使用多媒體資源、虛擬實驗室、游戲化教學、在線討論平臺等多種教育技術和手段構建豐富的教學內容和教學方式。另外，經常與學生進行溝通和交流，從學生的反饋中了解其學習狀態和課程進展，并提供有針對性的建議和個性化指導來全面提高學生的認知水平及解決問題的能力。特別地，要設計和組織小組項目、合作研究、SWOT分析等形式的協同學習，激發學生的內在動力和創新思維，培養學生的團隊合作和溝通能力。

課程設置和教學方法的反饋與改進采用如下方式：一是利用問卷調查、專題研討、集體對話等多種融合手段收集學生的反饋結果和改進評價，獲取培養目標、課程結構、教學安排、學生滿意度等方面的意見和建議。二是組織教學研討會、教學觀摩等活動，與同行教師進行經驗分享，聽課點評和教學互動，借鑒學習優秀的經驗和教學方法，實現教學相長，共同發展。三是教師利用教學周報、教學日志、教學筆記等方式進行教學記錄和反思，記錄教學疑惑點、捕捉教學閃光點和反思教學失誤點，及時總結和分析教學過程中的問題和挑戰。四是教師要保持與時俱進的意識進行不斷學習、積極參加專業培訓、課題研修、集體學習、學術討論等活動，進而提高自身的專業素養和教學水平。

5? 結? 論

線上線下混合式教學是一種充分利用現代信息技術和教育新方法將線上教學和線下教學有機結合在一起的教學模式，為學生提供多樣化的學習資源和教學體驗，拓寬了傳統課堂教學的時間和空間，能滿足學生個性化差異的學習需求、挖掘課程內容深度和廣度、構建與完善教學資源、培養學科交叉協作能力。

線上線下混合式教學提供了更多的跨學科實踐空間和發展平臺，學生利用在線協作平臺跟不同知識和工程實踐背景的團隊成員一起學習和實踐，共同解決問題和完成任務，能促進學生之間的交流與合作，培養團隊合作和協作能力，提高學生的創新思維和解決問題的能力。此外，線上線下混合式教學可以突破時空限制，為學生學習和借鑒其他學科領域的知識和經驗提供條件和保障，豐富學科內涵和多元智能，能提供個性化學習和自主學習的實踐，賦予學生更大的學習靈活性。作為一種新興的混合式線上線下教學模式，雖然在各種不同教學應用場景中發揮諸多獨特的優勢和潛力，但目前仍會受到技術支持與設備要求、教師培訓與專業技能、學科與平臺互動等方面的限制。

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作者簡介：曾霖（1981—），男，漢族，廣東興寧人，教授，博士，研究方向：機器學習、數據挖掘、智能規劃等。