线上教学中分布式教学体系构...科学与工程学院本科教学为例_陈光源.pdf

线上教学中分布式教学体系构建方法研究 以山东科技大学海洋科学与工程学院本科教学为例*陈光源杜立彬贺海靖李正宝(山东科技大学海洋科学与工程学院，山东 青岛 266590)摘要本文针对线上教学中课堂教学效果难以把控、课下实践应用不易推进等问题，提出线上分布式教学体系的构建方法。本文以建立教师讲授、学生应用反馈、师生协同创新实践的良性教学体系为目标，以“学生”为中心，以线上授课、虚拟实验、线上应用、网络授课平台、虚拟实验平台、社会经济发展为主要节点，结合山东科技大学海洋科学与工程学院教学实例，研究各节点的实现途径及其相互关系。关键词线上教学;分布式体系;教学改革;虚拟仿真教学;实践创新中图分类号G647文献标识码Aesearch on the Construction Method of Distributed Teaching System in Online TeachingTaking Undergraduate Teaching of College of Ocean Science and Engineering，Shandong University of Science and Technology as an ExampleCHEN Guangyuan，DU Libin，HE Haijing，LI Zhengbao(College of Ocean Science and Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao，266590，China)Abstract:The difficulties in controlling classroom teaching effect and promoting afterclass practice ap-plication in online teaching，this paper puts forward the research on the construction method of online distribu-ted teaching system.The goal is to establish a benign teaching system of lecturing by teachers，application feed-back by students and collaborative innovation practice between teachers and students，centering on studentsand taking online teaching，virtual experiment，online application，network teaching platform，virtual experimentplatform and social and economic development as the main nodes.Based on the teaching example of College ofOcean Science and Engineering in Shandong University of Science and Technology，the realization approachesof each node and their relationship are studied.Key words:online teaching;distributed system;teaching reform;virtual simulation teaching;practice in-novation08HIGHE EDUCATION OF SCIENCES2023 年第 1 期(总第 167 期)*收稿日期20220609资助项目教育部共建“一带一路”教育行动 部省品牌培育工作项目“青岛中乌船舶与海洋工程教育平台”;2021 年山东省本科教学改革研究面上项目“科教融合校所合作:海洋创新型人才培养模式的探索与实践”.作者简介陈光源(1987)女，黑龙江大庆人，讲师，博士，主要从事海洋动力参数探测技术研究.线上教学模式是混合式教学的主要研究内容之一，也是我国教育改革实现的重要途径之一。线上教学的内容主要包含线上授课与虚拟实验两个部分，伴随计算机技术和互联网技术的发展而发展起来。虽然线上教学在抗击新冠病毒的过程中得到广泛应用12，但也是后疫情时代科技教学发展的必然趋势。在国家的支持和推动下，我国的线上教学方法与手段快速发展，授课手段涵盖直播、录播多种形式，教学与资源共享平台包括中国大学 MOOC、腾讯会议、钉钉、智慧树、超星尔雅通识课程、雨课堂等35。在虚拟实验平台建设方面，同样成果显著6，目前基于“国家虚拟仿真实验教学项目共享平台”的开放虚拟仿真实验共计 1 171 项，涵盖 43 个专业，503 所本科高校。教学媒介既是教学大数据采集的终端，又是教学内容的呈现载体7。在线上教学手段与方法不断丰富的同时，一定程度上也存在内涵建设的浅表化、过度依赖国家资源投入、理论与实践教学半割裂等问题。技术是手段，基于知识逻辑的内涵建设才是发展的核心8。线上分布式教学体系的构建由此提出，主旨在于把线下育人线上教学互联网教学平台建设等联系起来，形成闭环，让学生在虚拟环境下实现高效的学习和思考。分布式9 的概念来源于计算机科学，引入教育教学领域后，被定义为利用各种媒介与技术形成丰富的资源与良好的学习环境，构成各节点相互关联的系统。线上分布式教学方式进一步打破了学习者、讲授者、课程资源等学习要素的时空差别和限制，打破老师和学生、理论与应用之间的壁垒。分布式的结构设计特点在于从发信点到收信点的通路不止一条，各节点之间存在多条通路，优势在于各节点均可直接建立数据链路，信息流程最短，且便于全网络范围内共享优质资源1011，但难点在于网络节点路径设计、控制复杂，要求逻辑严谨，流程可控。在线上教学的分布式设计中，应进一步明确线上教学的特点，存在的问题，分析原因，寻找有针对性的解决方法。通过增强各节点的内部建设与节点外的相互作用，提高分布式教学体系的整体效能，实现促进教育发展的最终目的。一、线上分布式教学的总体结构设计中华人民共和国高等教育法 规定，高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，发展科学与文化，促进社会主义现代化建设。创新人才的培养不是一个独立的概念，而是一个体系12。理论是创新的基础，实践是理论的应用。这就要求在高等教育中不只关注学生理论知识的学习，还要注重培养学生实践应用的能力。通识教育与专业教育均衡发展13，培养学生独立思考，创新解决实际问题的能力。为此，亟须在教学研究过程中梳理提取理论知识的内在逻辑，总结创新实践应用的培训方法，明确并加强理论与实践教育的相互关系，形成多种教学方法有机结合的教学体系，提高教师的教学水平，改进学生的学习效果。B.Clark14 认为学科包含知识形态和组织形态两个层次内容，教学同样也是如此。教学的知识形态主要表现在理论知识的讲述、实验技能的传授，而组织形态则表现在如何构成教学理论方法、实践应用培训和学生学习成果之间的相互作用与联系。其中组织形态的构建是基础和难点，知识形态的完善是内容和重点。以海洋研究领域久负盛名的美国斯克里普斯海洋研究所15 为代表的众多国际一流院校对这两方面的建设均十分重视，并取得良好效果。作为一种新型的教学模式，线上教学与传统线下教学相比，面临更大的机遇与挑战。比如，学生受课堂约束的时间变少，但能够自主安排的时间更多;虚拟仿真实验操作更便捷，但激发创新的能力有限等。教师在线上教学过程中，一方面要思考这些问题的应对方法，另一方面要利用好这一教学方式的变化，尝试新的教学方法，注重培养学生自主创新、思考能力和实际应用的能力。基于线上教学的多元教学模式面向学生，以建立教师讲授、学生应用反馈、师生协同创新实践的良性教学体系为目标，主要包括理论知识讲授、用户学习、实际应用等要素。总体分布式结构设计如图 1 所示，以“学生”为中心，依次向外辐射线上教学所需手段与平台，总结为 6 个主要分布18线上教学中分布式教学体系构建方法研究式节点:线上授课、虚拟实验、线上应用、网络授课平台、虚拟实验平台、社会经济发展。在线上分布式教学体系研究中重点研究六大节点的作用及实现方法，分析节点间的相互影响及支撑作用。图 1线上分布式教学体系结构设计图理论学习与实践应用，教学主体与客体间均存在相互关系，相互支撑，相辅相成。教师作为教学的主体，通过线上平台开展理论知识教学。学生作为学习的主体，主要通过线上授课的形式完成理论学习，并将理论知识应用于实践，在教师的指导下，开展线上模拟实验操作或是线上创新竞赛等内容。同时，教学不只是教师指导学生的单向过程16，更是教师在教学反馈中不断提升自我，反哺教学的过程。教师既需要在线上授课过程中丰富基础理论知识，提高授课水平;更需要基于讲授的理论知识，开展虚拟仿真实验设计，指导学生参与创新创业比赛。理论联系实际，让讲授的知识能够“脱离”课本，融入实际应用，从而激发学生兴趣、加深学生印象、提高应用能力。二、线上授课主导作用提升的方法研究线上教学中理论知识的教学主要表现为教师网络授课与学生在线听课。如何提高学生兴趣，吸引学生注意力是线上教学面临的难点之一17。与线下授课相比，线上教学中学生离开了教室的学习氛围和环境，降低了教师实时听课状态追踪的频率，对学生自我控制能力的要求空前加强，对教师授课内容和方法的创新提出了挑战。(一)线上授课效果影响因素分析1.外部因素线上学习的外部环境影响因素主要包括授课教师、学习伙伴、学习平台、学习场所、学习资源等。针对线上教学，尤其是理论知识讲授，教师课堂板书的自由度受限，无法实时获得学生学习状态的反馈，使得教学进度的调整、教学内容深浅的变化受到影响，从而对教师的知识讲授水平与课堂把控能力提出了更高的要求。同时，学习平台、学习场所、学习资源的影响也不容忽视，这是近年来线上教学研究及改进的重点方面。针对疫情防控要求，各种形式的教学课程被搬到了线上，尤其是实验模拟课程，通过建设虚拟仿真实验室，一方面丰富了教学资源和手段，另一方面也提高了学生的学习兴趣。然而作为教学主体，教师层面更应关注如何从实验内容、实验流程设计方面完善虚拟仿真教学，更应思考如何在模拟操作的同时，使学生掌握原理本质;如何在验证性和重复性实验中，鼓励学生发现问题解决问题，并进一步激发学生的创新思维。2.学习者内部因素学习者内部因素主要表现在学生学习动机、自我效能、负面心理等方面。在线上学习环境中，对学生自控能力、自主学习能力的要求提高，导致学习者内部因素学习的影响更加明显，影响程度也更大。学习动机是学生开展学习的根本原因和内在驱动力。刚进大学的学生，处在摆脱高考的高强度学习，并对大学生活缺乏清晰认识的阶段，导致学习目标不清晰，学习动机不强。基于本科教学案例发现，成绩较好的学生往往在初期就培养了较强的学习动机，建立了明确的学习目标，对于通过学习增强自身竞争力的意识较为明显。自我效能的作用主要体现在完成相应学习内容，达到学习目标的自我预期上。对自我预期较好的学生表现出较为自信的特征，乐于挑战新鲜、未知的事物，能够把挫折当做学习的一部分。通过心理学上的“自证预言效应”，提高学习能力和学习效果。在教学实践中，自我效能预期较低的学生，学习主动性较低，获得较好学习效果的概率往往也28HIGHE EDUCATION OF SCIENCES2023 年第 1 期(总第 167 期)较低。负面的心理情绪除了体现在自我学习方面，更表现在同学之间的相互学习和协作方面。自卑、自私、自负等不良心理情绪会导致学生在学习过程中畏难的消极行为明显，对学习活动的参与度低，学习效率下降。更有甚者，会把负面情绪和学习态度传染给身边的同学，从而在小的学习范围内产生消极影响。教学中明显表现在宿