对分课堂联合TBL教学新模式设计与实践_郑建华.pdf

第 4 期2023 年 4 月 10 日计 算 机 教 育Computer Education中图分类号：G642204文章编号：1672-5913(2023)04-0204-05对分课堂联合 TBL 教学新模式设计与实践郑建华，刘双印（仲恺农业工程学院 信息科学与技术学院，广东 广州 510225）摘 要：针对传统教学过程中存在的问题，综合对分课堂与 TBL 的两种教学模式优点，提出对分课堂联合 TBL 的教学新模式，并详细介绍新模式在本科生机器学习课程教学中的实施过程，最后说明教学效果，并给出教学总结与反思。关键词：对分课堂；团队学习；高阶能力0引 言提高人才培养质量的关键是高质量的课堂，教育部副部长吴岩提出了“两性一度”金课标准1，其中“高阶性”要求培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维。文献 2 提出高等工程教育的“高”就在于培养学生的高阶思维认知体系，内容涵盖知识能力、工程能力、专门能力、通用能力（含沟通交流、团队协作、学习等能力）和伦理责任。传统课堂以教师为中心、以满堂灌为特征，难以培养学生沟通交流的能力、难以培养学生分析与解决问题的能力，势必难以培养学生的高阶能力。为打造金课，必须要求提高学生的主体地位，改革传统教学模式迫在眉睫。1教学模式改革现状分析近年来随着线上课程地涌现，呈现出越来越多教学新模式，其中翻转课堂3是使用率较高的一种教学模式，翻转课堂置换、翻转了传统的教学流程。翻转课堂将教学流程从传统的“课堂讲解+课后巩固练习”转变为“课前自主学习+课堂深度互动”。这样重新界定了师生的角色和定位，把以教师“教”为主变成以学生“学”为主。在翻转课堂教学模式中，学生的自学以课外时间、网络学习为主，学生的学先于教师的教，这种学习方式对学生有一定难度。实践也表明，学生能顺利学完网络课程的比例非常少4，更多学生是在花时间刷课，导致学生掌握的新知识有限；其次，要求学生学习完全没有讲授过的新知识，这对学生能力要求非常高。假如学生能够独立自主学习完新知识，那么教师在其学习中的地位会急剧下降，学生可能不愿参与教师后期的课堂教学。文献 5 认为在引入翻转课堂后，学生的成绩提高有限。文献 6 提出的本土原创性教学模式“对分课堂”受到广大教师关注。该模式把教学划分为讲授、内化、讨论 3 个过程，具体包括教师精讲、学生独立学习、独立完成作业、小组讨论和全班交流 5 个环节，其核心理念是权责对分，通过师生在教学过程中共担责任，促进学生的主动学习，培养其核心素养和创新能力，实现全面、健康的个性发展6。对比翻转课堂可以发现二者都强调培养学生的主动学习，强调学生的主体地基金项目：2019 年广东省度高等教育教学改革项目“对分课堂联合 TBL 的混合教学模式探索与实践以机器学习教学为例”(2019-315)；2020 年度广东省教学质量与教学改革工程项目“在线开放课程机器学习”(粤教高函202019 号）；2020 年广东省教育厅度课程思政建设改革示范项目“课程思政示范课程软件工程”(粤高教函20214 号)。第一作者简介：郑建华，男，副教授，研究方向为大数据挖掘和人工智能，。DOI:10.16512/ki.jsjjy.2023.04.026教育与教学研究第 4 期205位，但是对分课堂的教学顺序是讲授、内化、讨论，翻转课堂的教学顺序是自学、讲授与讨论。显然，对分课堂模式降低学生自学的难度，更加强调学生对知识内化以及对问题的分析与归纳。高阶能力还应包括团队协作能力，但对分课堂仅在小组讨论环节采用团队形式，并没有重视对学生团队协作能力地培养。Larry Michaelsen在 2002 年提出了团队学习 TBL 教学模式（Team-Based Learning，TBL），该模式以团队协作为基础，是将教师讲授和学生讨论相结合的一种教学方法，在团队协作能力、复杂问题解决能力培养方面获得广泛的认可7。因此，针对对分课堂中学生团队协作能力培养不够、学生单独学习内化效果不佳的问题，团队学习教学模式刚好对此做了较好的补充，通过提出对分课堂联合团队学习的教学新模式，以达成对学生高阶能力培养的目标。2对分课堂联合TBL教学新模式计对分课堂联合 TBL 的教学新模式，以对分课堂为基础，将团队学习理念融入到对分课堂的全过程，将对分课堂的内化过程转换为团队内容，将对分课堂的小组讨论转化为团队讨论，形成一个完整的对分课堂联合 TBL 教学过程（如图 1 所示）。图 1 对分课堂联合 TBL 教学新模式组成课堂精讲团队内化团队讨论全班交流课堂精讲全班交流团队内化逻辑上一次完整教学过程第一次课堂第一次课外第二次课堂第二次课外对分课堂TBL逻辑上一次完整教学过程逻辑上一次完整教学过程1）组建团队。根据差中优结合原则，组建组内异质、组间同质的学习团队，每组不超过 4 人，选择团长，并由团长负责团队学习的管理和与教师的沟通。2）课堂精讲。教师做好内容规划：首先，讲清楚整个知识体系结构，能够让学生从整体上把握全部教学内容；其次，在学生了解知识体系的基础上，针对细节知识，教师精讲留白，在课堂讲授重点知识，补充知识可以让学生在课后自学，对于扩展知识则让学生在课后深入探索；最后，确定学生课后分层学习内容、作业和团队任务。3）团队内化。新模式下的团队内化有别于对分课堂的内化。在团队内化阶段，学生首先各自完成教师要求的知识性学习内容和作业，然后在团长的组织下，根据教师布置的团队任务，一起查找资料、相互讨论、共同协作完成。这样，学生通过实践具有挑战性的任务，达到锻炼复杂工程问题分析和解决能力的目标。4）团队讨论。在对分课堂中，主要是要求学生围绕作业和任务，针对个体的收获、疑虑，互相切磋学习，共同解决问题，但是由于内化和讨论之间的时间跨度比较大，传统的对分课堂小组讨论比较困难；学生在内化阶段缺乏研究性学习，讨论难以深入；由于小组成员之间不熟悉，或部分学生比较内向，导致整个讨论气氛不热烈。在对分课堂联合 TBL 教学新模式中，由于在团队内化阶段已经针对任务进行了研究性学习和解决，学生之间比较熟悉，在团队内部容易出现多维交流状态，团队内部沟通交流顺畅、讨论氛围热烈。最终通过团队讨论，解决了学生个体疑问，形成了任务的团队意见。5）全班交流。通过课堂精讲、团队内化、团队讨论 3 个阶2023206计 算 机 教 育Computer Education段，学生对知识的掌握程度已经比较高，已经解决了“小”“易”“初级”的问题。在全班交流阶段，一方面是解答“大”“难”“高级”的相关问题，更加重要的是提升学生的表达能力，另一方面是对于学生提出的疑问进一步深化和提升，扩展学生的知识面和深广度。在引入团队学习之后，以团队为考核单位更容易激发学生的团队归属感和成就感。最后教师做总结，除了归纳和概括讨论的知识外，还需要在此基础上扩展前沿技术，引导学生探索新技术。3对分课堂联合TBL教学新模式实践3.1授课对象和教学内容2021 年 36 月，以 2019 级通信工程、电子信息工程本科生的机器学习课程作为试点。主要讲授Python语言基础、Python数据分析常用包、分类算法（KNN、贝叶斯、逻辑斯蒂回归、决策树、支持向量机、随机森林等）、回归算法（线性回归、lasso、岭回归算法）、聚类算法（kmeas算法、dbscan 算法）等内容。3.2学情分析与教学实施过程机器学习为选修课，开设于大二下学期。学生具有一定的编程基础，部分学生已经有清晰学习方向，表现出较强的学习兴趣，这对于构建团队提供了较好的基础。本课程主要讲授各种算法，算法之间相对独立，有利于实践教学新模式。在讲授每一个算法时，教师先讲授算法的核心思路以及演示算法的应用，并指出算法的使用场景，随后布置基础性作业和具有一定挑战性的团队任务。在团队内化环节，要求学生先独立完成基础作业，随后通过团队协作完成算法的深入学习、完成团队任务的分析与解决，并探索算法的扩展应用。在团队讨论环节，要求团队成员分别总结各自的收获、困惑、疑难，互相切磋学习，共同总结团队任务。在全班交流环节，引入团队任务完成指标的竞争机制（如对分类任务比拼 F1 值，回归任务竞争 R2 值）。竞争机制的引入，进一步活跃了课堂气氛，激发了学生好强心，驱使他们更好地掌握课程知识。最后，教师总结和介绍该算法的最新研究趋势和应用情况。3.3新模式考核方式本模式采用形成性评价和总结性评价相结合，平时团队任务占 40%，期末独立完成项目考核及撰写课程报告占 60%。这进一步要求学生充分利用团队学习期间尽可能掌握知识技能和高阶能力，从而较好地完成自己的期末考核任务。3.4学生反馈结果为验证新教学模式的效果，设计了“对分课堂联合 TBL 教学新模式教学效果”调查问卷。问卷设计见表 1。为形成对比，分别在第一次课后和课程结束后进行了 2 次调查问卷。表 1 调查问卷设置题号题干选项1这种授课模式是否有助于提高课程参与兴趣非常同意、同意、不确定、不同意2这种授课模式是否有助于掌握关键知识3这种授课模式是否有助于提升对问题的分析和解决能力4这种授课模式知否有助于提高学生动手能力5这种授课模式知是否有助于提升团队协作能力6这种授课模式知是否有助于提高表达、沟通交流能力7这种授课模式知是否有助于提高自主学习能力8是否同意继续采用这种教学模式教学模式第 1 次课后，向学生发放了调查问卷，参与本次调查共 72 人，还有 16 人未参加（见表 2）。表 2 显示，71.83%（累加非常同意和同意两个选项的数值，以下数据类似处理）的学生认为新模教育与教学研究第 4 期207式能够帮助学生掌握关键知识（题目 2），66.2%的学生认可这种授课模式（题目 8），由于此时仅仅完成了第 1 次课，这表明学生对新模式的谨表 3 第二次调查结果题号非常同意同意不确定不同意153.4143.183.410.00257.9539.772.270.00357.9542.050.000.00464.7731.823.410.00559.0936.364.550.00662.5035.232.270.00752.2740.916.820.00857.9538.643.410.00%课程完成后，向学生进行第 2 次调查，本次调查一共有 88 人参与，参与率达到 100%（见表 3）。对比表 2，可以发现结果发生了明显的改变，表 2 中的每个问题都存在不同意，而表 3 中的所有题目均没有学生选择不同意。为了进一步对比，将非常同意和同意数值累加合并，不确定和不同意数值累加合并，并整理出图 2。图 2 两次调查对课程同意度的不同题目对比慎认可。但是有 16 人没有参加调查，且仅有题目 6 达到 87.32%的同意率，这说明新模式还需学生进一步地认可。表 2 第一次调查结果题号非常同意同意不确定不同意122.5446.4821.139.86221.1350.7025.352.82319.7260.5615.494.23422.5454.9316.905.63526.7650.7016.905.63629.5857.748.454.23723.9456.3415.494.23825.3540.8522.5411.27%图 2 显示，在第 2 次调查中，学生对每一个选项的同意度都超过 93%，而最高的达到了100%（题目 3），这表明学生认为这种授课模式能够显著提升学生的问题分析和解决能力。在第 1 次调查中，学生的每一个选项同意度都没有超过 90%，最低的仅仅为 66%（题目 8），反映学生对新教学模式的持谨慎认可态度。在课程结束后的调查中，学生对题目 8 的同意度达到96.59%，这说明学生的确是真正喜欢了这种授课模式。4总结和反思4.1教学总结结合学生的期末项目考核报告以及学生的 2次问卷调查结果，将对分课堂联合 TBL 教学新模式引入课堂后，学生表现出强烈的学习兴趣。学生的知识掌握程度更好，学习兴趣增加，学习更加积极主动，课堂发言更加积极、讨论更加热烈，学生的团队协作意识更强，对于复杂问题的分析与解决能力更高，实际动手能力更强。这说202320