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机器学习教学中的 SPOC+TBL 混合模式探索论文

发布时间:2019-11-27 13:01:28 文章来源:SCI论文网 我要评论














SCI论文(www.scipaper.net):

摘要:分析了MOOC教学模式的不足和存在的问题,阐述了SPOC教学模式具有的优势,提出一种SPOC+TBL混合教学模式,说明了SPOC+TBL混合教学模式在机器学习课程教学中的具体设计。

关键词:SPOC;TBL;人工智能;机器学习

本文引用格式:胡晓辉,等.机器学习教学中的SPOC+TBL混合模式探索[J].教育现代化,2019,6(09):137-139.

一 引言

        随着国家人工智能战略政策的实施,人工智能技术在社会各领域中的地位显著提升,迫切需要高校培养社会新型人才。机器学习作为人工智能的核心技术之一,如何培养基础理论好,实践能力强,具有深厚的专业素养,适应新时代需求的学生,是每个计算机专业教师应该思考的问题[1]。由于机器学习应用太多数学知识,使得其学习难度提升,基础薄弱的学生难以深层次学习,而传统的授课方法以“教师讲,学生听”为主,这样使得学生接受知识方式十分被动,对理论知识理解深度不够,这样的教学模式很难提高学生学习的积极性,不能达到深入学习的目的。如何让学生对该课程产生兴趣和培养学生的专业能力和实践能力,是当前高校应该重点考虑的问题。

         在近几年的教学实践中,国内外大型开放式网络课程(MOOC课程)在政策的推动下发展迅猛,新的在线授课方式相比于传统授课方式在时间和空间上有了极大的延伸和扩展。而机器学习的MOOC教学资源又十分丰富,这使得这门课程可以使用MOOC教学方式,利用互联网资源,扩大知识传播范围,实现优质教育资源全球共享,让每个学生学习到最新的知识[2]。可是在近几年的MOOC教学实践中发现,因为学生习惯了传统授课方式,大部分学生习惯于在教师监管和督促下学习知识,久而久之,学生会缺乏学习动力,单向知识传输过多,无法深刻内化理解知识。因此SOPC作为一种优化方式,根据学生具体情况,教师通过裁剪MOOC课程进行SPOC教学或自主建设SPOC课程因材施教,SOPC教学方式相对于MOOC方式更加适合地方性教学的特点[3]。

         通过研究和实践发现,如果将SPOC教学方式的小众化在线教学特点与TBL(基于团队学习)结合起来设计丰富的课堂教学活动,不但能提升学生的专注度,而且还可以提升学生的参与度,让学生作为整个教学的中心,以在线教学为引导方式,团队形式学习理论知识,因材施教,充分满足个性化、多样化的教学需求,培养学生的自主创新能力。每一部分的相关线上教学课程结束后,要求教师再对机器学习课程的相关技术应用领域进行线下详细讲解,再精选经典案例布置任务,并要求学生以团队形式合作完成。教学中学生不但可以通过在线教学学习最前沿学科知识,还可以以学习小组的方式相互学习,相互合作完成学习任务。


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二 SPOC和TBL教学法

       SPOC(小规模限制性在线课程)教学方法是由美国University of California,Berkeley大学的教授Armando Fox提出和使用的,“SPOC=Classroom+MOOC”,是指融合了实体课堂与在线教育的教学模式[3]。TBL(Team-Based Learning)是美国Oklahoma大学教授Larry Michaelsen于20世纪70年代所提出的一种引导式教学方法,主要以培养学生主动学习和团队协作能力为目标[4]。

(一)SPOC教学法的特点

       (1)模式自由度和学生同构[5]。因为SPOC=MOOC+补充交流的模式。即SPOC模式从教学内容上讲可以视为是MOOC的超集,教师可根据学生能力对MOOC课程删减,然后主观对部分知识进行扩充,实现线上在线教学,线下讨论的教学模式。由于学生来自不同的地区、省份,具有不同宗教信仰,观察和发现问题的能力、思维方式也不尽相同。学生差异过大,如果直接使用MOOC模式很难实现良好的授课效果。从课程设计的角度来分析,课程无论如何都是最适合某一部分学生,例如学生学习能力差别呈正态分布时,教师会选择中游大多数学生作为重点要照顾的对象,对于最优秀和最差的学生的照顾程度要小一些,如果只依赖线上课程就不能达到全面覆盖的目的。因此这就需要教师结合实际,进行线下讲课并对相应的知识点进行重点讲解和扩充,这也是SPOC的优点所在。

      (2)选课权和出勤率一致进度[5]。SPOC教学模式的自身特点是教师亲自优选网络视频并规定来观看课程,并及时对相应内容进行重点讲解和扩充,这样会导致学生丧失选课权。在出勤率方面SPOC教学模式中可以明确或隐含地给学生形成出勤的压力,这样会对于部分相对懒惰的学生起到了监督和督促的作用,而MOOC对学生的约束就低得多,很难要求全部的学生对每次课都在指定时间和地点完成。

         (3)因材施教和教育效率[5]。根据SPOC教学模式理念教师可以完全洞悉学生的各方面信息例如课程成绩、以往表现、个性、优缺点。也正是如此,才有可能做到真正的因材施教譬如在课堂上某些关键点,可根据学生基础的不同,主动要求部分学生做一些特殊的思考。在教育效率方面SPOC的教师需要投入更多时间和精力,包括提前熟知线上教学内容,制定线下教学大纲和计划,并对学生进行考核,而课程的学生人数却只有MOOC教师的千分之一,这样算下来,比起MOOC的教师教育,“效率”自然较低。

(二)TBL教学法过程

      TBL教学法的思想是将学生分成若干个学习团队,要求每个团队成员要相互学习和合作来完成教师布置的任务,教师根据课程的内容和特点将教学的知识点以提纲的方式提供给学生,要求学生按照要求以个人或团队的形式提前预习。学生要想完成任务,就必须主动查阅资料,如果遇到难以解决的问题,要主动与小组内的成员交流讨论,课程任务必须要分工合作完成。TBL教学法的目的是培养学生的主动性、实践以及团队合作能力。

三 SPOC+TBL混合式教学模式的构建

(一)SPOC+TBL教学法对教师的要求


         美国教育学家布鲁纳认为学习的本质是学习者可以把同类事物联系起来,并把这些事物组织构建,赋予它们意义。这体现了学习的要经过获得、转化和评价三个过程[6]。首先教师就需要帮助学生让其更加方便地获得知识,然后通过小组合作学习的方式将知识内化为自己的认知,最后教师应该认真负责的对学生所学习的知识做出客观评价。而SPOC+TBL教学法设计理念是针对基础知识、理论性的内容和简单案例进行线上视频教学,针对概念性问题、重点内容、难点案例教师要在线下进行讲解教学。SPOC+TBL混合式教学方式目的是以个性化学习、分组探究式学习方法来能提升学生对知识的理解、构建、内化和创新,培养学生自主学习能力,提高教学质量。

(二)SPOC+TBL混合式教学模式

           机器学习是一门涉及多领域的交叉学科,该学科需要很多数学知识作为基础,从教学的角度考虑如果把纳入实验,能让学生将抽象的内容内化。所以本文构建了四个教学阶段如表1所示。四个阶段分别为:课前阶段、课堂阶段、课后阶段和实验课阶段,整个教学环节分为学习、教授、考核三个项目,每个教学实践阶段划分为线上和线下两个模式,线上模式主要以网络教学视频为依据让学生学习知识,线下模式以教师作为辅助,线上教学中的重点、难度进行补充教。基于SPOC+TBL模式的混合式教学对每一个教学阶段都设计了相应的教学活动,利用优化的教育技术全程融合到教学过程中,这样可以让学生有效地理解和吸收知识,并起到良好的互动性能启迪思想,激发创新思维。

        (1)课前阶段。学生通过自行下载的SPOC视频对课程进行预习,自学并提出问题,以小组的形式自行研究和讨论,然后积极查阅相关资料,为课堂阶段做准备,在课题阶段时安排1~3个小组对自己讨论和查阅资料的结果向全班同学作汇报。然后学生还需要完成教师布置的微课学习作业并进行自我评测。教师需要在课前阶段做充分的准备工作,结合MOOC视频重要知识点,以学生的能力为依据对视频进行整理和裁剪,再对视频中不详细和部分较难理解的知识点进行研究,再对这些内容进行备课,在课堂阶段时以PPT课件的形式给学生教授。


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        (2)课堂阶段。该阶段为开展教学互动的主要阶段,线上让学生观看教学视频,对视频中的难点和不懂的问题做记录,线下以团队模式进行汇总和交流。教师主要负责补充讲解教学视频并对学生的问题一一解答,鼓励学生提出问题,对于个别学习能力差的小组进行一对一辅导,然后再通过小组分享的方式选择一个小组代表来讲解自己对学习任务完成情况、如何分析和解决问题及学习过程中遇到的问题,而台下的学生可以提问、回答台上学生的问题,同学之间可以进行互动,深化知识的建构。教师对整个过程给出评价和成绩,并以小组成员的平均成绩作为大家的共同成绩。最后教师讲解学生在自主学习中提出的难以理解的各类问题,并对课前测试结果进行分析,得到学生的共性问题,总结小组分享活动中的各种思路和对应的解决方案。

        (3)课后阶段。课后学生以学习小组形式对学习内容进行总结和复习,并对自己薄弱的知识点进行重复观看视频课加深理解,在此基础上对实验课中的教学内容进行预习。而教师需要反思教学中出现的问题,并利用SPOC平台布置实验任务。最后教师需要通过考核的方式对学生所学知识进行考察,线上要求每个小组成员选择一个不同的问题进行分析和求解。下线以试卷形式对学生考核,试卷中可以用填空和简答两种题型考核学生。线上线下的成绩各占总成绩的50%。

        (4)实验课阶段。要求学生上机实验,通过调试程序的方式来深入理解机器学习中的特定编程问题,例如如何搭建一个BP神经网络并调试网络参数等。对基础差的同学教师可以进行一对一讲解和辅导。对于基础较好的学生则提供额外的扩展问题。课后教师可以再收集学生编程中容易出现的错误并对其进行分析,做好教学总结。最后要求学生按时完成并提交实验报告,在实验报告册上书写自己的实验过程,填写自己的详细实验结果。

四 结语

        机器学习课程相比较其他课程较为抽象难懂,且该课程在人工智能中有着重要地位,为了培养当代社会的新人才,教师通过大量研究和探索,希望采用SPOC+TBL教学模式,通过线上线下相结合的混合式教学模式,满足学生个性化学习的需求,真正实现“以学生为中心”的教学理念,并结合最新技术为学生提供新的视角和学习方法帮助学生理解知识。最后再以学习小组形式让学生合作学习,团队式考核,提升学生的学生对课堂的满意度。SPOC+TBL教学模式深入贯彻落实了“教育技术与课堂深度融合”的指导方针,为其他新型课程的教学改革提供了新的视角。

参考文献

[1]周志华,杨强.机器学习及其应用[M].清华大学出版社,2011.
[2]王文礼.MOOC的发展及其对高等教育的影响[J].江苏高教,2013(2):53-57.
[3]李红,王春枝,贺章擎.信息化背景下计算机网络课程混合学习模式研究[J].计算机教育,2014(20):15-17.
[4]于述伟,王玉孝.LBL、PBL、TBL教学法在医学教学中的综合应用[J].中国高等医学教育,2011(5):100-102.
[5]康叶钦.在线教育的“后MOOC时代”——SPOC解析[J].清华大学教育研究,2014,35(1):85-93.
[6]黄德群.基于高校网络教学平台的混合学习模式应用研究[J].远程教育杂志,2013,31(3):64-70.

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