《草業(yè)信息學(xué)》線上教學(xué)改革的探索與嘗試

楊 軒 徐洪雨

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，山西 晉中 030800

新冠疫情為世界各國高校的高等教育進(jìn)程提出了重大的挑戰(zhàn)，同時也提出了重大的變革需求：傳統(tǒng)的線下課堂教學(xué)不能適應(yīng)當(dāng)下時代背景，必須著手發(fā)展、建立合理高效的新型教學(xué)體系。教育部于疫情初期即研判形勢、果斷決策，決定在全國高校全面實(shí)施線上教學(xué)［1］。與此同時，采用多線上平臺結(jié)合直播、錄播等方式的教學(xué)方式，輔以使用網(wǎng)絡(luò)通訊工具的師生實(shí)時聯(lián)絡(luò)，從根本上支撐、推動了高等教育的劃時代教學(xué)改革［2］。

草業(yè)科學(xué)專業(yè)作為具有較強(qiáng)實(shí)踐性的應(yīng)用學(xué)科，是“新農(nóng)科”建設(shè)工作的重要組成部分［3］。對草業(yè)科學(xué)專業(yè)的相關(guān)課程進(jìn)行深化教學(xué)改革可使其進(jìn)一步適應(yīng)國家戰(zhàn)略，同時也是培養(yǎng)高素質(zhì)寬視野草業(yè)人才的緊迫需求，是建設(shè)草業(yè)科學(xué)與生命科學(xué)交叉融合新興學(xué)科的重要舉措［4］。雖然目前已經(jīng)過廣泛的探索和討論，形成多種可供參考的高等教育課程建設(shè)與教學(xué)體系［4-6］，但各門課程的知識體系、教學(xué)內(nèi)容存在極大差異，無法簡單復(fù)制。為貫徹“新農(nóng)科”建設(shè)思想，適應(yīng)新科學(xué)、新技術(shù)教育的浪潮，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院于本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案制定了數(shù)門具有顯著“新農(nóng)科”特色的專業(yè)課程，如《草業(yè)信息學(xué)》，其本身的知識體系即牽扯較多的計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等知識，并有兼有基礎(chǔ)理論與實(shí)踐演示，很適宜采用線上教學(xué)模式，以提供豐富的線上學(xué)習(xí)資源和遠(yuǎn)程交互教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量和加強(qiáng)綜合素質(zhì)培養(yǎng)。

一、教學(xué)現(xiàn)狀

（一）課程現(xiàn)狀分析

《草業(yè)信息學(xué)》課程為山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)專業(yè)全日制本科生所修專業(yè)課（32 學(xué)時）。為保障草業(yè)科學(xué)專業(yè)教學(xué)計劃可基于最新科研成果、先進(jìn)技術(shù)和教學(xué)方法實(shí)行［7］，山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院主要以梁天剛主編的《草業(yè)信息學(xué)》［8］為基礎(chǔ)，將草業(yè)科學(xué)、信息科學(xué)與其他“新農(nóng)科”的前沿觀念、方法、思想相結(jié)合，并針對本科學(xué)生知識理論基礎(chǔ)對書本內(nèi)容進(jìn)行了精選，于2021 年正式設(shè)立?！恫輼I(yè)信息學(xué)》的課程教學(xué)時刻遵循“以學(xué)生為中心”的教育理念，推動本科培養(yǎng)的知識、能力、素質(zhì)，擬達(dá)到以下教學(xué)目標(biāo)：理解草學(xué)、信息學(xué)于學(xué)科交叉所生成的概念，相關(guān)知識與技術(shù)的科研與社會應(yīng)用價值；熟悉掌握各類草業(yè)信息技術(shù)的基本原理與通用研究方法；理解草業(yè)信息學(xué)的學(xué)科性質(zhì)、學(xué)科特征，鍛煉融合知識體系的能力，培養(yǎng)串聯(lián)邏輯、發(fā)散思維能力；了解草業(yè)信息學(xué)的實(shí)踐應(yīng)用范圍與交叉學(xué)科的研究應(yīng)用體系，具備一定的解決實(shí)際問題的能力。

《草業(yè)信息學(xué)》的線上課程教學(xué)尚存在一些問題。第一是線上課程的管理難度較高，學(xué)生與班級的狀態(tài)難以把控，缺少課堂臨場感和高效的課堂教學(xué)活動；第二是相對于主干專業(yè)課程，《草業(yè)信息學(xué)》課程的知識點(diǎn)較多且雜，也牽扯很多較難理解的知識點(diǎn)，僅線上講授不利于學(xué)生理解繁雜的知識內(nèi)容；第三是線上教學(xué)過程中極其缺乏師生交流與生生互動，學(xué)生會記憶概念但不能與實(shí)踐和其他知識進(jìn)行關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力不能得到有效培養(yǎng)［4，9-10］。針對以上問題，我們對該課程的線上教學(xué)進(jìn)行了一定的探索與實(shí)踐。

（二）學(xué)生學(xué)情分析

《草業(yè)信息學(xué)》課程于大學(xué)本科第四學(xué)期開設(shè)，而當(dāng)代大學(xué)生對信息時代的電子產(chǎn)品和各類軟件有著天生的好奇心和親近感?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”與“智能+”的新形態(tài)具有自由開放性、共享性、無區(qū)域限制性與學(xué)習(xí)者的主體地位等特點(diǎn)，可以使學(xué)生更易接受“互聯(lián)網(wǎng)+”與“智能+”學(xué)習(xí)平臺與手段，更加適應(yīng)學(xué)習(xí)［11-12］。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)過程有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和師生的互動性，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，有助于提升教學(xué)效果。

因此，《草業(yè)信息學(xué)》課程在教學(xué)設(shè)計上采取多元化課堂活動、線上翻轉(zhuǎn)與趣味知識等資料的應(yīng)用提高學(xué)生的課堂注意力，進(jìn)一步強(qiáng)化教學(xué)效果；教學(xué)過程上，充分利用線上教學(xué)平臺與線上資源，設(shè)計進(jìn)行強(qiáng)化師生交流與生生交流的教學(xué)活動，通過多樣化的展示與交流手段加深知識的傳授與回饋功能，加強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)習(xí)效率；教學(xué)評價上，在課堂后及時提醒學(xué)生回看復(fù)習(xí)、積極聯(lián)系教師提問討論，以查漏補(bǔ)缺，并采取分析作業(yè)完成情況、問卷調(diào)查、師生遠(yuǎn)程溝通等方式，達(dá)到教師與學(xué)生無縫對接，使教師及時獲得學(xué)習(xí)反饋以精細(xì)管理后續(xù)教學(xué)的設(shè)計與實(shí)施。

二、在線教學(xué)的特色探索與嘗試

《草業(yè)信息學(xué)》課程的在線教學(xué)改革的總體思路是：針對教學(xué)管理難、授課效率低、實(shí)時交流難的問題，采取符合線上教學(xué)特色的教學(xué)法，使用符合線上教學(xué)特點(diǎn)的教學(xué)手段，輔以齊備的教學(xué)資源進(jìn)行基于線上教學(xué)特征的教學(xué)過程探索與嘗試。

（一）線上平臺的充分挖掘利用

在線教學(xué)平臺已成為線上教學(xué)模式與線上線下混合教學(xué)模式所必須利用的教學(xué)工具。如“超星學(xué)習(xí)通”“雨課堂”“QQ 學(xué)堂”“愛課程”等線上教學(xué)平臺不但可以進(jìn)行直播或錄播式教學(xué)，還包含多元化的課程活動。充分對線上教學(xué)平臺或教學(xué)工具的教學(xué)活動進(jìn)行設(shè)計與利用，更能提高教學(xué)溫度，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性、自控能力和學(xué)習(xí)能力［13-14］，從而進(jìn)一步加強(qiáng)線上教學(xué)效果，提高線上教學(xué)效率。

例如，在《草業(yè)信息學(xué)》的第一章教學(xué)過程中，在總結(jié)了草業(yè)信息學(xué)的研究、應(yīng)用范疇基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)草業(yè)信息學(xué)在實(shí)際的研究應(yīng)用中所起到的特殊作用：草業(yè)信息學(xué)是解決草業(yè)科學(xué)中具有時空動態(tài)分布特征的復(fù)雜系統(tǒng)問題的重要手段。為加深學(xué)生對以上內(nèi)容理解，教師著重點(diǎn)出以上兩點(diǎn)的關(guān)鍵詞，即時空動態(tài)，并開展線上教學(xué)活動。

線上活動1：首先提出時空動態(tài)的定義：即時間與空間的動態(tài)，表示某種事物在時間線與空間范圍中的綜合運(yùn)動與演化狀態(tài)。而后舉出案例：寧夏賀蘭山影響了其南部地區(qū)土地的時空動態(tài)，由于賀蘭山阻擋了土地沙漠化的作用，使其南部地區(qū)在千百年來未形成沙漠，這正是由一個事物所引發(fā)的時空動態(tài)變化。經(jīng)過了解具體案例，利用學(xué)習(xí)通平臺的“選人”工具開啟活動，鼓勵學(xué)生討論“所接觸過的時空動態(tài)的例子”。學(xué)生討論1：每日可見的“天氣預(yù)報”，不僅有時間上的動態(tài)變化，也有地區(qū)的動態(tài)變化，是一種時空動態(tài)；學(xué)生討論2：在天然草地上放牧羊群，羊群將隨著時間的推移遷徙、流動至其他地區(qū)，而被放牧區(qū)域的草地蓋度也會隨著羊群的遷徙發(fā)生變化，這也是一種時空動態(tài)。

針對關(guān)鍵詞的有效切題的討論，學(xué)生們提出個人的見解，相互學(xué)習(xí)促進(jìn)，使學(xué)習(xí)過程變得生動有趣，有效加深了參與討論的學(xué)生與其他聽課學(xué)生對核心知識概念的理解。同時在進(jìn)行線上討論活動的同時，可根據(jù)討論情況改進(jìn)、完善學(xué)生學(xué)習(xí)課程的過程性考核之中。

線上活動2：課時內(nèi)容講解結(jié)束后，同步啟用“超星學(xué)習(xí)通”的線上測試功能或者實(shí)時問答功能，及時掌握學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的掌握程度，依托信息統(tǒng)計功能可根據(jù)不同小題的答題正確率，精準(zhǔn)判斷知識點(diǎn)掌握的牢固程度。如“草業(yè)信息學(xué)基礎(chǔ)”一章的線上測試中，學(xué)生在作答第2、第5 小題時的正確率最低（表1）。原因在于學(xué)生對于信息學(xué)的起源時間記憶不深刻，且對3S 技術(shù)（遙感技術(shù)、地理信息技術(shù)、全球定位技術(shù)的統(tǒng)稱）的范疇理解不透徹，導(dǎo)致相關(guān)的問題正確率較低，宜針對學(xué)習(xí)薄弱的環(huán)節(jié)于之后的課堂內(nèi)再次加強(qiáng)、回顧3S 概念的講解，做到查漏補(bǔ)缺、鞏固基礎(chǔ)的目的。

由此可見，采用線上教學(xué)平臺的各種線上活動對學(xué)情掌握、實(shí)時交流有極大幫助。但在線上教學(xué)的實(shí)際過程中，因無法真正與學(xué)生進(jìn)行面對面交流，教師在線上提問時，可能由于網(wǎng)路、設(shè)備問題，學(xué)生無法進(jìn)行語音即時回復(fù)。為避免溝通斷裂和教學(xué)過程延遲，可針對情況選擇通過線上教學(xué)平臺聊天方式交流或進(jìn)行其他教學(xué)平臺活動的文字交流。因此，要靈活運(yùn)用線上教學(xué)活動，也需教師在備課過程中做好其他線上活動的預(yù)備案，做到有備無患。

（二）線上平臺的翻轉(zhuǎn)課堂與生生互動

“翻轉(zhuǎn)課堂”模式即通過重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時間，將學(xué)習(xí)的主動權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生，將課堂變成教師與學(xué)生之間及學(xué)生與學(xué)生之間互動的場所［15］?；诰€上教學(xué)流程為主，《草業(yè)信息學(xué)》則力爭合理結(jié)合該模式的特征對翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行應(yīng)用：第一應(yīng)選擇適宜進(jìn)行線上翻轉(zhuǎn)課堂的知識點(diǎn)與內(nèi)容，以多個概念性、理論性的知識點(diǎn)形成的體系，并與現(xiàn)實(shí)生活、科學(xué)、工作等關(guān)聯(lián)緊密的內(nèi)容為宜，從而體現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的“有效性”；第二要做好細(xì)致的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計，形成線上翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的“規(guī)則性”；第三需及時、精準(zhǔn)地進(jìn)行線上翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的評價考核，讓學(xué)生得到完成翻轉(zhuǎn)課堂的成就感，激發(fā)其“積極性”。

如《草業(yè)信息學(xué)》的定義為“探究草業(yè)各個因子群、各個界面、各個生產(chǎn)層而建立的眾多板塊之間的信息認(rèn)知、采集、處理、流通、反饋、調(diào)控的科學(xué)”。與定義相關(guān)的知識點(diǎn)包括：1.草業(yè)科學(xué)四維理論，即該學(xué)科，《草業(yè)信息學(xué)》屬于草業(yè)科學(xué)的信息維，其他三個維度分別為類型維（草原類型學(xué)）、化學(xué)維（草原生態(tài)化學(xué)）、系統(tǒng)維（草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)學(xué)）［16］；2.《草業(yè)信息學(xué)》研究主體：草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的核心（3 類因子群）、草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的層次（4 個生產(chǎn)層）及其相互作用的區(qū)域（3 個界面：草叢——地境界面A、草地——動物界面B、草畜——社會界面C）［16-17］。將以上知識點(diǎn)列為課下學(xué)習(xí)內(nèi)容，開始實(shí)行翻轉(zhuǎn)課堂的小組任務(wù)教學(xué)法，旨在充分利用線上信息與教學(xué)平臺資源，推動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性并鞏固相互串聯(lián)的知識點(diǎn)體系。

提前按照具體的要求下發(fā)匯報任務(wù)（圖1），教師強(qiáng)調(diào)任務(wù)要求及相關(guān)知識點(diǎn)，并持續(xù)給予各小組知識答疑、選題內(nèi)容、資料查找、幻燈片制作等方面的指導(dǎo)。學(xué)生在準(zhǔn)備環(huán)節(jié)通過線上通訊工具進(jìn)行討論并分工合作。進(jìn)行匯報時，采取線上會議的方式，各小組輪流分享屏幕進(jìn)行演講、相互學(xué)習(xí)，并對各知識點(diǎn)的內(nèi)容與內(nèi)涵做實(shí)時討論。教師與其他小組分別給予評分，并同步對選題、幻燈片、演講內(nèi)容等方面進(jìn)行點(diǎn)評，課后進(jìn)行總結(jié)提點(diǎn)，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對課程知識和所學(xué)專業(yè)的認(rèn)知。

圖1 草業(yè)信息學(xué)研究主體的教學(xué)案例

從課堂氛圍來看，小組討論的氣氛十分熱烈，各小組對知識點(diǎn)均已掌握，報告準(zhǔn)備充分，講解精彩、討論充分、積極學(xué)習(xí)，課后反饋也進(jìn)一步證明了學(xué)生參與度有極大提升，有效提高了自主學(xué)習(xí)興趣和分析解決問題的能力。教學(xué)效果良好，教師與學(xué)生均有所收獲，教師進(jìn)一步了解了學(xué)生的學(xué)情狀態(tài)并提高了在組織教學(xué)活動方面的水平，學(xué)生則對專業(yè)課程的知識（草業(yè)信息學(xué)研究主體、草業(yè)科學(xué)的四維理論等知識點(diǎn)）的掌握更加牢固，也提高了在資料查詢、演講稿制作及演講等方面的能力?？傮w來說，線上翻轉(zhuǎn)課堂模式扭轉(zhuǎn)了線上教學(xué)所存在的普遍問題，即學(xué)生參與度低與課堂氣氛沉悶等，反而讓學(xué)生更樂意積極展現(xiàn)自己；同時，該教學(xué)模式也發(fā)揮了線上教學(xué)可基于平臺組織教學(xué)活動、有助合作學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。

（三）適應(yīng)線上模式的案例教學(xué)

案例教學(xué)可在合理整合編排課程教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合理論對某一實(shí)際情境解讀，從而達(dá)到啟迪思維、理論轉(zhuǎn)化實(shí)踐的效果［18］。而對于線上教學(xué)來說，與學(xué)生的實(shí)時互動難度有所增加［10］，這并不利于傳統(tǒng)課堂形式的案例教學(xué)，經(jīng)常引起“講授案例”之后，由于缺乏互動討論而無法判明學(xué)生的接受程度和理解與否的問題。因此，線上教學(xué)過程中的案例教學(xué)，無法很好地達(dá)到推動理解記憶和培養(yǎng)認(rèn)知方法的目的，需要對案例教學(xué)法加以改進(jìn)，如結(jié)合更加靈活生動的圖像、影音事例資料輔助教學(xué)。

如在講解模擬模型的分類的內(nèi)容時，向?qū)W生明確模擬模型的分類可從四個角度進(jìn)行：由對事物的深入程度分為經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃蜋C(jī)理模型；對事物的現(xiàn)象到本質(zhì)的過程可分為描述性模型和解釋性模型；由事物狀態(tài)發(fā)生概率和發(fā)生動態(tài)可分為統(tǒng)計模型和過程模型；由事物的實(shí)際目的可分為應(yīng)用模型和科研模型（表2）。

表2 模擬模型的分類［7］

在講解以上分類、概念時，教師已融入文字、圖片案例輔助教學(xué)，但模擬模型分類屬于較難理解且混淆的知識點(diǎn)，線上教學(xué)形式難以直接判別學(xué)生的掌握與理解程度。除網(wǎng)絡(luò)課堂活動等方法，本節(jié)教學(xué)結(jié)合前幾年疫情防控的社會實(shí)情采取了更加有效的案例教學(xué)，放映相關(guān)的視頻——可視化數(shù)學(xué)模型解釋防疫的重要性：《為什么“隔離”能減少“不必要的死亡”》（https：//www.youtube.com/watch?v=dSQztKXR6k0）。該視頻通過一種“傳染病模擬模型”介紹了新冠疫情的快速傳播與醫(yī)治資源有限的矛盾，而這種模型也正是本章教學(xué)內(nèi)容“模擬模型”的范疇。觀看后教師通過線上教學(xué)平臺進(jìn)行課堂討論活動：該傳染病模型屬于哪種分類？并獲得了學(xué)生們的踴躍發(fā)言討論。

學(xué)生討論1：經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦€是機(jī)理模型？因為該傳染病模型的傳染概率是由機(jī)制所描述的，而不是僅通過簡單的傳染率計算傳染人數(shù)，所以屬于機(jī)理模型。學(xué)生討論2：描述性模型還是解釋性模型？該模型僅反映了一個特殊到一般的過程，而在實(shí)際生活中并非所有人每日都會去辦公樓或去球場，所以該模型是由一個個體推算群體的過程，屬于描述性模型。學(xué)生討論3：統(tǒng)計模型和過程模型？該模型確實(shí)可以定量描述新冠病毒傳染的基本過程，有較好的解釋性，屬于過程模型。

總結(jié)以上案例教學(xué)，通過小型視頻放映，進(jìn)一步結(jié)合概念教學(xué)和圖片、文字案例，鞏固了學(xué)生對于“模擬模型分類”這個較難知識點(diǎn)的掌握程度，也因此在《草業(yè)信息學(xué)》的教學(xué)過程中有多次利用。視頻影音資料由于圖像、聲音、文字與所學(xué)知識相結(jié)合，更能引起學(xué)生的注意力和興趣，從而提高學(xué)生的求知欲望［19］。在線上教學(xué)的過程中應(yīng)用影音資料進(jìn)行案例教學(xué)，相對于傳統(tǒng)案例教學(xué)線上互動缺乏的窘?jīng)r，可提高教學(xué)效率并加深學(xué)生對復(fù)雜知識點(diǎn)的理解記憶。

三、結(jié)語

《草業(yè)信息學(xué)》是草業(yè)科學(xué)本科專業(yè)的重要專業(yè)課程，我們根據(jù)課程特點(diǎn)和線上教學(xué)模式的特色，通過分析教學(xué)現(xiàn)狀、改進(jìn)教學(xué)設(shè)計等方面進(jìn)行了深入改革和探索，取得以下成果：1.大幅度提高了教學(xué)管理和課中教學(xué)活動的效率；2.強(qiáng)化了線上教學(xué)模式較為薄弱的師生交流強(qiáng)度，并引入生生互動環(huán)節(jié)，達(dá)到了互助學(xué)習(xí)目的，促進(jìn)了分析解決問題的能力培養(yǎng)；3.針對線上教學(xué)的特色的教學(xué)模式、靈活的案例教學(xué)法使整個教學(xué)過程更加貼合線上模式運(yùn)行的實(shí)際，進(jìn)一步改善了教學(xué)效果。

提高教學(xué)質(zhì)量仍是課程教學(xué)的核心和根本追求，未來應(yīng)進(jìn)一步通過充分運(yùn)用信息技術(shù)、完善線上教學(xué)資源等手段進(jìn)行教學(xué)改革，將現(xiàn)行教學(xué)模式向線上線下結(jié)合的新模式轉(zhuǎn)變，使課程改革盡可能達(dá)到線上學(xué)習(xí)與線下學(xué)習(xí)的質(zhì)量實(shí)質(zhì)等效。同時通過采取信息化手段、調(diào)查問卷與師生交流等方式及時、實(shí)時監(jiān)控學(xué)情，盡可能配備充沛的教學(xué)資源、硬件與平臺，以保證教學(xué)創(chuàng)新的基礎(chǔ)并促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展。