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        基于知識圖譜的混合式教學模式研究
        ——以“電路”課程為例

        2023-11-19 11:47:32鄢睿丞
        教育教學論壇 2023年38期
        關鍵詞:資源教學模式課程

        徐 星,鄢睿丞,柳 懿

        (1.海軍工程大學 電氣工程學院,湖北 武漢 430033;2.國防科技大學 信息通信學院,湖北 武漢 430035)

        引言

        混合式教學,來源于“混合學習”的概念,由何克抗教授于2003年首次提出[1]。同年,祝智庭等[2]系統(tǒng)定義了混合式教學。隨著信息技術的發(fā)展,混合式教學越來越受到重視。對于混合式教學模式的研究,其廣度和深度都在不斷增強[3-4]。“電路”課程是電類專業(yè)重要的專業(yè)背景課,開展混合式教學可為課程教學提供新的思路和方向[5-6]。然而,目前混合式教學也存在著一定的問題,主要體現(xiàn)在:一是自主學習時側重點往往聚焦單個知識單元,缺乏對某類知識的整體架構引導和內(nèi)在邏輯關系表示,難以形成整體概念;二是由于學員個體存在差異,自主學習的學習質(zhì)量難以把控,導致影響整體教學效果;三是線上學習資源數(shù)量龐大,難以形成有效的導向性的學習路徑支持,無法滿足不同學員個性化的學習需求。

        因此,如何進一步提升混合式教學的教學效果是教育工作者面臨的新挑戰(zhàn),采用新技術手段與混合式教學相結合的增強型教學是應對這一挑戰(zhàn)的新思路。利用知識圖譜等技術,能有效提升混合式教學中學員自主學習效果,具有廣闊的應用潛力[7]。例如:南京大學史宇坤等[8]在教學中,通過驅(qū)動學員歸納知識點并自主構建知識圖譜,促進了學員整體知識體系的形成。但這種學員自主構建圖譜的方式,無法充分發(fā)揮知識圖譜知識導航等方面的應用優(yōu)勢。

        鑒于此,本文為適應以學員為中心的教學改革需求,結合混合式教學模式,充分發(fā)揮知識圖譜技術優(yōu)勢,通過預先構建課程跨學科多模態(tài)知識圖譜的方式,為學員推薦迭代式的、精準化的課程學習路徑,并以知識圖譜技術為支撐,研究“電路”課程混合式教學模式及其教學實施方案。

        一、基于知識圖譜的混合式教學模式的構建

        本文基于知識圖譜技術,瞄準“電路”課程教學改革,設計了以線下為主體、以線上為輔助的混合式教學模式。在教學實施中,有效融合個體的個性化學習和團隊的小組合作學習。線上輔助教學突出學員個體發(fā)揮主觀能動性的自主學習;線下教學則根據(jù)學生不同的認知能力進行異質(zhì)分組,讓學員在合作中發(fā)揮自己的優(yōu)勢,達到共同提升的目的。

        1.構建完善的“電路”課程跨學科多模態(tài)知識圖譜。本文結合“電路”課程領域知識從橫向和縱向兩個方向建構知識圖譜。主要包括:將課程相關知識實體與多模態(tài)教學資源實體以規(guī)范化、形式化方法進行鏈接(典型例題、考試題、裁剪和鏈接一門慕課資源、應用案例資源等);梳理先行課程中與“電路”課程相關的知識實體;形成跨學科多模態(tài)“電路”課程知識圖譜,為進一步開展基于知識圖譜的混合式教學奠定技術基礎。

        2.開展基于知識圖譜的混合式教學模式研究。梳理國內(nèi)外混合式教學的研究現(xiàn)狀和相關理論,并分析混合式教學模式的特點。而后,在參考各類課程混合式教學模式研究成果和知識圖譜在教育領域運用成果的基礎上,探索提出基于知識圖譜的混合式教學模式。目前,基于知識圖譜的混合式教學模式,主要包括教學準備、教學方案實施(課前學習、課堂學習、課后實踐和教學評價)和課程考核等三個環(huán)節(jié)。基于知識圖譜的電路課程混合式教學模式框架如圖1所示。

        圖1 基于知識圖譜的混合式教學框架

        3.基于知識圖譜的“電路”課程混合式教學實施。在構建“電路”課程知識圖譜的基礎之上,優(yōu)化教學設計,豐富教學案例、微課及前測測試題、后測測試題等課程資源。充分發(fā)揮智慧教學平臺學習過程記錄優(yōu)勢,選取教學改革試驗班次進行實踐。

        4.教學總結及反思。設置滿意度、平均成績、及格率等指標,分析改革班次與普通班次的相關要素以驗證教學模式改革成效;對好的地方進行總結,不足的地方進行反思,迭代提升教學的效果。

        二、基于知識圖譜的混合式教學模式的實施方案

        (一)教學準備

        教學準備階段,首先分析學生的專業(yè)背景、教育經(jīng)歷等基本情況與課程教學的基本特征,進一步明確課程總體教學目標,并細分至單次課程。其次,根據(jù)學情分析結果,完成課程教學資料的制作和整理,確定混合式教學的具體組織流程及各階段教學內(nèi)容等。

        1.明確課程教學目標。根據(jù)教學目標制定教學任務是整個教學活動設計的基礎。為提升教學效果,教學任務必須以獨立的知識單元為單位。為此,需要根據(jù)知識圖譜構建的特點,將整個課程按照知識結構組織為若干模塊,并細化為層次性的各知識單元?;谏鲜鏊枷耄半娐贰闭n程內(nèi)容可劃分為電阻電路分析方法、正弦穩(wěn)態(tài)交流電路和動態(tài)電路三個大模塊,每個模塊由一系列子知識模塊(單元)構成,每個知識單元教學目標也可進一步細分為知識、能力和素質(zhì)三個層次,如圖2所示。

        圖2 混合式教學模式下“電路”課程教學目標層次關系

        2.教學資源準備。為支撐基于知識圖譜的混合式教學,其教學準備資源主要包含課程知識圖譜、微課資源、MOOC平臺資源、課件資源、虛擬仿真資源、課程測試資源:(1)課程知識圖譜。根據(jù)上述單次課程教學目標構建課程知識圖譜。本文的課程知識圖譜的建構從橫向和縱向兩個方向進行組織,縱向組織按照章節(jié)順序排列,目的是構建整本教材的知識脈絡,提供完整的知識專題模塊,展現(xiàn)知識實體的位置,幫助學員更快更高效地找到知識所在的位置,明確知識導航的路徑。(2)微課資源。針對錯誤率、疑問率高的問題,不再占用寶貴的課堂時間進行分析和講解,而是錄制成微課視頻,供有需要的學員自主學習,實現(xiàn)精細化的學習指導。為了集中學習資源,為學員提供導向性學習,將微課視頻以二維碼的形式鏈接到單次課程的知識圖譜中,并將微課視頻上傳在線教學平臺推送給學員。(3)MOOC平臺資源。本課程組自建的“艦艇電工電子技術”已上線學堂在線,可供學員自行學習??蓪ⅰ芭炌щ姽る娮蛹夹g”和清華大學“電路原理”慕課按照知識單元進行裁剪,以二維碼的形式鏈接到知識圖譜相應的知識節(jié)點處,并同樣可以放入在線教學平臺推送給學員。(4)課件資源。將課程課件資源根據(jù)基于知識圖譜的混合式教學計劃進行相應的調(diào)整和裁剪,形成與知識圖譜和MOOC相對應的補充學習資源。(5)虛擬仿真資源。為達成“電路”課程教學的能力目標,利用Mutisim軟件設計電路仿真案例、電路搭建和電路調(diào)試等內(nèi)容,不斷完善課程的虛擬仿真案例資源庫,實現(xiàn)“理”到“實”的融合一體。(6)課程測試資源。系統(tǒng)化設計“電路”課程測試資源,形成課前測試、課中測試、課后拓展和階段測試等四類測試資源體系。其中,課前測試一般用于學生提前進行課程相關知識點的預習,側重于基礎知識、概念、原理等方面。課中測試則用于鞏固學生所學知識,通過設置算例、布置仿真設計小組任務等,實現(xiàn)對理論知識的深化理解。課后拓展,則可以通過報告、實訓等方式,驅(qū)動學生對前期所學知識進行歸納、小結和系統(tǒng)性運用,提升學生基于知識解決問題的能力。階段性測驗是對階段學習情況進行檢查的重要過程,目的是檢驗學員對所學知識的掌握情況,評估學生能否順利進行下一階段學習,發(fā)現(xiàn)學習過程中存在的問題并及時采取應對措施。

        (二)教學實施方案

        為讓學員更好地掌握電路的理論及相關知識,為后續(xù)專業(yè)課程打下牢固的基礎,本文在此前教學資源的基礎上,進一步充分發(fā)揮知識圖譜技術優(yōu)勢,通過課前學習、課中教學和課后鞏固,進行基于知識圖譜的混合式教學實施。通過線上滿足學員自主式學習需求和線下進行協(xié)作式、啟發(fā)式的學習,全面提高學員解決問題和分析問題的能力。

        1.課前學習。課前,教員準備好本次課程的在線學習資源,主要是包含本次課程知識圖譜、微課、MOOC、典型習題、考題、測試題(含課前測試、課堂測試、課后拓展提高和階段測試)等,并將微課、MOOC、典型習題、考題鏈接至知識圖譜,示例如圖1所示。教員提前一周從本次課教學目標出發(fā),抽取出課程知識圖譜,將其對應的在線學習資源上傳至學習平臺,并發(fā)布課程學習任務清單,布置個人和小組學習任務。

        2.課中教學。課堂教學環(huán)節(jié)中應以學員為主體,并實施基于知識圖譜的混合式教學。教員根據(jù)學員線上學習測試情況及學員交互的反饋信息確定課堂教學重點,實施混合式課堂的教學內(nèi)容。課堂教學主要按照課前學習效果檢測、知識點梳理、課堂討論、小組競賽、本周學習反饋的順序完成。首先教員總結講授前期線上學習的出錯率較高的疑點問題,并使用知識圖譜展開的方式梳理知識點間的關系,著重講解其中的重點、難點,并用2~3個典型例題進行鞏固練習;然后進行小型仿真設計類小組任務的交流討論,并進行小組匯報競賽;最后教員對學員表述不完整、不準確的地方進行補充、總結,并對學員的表現(xiàn)進行評價。整個過程采用形式多樣的方法,如討論、探究、質(zhì)疑等,給學員充分發(fā)揮、表述的機會,教員的任務是負責主持、引導課堂內(nèi)容逐項進行。

        3.課后鞏固。課后鞏固環(huán)節(jié),根據(jù)課堂內(nèi)容推送課后學習任務單,布置個人拓展提高項目,如電路典型問題仿真探究的拓展選做作業(yè);解答課堂遺留問題和課堂“學習反饋”問題;補充課外知識點超鏈接拓展內(nèi)容。并以“電路”課程模塊為單位,在各單元后以階段測試的方式做復習總結。通過幫助學員形成適合自己的混合式課程學習節(jié)奏,養(yǎng)成自學、討論、總結、反思的科學思維。教員根據(jù)學員反饋,進一步完善和調(diào)整教學資源與教學手段。

        (三)考核方式

        本課程考核方式分為形成性考核和終結性考核,其中終結性考核占40%,形成性考核占60%。形成性考核需要綜合考查學員平時的學習表現(xiàn)和學習效果,并采用“在線學習—線下學習表現(xiàn)—階段測試”的分階段、過程化的考核方案評定。形成性考核成績由線上成績、課程階段測試、課前+課中+課后作業(yè)成績和實驗仿真成績組成,其中線上成績占10%(含MOOC的單元測試,在線期末考試成績和在線討論等),課程階段測試占20%(三次階段測試),課前+課中+課后作業(yè)成績占20%(含個人成績和小組成績),實驗仿真成績占10%(含實驗仿真報告和實驗操作)。

        結語

        混合式教學是當前教育的改革研究熱點,如何更好地通過混合式教學改革,因地制宜、因條件制宜、因課程特點制宜,解決傳統(tǒng)課程教學中面臨的各類矛盾問題,是新時代給予每一名教育工作者的挑戰(zhàn)。本文通過將知識領域中的知識圖譜技術與混合式教學相結合的方式,一方面可以有效發(fā)揮混合式教學的優(yōu)勢;另一方面可以幫助學員快速構建課程知識體系,厘清知識內(nèi)在邏輯關系,形成有效的具有導向性的學習方式?;谥R圖譜的“電路”課程混合式教學模式可為其他課程教學改革提供借鑒。

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