混合式教学在线性代数中的探索与实践

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  【摘要】为推动本科教学改革,提高教学质量,本文制订课前录制微课自主学习 课中利用雨课堂教学 课后互动答疑、学生回看课前课中视频的混合式教学方案,将课程思政思想融入课堂,推进教书和育人相统一.通过问卷调查得出:该模式能激发学生的学习动机,有助于控制教学节奏,突破重难点,促进学生主动学习和深度思考.
  【关键词】混合式教学;课程思政;线性代数
  【基金项目】本文为南充市社会科学研究“十三五”规划2020年度项目[数学分析与思政课建设的协同效应研究-以西华师范大学为例(NC2020B235),教育信息化2.0时代背景下智慧课堂教学效果研究——以西华师范大学为例(NC2020C171)]和2017年西华师范大学教改项目(基于MATLAB的《大学计算机》三段式)(403444)资助
  一、引 言
  随着科技的发展,互联网资源和移动终端设备逐渐被引入课堂教学,以克服传统教学中学生兴趣不高、课堂效率低等问题.为响应全国课程思政建设,形成协同效应,广大教师在教学过程中应融入思想政治元素,加强师生课前 课中 课后联系,落实好新时代中国高等学校本科教育工作会议精神,推动线性代数与现代教育技术深度融合.
  近年来,诸多学者对混合式教学不断研究,如运用学习平台进行课程教学,基于微课和雨课堂的混合式教学应用效果评价,慕课 翻转课堂混合式教学的实践研究,基于SPOC和翻转课堂的线性代数混合式教学改革与实践.本文制订课前录制微课自主学习 课中利用雨课堂教学 课后互动答疑、学生回看课前课中视频的混合式教学方案,将课程思政思想融入课堂,推进教书和育人相统一.
  二、混合式教学在线性代数中的探索与实践
  1.研究对象
  线性代数是理工科学生(如计算机辅助设计、密码学等)专业学习的基础课程,通过研究变量关系,将诸多实际问题转化为线性模型.该学科是西华师范大学公共基础必修课程,涉及行列式、矩阵、向量组的相关性、矩阵的秩、线性方程组、特征值与特征向量和相似矩阵与二次型等内容.本文以计算机学院1班、2班和商学院6至8班学生为研究对象.
  2.混合式教学方案的制订与实施
  为提高本科教学质量,我校教师坚持以学生为中心,充分利用时间自主学习,探究传统多媒体教学 互联网学习平台 移动终端设备相结合的线上线下混合式教学模式,制订课前录制微课自主学习 课中利用雨课堂教学 课后互动答疑、学生回看视频的混合式教学方案,并坚持将课程思政融入课堂,推进教书和育人相统一.
  3.协同课程思政,推进育人工作
  针对教学对象是大一学生,教师应让学生树立正确的人生观和价值观,以推动专业课程教学与思想政治教育的协同效应,实现以“课程思政”为目标的课程教学改革,将教学课堂变成立德树人的基地,加强各学科思政课堂线上线下混合式的建设.教学具体实施过程如下:
  案例一:根据行列式和矩阵规律,构造特殊数字,设置问题情境,巧妙引出爱国情怀、革命传统、国家意识等思政元素,教育学生不忘初心,牢记使命,勇于担当.如讲授矩阵时,构建矩阵A=194613462049,分析行的数字规律:第一行,1946年是西华师范大学建校的日子,通过其教育学生爱校如家,为校争光;第二行,1346年暴发的黑死病,通过其教育学生正确认识新冠肺炎;第三行,2049年是建国100周年,通过其引出两个百年计划,百年复兴中国梦等.
  案例二:融入数学发展史,增加学生学习兴趣,树立文化自信.如线性方程组最早出现在公元1世纪的《九章算术》中,而西方在17世纪由莱布尼茨提出,借此弘扬中华民族的文化.还可以在教学过程中介绍做出重要贡献的科学家,如日本数学家关孝和最早提出行列式,法国数学家柯西提出特征方程,瑞士数学家克莱姆提出克莱姆法则,德国数学家雅可比证明惯性定律等.教师通过列举科学家的故事培养学生自强不息的精神,鼓励学生为实现百年复兴伟大的中国梦而努力奋斗.
  案例三:将马克思主义哲学与线性代数内容结合起来.如将“变与不变”和“形变质不变”哲学思想融入矩阵(矩阵初等变化不影响矩阵秩,矩阵相似变化不影响特征值,矩阵合同变化不影响矩阵惯性指数),将“对立与统一”“现象与本质”“以量定质”“过程与结果”等哲学思想与矩阵可逆性、向量组相关性和方阵对角化等结合起来,提高学生思政觉悟.
  4.教师课前准备
  教师课前掌握智慧树、超星学习通等信息化平台,保障混合式教学顺利开展.通过问卷调查和在线访谈等方式对学生专业特征、学习风格、基础情况、动力强度等情况进行分析,制订教学目标,有针对性地制作教学课件,录制10~15分钟教学微视频,配有导学案,及时解决突出问题,设置讨论问题和课前测试,发布学习任务.教师后台监测,适时督促提醒学生.
  5.利用雨课堂教学
  课堂第一环节:点评上次课后作业和课前学习的情况,指出学生中突出问题,并在教学课件中逐一答疑,通过展示优秀的思维导图,总结知识.
  课堂第二环节:创新上课模式,及时调整上课内容,对于学生易错点、重难点要细嚼慢咽,同时,及时检测学习效果,让学生多动手,增强课堂互动.
  问题驱动探究教学问题.教师设置问题情境由浅入深、由特殊到一般,让学生全面掌握知识,这符合学生的认知过程.如,讲解高阶行列式按行展开的求解公式:应基于低阶行列式的公式提出问题:a11a12a13a21a22a23a31a32a33=a11a22a23a32a33-a12a21a23a31a33 a13a21a22a31a32=a11A11 a12A12 a13A13.
  利用降階的思想得出三阶行列式的公式,高阶行列式的公式该如何表示?根据行列式的性质、拉普拉斯展开式和代数余子式得出a11…a1nan1…ann=ai1Ai1 … ainAin,1≤i≤n,总结行列式展开原则,尽量寻求或者构造零元素较多的行和列进行展开,最后设置课堂训练.   以上运用类比方法进行课程教学,将难点问题抽象成熟悉的对象,这样一来,学生容易理解知识要点,不产生畏难情绪.如,在向量组的极大无关组和向量组的秩的教学中,探讨向量组的极大线性无关组是否一定存在和是否唯一等问题,可以类比为一个学校、班级或者企业等组成的集合,其中能代表该集合的代表团或者班干部就是它的极大无关组,具体赋予代表团或者班干部类似于极大无关组的功能,这样类比,学生很容易接受向量组可以被其极大线性无关组等价,极大线性无关组可以表示出向量组任意向量l1α1 l2α2 … lnαn=β(α1,α2,…,αn是向量组的极大无关组,l1,l2,…,ln与向量组的向量一一对应).
  6.混合式教学效果的考核与评价
  教师选取计算机学院1班、2班和商学院6至8班学生为研究对象,依托超星学习通平台混合式教学评价工具,结合过程性数据记录,制订过程性评价和期末终结性评价.
  过程性评价模型构建包括定量内容和定性内容.定量内容指可以量化为分数的评价内容,包括课堂活动、随堂测试、作业成绩、作业提交次数、在线学习时间、学习次数、讨论次数等;定性内容主要是对学习过程中各种跟踪记录信息的综合分析,包括签到设计、居家学习态度、满意度的调查等.
  基于平台数据、相关理论和实践经验制订过程性评价和期末终结性评价权重体系,具体如下:
  根据数据和权重公式:N总=0.4N1 0.2N2 0.1(N3 N4 N5) 0.05(N6 N7),其中N1表示期中、期末考试成绩(期中成绩占40%,期末成绩占60%),N2表示章节测验成绩(共五章,每章成绩占20%),N3表示平时作业成绩及次数(共16次作业,未交计零),N4表示课堂活动,N5表示课前视频,N6表示参与讨论次数及情况,N7表示签到(共20次,每次5分,未签计零).
  三、问卷调查及结果
  为了及时掌握教学情况,把握学生动态,教师要定期以不同方式开展问卷调查.调查问卷采用无记名的方式,共发放205份,收到198份,应答率约96.6%,个别同学未提交,以实际应答情况计算百分比.学生对混合式教学评价总结如下表:
  通过上述问卷结果表明:93%的学生认为课前—课中—课后的学习目的明确,明确每章的学习要求,能够提高学习兴趣;96%的学生认为提供丰富的学习资源,构建了优良的线上学习环境;97%的学生认为课前录制微课能够提高自主学习能力;89%的学生认为融入课程思政有助于树立学习信心,克服居家学习困难;95%的学生认为课中创新教学模式提高积极性;99%的学生认为师生互动增强促进线上学习效果;98%的学生认为混合式教学模式唤醒学习动机,让学生学习能不断持续.本文构造的课前—课中—课后混合式教学模式能够得到学生认同,提高教学效果.
  四、结束语
  随着5G时代的到来,互联网技术、人工智能飞速发展,高校的综合实力不断提高,教师应加强信息技术和教学深度融合,熟练掌握混合式教学方式,推动本科教学的发展.
  【参考文献】
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