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信息化时代聚焦开放式互动教学的构建与探索

作者:时间:2019-11-01 15:51:36  来源:  阅读次数:157次 ]
 ◆张军英
(西安电子科技大学 计算机学院 陕西西安 710071)摘要:信息技术的高速发展,使教学目的应从掌握知识向培养素质转移,为实现这种转移,教师“主导”是关键,而信息化技术则是强有力的技术支持。本文通过转变观念,从教-学过程到学-教过程;从是什么到为什么;从怎么做到怎么考虑;从封闭静听到开放互动等,将教学聚焦于研(任务)、聚焦于动(形式)、聚焦到点(内容)、聚焦到底(深度);本着开放、互动、自由、灵活的原则,通过问题驱动、与学生互动、与网络互动、与程序互动、与最新研究成果互动等各种开放互动方式积极组织教学,达到充分调动学生自主学习和鼓励创新思维的目的。
关键词:开放;聚焦;互动;教学;创新
我国的大学教育,在教育质量的关注点上,仍停留在知识和技能传授层面上, 而西方发达国家教育质量的含义已逐渐从认知转向素质。课堂教学是素质培养的重要阵地,教师对课堂教学环境的建设,对于学生素质培养有极其重要的作用。笔者作为一名在教育战线上工作了三十年的老教师和已为国家培养了百名硕士、数十名博士和数名博士后的博士生导师,长期奋斗在我国大学本科和研究生教学及科研第一线,并多次到国外从事教学科研,在如何教学上,有了一点探索、认识和切身体会,希望与同行共勉。
一、对学习目标的认识
“以知识为基础,以能力为本位,以素质为核心”是现代教学的最重要的认识。 如果说教学的目的是培养学生分析问题和解决问题的能力,即提高学生的科技素质的话,那么何为素质?我赞同这样的解释:素质是那些忘记所有而剩下的东西,即是将所有能忘记的东西都忘记后仍然忘不掉的东西,是真正属于自己的、想忘都忘不掉的东西。从这个意义上说,要提高学生素质,就要培养学生获取真正属于自己的知识的能力。 这种能力显然不能用学生被动学习的方式获得。
那么什么是真正属于自己、 想忘都忘不掉的东西呢?我认为那就是概念,或者更通俗说,是名词解释。比如,线性代数中的线性相关性, 是怎样的概念呢?是谁和谁的相关性呢?怎样的相关性才是线性相关性?等等。哦,是一组向量,只要他们中间存在一个线性关系,他们就线性相关。这就是概念。而公式是为概念服务的,为了认清这个概念,才有了公式,而不是有了公式,才有概念。这点上,在我们日常教学过程中往往是本末倒置的。
这样也就是往往学/考完了也忘完了的原因,因为没有上升为概念变为真正自己的东西。所以就教学而言,教的更重要的内容是概念,以及概念与概念之间的联系。有了概念,公式学生自己也能推导出来。概念是想忘都忘不掉的东西,而概念创新才是真正意义上的创新,是创新的源头。这也是学习基本概念的最最重要的意义所在。
二、激发学生的好奇心——问题驱动
提升素质的前提是:主动学习,而教师在这个过程中则扮演这样的角色:充分保护学生的好奇心,激发学生主动学习的潜力,创造学生主动学习的环境。其中,珍视、保护和激发学生的好奇心是教师的第一要务。
提出问题是激发学生好奇心的最重要手段, 即所谓的启发式教学。因此,如同我长期从事科研活动、喜欢提出问题一样,我喜欢从字面上浅显地提出问题,尽管不一定严格、确切,我认为善于提问是一项非常有意义和非常值得肯定的品格。
比如,我主讲线性代数,第一堂课上,我会问学生,你们学过代数吗?中学一定学过的。你们中学代数都学了些什么内容呢?能不能用一句话来概括总结呢?这个时候大家思考议论, 最后我给出汇总:代数就是加减乘除。那么进一步的问题是:是谁和谁的加减乘除呢?那么线性是什么意思呢?它的英文是什么?是 linear,来自 line——线,描述了关系,是谁和谁的什么关系呢?这种线的关系又是怎样的表示的呢(加减乘除)等等,最后又将问题归拢来:线性代数是研究一些量(矢量)之间的线性关系的学问。这样学生就大致明白了,哦,线性代数是研究关系的,研究线性关系的,研究一些量的线性关系的,哦,线性关系学啊,哈哈。那么,如果是非线性关系呢?如果是一些别的量呢?
再比如,我给研究生开设机器学习课程,我会问这样的问题:
机器能学习吗?学什么?从哪里学?怎么学?学了可以干什么?学习能力是哪里来的?机器是怎么获得这个能力的?等等。
这样问题就一个接着一个问下去,思路也就不断展开。所以在教学中,学生是在黑暗中摸索,教师只是一支引路的灯,有了教师这盏灯,他自己就会前行。这是我的主张。
我尤其鼓励学生提问。通常中国学生提问的方式是这样的:
拿书到教师面前,手指着不会做的题问教师:“老师这道题怎么做?”,相比我在香港和美国的学生提问时只拿纸笔、在来龙去脉中谈他所疑惑的问题,两者是完全不同的思维方式。有学生反映:“老师说我们缺少好奇心缺少研究的心态,仔细想想的确如此”。所以每当学生用这样的方式提问时,我都要求学生尽量脱离书本,将题目作为问题提(讲)出来,并且给学生一个观念:
做题不是简单的做题,是在解决问题。秉承这样的原则来看待每一道习题,每完成一道习题就是解决了一个问题,解决问题的能力自然所提高,学习的成就感也得到了上升。
所以,就教学活动而言,我也有很多问题,首要问题是:教学教学, 就是教与学吗?是先教后学吗?是教师教学生学吗?是教什么学什么吗?应该怎么教,应该怎么学?等等。这些问题看似浅显,但却有深刻的意义。我想,对于一个普通教师而言,教学首先不是技术,也不是艺术,而更是一种思考、观念和思维方式。像做科学研究一样,我们常常问自己,这个问题的核心是什么?我到底解决了问题没有?这个结果到底说明了什么?问问自己,我对这个问题的认识到底了吗? 教学也一样,从对问题的认识,从对教学活动的核心意义考究,问问自己,教学活动最终的目的是什么?我们到底要教给学生什么?我们到底应该如何教学生?这些问题始终环绕着我, 很多问题至今没有很好的答案,还需不断探索。
三、聚焦研学的教学理念
信息技术的高速发展, 使教学目的应从掌握知识向培养素质转移,为实现这种转移,教师“主导”是关键,而信息化技术则是强有力的技术支持。我认为,教师最重要的是为学生提供主动学习的条件和环境,使学生通过研学提升素质。为此提出崭新的聚焦研学的教学观:方法上聚焦于“研”,内容上聚焦到“点”、深度上聚深到“底”,形式上聚焦于“动”。
1.由教-学过程向学-教过程的转变——聚焦于“研“聚焦于研,即从教-学过程向学-教过程的转变,这是从学生被动学习转向主动学习的重要途径之一。“研” 不是被动的“学”,而是主动的“自学”、“研究”,其核心是“先研后教”,达到研学的目的。所带来的是,“学生先学”的主动阅读、主动理解、主动思考,主动提问,而“教师后教”则是带领学生深入到问题内部,引导和帮助学生处理和解决更深入的问题。这种方式充分发挥学生的自主学习能力和逻辑思维能力, 有利于提高学习的主动性、积极性。
2. 从“面面俱到”向“以点带面”的转变——聚焦于“点”
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高教研究
面面俱到是目前学生各门课程大纲的重要特征之一, 内容充盈和课时有限的矛盾很难达到学生真正掌握核心内容的目的。 因此倡导课程的内容在精不在广,在以点带面、先精后广、以深带广,教师的作用只是对点的引导,引导学生对相关问题进行深入探知。
3. 从“是什么”向“为什么”的转变——聚深到“底”
教学的目的不仅是获取知识,更应该是认识“知识背后的知识”。知其然而不知其所以然,难能获得真正忘也忘不掉的东西。
所以作为教师,应不仅重视“是什么”,而更应重视“为什么”,或者“到底为什么”,这对学生更深层次地认识、了解和运用知识有极其重要的意义。
4. 由静听向互动的转变——聚焦于“动“
作为课程实施的主导者, 教师的作用是想方设法使学生思想活跃起来,通过激发学生的主动学习,还快乐学习的本来面目。
为此,将原有的封闭课堂转换为各种更加开放的空间(比如转换成实验室、图书馆、讨论班、研究室等),以及各种激励学生互动的手段(比如鼓励提问、讨论、阅读等),使学生由原先的被动听课向主动学习转变。
四、开放、互动的教学实践
开放互动教学方式是达成上述教学理念的重要途经, 其基本原则是:“开放、互动、自由、灵活”,具体表现为问题驱动、师生互动、学生互动、与网络互动、与编程互动、与最新研究成果互动等。
我在研究生课程《人工神经网络》、《机器学习》等中进行了试点。学生人数不多(30 人上下),教室有白板/黑板,有电脑、上网和编程环境,教室并可形成圆桌以方便讨论,给试点提供了充分空间。主要做法是如下。
学生授课(学生为主体)。课程的前几次课,我将课程总体框架以纲要形式推出,使学生明白这门课都涉及什么基础,学习什么内容,将来能用来解决什么问题等。接下来的课以学生讲和教师点评的形式进行,即:教师将课程内容适当分解并以章节等形式分配给学生(或学生小组),由学生事先学习和准备,并在课堂上主讲、讨论、总结,之后教师当堂点评。为主讲好相关内容,学生甚至课前自行组织讨论班,自学自讲并讨论,为的是上课时能讲好要讲的内容。学生授课及之后的讨论,教师在场但基本不参与,甚至不旁听。学生反映:“从内容准备,到预讲,再到课堂上讲,都是很好的锻炼”,“特别是相互提问,能更加透彻的了解知识”,“同时参与学生对下一次课堂内容的提前认知,起到了预习作用”。
教师点评(教师为主导)。当学生完成主讲和讨论后,我会提问:“你刚才讲了些什么内容?”,学生则需用简短精炼的语言对所讲的内容进行概括总结, 而其中涉及到的概念的含义则是我的下一个提出的问题:“这个概念是什么?”,通过教师的不断追问和学生/教师的不断作答,澄清概念和对概念的更深层次的认识。显然,主导课程的仍是教师,但在这个过程中,学生是主体,获得了非常好的效果。学生反映:“老师的点评是不可缺少的”,“从专业角度出发提出的意见非常宝贵”,“起到了画龙点睛的作用”,“在课堂上,更感觉到了老师那种做学问的实实在在的、实事求是的气质,以及要善于思考的、善于发现并解决问题的谦恭的态度,要学会学习和解决问题的方法,这对我的影响非常大。…老师上课讲的很细致,很认真,由浅入深、循序渐进,真的很感谢老师的辛勤付出”,“是您的认真教导让我对这门课有了充足的兴趣”。
可能有人会问:学生授课了,还有必要教师点评吗?学生的回答非常干脆:“极有必要”。尽管学生做了充分的准备,2 学时的内容学生用大约半学时就讲完了,但理解不到位,毕竟第一次接触。这时教师的点评作用非常关键,对于启发学生思维,学会更深入地认识问题,特别是在厘清概念、找到概念之间的联系上,有很大帮助。也就是说,使学生在走出教室的时候,不至于什么都还给教师,而是有余犹未尽的感觉:原来是这样哦,那还有什么问题在里面呢?这样的教学,我认为就是成功的,因为它促进了学生的思考, 学生的主动性调动起来了。 有学生反映: 自己“掌握了这些方法的内涵和实质, 也加深了对数据挖掘领域的兴趣”、认识到“只有吃透了原理,把握住了问题的本质,才能事半功倍的解决问题。”
鼓励提问/追问/讨论(变课堂为讨论班)。教师应是乐于追问的典范。对学生授课的点评过程,实际上是一个不断追问的过程,要将问题的核心追问出来。同时鼓励学生提问,指出,谁越喜欢提问谁的收获就越大、提问既是帮助自己也帮助他人(促进他人思考)、没有问题才是最大的问题、问题越简单甚至可能越难回答等观念。课堂上提出的问题可以是课程内容上的,也可以是任何关于数据分析、机器学习、模式识别、神经网络、图像/语音处理等方面的,甚至包括他们即将考试的随机过程、最优化等课程方面的,以及他们科研工作中图谱分析方面的等。同时鼓励学生直接在课堂上讨论。提问/追问/讨论既锻炼了学生的思考能力和表达能力, 同时考验着教师对课程内容的熟悉程度以及教师的融会贯通能力。学生反映:“本课程的互动性非常高”;“还对一些基础知识(比如斜方差矩阵)的物理概念给予解释,加深了对基础知识的认识,非常好,很喜欢”;“感觉老师知识渊博,很有学者风范,讲课亲切认真,板书清楚有条理,态度严谨,对学生热情负责,注重启发引导,授课思路清晰,阐述准确,课堂气氛轻松活跃。”
问题与习题的转换(变课堂为习题室)。学生参与和互动是让学习氛围活跃起来的重要方法,包括两个方面:将问题视为习题由学生在课堂上求解, 以及将习题求解视为问题求解以实现对习题的更深层次的认识。教学实践中,我尽量通过例子实现对问题的引入/说明/讨论,而例子作为一道习题则是通过学生求解/授课、教师点评的过程来完成。即使教师举例也需要时间,而学生完成习题则一般需更多时间,课堂时间有限,故要求对例子精心挑选,既简单又能说明深刻道理。由于其极简单,因而求解更注重概念、无需复杂计算也不花太多时间,从而不失举例的目的性,即对问题的引入/说明/讨论,可谓温故而知新,起到了良好效果。比如给出这样一个例子:对一个诺当矩阵对角化,学生自然无法对其进行对角化,那么问题就出来了,一个矩阵的对角化是有条件的吗?有怎样的条件呢?等等。同时,我鼓励学生在做作业时将每个习题当作一个问题来解决, 由此所导致的是对习题的更加拓展和深入的认识。学生反映,“我觉得这个教学模式特别好”。
上机上网(变课堂为实验室和图书馆)。针对提出的问题,必要时随时上网(比如用 wikipedia,dblp,ScienceDirect 等)查询和阅读相关文献,增加了文献阅读的针对性和目的性,并和学生当场阅读和点评。必要时还当场用计算机进行随堂编程、实验、结果分析等,将学生带入所学既所思的环境,同时,要求学生自带笔记本电脑(对研究生),随时参与到编程实验中,而教师则作为将编程问题进行分解的引路人, 实时讲解怎样将问题不断分解为一个个小问题,每个小问题如何解决等问题,甚至包括如何发现编程中的问题等,从而带动了学生的主动思考和阅读、实验能力的培养。
这样做,课堂不仅是授课环境,也是实验和网络环境,拓展了教学的视野、 灵活性和多样性, 取得了良好的效果。 学生反映:
“上课过程中,感觉到很充实。在教师紧凑的上课节奏中,我每学一个知识点,都能很快的进行动手操作,感觉真真切切的学到了东西”;“我特别喜欢老师您的教学方法,可以理论与实践结合,更能加深对所讲内容的理解,一边学习,一边动手,也可以锻炼自己的思维”。
与最新成果互动(变课堂为研究室)。根据课程内容,适时地将相关最新科研成果(包括我们在国际知名刊物发表的论文)在课堂上阅读、点评和分享,深化和拓展课程内容。学生反映:
“在介绍课程理论内容的同时,介绍老师的相关研究成果,非常好,我对此充满了兴趣和好奇。”

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