數量生態學在線教學研究

李媛媛，劉興婕，陳 健，許子乾，周泉澄*

（1.南京曉莊學院食品科學學院，江蘇 南京 210017；2.南京林業大學，江蘇 南京 210037）

0 引言

生態學逐漸成為理科課程，發展數量生態學必然要和生態學云數據的分析技術緊密結合［1］。2012 年起在生態學主流期刊發表的超過70%的研究采用了一些高級的統計模型［2］。盡管如此，很多學生認為他們在數學統計等方面的技能比較欠缺，并且積極要求將數學統計知識納入生態學等相關課程的教學［3］，這對于非數學專業的老師來說是一個巨大的挑戰。與線上教學相比，線下教學可以給基礎較弱的學生更多的幫助，因此很多老師更喜歡線下課堂環境。但是，由于新冠疫情的影響，不得不將線下教學轉為線上教學，尤其是線上課程教學設計沒有經過專門的培訓，增加了教學難度。針對這一情況，本文結合國內外一些教學實踐案例，旨在為數量生態學的在線教學提供指導。

1 現狀及存在的問題

數量生態學是一門結合數學統計學的應用性課程［4］，數學焦慮是數量生態學在線教學首先需要解決的問題。這種焦慮擾亂了學生認知和學習記憶能力，導致學生成績下降［3］。一方面，基因遺傳或不良學習習慣等導致數學成績較差和數學焦慮；另一方面，教師的焦慮對學生的成績也有負面影響。數學焦慮妨礙學習數學需要的思考和推理能力，是影響數學成績的根源。數學焦慮是一個普遍存在的問題，問題如果得到解決，學生能更好地學好任何數量統計分析相關課程。

與課堂環境相比，數量生態學在線教學是否會增加數學焦慮？早期研究表明，25%~50%的一年級本科生對計算機技術的學習有畏難焦慮等情緒［5］。雖然這一比例隨著計算機技術在教育中的普及而下降，但是把計算機技術作為教育資源平臺，焦慮情緒可能仍然存在。因此，在線教學可能會放大學生的一些焦慮情緒。研究表明，線上教學學生的焦慮和消極情緒高于線下教學，但是10 周線上教學之后學生消極的態度有所改善［6］。因此，使用正確的方法和資源可以改變焦慮態度，有效提高學習成績。

2 建議和策略

2.1 細化線上教學策略設計和課程實施

COVID-19 期間，為保護教師和學生的健康和生命安全，學校大部分課程教學由線下教學轉為線上教學模式，通過細化在線教學設計課程以達到最理想的課程教學目標。例如，應用逆向設計和學生旅程圖。逆向設計強調首先確定具體學習目標；其次，設計一系列課程練習和評估，以最好地達成目標。這種在線教學設計更專注于學習成果，而不是簡單地提供學習內容。學生旅程圖是一種補充，它借鑒了設計思維中的概念，鼓勵教師從學生的角度思考課堂［7］。此外，課程設計過程還應注重無縫實施的策略。首先，學習管理系統組織有序美觀，明確班級學習成果、活動和評估；其次，課程任務截止時間統一有序（例如，固定周五下午5 點之前完成一周學習任務），有助于學生更好地計劃并適應他們的多重責任；最后，利用平臺技術活躍課堂，使其更具有吸引力。例如，在線課程中，將復雜的主題系統地分成小模塊，適當融入短視頻；在線小組討論可以幫助保持學生參與度，有助于提高學生表現。

2.2 創建開放輕松的學習氛圍

教師和學生保持持續溝通有益于營造團隊學習意識。（1）建立討論區。在討論區學生可以自由表達觀點，不用擔心錯誤的回答影響成績評定。（2）提供互動機會。實踐教學表明小組學習有助于提高學生課堂表現和課程成績。例如，充分利用騰訊課堂等在線應用程序中的分組討論室，設置小組在線討論和“思考、配對、分享”任務，教師在討論板中發布問題并鼓勵學生描述如何解決問題。（3）快速、個性化和建設性地提供反饋，并使用積極的語氣提出問題促進思考。在線課程是視頻反饋的好地方——教師錄制一段簡短的視頻，點評學生作業。與傳統的文本反饋相比，學生更喜歡個性化的視頻反饋。視頻反饋和文字反饋所需時間類似，但是效果可能更好。（4）幽默緩解技術和數學焦慮。數學或統計笑話可以幫助在課堂上保持輕松的氛圍和學生的興趣。例如，同步在線課程中，教師可以在上課前發布一個巧妙的數學笑話。如果幽默不是強項，教師應保持積極的參與態度，當學生成功時表揚他們，提醒他們取得的進步，對營造一個友好的學習氛圍大有幫助。此外，背景音樂、呼吸練習、合作學習練習、寫作表達也有助于緩解課程學習的焦慮情緒。

2.3 融入現實案例分析

聯系數學模型與現實案例是應用數學課程中面臨的最常見挑戰。證明和代數演示的抽象教學方式不足以保持學生的興趣和積極性。相反，課程教學中可以通過將案例融入課堂討論中以提高學生學習的積極性和課程成績［8］。選用網絡數據庫收納的同行評審論文數據作為課堂教學案例，通過重新分析已發表論文數據鼓勵重復實踐。教學中使用現實案例有策略地提高多樣性，例如，選用少數民族作者的研究案例可以促進包容性和少數民族學生的歸屬感。戰略性地使用實際案例，不但可以幫助學生明確學習目標，還可以促進多樣性和包容性。模擬數據不但簡單明了，而且可以讓學生專注于數學概念而不是數據本身。雖然目前越來越主張“多樣化”的評估，但閉卷考核總結性評估是本科定量課程的常用方式。然而由于焦慮的增加，學生在高壓下取得的成績一般不是很理想，相反，學生認為家庭作業對他們的學習影響最大。需要說明的是線上教學向學生明確課程評估的細則尤為重要。

2.4 考慮學生知識欠缺

考慮選修課程學生的數學背景。有些學生在高中已學習高級微積分內容，大學期間繼續學習其他數學和統計學課程作為本科學位的一部分。有些專業的學生數學背景知識非常有限，會選擇進化和生態生物學等課程替代并避免涉及數學課程。因此，應該提前向學生說明學習該課程需具備的基本數學背景知識。首先，完善課程設置［9］，在教學大綱中明確說明課程需具備的數學基礎，強調應先選修哪些課程達到什么水平對學習本課程有幫助。例如，學生參加了微積分課程，并且可以使用微積分找到一個函數的最大值或最小值點，這對討論最大似然估計的知識很重要。然而，記住詳細的規則與本課程不太相關，因為本課程經常使用軟件計算最大似然值。其次，必須在學生現有水平基礎上，搭建知識不足的橋梁。這需要教師重新教授一些數學知識和學生以前“應該”學習的技能。學生可以自己通過網絡，如中國大學慕課等平臺學習，教師也可以開發在線課程，教授課程需具備的具體知識體系。教師開發在線課程可能一開始比較耗時，但直接為學生提供課程學習需掌握的知識點和技能，能有效緩解學生焦慮情緒。

2.5 持續評估課程

根據學生的反饋及時地改進課程。雖然老師對學期末學生評價一直存在爭議，但作為整體評估過程的一部分仍然有用。如果學生需要等到學期結束才能反饋意見，那么對學生的學習并沒有幫助。期中評估有助于解決這個問題，可以設計一個簡單的在線表格，填寫3 個空白：持續、開始和結束。學生可以匿名讓老師知道他們認為哪些教學策略有用以及應該繼續使用，或者他們從其他教師那里獲得的教學策略建議。除了學期末和期中的評估，教師還應不斷征求學生的非正式反饋，學生也可以線上匿名分享觀點。

2.6 全心全意投入課堂

教師的態度會傳遞給學生，對課程內容充滿熱情是提高學生表現最直接和簡單的方法。這種熱情可以源于教師對教學的熱情或對數量生態學的熱愛；熱情和動力也可以源于教師培養學生的高度責任感，讓學生具備應對職業生涯中將面臨挑戰的能力。許多學生將從事科研工作或政府組織等機構工作，負責管理自然資源的未來。當學生通過扎實的量化培訓面對未來的挑戰時，教師在課程中付出的努力和熱情將帶來回報。

3 討論

數量生態學在線教學也需要考慮學生和教師對在線教學情境化的態度和認識。如何比較線上和線下課堂教學學生的表現？線上教學和線下教學視不同情況而定。例如，統計學單變量教學中，線下課堂面對面教學的效果比線上好［10］。但是在線教學中，女生的成績一般要好于男生，而線下教學男生的成績好于女生。微積分教學中，在線教學學生的成績提高了5%［11］。因此，學生的成績表現取決于具體情景，包括班級中每位學生的性格特征和特點。

學生對數學的態度影響他們的成績，對于許多學生來說，適應線上課程的教學模式是一個真正的挑戰。如何幫助學生面對這一挑戰？關于在線教學的研究論文建議促進技能互補，如時間管理、元認知、批判性思維［12］。此外，積極的態度是數量課程中表現良好學生的主要特征。因此，學生在數量生態學在線教學課程中取得成績的關鍵不僅僅是設計滿足特定學習成果的活動，還要幫助學生發展一套互補的技能，幫助學生適應在線教學模式。

為了更有效教學，需要重新思考“適應”教學，重新設計在線教學以提高教學效果。教師已熟練掌握傳統的教學方法，但學生通常是被動遵循，導致沒有達到理想的學習效果。數量生態學線上教學亦是如此，需要打破傳統線下教學模式，實踐創新教學模式，幫助學生克服焦慮情緒，提高學習成效。