后疫情時(shí)期混合式教學(xué)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)課程教學(xué)中的探索

程曦 靳晟 張志勇

摘要：新冠病毒肺炎疫情給學(xué)校教育帶來了巨大的影響，后疫情時(shí)期給教育課堂帶來了諸多挑戰(zhàn)，教育轉(zhuǎn)型的必要性與迫切性又重現(xiàn)。該文就傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式在線上移植的弊端，后疫情時(shí)期線上課堂教學(xué)面臨的問題展開分析，及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)實(shí)施混合式教學(xué)的必要性，提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)課程混合教學(xué)模型，闡述各教學(xué)環(huán)節(jié)中策略與方法運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí);高校教育;教學(xué)改革;混合式教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）04-0172-03

以“人工智能”作為新時(shí)代科學(xué)技術(shù)革命、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的主要推動(dòng)力，其快速發(fā)展將推動(dòng)我們國家經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和升級(jí)。人工智能是新興的科學(xué)技術(shù)，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)成為當(dāng)前人工智能技術(shù)研究的熱點(diǎn)。它由卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)、受限玻爾茲曼機(jī)等組成，已被廣泛應(yīng)用于信號(hào)和圖像處理、大數(shù)據(jù)管理、機(jī)器人智能化等領(lǐng)域。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)課程具有很高的理論價(jià)值，內(nèi)容抽象、知識(shí)點(diǎn)多而復(fù)雜，如何提高其實(shí)際教學(xué)效果一直是教學(xué)的難點(diǎn)。近些年國內(nèi)各高等院校針對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)課程的教學(xué)改革，都在教育領(lǐng)域進(jìn)行了積極的探索和研究，已經(jīng)取得了不少積極的成果[1-5]。但是，其中絕大多數(shù)的研究仍然是對(duì)傳統(tǒng)課堂的教學(xué)模式及其流程進(jìn)行優(yōu)化和改變，豐富課堂教學(xué)的技術(shù)手段，改進(jìn)績效考核的評(píng)價(jià)模型等途徑上的探討與實(shí)踐，而對(duì)于疫情防控形勢常態(tài)化后的疫情階段，如何打破傳統(tǒng)課堂的教學(xué)觀念、思想和模式，依托騰訊會(huì)議、釘釘直播、雨課堂等現(xiàn)代智能信息化平臺(tái)工具，充分發(fā)揮線上與線下相結(jié)合的教學(xué)優(yōu)勢，有效地組織與實(shí)施符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律與水平，開展多維度混合式教學(xué)的研究甚少[6]。

本文綜合地總結(jié)了這幾年的教學(xué)實(shí)踐以及借鑒了前人的研究和分析成果，基于對(duì)混合式教學(xué)的內(nèi)涵、特征、構(gòu)造要素及其優(yōu)缺點(diǎn)的系統(tǒng)化認(rèn)識(shí)和理解，討論和分析了我們?nèi)绾螌⒒旌鲜浇虒W(xué)的概念引入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和深度學(xué)習(xí)課程的教學(xué)中，以及如何推動(dòng)教學(xué)的變革，構(gòu)建混合式教學(xué)模式下的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)課程的教育模型，并且針對(duì)該課程的相關(guān)教育環(huán)節(jié)、策略和手段進(jìn)行研究和探索，以期通過建立良好的課程體系，在積極地做好病毒性流感防控，確保廣大教育工作者以及學(xué)生的生命安全和身體健康的基本條件下，進(jìn)一步提高課程的授課效果和質(zhì)量，激發(fā)廣大學(xué)生的興趣，提高廣大學(xué)生的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式移植線上的弊端及挑戰(zhàn)

1.1 線上教學(xué)中傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端

傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師為主體，在上課過程中學(xué)生參與較少，教師與學(xué)生在課后答疑與上課的提問環(huán)節(jié)中進(jìn)行互動(dòng)、交流，在移植線上后突顯出了諸多弊端[7-11]：

（1）因網(wǎng)絡(luò)在線授課的虛擬空間屬性，其無法真正實(shí)現(xiàn)師生的“面對(duì)面”接觸，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中所遇見的問題并沒有得到及時(shí)、有效的提出，老師也無法實(shí)時(shí)、清晰地解答學(xué)生的問題。盡管在網(wǎng)絡(luò)課堂中我們采取了一些加大互動(dòng)力的方法和技術(shù)，但與傳統(tǒng)的課堂中師生之間的面對(duì)面互動(dòng)相比，它們的效果并不明顯。線上教學(xué)過程中學(xué)生比較分散，學(xué)生學(xué)習(xí)的環(huán)境各異，老師不清楚學(xué)生是否在認(rèn)真聽課，這樣就很難把握教學(xué)的效果。

（2）缺乏情感交流，線上教學(xué)過程中學(xué)生與學(xué)生，學(xué)生與老師之間的互動(dòng)降低，使得老師與學(xué)生之間建立良性的師生關(guān)系的困難變大。眾所周知，良好的師生關(guān)系對(duì)于實(shí)施我們的課堂教學(xué)來說，具備很大的基礎(chǔ)條件。

（3）傳統(tǒng)教學(xué)模式以考試為導(dǎo)向，其主旋律是課程的學(xué)習(xí)與考核，致使課程設(shè)計(jì)中缺乏對(duì)學(xué)生個(gè)性化問題的探討與指導(dǎo)，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，不但使學(xué)生自我認(rèn)知能力弱化，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、剖析、思考及解決問題的綜合能力相對(duì)較差，而且無法有效激發(fā)學(xué)生探究能力和思辨能力。

1.2 后疫情時(shí)代線上教學(xué)所面臨的挑戰(zhàn)

如何通過科學(xué)合理的教學(xué)活動(dòng)或設(shè)計(jì)來組織引導(dǎo)、促進(jìn)在線教學(xué)，進(jìn)而更高效地完成教學(xué)任務(wù)，提升線上教學(xué)效果成了疫情防控特殊時(shí)期每位師生不得不共同面對(duì)的巨大挑戰(zhàn)[7]。具體來說，如下[12]：

（1）完全線上教學(xué)模式因缺少直接面授的線下答疑與討論等環(huán)節(jié)，教師與學(xué)生只能依托網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)隔空互動(dòng)與交流，相較于傳統(tǒng)課堂模式下的現(xiàn)場教學(xué)來說，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力、自我管控約束能力和學(xué)習(xí)自信心的提升無疑是不小的挑戰(zhàn)。

（2）在疫情中的線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)針對(duì)老師們的綜合素質(zhì)而提出了新的更高標(biāo)準(zhǔn)，比如老師們的教學(xué)設(shè)計(jì)能力、課堂全流程的把握能力、教學(xué)效果的評(píng)估能力、自主學(xué)習(xí)能力等。對(duì)教學(xué)軟件、信息化智慧平臺(tái)的熟練運(yùn)用程度等方面都將會(huì)對(duì)線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)效果構(gòu)成不可忽視的影響。

2 疫情防控常態(tài)下神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)課程混合式教學(xué)必要性分析

混合式教學(xué)，將傳統(tǒng)課堂教學(xué)方法中的全體師生面授式學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)方法相結(jié)合，發(fā)揮其優(yōu)勢和互補(bǔ)作用，以有效地提升課程的實(shí)際教學(xué)質(zhì)量。本研究認(rèn)為在后疫情時(shí)代對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)課程采取混合式教學(xué)模式有其科學(xué)的必要性，不但可以有效彌補(bǔ)當(dāng)前教學(xué)過程中的不足與傳統(tǒng)教學(xué)范式的“線上”弊端，而且符合常態(tài)化疫情防控工作要求，在適應(yīng)現(xiàn)代新工科教育教學(xué)發(fā)展理念基本要求的同時(shí)，有效降低了高校的疫情防控風(fēng)險(xiǎn)與壓力，其客觀必要性主要體現(xiàn)在如下方面[9]：

（1）在疫情初期，以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主的線上網(wǎng)絡(luò)授課方式弊端日益突出，混合式教學(xué)由于"線上+線下"的教學(xué)方式有機(jī)地融合[8]，優(yōu)勢相輔互助的特點(diǎn)，有效打破了傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的時(shí)間局限，其以線上課程預(yù)習(xí)、授課、實(shí)踐練習(xí)與課程反饋，線下分組實(shí)現(xiàn)答疑、翻轉(zhuǎn)課堂討論等靈活的教學(xué)形式與方法為做好課程授課的同時(shí)兼顧嚴(yán)格落實(shí)疫情防控工作給出了具體可執(zhí)行、操作性強(qiáng)的解決路徑。

（2）混合式教學(xué)的運(yùn)用就是將理論教學(xué)和教育信息化新技術(shù)進(jìn)行深度整合[6]，這是適應(yīng)當(dāng)前新時(shí)代的教育教學(xué)要求的一種必然趨勢?；旌鲜浇虒W(xué)主要依托于互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的支撐，突破了傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式的既有范式，并且充分運(yùn)用了教育信息化技術(shù)的特征和優(yōu)勢，有機(jī)地結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)線上"微課堂"與傳統(tǒng)課堂之間的師生共享互動(dòng)，同時(shí)借助互聯(lián)網(wǎng)資源對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)資源與設(shè)施進(jìn)行有效整合，實(shí)現(xiàn)“線上+線下”雙渠道互動(dòng)，使得師生研討、答疑等必要教學(xué)環(huán)節(jié)更加暢通。

（3）混合式教學(xué)的應(yīng)用是踐行新工科教育教學(xué)理念，培養(yǎng)適應(yīng)新科技、產(chǎn)業(yè)革命及新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的創(chuàng)新型人才具體實(shí)踐的本質(zhì)要求。與傳統(tǒng)教學(xué)模式不同，混合式教學(xué)過程中突出以“學(xué)生為中心”的理念，教師則采用技能、態(tài)度和能力驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)的主要模式，秉持“教”與“學(xué)”相統(tǒng)一原則，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)設(shè)計(jì)，以問題為導(dǎo)向、聚焦問題，通過有效利用騰訊會(huì)議、雨課堂、釘釘?shù)冉虒W(xué)手段實(shí)現(xiàn)交互式的線上授課，搭建問題導(dǎo)向的師生交流互動(dòng)平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生的思考、探究及參與熱情，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，以及自主探究問題、解決問題的能力[6，8]。

（4）混合式教學(xué)的應(yīng)用是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下，推進(jìn)高等教育課程建設(shè)的創(chuàng)新和未來教育課程發(fā)展的內(nèi)部需要?；旌辖虒W(xué)模式融合了傳統(tǒng)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)線上教學(xué)有機(jī)結(jié)合的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了線上、線下教學(xué)，是以問題為導(dǎo)向的網(wǎng)絡(luò)資源整合和以“學(xué)生為中心”的泛在、移動(dòng)、個(gè)性化的學(xué)習(xí)方式變革，亦是當(dāng)下“互聯(lián)網(wǎng)+”信息化教育教學(xué)的必然趨勢。

3 混合式教學(xué)模型設(shè)計(jì)與策略選擇研究

3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)課程混合式教學(xué)模型設(shè)計(jì)

本研究提出了適用于后疫情時(shí)期神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)課程實(shí)際教學(xué)的混合式教學(xué)模型，如圖1所示。模型從時(shí)間的維度將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)課程混合式教學(xué)的組織與實(shí)施過程細(xì)化為開課前準(zhǔn)備、課前準(zhǔn)備、課堂實(shí)施、課后拓展、教學(xué)反饋與總結(jié)等階段或環(huán)節(jié)，給出了混合式教學(xué)應(yīng)用過程中上述各環(huán)節(jié)之間的相互聯(lián)系與關(guān)系。

3.2 教學(xué)策略的研究設(shè)計(jì)與運(yùn)用

3.2.1 課前準(zhǔn)備

“課前準(zhǔn)備”階段是課程正式授課的開始，其各環(huán)節(jié)工作的執(zhí)行與落實(shí)情況將在一定程度上影響混合式教學(xué)“課堂實(shí)施”的效果與質(zhì)量，它屬于“課堂實(shí)施”教學(xué)的前置延伸，為“課堂實(shí)施”提供問題導(dǎo)向，其主要工作內(nèi)容與任務(wù)如圖2所示。

具體而言，該階段工作主要有三個(gè)方面：

（1）根據(jù)課程教學(xué)日歷發(fā)布課程公告與線上輔助資源推送。

（2）引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行線上資源學(xué)習(xí)與反饋。

（3）問題收集與反饋。

3.2.2 課堂實(shí)施

在后疫情時(shí)期，采取“線上”+“線下”這兩種課程組織方式進(jìn)行教學(xué)結(jié)構(gòu)化、課堂教學(xué)模式相互融合的方法，不僅可以適應(yīng)疫情防治工作的要求，而且還能夠充分利用自身的優(yōu)勢，把學(xué)生由淺入深地帶到了一個(gè)更加廣泛的學(xué)習(xí)領(lǐng)域。模型研究為貫徹與體現(xiàn)以學(xué)生為中心的“泛在、移動(dòng)、個(gè)性化”學(xué)習(xí)方式混合式教學(xué)理念，在“課堂實(shí)施”階段，分線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)節(jié)和線下答疑、組織研討環(huán)節(jié)，如圖3所示。

3.2.3 課后拓展

“課后拓展”階段其在整個(gè)混合式教學(xué)模型中屬于課程知識(shí)的內(nèi)化與固化的過程階段，在此階段，模型主要采取以章節(jié)核心知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)構(gòu)建項(xiàng)目作業(yè)，并圍繞項(xiàng)目作業(yè)的評(píng)閱與答疑來幫助學(xué)生進(jìn)一步理解、掌握、鞏固所學(xué)知識(shí)內(nèi)容，如圖4所示。

首先，基于章節(jié)知識(shí)體系抽取與凝練核心知識(shí)點(diǎn)，并以之為中心應(yīng)用模塊化分解的策略設(shè)計(jì)構(gòu)建項(xiàng)目作業(yè)。其次，對(duì)于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作業(yè)評(píng)閱采取隨機(jī)分配交換式互評(píng)、自我評(píng)價(jià)與教師評(píng)價(jià)有機(jī)結(jié)合的方式。隨機(jī)分配交換式互評(píng)可使學(xué)生通過了解他人項(xiàng)目算法及其實(shí)現(xiàn)方法而起到啟發(fā)開拓思維的目的。自我評(píng)價(jià)是在互評(píng)之后進(jìn)行，其目的主要是讓學(xué)生重新審視評(píng)價(jià)自己項(xiàng)目作業(yè)算法與實(shí)現(xiàn)過程，對(duì)于調(diào)動(dòng)學(xué)生思考、探索和參與的熱情，增強(qiáng)了學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性和自我探索的能力、解決問題的能力產(chǎn)生內(nèi)驅(qū)動(dòng)力。教師評(píng)閱則是對(duì)學(xué)生項(xiàng)目作業(yè)情況較為客觀、公正的評(píng)測，同時(shí)又是教師了解學(xué)生在課程中的相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)掌握情況的一個(gè)非常有效的手段。最后，對(duì)于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作業(yè)的答疑，其主要通過錄播微課答疑、微信答疑和釘釘群線上直播答疑三者相結(jié)合，相互補(bǔ)充的形式進(jìn)行。

3.2.4 教學(xué)反饋與課程評(píng)價(jià)考核

教學(xué)反饋是混合式教學(xué)模型首尾有效銜接，形成閉環(huán)反饋模型的重要組成部分。其在混合式教學(xué)方法實(shí)施過程中主要通過以下兩種方式獲取。一是歸納、分析與總結(jié)學(xué)生在“課前準(zhǔn)備”與“課堂實(shí)施”階段中提出或存在的問題;二是設(shè)計(jì)調(diào)查問卷，從學(xué)生視角審視當(dāng)前混合式教學(xué)組織與實(shí)施的意見與建議。

4 總結(jié)與思考

后疫情時(shí)代，如何做到在確保學(xué)生和教育工作者生命安全和身體健康的基本前提下，利用各種現(xiàn)代教育信息化平臺(tái)工具，充分發(fā)揮線上線下相結(jié)合的教學(xué)優(yōu)勢，開展多維度的混合式教學(xué)，探索實(shí)踐進(jìn)一步改善高等教育教學(xué)授課效果與質(zhì)量，值得每一位高等教育工作者研究與實(shí)踐。在接下來的研究探索中，就如何取得更好的教學(xué)效果有以下幾方面值得注意。

（1）教學(xué)理念方面，“教師的責(zé)任不在教，而在于課程引導(dǎo)、知識(shí)啟發(fā)及過程監(jiān)控”在疫情之下的混合式教學(xué)事件中得到更好的體現(xiàn)。以學(xué)生為中心，洞悉學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)、找準(zhǔn)學(xué)習(xí)難點(diǎn)，從大學(xué)生的情感需求和切身利益出發(fā)，將教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)融入學(xué)生關(guān)注點(diǎn)。

（2）教學(xué)組織與實(shí)施方面，“先學(xué)后教、以教導(dǎo)學(xué)、以學(xué)促教”，教師重在引導(dǎo)“得當(dāng)”，學(xué)生自主參與。教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)方面，內(nèi)容的組織要做到減法，因?yàn)榫€上的教學(xué)在課堂中把握能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及線下，應(yīng)該著眼講深入透，同時(shí)要統(tǒng)籌線上學(xué)習(xí)特點(diǎn)和學(xué)生需要，將“知識(shí)為載體，能力為核心”的理念貫穿始終。

參考文獻(xiàn)：

[1] 余躍玉.深度學(xué)習(xí)下高等代數(shù)混合式教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)踐[J].高師理科學(xué)刊，2021，41（7）：64-69.

[2] 榮政.疫情下的程序設(shè)計(jì)類課程線上教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2020（10）：32-36，41.

[3] 董莉，吳保忠.混合教學(xué)模式在疫情期間的應(yīng)用分析[J].中國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)會(huì)計(jì)，2021（2）：174-175.

[4] 馬桂真，安穎.疫情背景下Python課程在線教學(xué)實(shí)踐與思考[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2021，17（2）：146-148.

[5] 柳琳琳，呂建林，覃毅，等.基于雨課堂平臺(tái)的混合式教學(xué)在中醫(yī)護(hù)理學(xué)課程中的實(shí)踐與反思[J].高教學(xué)刊，2021（7）：127-130.

[6] 蘇春芳，曹雪花.深度學(xué)習(xí)理論視域下教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施——以物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程為例[J].北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，20（3）：91-95.

[7] 曾振，高燕.深度學(xué)習(xí)視域下軍校翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式探究[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2021，44（2）：77-80.

[8] 李濰，張震.“模式識(shí)別”課程中的“智慧啟迪”與“情懷教育”[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2021，43（3）：33-35，119.

[9] 葛動(dòng)元，靳龍，王晨，等.面向人工智能的Python語言教學(xué)探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2021，43（3）：124-128.

[10] 周自波.疫情之下高校網(wǎng)絡(luò)教育的價(jià)值回歸與實(shí)踐導(dǎo)向[J].高等繼續(xù)教育學(xué)報(bào)，2020，33（3）：15-22，47.

[11] 王杜春.線上線下混合教學(xué)將是后疫情時(shí)代的主要教學(xué)模式[J].中國農(nóng)業(yè)教育，2020，21（2）：30-35，54.

[12] 余躍玉.深度學(xué)習(xí)下高等代數(shù)混合式教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)踐[J].高師理科學(xué)刊，2021，41（7）：64-69.

收稿日期：2021-09-12

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)教研教改項(xiàng)目：以學(xué)生為中心的教與學(xué)——《電路分析基礎(chǔ)》智慧課堂建設(shè)實(shí)踐（項(xiàng)目編號(hào)：2017JG041）

作者簡介：程曦（1986—），女，新疆塔城人，博士研究生，講師，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息化技術(shù)應(yīng)用;通訊作者：靳晟（1976—），男，天津人，碩士研究生，副教授，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息化技術(shù)應(yīng)用;張志勇（1984—），男，新疆昌吉人，碩士研究生，講師，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息化技術(shù)應(yīng)用。