基于强化学习的教学模式设计与实践

    

    摘? 要 学校教育承担着为社会培养合格人才的重要任务。如何提高学校课程教学水平，完善课程教学架构，始终是各个阶段学校教学改革的重点内容。以综合培养学生互助和竞争意识为着力点，以学生为教学中心，结合思政教育理念提出强化学习教学思想，设计协作竞争机制，构建基于强化学习的教学模式改革方案，以期为学校课程教学模式改革提供参考。

    关键词 小学教育;教学改革;主动学习;强化学习;思政教育;教学模式;数学

    中图分类号：G622? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）05-0053-03

    1 引言

    随着社会文明程度的不断提升，我国各阶段学校教学发展方式和人才需求均发生巨大转变，这给学校教师课程教学提出更高的要求。为响应习近平新时代中国特色社会主义人才培养的号召，各教育教学单位纷纷提出提升课程知识教学与道德素质培养相结合的教学建设目标。传统的单纯的授课式教学模式和方法已难以满足国家对人才培养的需求，尤其是针对小学教育教学方式，如何提升小学生学习质量和主动学习能力，成为当下小學课程教学方法改革研究的热点问题。

    随着国家对基础教育财政投入的增加和相关促进适龄儿童上学政策的出台，小学生数量急剧增加，小学教学面临巨大挑战。如当前小学教师和学生比例严重失调，致使教师在授课过程中难以全面掌握每一个学生的学习情况和均衡带动学生的学习兴趣[1-3]。受传统教学思想影响，在课程教学过程中，授课教师倾向于强调教与授的重要性，很少关注学生的学习兴趣和培养主动学习能力[4]。针对这些问题，相关教育研究学者提出可采用先进的教学方法提升学生综合能力，并取得一定的效果，包括翻转课堂方法[5]、小班教学方法[6]、雨课堂方法[7]等。尽管当下先进的教学方法能够加强学生课程学习的参与程度，但在调动学生主动学习能力等方面仍存在进一步完善的必要性。

    综上，本文旨在确保课堂学生对基础知识学习效果的基础上，结合思政教育理念，以提升学生竞争意识和互助能力为切入点，采用课堂教学与实践相结合方式，提出基于强化学习的教学模式，从而增强学生对课程相关知识主动探索学习等能力，实现学生综合能力的提高。

    2 强化学习教学模式

    引入强化学习的必要性? 当前，小学教育重点关注智育，而轻视德育，主要体现在注重教授学生基础知识和提升学生的学习成绩等方面，而忽视了对于学生主动学习能力、思想动态、价值观等方面的培养。灌输式教学模式即单纯的教学行为只能教授学生相关的基础知识，容易打压部分学生的学习积极性，错误地引导学生的人生观和价值观。小学教育阶段肩负培养高质量社会主义事业接班人的重要责任，是学生知识学习和身心发育的关键基础阶段。因此，综合培养学生德智体美劳综合素养是小学教育阶段教育教学的根本任务，该阶段必须重点关注学生的思想教育工作，从教育初期阶段着手将思政教育与小学教学结合，给予学生正确的思想引导。

    强化学习概念源于机器学习方法论，主要被用于描述和解决智能体在与环境的交互过程中通过学习策略以达成回报最大化或实现特定目标的问题[8]。结合思政教育中针对提升学生素养培育要求部分内容，本文创新性地将强化学习核心思想引入课堂教学模式改革过程，提出学生和教师双向监督教学模式，让学生在课程体系知识的学习过程中学会协同学习和互助探索，提升学生团队合作精神和竞争意识，从而引导学生形成正确的人生观、世界观和价值观，实现全方面育人的教学目标。

    强化学习教学模式设计? 本文提出的强化学习教学模式主要针对学生主动学习能力差等问题，重点关注如何提升学生综合学习能力，引导学生建立正确的协作互助、公平竞争关系。强化学习教学方法核心思想是实现教师对学生跟踪指导和学生之间交互监督，学生将作为课堂教学活动的主要参与者参与课程实践。

    基于强化学习的教学模式中交互监督主要包括两个层次的监督模式：顶层监督模式和底层监督模式。其中，顶层监督模式是授课教师对于学生学习与协作实践过程的监督，用于实现教师对于学生学习过程和效果的全局掌控;底层监督模式是学生以模块组[9]为单位，学生模块小组之间进行相互监督工作，主要作用是提升学生团队协作能力和竞争意识，进而培养学生发现问题、提出问题、解决问题的能力。

    基于强化学习的教学模式设计主要包括以下流程。

    1）授课教师结合课程基础知识和课外相关内容综合设定课程实践课题。

    2）学生以模块小组为单位，随机抽取课程实践课题。

    3）模块小组成员根据本组课题具体要求，结合课程授课知识、课外关联知识等，采用小组队员相互协作工作的方式共同完成课题要求内容，并根据小组队员分工，分别对所负责工作内容和成果进行总结汇报。

    4）总结汇报小组完成汇报后，其他各模块小组将根据其工作的完成和各组员汇报情况进行评分，并由授课教师负责汇总各组评分结果。

    5）授课教师在各模块小组成员评分结果中分别提取各小组成员评分的最低分作为第一次小组评分结果，如模块小组最终得分大于或等于各组评分均值，则将评分作为小组课题最终得分;否则需要重新参加二次小组评分，评分流程和初次评分相同，并选取第二次评审分数作为项目结题的最终评审成绩。

    注意：为了提升评分的公平性，如小组二次评审成绩超过第一次评分合格小组的最低评分，则采用第一次各组评分的均值作为该组的最终成绩。

    以小组1为例说明强化学习教学模式执行流程，如图1所示。其中，G11表示为第一组第一个汇报成员评分（第一组共有N个成员）;G1为模块小组内各成员汇报评分最小

    值;J为学生模块分组组数;t表示循环报告次数。

    综上，基于强化学习的教学模式主要包括两个方面的内容：教师跟踪指导和学生协作学习。其中，教师跟踪指导是在教学模式执行过程中，教师作为任务分配和跟踪监督人;学生协作学习是以模块小组为单位，模块小组内部学生承担和协作完成统一课程实践任务，同时，各个模块小组之间通过实践汇报的形式进行相关知识的学习和探索。该教学模式改革方案的执行，能够有效提升学生学习的综合学习能力和提高学生的学习兴趣，但要求授课教师能够全面掌握教学内容和具有掌控课堂秩序的基本能力。

    3 教学模式改革效果分析

    为了阐明基于强化学习的教学模式改革方案实施效果，以吉林省榆树市某小学数学课程教学为例展开说明。该授课年级学生人数为34人，根据模块化分组方式将学生划分为五个模块小组，每个小组有6～7个学生。为了便于区分和管理，对各个学生模块小组进行命名，如第一小组、第二小组、…、第五小组。

    授课教师基于对课程教学知识点和课程实践活动关联性分析，设置五个课程实践课题。

    1）寻找生活中的轴对称图形。

    2）调查同学或亲戚成员吸烟情况，并采用数学绘图方式分类汇总。

    3）测量一个滴水的水龙头单位时间的滴水量，如果学校教学楼里每个水龙头都按这个滴水速度滴水，学校一年要浪费多少水？

    4）調查数学在生活中的应用，计算超市购物时商品折扣、买一送一等活动划算程度。

    5）同年级学生出行地图分布，家庭与学校距离调查。

    各学生模块小组实践活动前期调查过程中，授课教师负责辅助指导和安全维护工作，主要引导各学生模块小组完成实践课题的各项工作。

    以第三小组随机抽取的实践课题“寻找生活中的轴对称图形”为例，对提出的强化学习教学模式进行分析。第三小组基于对日常生活中相关图形的观察和分析，完成项目的前期资料收集和整理工作。在课题汇报过程中，各小组成员根据自己负责的对称图形寻找任务进行汇报，然而汇报过程中负责汉字图形分类的成员出现分类错误问题，即将“国”字分类到轴对称图形中，因此获得该小组成员汇报得分的最低分。结合图1，其最低分为该小组的第一次小组评分。由于第三小组评分低于各组综合平均成绩，因此需要进行第二次汇报评分。基于强化学习的教学模式能够有效提高学生参与教学活动的积极性和责任心，提升学生主动学习和团队协作能力。

    4 结论

    基于强化学习的教学模式旨在改善学生综合能力和素质。该教学模式是以学生模块小组为单位，以项目实践为引导，采用学生小组互评方式和组内成员汇报评分末位定位制度，设计组外竞争、组内协助的教学模式，进而提升学生的团队协作能力和竞争意识。该课题实施要求授课教师具备丰富的知识储备和课堂氛围掌控能力。该教学方法适用于各个阶段学校的课程教学过程，能够有效增强学生的学习兴趣和主动学习能力，培养学生树立正确的思想价值观。

    参考文献

    [1]朱保建.激发学生学习兴趣提高教学质量[J].中国电力教育，2011（27）：195-196.

    [2]胡弼成.调动学习积极性：质量保证的教育策略[J].现代大学教育，2001（2）：12-14.

    [3]穆肃，王孝金.参与和投入而非肤浅和简单：在线学习中的深层次学习[J].中国远程教育，2019（2）：17-25，92-93.

    [4]洪英.提倡师生互动的教学观 深化教学模式改革[J].重庆工学院学报，2005（3）：109-110.

    [5]倪幸佳.“私人订制”：翻转课堂理念下小学数学微课设计的课例研究[J].基础教育论坛，2020（5）：79-80.

    [6]周来辉.小学语文教学中小班化教学方法的应用研究[J].课程教育研究，2017（50）：58-59.

    [7]杨莉娟.信息技术与数学课程整合中学生元认知能力的培养：以小学六年级为例[D].四川：西华师范大学，2019.

    [8]沈晶.分层强化学习方法研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2006.

    [9]MA M， LIANG S， WANG G. Exploration of interactive classroom test method in universities based on the

    module thought[J].International Journal for Innova-tion Education and Research，2018，6（9）：153-159.

    作者：侯莉民，吉林省榆树市环城乡中心小学，研究方向为教育教学改革（130400）。