秦 俊

(武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070)

2017年，教育部分別在復(fù)旦大學(xué)和天津大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會和工科優(yōu)勢高校新工科建設(shè)研討會，會上張大良司長提出我國高校要加快建設(shè)和發(fā)展新工科。[1]“新工科”是指針對新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)與社會新形態(tài)變化和面向可持續(xù)競爭力的新型工科專業(yè)。我國是工程教育大國，工學(xué)也是高等教育學(xué)科分類中最大的學(xué)科門類。[2]2018年，教育部正式提出教育信息化2.0行動計劃，信息技術(shù)的發(fā)展助推高等教育改革。[3]成果導(dǎo)向教育(Outcome Based Education,簡稱OBE)最早由美國于20世紀80年代提出，并成為西方等發(fā)達國家工程教育教學(xué)改革的主流。OBE強調(diào)學(xué)習(xí)成果而非學(xué)習(xí)過程，強調(diào)“以學(xué)生為中心”的個性化教學(xué)理念。[4]

教育信息化2.0時代，對工程教育人才培養(yǎng)提出了新的要求。將OBE教育理念引入到高校數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)中，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”時代信息技術(shù)手段與數(shù)字化思維方式，可推進信息技術(shù)與工程教育的深度融合，形成以學(xué)習(xí)者為中心的個性化工程教育模式。

一、新型工程教育信息化建設(shè)的必要性

(一)新興產(chǎn)業(yè)變革需要新型工程科技人才支撐

在全球信息“爆炸”的大數(shù)據(jù)和人工智能化時代，我國正經(jīng)歷新舊經(jīng)濟交替的關(guān)鍵時期。中國政府在2015年提出了適應(yīng)中國國情的“中國制造2025”作為重要的國家發(fā)展戰(zhàn)略，是對我國制造業(yè)邁向工業(yè)4.0時代的實踐探索，其核心是以“智能升級”加快新一代信息技術(shù)和制造業(yè)深度融合為主線來推進智能制造，將會產(chǎn)生一批以大數(shù)據(jù)、新能源和新材料等為代表的新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)。由此可見，工科高校迫切需要改革工程教育模式，培養(yǎng)大批新型工程科技人才，為國家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供人才支撐和智力支持。

(二)教育信息化2.0時代“互聯(lián)網(wǎng)+高等教育”的深度融合

互聯(lián)網(wǎng)+高等教育并不是互聯(lián)網(wǎng)與高等教育的簡單相加，而是基于信息技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)與高等教育的深度融合與內(nèi)嵌。[5]傳統(tǒng)課堂“照本宣科”的授課模式已無法適應(yīng)現(xiàn)代化教育環(huán)境，難以滿足學(xué)習(xí)者個性化的學(xué)習(xí)需求。“互聯(lián)網(wǎng)+教育”使高等教育的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式和教學(xué)管理機制發(fā)生深刻的變化，主要表現(xiàn)在利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行線上線下混合式教學(xué)或翻轉(zhuǎn)課堂。2020年突發(fā)新冠肺炎疫情更加速了在線教學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用，大量數(shù)字化教學(xué)資源運用于實際教學(xué)中，促進了“互聯(lián)網(wǎng)+高等教育”的深度融合。

二、工程教育信息化建設(shè)中存在的問題分析

工程教育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系、相互支撐，新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依靠工程教育提供人才支撐。現(xiàn)階段，高校工程教育普遍存在數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)較分散、教師信息化能力不足、傳統(tǒng)教學(xué)理念根深蒂固以及學(xué)生工程實踐與企業(yè)發(fā)展脫節(jié)等問題，難以實現(xiàn)學(xué)生個性化培養(yǎng)。

(一)數(shù)字化課程資源建設(shè)較分散

數(shù)字化課程資源建設(shè)是一項長期復(fù)雜的工作，需要投入大量的人力物力和財力。既要符合現(xiàn)代教育的理念，又能從服務(wù)教學(xué)的角度考慮如何選擇和建設(shè)資源。就高校現(xiàn)有的狀況看，大部分數(shù)字課程資源建設(shè)還處于分散建設(shè)的狀態(tài)，資源較單一且數(shù)量有限。在重科研輕教學(xué)的大環(huán)境下，教師參與建設(shè)的積極性不高，且配套的激勵與獎勵機制還不成熟，導(dǎo)致許多建設(shè)中與已建成的資源存在重復(fù)建設(shè)的情況，難以實現(xiàn)數(shù)字化課程資源建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

(二)傳統(tǒng)教學(xué)理念與教學(xué)模式根深蒂固

教學(xué)理念是教師從教學(xué)實踐中形成的對教學(xué)的基本觀點和根本看法，以及在此基礎(chǔ)上形成的相對穩(wěn)定的思想和觀念體系。教學(xué)理念來源于教學(xué)實踐，也在教學(xué)實踐中轉(zhuǎn)化。傳統(tǒng)教學(xué)模式以“填鴨式”教育為主，強調(diào)“以教師為中心”。教師根據(jù)自己對課程的理解與教學(xué)方式來授課，學(xué)生必須按照教師設(shè)定好的模式來學(xué)習(xí)。極大限制了學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)，同時，學(xué)習(xí)者之間和學(xué)習(xí)者與教師之間，缺乏必要溝通交流與團隊協(xié)作，學(xué)習(xí)者之間更多的是一種競爭關(guān)系，而非合作關(guān)系，學(xué)習(xí)者個性化能力培養(yǎng)也得不到體現(xiàn)。除此之外，傳統(tǒng)的知識導(dǎo)向型課程體系設(shè)置，也忽略了市場化需求，教師對學(xué)生的評價來源于課程考試的分數(shù)，這極大地限制學(xué)生實踐能力的發(fā)展。傳統(tǒng)教學(xué)理念在教師多年實踐教學(xué)中已根深蒂固，想要教師接受新的教學(xué)理念，需要其在教學(xué)實踐中摸索，不斷嘗試新的教學(xué)模式與教學(xué)方法，需要一個教學(xué)改革的過程。

(三)學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng)與企業(yè)發(fā)展脫節(jié)

工程科技人才培養(yǎng)中，最重要的一個環(huán)節(jié)是學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。高校傳統(tǒng)工科專業(yè)的人才培養(yǎng)模式中未將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練與實踐活動和職業(yè)能力發(fā)展培訓(xùn)等內(nèi)容納入實踐教學(xué)體系中，導(dǎo)致實踐教學(xué)內(nèi)容更新不及時，科技前沿與企業(yè)生產(chǎn)新技術(shù)融入教學(xué)不及時，學(xué)生無法深入接觸企業(yè)生產(chǎn)實際等諸多問題。另外，高校傳統(tǒng)工科專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的課程體系設(shè)置、師資隊伍建設(shè)和教學(xué)過程組織環(huán)節(jié)，行業(yè)企業(yè)深度均參與不夠。新工科專業(yè)布局是緊緊圍繞新興產(chǎn)業(yè)需求而產(chǎn)生的，各行業(yè)企業(yè)是新技術(shù)應(yīng)用的匯集地，高校對創(chuàng)新型工程科技人才的培養(yǎng)離不開企業(yè)行業(yè)導(dǎo)師的協(xié)同參與。不難發(fā)現(xiàn)，在新工科建設(shè)背景下，工科優(yōu)勢高校需要轉(zhuǎn)變工程教育培養(yǎng)模式，創(chuàng)新學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。

(四)教師信息化能力欠缺，在線課程資源運用不成熟

“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，各級教育行政部門陸續(xù)出臺各項文件推動在線開放課程建設(shè)。高校也結(jié)合實際，開展了大量在線開放課程的建設(shè)工作。2015年以來，各大平臺上建成的線上課程資源已非常豐富，但教師作為課程建設(shè)的主體，對在線開放課程的概念與內(nèi)涵不夠清晰，課程建設(shè)目標不明確，教師信息化能力欠缺導(dǎo)致數(shù)字化課程資源難以運用于教學(xué)實踐中，這對高校管理部門而言，更是一項需長期推進與完善的工作。

三、新型工程教育信息化建設(shè)路徑探析

針對目前高校工程教育中存在的主要現(xiàn)實問題，在新工科建設(shè)背景下，基于OBE教育理念，運用“互聯(lián)網(wǎng)+”思維方式，提出新型工程教育信息化建設(shè)路徑。

(一)數(shù)字化課程資源建設(shè)

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的思維方式包括用戶思維和大數(shù)據(jù)思維，其核心是用戶思維，[6]即以用戶為中心，重視用戶的感受，這與OBE強調(diào)的學(xué)生個性化教育理念異曲同工。而數(shù)字化課程資源建設(shè)目標正是互聯(lián)網(wǎng)思維的具體體現(xiàn)，其基本特征為秉承教育資源開放共享的理念，依托現(xiàn)代化教育技術(shù)手段，將傳統(tǒng)課堂教學(xué)“搬到”互聯(lián)網(wǎng)上，并非簡單地錄制課程視頻并在互聯(lián)網(wǎng)上播放，而是有教學(xué)團隊參與的，且有精心組織與設(shè)計的教學(xué)過程。它使傳統(tǒng)以教師為中心的面授型教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的混合式教學(xué)模式。[7]

1.利用現(xiàn)代教育技術(shù)手段科學(xué)設(shè)計課程資源

在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)中，填鴨式的視頻資源播放易使學(xué)習(xí)者感到疲倦，知識碎片化已成為網(wǎng)絡(luò)時代人類學(xué)習(xí)面臨的挑戰(zhàn)。[8]由此帶來的微型視頻資源建設(shè)就能更好地滿足互聯(lián)網(wǎng)時代學(xué)習(xí)者的需求，它包括與該課程相關(guān)的PPT課件、在線答疑和課后習(xí)題等教學(xué)資源，是一種與互聯(lián)網(wǎng)+時代緊密相聯(lián)的新型教學(xué)資源。[9]與傳統(tǒng)課程建設(shè)方法不同，課程信息化建設(shè)重點在于教學(xué)設(shè)計與課程資源的建設(shè)。將傳統(tǒng)的課程資源重新設(shè)計，制作成可供全球范圍內(nèi)學(xué)習(xí)的課程視頻資源，是目前在線開放課程建設(shè)所面臨的主要技術(shù)難題。課程資源的制作并非簡單地將傳統(tǒng)課堂上的講課過程錄制下來，而是要專門制作符合在線學(xué)習(xí)方式的授課視頻。此外，教師還需準備課程拓展資源，包括試題案例庫和線上作業(yè)等，支持課程教學(xué)的整個過程。顯而易見，一門好的課程資源建設(shè)需要強大的經(jīng)費與技術(shù)支持。哥倫比亞大學(xué)調(diào)查研究報告顯示，每門幕課課程的制作費用在$39,000-$325,300，其中人工費用支出在$29,000-$244,000。[10]崔璨等對中國大陸地區(qū)2014年高校幕課課程建設(shè)情況調(diào)查數(shù)據(jù)分析，我國在慕課建設(shè)方面，經(jīng)費投入每門課基本為5-20萬。[11]毋容置疑，高校管理部門應(yīng)將在線開放課程建設(shè)列入重點工作中，給予配套經(jīng)費，并通過教學(xué)改革立項和課程改革等多種形式，對在線開放課程的建設(shè)給予支持。

2.整合數(shù)字課程資源，實現(xiàn)資源的共建共享

高校應(yīng)利用云計算技術(shù)，結(jié)合高校優(yōu)勢學(xué)科和特色專業(yè)進行分布式課程資源的規(guī)劃設(shè)計，整合高校優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，并對資源進行集中管理，降低資源建設(shè)的重復(fù)率。由高校行政部門組織協(xié)調(diào)構(gòu)建區(qū)域框架，在區(qū)域內(nèi)共建共享數(shù)字化教學(xué)資源。課程上線并運行需要有一個好的課程平臺做支撐，幕課的核心是平臺。[12]高校可組建數(shù)字化課程資源建設(shè)平臺，行政部門負責(zé)平臺管理，制定政策和規(guī)章制度，明確職責(zé)、權(quán)利和義務(wù)；任課教師在平臺內(nèi)組建課程等數(shù)字化教學(xué)資源。全校師生可在任何時間和地點在平臺上獲取所需數(shù)字教學(xué)資源，實現(xiàn)平臺內(nèi)數(shù)字教學(xué)資源的高度共享，提高教學(xué)資源的利用率。

(二)信息化教學(xué)手段的應(yīng)用

在線開放課程建設(shè)的最終目標是將課程應(yīng)用于教學(xué)實踐中，即開展混合式教學(xué)改革實踐。張睿等將混合式教學(xué)班和傳統(tǒng)教學(xué)班的4次測試成績進行了比較，發(fā)現(xiàn)混合式教學(xué)班的成績相對于傳統(tǒng)教學(xué)班有所提高。[13]通過對已開設(shè)SPOC課程教師訪談，結(jié)合國內(nèi)高校的實踐經(jīng)驗，校內(nèi)開展翻轉(zhuǎn)課堂等混合式教學(xué)模式的改革對提高學(xué)生課堂積極性、學(xué)生考試成績以及學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的使用率效果顯著。[14]這正是OBE教育理念所強調(diào)的以學(xué)生為中心的個性化教育，是OBE在教學(xué)實踐中的具體應(yīng)用。就人才培養(yǎng)效果而言，混合式教學(xué)側(cè)重在課外培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，其教學(xué)效果體現(xiàn)在學(xué)生的自主創(chuàng)新與創(chuàng)造力上；就教學(xué)方法而言，混合式教學(xué)強調(diào)師生之間的互動，其教學(xué)效果體現(xiàn)在學(xué)生的人際交往能力上；就教學(xué)質(zhì)量而言，混合式教學(xué)可適應(yīng)信息化教學(xué)需求，既有利于拓展學(xué)習(xí)者的思維，又有利于學(xué)習(xí)者提高實踐探索能力。[15]高校應(yīng)組織教師有針對性地開展培訓(xùn)，鼓勵對參加培訓(xùn)的教師開展課程教學(xué)方法的改革，[14]達到加快高校教師信息化教學(xué)能力提升，促進數(shù)字化教學(xué)資源實踐應(yīng)用的目的。

(三)構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)管理平臺

虛擬仿真實驗教學(xué)，是高等教育信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，是未來實驗教學(xué)的發(fā)展趨勢。虛擬仿真實驗教學(xué)平臺依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、混合現(xiàn)實技術(shù)以及教育技術(shù)在實驗教學(xué)領(lǐng)域的重要應(yīng)用，以其逼真的實驗操作環(huán)境，彌補了實驗設(shè)備與場地不足等缺點，使學(xué)生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中，進行高效、安全和經(jīng)濟的實驗。虛擬仿真實驗按照“虛實結(jié)合、相互補充、能實不虛”的原則，學(xué)生可在虛擬環(huán)境中開展實驗預(yù)習(xí)、實驗學(xué)習(xí)和實驗設(shè)計與創(chuàng)新。目前，國內(nèi)許多高校已將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在實驗教學(xué)中，如廣西大學(xué)將基于互聯(lián)網(wǎng)的開放環(huán)境與傳統(tǒng)的硬件操作實驗相結(jié)合，建設(shè)了傳統(tǒng)實驗與現(xiàn)代信息技術(shù)實驗體系優(yōu)勢互補的虛擬仿真實驗教學(xué)體系。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)按照實驗教學(xué)虛實結(jié)合與相互補充的原則，構(gòu)建了機械與農(nóng)業(yè)工程虛擬仿真實驗教學(xué)體系。該體系可服務(wù)于本科階段實驗教學(xué)的全過程。武漢理工大學(xué)面向全產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建了汽車虛擬仿真實驗教學(xué)中心，通過采用“教、學(xué)、練、考”結(jié)合的方式對車輛工程類專業(yè)實驗實踐環(huán)節(jié)能力的培養(yǎng)發(fā)揮了很大作用。[16]教務(wù)處作為對學(xué)校虛擬仿真實驗教學(xué)資源的管理部門，建設(shè)開放式的網(wǎng)絡(luò)化虛擬仿真實驗管理信息平臺可有效方便地對各項虛擬仿真實驗教學(xué)資源進行統(tǒng)籌管理，可實現(xiàn)全校實驗教學(xué)資源的開放共享，[17]具體如圖1所示.

圖1 虛擬仿真實驗教學(xué)管理平臺結(jié)構(gòu)模塊

(四)構(gòu)建“訂單式”人才培養(yǎng)模式

“訂單式”人才培養(yǎng)模式是在滿足學(xué)生意愿的情況下，企業(yè)與高校一起“量身訂做”，共同培養(yǎng)適合用人單位個性化需求的人才?！坝唵问健比瞬排囵B(yǎng)模式能解決高校因過度關(guān)注拔尖創(chuàng)新人才和卓越工程師人才培養(yǎng)而忽略企業(yè)需求的問題，滿足新形勢下新工科人才培養(yǎng)的需求。該模式不僅傳授學(xué)生理論知識，而且強化了學(xué)生的實踐動手能力。由于用人單位參與培養(yǎng)學(xué)生，學(xué)校培養(yǎng)出的人才能較好地滿足社會需求，實現(xiàn)培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才和卓越工程師人才的目標。“訂單式”人才培養(yǎng)模式通過企業(yè)參與教學(xué)，讓教學(xué)緊跟新工業(yè)時代的發(fā)展步伐，滿足了行業(yè)需求，并促進了學(xué)生在行業(yè)內(nèi)就業(yè)，對高校而言，不失為一種較好的嘗試。