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以智慧和混合为标志的“新工科”专业课程在线教学实践

范文

齐振超田威王珉

摘? 要：疫情之下的在线教学要求给高校航空航天制造专业教学带来了挑战和机遇。文章剖析了特殊形势下航空航天制造专业课程教学特点，分析了在线教学环境对“教与学”从理念、习惯、工具等多方面的影响，总结了教学模式选择的原因。列举了强化学习动机的导论课、依托智慧教学工具的知识点自学、工程连线、辩论赛、词汇竞猜、课程答辩等教学措施，详述了具体实施方式和效果，最终总结在线教学实践的反思与心得。

关键词：智慧教学;混合式教学;“新工科”专业课程;在线教学;航空航天制造

中图分类号： G642? ? ? 文献标志码：A? ? ? ? ?文章编号：2096-000X（2020）27-0001-05

Abstract： The online teaching requirements under the epidemic situation have brought challenges and opportunities to the teaching of aerospace manufacturing majors in colleges and universities. This paper analyzes the teaching characteristics of aerospace manufacturing courses under special circumstances， analyzes the influence of online teaching environment on "teaching and learning" from the aspects of concepts， habits and tools， and summarizes the reasons for the choice of teaching mode. This paper lists the teaching measures such as the introduction course to strengthen learning motivation， self-study of knowledge points based on intelligent teaching tools， engineering connection， debate contest， vocabulary quiz， course defense， etc.， and elaborates the specific implementation methods and effects， and finally summarizes the reflection and experience of online teaching practice.

Keywords： intelligent education; blended instruction; emerging engineering education; online teaching; aeronautics and astronautics manufacturing

从二十世纪九十年代开始我国高等学校教学方法和学习资源改革就进入新的阶段，教学方法的改革、教学资源的开发与研究逐渐引起业界的重视。从2000年起，我国开始实施新一轮的教育课程改革，本次课程改革将改变“课程内容”、“课程结构”、“课程实施”作为重要内容，其核心是要求加强对课程资源的开发和研究[1]。北京大学、上海交通大学、南京大学、西北工业大学等学校利用网络平台和信息化技术，探索教學方法改革、大力开发数字化教学资源，取得了显著成果。

1802年，德国教育家赫尔巴特第一演讲教育相关内容时，指出教学智慧的重要性。随后，国外学者逐渐从信息化角度展开对智慧课堂的研究，主要包括以下三个方面：学习方式的个性化、自主化和多元化;学习活动本身的学习模式的构建;信息技术手段对学习的促进。2014年，美国在高等教育地平线报告中将翻转课堂和学习分析技术作为主流应用到教育中，让翻转课堂再次成为人们关注和研究的焦点[4]。国内对于信息化视角下智慧课堂的研究始于2011年，并呈现逐年增长的趋势。2012年，黄荣怀从多媒体与网络教室的困境到智慧教室的提出，分析当前数学学习环境的六个不足方面，并提出智慧教室的“SMART”概念模型以及三种典型智慧教室的分析[5]。2016年，祝智庭等指出翻转课堂的“效果天花板”和“认知天花板”的不足，并提出向智慧课堂的转变的使用方法[6]。2016年，清华大学推出一项智慧教学工具-雨课堂，让学生随时随地学习老师推送的学习资源，并可对整个教学过程进行跟踪监测和实施评估[7]。2017年，庞敬文等分析了智慧课堂支持深度学习的应用特点，构建了信息化教学评价维度，并利用专家评判对评价维度进行了修订和完善，设计了深度学习视角下的智慧课堂评价指标[8]。随着2015年“互联网+”行动计划纳入国家战略，在知识社会创新2.0推动下，互联网与教育的互动与演进必将打造出更加开放的教学环境，催生出教学共同体的崭新样态，在数字化、信息化、智能化的教育环境下促进学生全面自由的个性发展。因此，在线教学的演进与发展值得进行持续的关注和反思。

通过对领域现状的分析可以看出，在线教学单点技术的成熟度已经达到了应用的等级，国内外高校也尝试了将其在教育领域进行应用，取得了一定的效果。新型工科专业课程的教学中，在线教学的新技术并不能直接强行替换原有的教学步骤，这会对整个教学模式产生强烈的冲击，需要我们系统的考虑教学目标、内容、手段，将教学与科研打通，将虚拟实验与实操实验打通，以智慧教学和混合式教学为标志，建立科研、教学、实操实验、虚拟实验之间的关联，形成有“新工科”新型专业特色的培养模式，从而为新时代航空航天人才的培养做出贡献。

一、特殊形势下航空航天制造专业课程教学模式选择

我国工程教育改革发展面临的外部环境正在发生快速的变化，新工科是国家为主动应对新一轮科技革命与产业变革而推行的战略，为工程教育的理论和实践探索提供了一个全新的视角[1]。新工科可分为新型、新生、新兴三类，其中新型工科专业，是针对传统的、现有的工科专业这些“存量”，面向产业未来发展需要，通过信息化、智能化或其他学科的渗透而转型、改造和升级即“更新”成的[2]。新型工科专业的“新”可以体现在人才培养全过程中的主要环节的改革、变化和发展。

以航空宇航制造工程为代表的航空制造类专业是典型新型工科专业。由于航空航天产品的科技含量高、体系复杂、功能繁多、性能要求严格的特性，其制造自然而然成为一个包罗万象的复杂系统工程，航空航天制造业朝着智能化、高端化、综合化方向发展，相应的专业课程也继承这些特点，体现出显著的专业性、综合性和复杂性。因此，该类型新工科专业的教学体系，包括教学目标、教学资源、教学方法、教学工具等均有着显著的特点和不同的需求。

目前，我国进入了小康社会的沖刺阶段，经济发展达到一定水平，人民物质生活水平普遍提高。各行各业的发展由外延式逐渐向内涵式转变。反应到教育领域的显著表现就是人均教育资源增多，教育体系的各环节成员素质显著提高，对于过去由于教育资源限制等原因形成的教育体系，有必要也有能力去改变。

然而，新型工科专业直接继承于有着几十年历史的传统工科专业，早已形成了复杂且相对稳定的教学体系。所谓牵一发动全身，如果切入点不对，难免会事倍功半，甚至对教学效果产生不良影响。

一线教师作为教学活动的轴心和教育理念的直接施行者，肩负着重要的责任。教师在课堂上传授的内容，能否落地，沉淀为学生的能力？国家、学校等上层鼓励的教改，能否真正落地，推行到新工科的教学活动中？教学与教改的最后一公里，直接取决于一线教师。本文将针对新型工科专业，从一线教师的视角，以课堂教学方法为切入点，以期带动教学体系系统化的变革。

古语云，质胜文则野，文胜质则史，强调的便是形式和实质的关系，二者需要平衡，需要“文质彬彬”。教学当然不能死气沉沉，一味填鸭、灌输，但是如果过于追求形式、花样、新鲜，会不会走向另一个极端？

疫情突然到来，这种特殊形式下，最优的教学方法是什么？当然不同环境下，可能有不同的最优解。比如在师资很少、教学资源有限、学生很多、侧重通识教育的环境下，填鸭式授课反而是最优的选择。那么在我们师资力量、教学工具、学习资源、学习习惯都有了翻天覆地变化的今天，最优的教学方法是什么？

混合式教学在一般意义上指的是“线上自学+线下教学活动”的混合式。本次课程教学选择混合式教学的原因有三个：

第一，只论知识点讲述，录制课程比真人现场讲得好。可以采用更高水平教师的课程资源，也可以自己录制，都比临场发挥效果要好。教师也没有必要每年做重复工作。

第二，讲授的教学方法，是知识存留率很小的低效方法，学生自学效果不比课堂听课差多少。每个人的学习进度不一样，关注的重点也不一样;而且学生需要锻炼自学能力，在知识大爆炸的今天，这是比知识更重要的生存技能。

第三，学生的能力培养，不仅限于知识点的传输。在之前汇报过，我把学生的能力分为三个层面，我们的课程不能仅仅承担知识层面的作用。这些能力要求，决定了我们课堂教学不能仅仅是知识点的传授。

二、具体的混合式教学措施

相信这个模式已经被大多数的老师们接受和认可，只不过在实施的时候，遇到些具体的问题。比如，线上线下的时间如何平衡？课堂上是否可以播放教学视频让学生自学？选用别人的教材还是自己录制？课堂教学是否只需要给学生答疑就可以了？课堂上是否要重复讲一下知识点？教学活动如何提升知识效率？

我详细介绍一下本次课程尝试的方案，供参考。虽然本次授课因为疫情影响有些不同，连课堂面对面的部分都在线化了，但本质上并不影响。这也说明，混合式教学的本质其实并不是“线上线下”的混合，而应该是知识点自学与能力拓展的混合。

（一）重要的导论课，强化学生课程学习动机

教学，是老师和学生协作的一个工作，必须要做好各方面的准备，让学生领会并认可教师的理念、方法。从刘慈欣的科幻故事“乡村教师”讲起，从大宇宙宏观角度，聊聊“教学”的意义;把目前的教学形态，从时间跨度上和孔子立私学，南渡北归对比，帮同学们树立当前教学形式变革的信心。然后简单沟通了学生三个层次的培养目标，让他们理解为什么要混合式教学。

之后重点给同学们聊聊这门课要学什么，为什么要学这门课，这门课要怎么学，重点沟通了教学工具的互动方式、课程考核方式。关于考核方式必须要强调，影响到学生的积极性。自学过程和课题知识点测试占50分，这是硬知识点的考核;小组活动、课堂表现，占50分，由小组长分配，而每个小组的总分数由课堂活动表现确定。

因为每个人能调动的人数极限在6-10人，把全班分若干个小组，小组长单独建群，称为课代委，增强老师的掌控力。让每个小组课下进行团队文化建设，创作组名、旗帜和口号，增强团队凝聚力，如图1所示。这些细节都是基于组织心理学理论展开，保障了后续课程活动中小组成员的积极性，为教学活动的顺利开展奠定了基础。

（二）知识点课下自学，充分发挥智慧教学工具的优势

拆分知识点，创建知识地图，为地图每个坐标配置相应的视频微课资料，用于学生的复习，哪里不会点哪里，提高复习效率。

雨课堂配音录播，学生课下自学。使用雨课堂配音的原因是相比视频，它更方便学生定位到某个具体知识点，可以根据自己情况把控学习进度，并且具有非常到位的学习情况记录功能，每页PPT学生是否阅读都清晰显示。

学生自学最大的问题不是老师讲不好，而是学生的听课状态。为了保证学生的自学效果，梳理知识点，修改课件，加密知识点测试，保证能够吸引注意力，并且形成评价结果。

每个学生进度相差很大。但基本上都花费了相当多的时间课下自学，如果每门课都这么做，然后还正常上课，学生肯定吃不消。我曾经尝试让学生在课上看课件学习，但是由于每个人进度不一样的问题，导致之后的教学活动很难按时展开，效果不好。后来采取折中办法，学生还是课下自学，课上教学活动结束后，可以选择早下课休息，当然也可以选择继续在课堂上与老师进行互动。

针对学生错题、标记的PPT，或者提出的问题，进行针对性的统一讲解，重复强调课程重点知识点。这个答疑很重要，我们基本上完成了知识点的传授，传统课堂的任务已经结束，可能有人认为这就是混合式教学了，毕竟我们有“线上”，也有“线下”，而且教学大纲执行完毕了。

但真正的混合式教学到这远远没有结束，我们还需要对学生兴趣的培养，能力的培养。为此，我们设计并实施了工程连线，辩论赛，词汇竞猜，课程答辩大作业等教学活动。

（三）最受欢迎的工程连线，科研与教学的结合

平时在科研过程中，在工程领域积累了不少人脉资源，工程中存在大量教学素材，对于提高学生的工程认知能力和兴趣有着显著意义。我们在课程进行到相关知识点的时候，通过视频连线商飞、成飞、中车的技术骨干，由他们讲解知识点在工程中的应用情况，回答学生的问题，如果条件允许（没有涉密问题），还通过视频带我们参观他们的现场和实验室，学生们在家里就能看到工程现场，大呼过瘾。

（四）全民参与的辩论赛，主动出没人类知识前沿

对抗能够激发同学们的斗志，主动去调研搜查资料。我设置课程相关的专业题目，让每个小组选出一名代表，组成四个辩论队，每队包括一辩陈述，二辩攻辩，三辩结辩，每个人身后的小组提供技术支持。同学们斗志昂扬，准备详实，提前预判对手观点，搜寻材料进行攻击，甚至还在陈述中故意漏出破绽，引对方攻击，再用已准备的专业知识回击。辩手在台上针锋相对，幕后的小组成员们实时搜寻资料，提出克敌制胜的观点，提供给辩手。

辩论结束后，由全体同学投票选出表现最好的队伍和选手，大家还风趣地赠予他“很有梗”的荣誉称号。

整个过程同学们展现了课程知识的深刻理解和综合运用能力，展现了自学能力和自主调研能力，搜网页、查文献、咨询专家、请教学长，充分发挥主观能动性，将知识点延伸到人类知识最前沿，并进行了独立自主的思考。

（五）意犹未尽的词汇竞猜，知识学习寓教于乐

我们接触了大量的专业词汇，这些词汇的定义科学严谨，但容易混淆。为了督促同学们复习词汇，帮助记忆，我们组织了“你说我猜”的词汇游戏。整个过程非常激烈，同学们在弹幕区疯狂刷屏，大部分迅速准确猜到指定词汇，少部分猜错后，去复习相关词汇的知识。

（六）仪式感十足的课程答辩，综合能力的锻炼

课程答辩，目的是考察学生对本门课的理解程度和综合应用能力，也锻炼学生自学能力、协作能力等综合素质。我要求每个小组自选题目，写一份关于课程的项目申请书，提出了必要性、创新性、可行性、可读性四个方面的要求。学生需要对课程知识有体系的了解，需要对某方面技术有兴趣，需要有调研能力，需要有分析总结能力，需要有团队合作能力，需要有写作能力，这样综合考察了我们混合式教学的三个层次的培养目标。

最后一次课，同学们进行了精心的准备。我邀请了六位不同领域的专家全程指导答辩工作，老师们从不同的角度提出专业的建议，这种跨学科的教学活动，学生们受益匪浅。学生的水平和态度获得了老师们的称赞。

三、结束语

用混合式教学和智慧教学的方法完整上完一门在线课程，形成了较为完备的教学体系，简单总结如下。

1. 混合式教學的本质并不是“线上”和“线下”的混合，而应该是知识点自学与能力拓展的混合。

2. 混合式教学的出发点必须在于培养目标。重新定义培养目标、强化能力培养、强调知识内化过程，否则混合式教学是立不住的。

3. 混合式教学不必执着于使用教学视频。教学视频是学生自学最常见的一种素材，但也不是必须的，一些PPT加配音的解决方案也有其优势。

4. 混合式教学并不轻松。将知识点传输改为学生自学，这一点看起来对老师一劳永逸，松了松担子，但其后以知识内化、能力提升、综合素质培养为目标的教学活动，任务更重、责任更大、难度也更高。

5. 教学活动设计兼顾趣味性与知识效率。即不能光顾着形式热闹学生喜欢，却缺乏知识内核或者知识效率低下。比如曾经使用过的“谁是卧底”的相近词汇辨析的游戏，因为知识效率低被弃用了。

参考文献：

[1]吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（01）：7-15.

[2]林健.多学科交叉融合的新生工科专业建设[J].高等工程教育研究，2018（01）：32-45.

[3]基础教育课程改革纲要（试行）[J].2001.

[4]龚志武，吴迪，陈阳键，等.2014地平线报告高等教育版[美]NMC地平线项目[J].广州广播电视大学学报，2014（002）：1-18.

[5]黄荣怀，胡永斌，杨俊锋，等.智慧教室的概念及特征[J].开放教育研究，2012（2）：22-27.

[6]祝智庭.智慧教育新发展：从翻转课堂到智慧课堂及智慧学习空间[J].开放教育研究，2016（1）：18-26.

[7]王帅国.雨课堂：移动互联网与大数据背景下的智慧教学工具[J].现代教育技术，2017（05）：27-33.

[8]庞敬文，张宇航，唐烨伟，等.深度学习视角下智慧课堂评价指标的设计研究[J].现代教育技术，2017（2）：13-19.

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