工程學科在線開放課程體系建設的探索與創(chuàng)新

周緒紅??陳朝暉??李正良

摘 要：立足高等工程教育的發(fā)展趨勢與人才培養(yǎng)需求，總結(jié)了當前在線開放課程建設與應用的不足，提出了以“共建、共享、交流、促進、開放”為方針，“科學教育、人文教育與工程教育”協(xié)調(diào)統(tǒng)一，“科研、工程、教學”深度融合的工程學科在線開放課程體系建設理念，從校際協(xié)同建設機制、在線開放課程體系架構(gòu)與在線開放資源建設三方面論述了工程學科在線開放課程體系建設的創(chuàng)新模式，為在線開放課程建設從松散無序向?qū)W科體系建設的轉(zhuǎn)變提供了參考模板，為信息化背景下校際合作與創(chuàng)新開辟了新途徑。

關鍵詞：高等工程教育;工程學科;在線開放課程體系;在線教學資源;協(xié)同創(chuàng)新

一、引言

以新能源技術、新通信技術與信息技術的革命及其融合為標志的新工業(yè)革命浪潮，對世界范圍內(nèi)高等工程教育的既有體系與模式造成了巨大沖擊，前所未有的工程建設規(guī)模、集成度與多專業(yè)綜合化程度是我國高等工程教育無法回避的全新挑戰(zhàn)，也是階躍式發(fā)展的重大機遇。其中，尤以信息技術以及以此為依托的在線開放教學對高等工程教育方法與模式變革的影響最為顯著。

工程教育在我國高等教育中一直占據(jù)舉足輕重的地位，截至2019年7月的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國工科畢業(yè)生占世界總數(shù)的38%，在校生與畢業(yè)生均超過國內(nèi)高校總量的30%[1]。其中，土木工程作為最古老的工程學科之一，伴隨人類發(fā)展的整個歷程，服務于人們生活和生產(chǎn)的各種民用設施建設，包括房屋建筑、道路、橋梁、隧道、水利、管道、港口等，也見證了我國改革開放四十年來的飛速發(fā)展。現(xiàn)階段，我國土木工程呈現(xiàn)學科交叉、深入融合的局面，并由傳統(tǒng)的以陸地建造為主向海洋、太空與地下延伸。這一發(fā)展趨勢要求土木工程人才具備綜合應用、工程創(chuàng)新與開拓引領的復合能力以及自然科學、工程科學、工程技術與人文美學的綜合素養(yǎng)。為此，迫切需要高等工程教育在課程體系、教學方法與人才培養(yǎng)模式等方面進行變革與創(chuàng)新，而適應信息化社會發(fā)展、符合當代人知識與信息獲取方式以及結(jié)合信息化技術的在線開放課程建設與應用成為首要選擇[2-3]。

2012年以來，以“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息技術為依托的大規(guī)模在線開放課程（MOOC，Massive Open Online Course，譯作“慕課”）等新型學習資源與平臺在世界范圍內(nèi)迅速興起。在敏銳地預見“互聯(lián)網(wǎng)+”可能帶來的教育革命后，經(jīng)歷了短暫的學習與借鑒，我國于2013年開始，由教育部主導，全面推動了具有我國特色的慕課建設、研究與應用，并逐步形成了我國慕課的基本特點，即：受眾的大規(guī)模、面向公眾的開放性、在線開放性以及課程活動的完整性[4]。在線開放教學有效拓展了教學時空，激發(fā)了學習積極性和自主性，是高等教育發(fā)展的必然趨勢。尤其在2020年波及全球的新冠肺炎疫情下，在線教學跨越時空障礙的大眾化、信息化和國際化優(yōu)勢得以充分展現(xiàn)[5]。

我國慕課建設發(fā)展迅猛，慕課總數(shù)、參與開課學校數(shù)量、學習人數(shù)位居世界之首，業(yè)已成為世界慕課大國[5-6]。與以往依托現(xiàn)代教學手段（如采用PPT、視頻公開課等）對教學方法產(chǎn)生的影響相比，在線開放課程的建設與應用在教學方法和體驗上造成的影響更為深遠。在經(jīng)歷了在線開放課程建設的量化積累、規(guī)模化效應以及多元化的教學應用探索后，慕課建設的不足也逐漸顯現(xiàn)，主要在于：課程建設以單門課程為主，松散重復，良莠不齊;在線課程總體呈現(xiàn)扁平無序狀態(tài)，缺乏引導，使學習者陷入相似資源過度而體系資源不足的選擇困境;在線開放課程未有效融入傳統(tǒng)教學體系，對傳統(tǒng)教學未形成系統(tǒng)性支撐。

顯然，順應工程發(fā)展需求，使在線開放課程揚長避短，與傳統(tǒng)教學有機結(jié)合，已成為高等工程教育的新命題。為此，筆者首先論述了當前在線開放課程體系建設的必要性及其特點，再以重慶大學牽頭、國內(nèi)11所土木工程一流學科與知名高校共同參與的土木工程核心在線開放課程群為例，從校際協(xié)同建設機制、在線開放課程體系架構(gòu)與在線開放資源建設三方面探討了工程學科在線開放課程體系建設模式，為促進我國工程學科在線開放課程的建設提供了新途徑。

二、在線開放課程體系建設的必要性

我國目前依托互聯(lián)網(wǎng)教學平臺的在線開放課程建設模式主要有單人或多人一課、多校共建一課等，其中多校一課多為適應不同教學要求的同類系列課程。建課方法大多為傳統(tǒng)教學的視頻化、紙質(zhì)資源的網(wǎng)絡化，互聯(lián)網(wǎng)的潛力尚未充分挖掘。而大量不同學科專業(yè)種類繁多的在線開放課程的扁平化呈現(xiàn)，又使學習者陷入選擇困難的境地，無從把握知識關聯(lián)，難以實現(xiàn)知識體系自我建構(gòu)，導致現(xiàn)有在線開放課程的建設與應用處境尷尬，即：投入大量人力物力的數(shù)量龐大的在線開放課程，卻未形成對傳統(tǒng)教學的結(jié)構(gòu)性支撐。

為此，筆者認為，結(jié)合傳統(tǒng)教學模式中知識體系架構(gòu)嚴密的邏輯性與關聯(lián)性、對學習者的引導性，充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”對資源整合的靈活多樣以及資源的快速更新、動態(tài)可視、交互共享等技術優(yōu)勢，從知識能力素質(zhì)的認知規(guī)律出發(fā)，圍繞工程學科特點、趨勢與人才培養(yǎng)需求，進行在線開放課程的體系建設，是將學習者與教學者從現(xiàn)有大量無序在線開放課程資源的選擇困境中解救出來的有效方法，并可從根本上使在線開放課程建設與應用成為對工程教育與人才培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)性支撐。

在線開放課程的體系建設可以彌補單一慕課建設的松散與無序，以及由此造成的自主在線開放學習的盲目性、無系統(tǒng)與不連貫[7-8]。而在線開放課程體系網(wǎng)絡化結(jié)構(gòu)又可使學習者自主設計與把控學習進程、探索領會知識關聯(lián)、構(gòu)筑知識體系、培養(yǎng)并提升綜合素養(yǎng)，從而有效彌補傳統(tǒng)教學模式與紙質(zhì)教材的局限。

三、工程學科在線開放課程體系的創(chuàng)新建設

在線開放課程體系應有別于傳統(tǒng)課程體系中各門課程相對獨立的線性化結(jié)構(gòu)，或不同門類在線開放課程的簡單羅列或堆砌，而應圍繞學科特點與人才培養(yǎng)需求，構(gòu)筑課程間呈現(xiàn)明確固有關聯(lián)的網(wǎng)絡化體系，其建設的難點和關鍵在于建設機制、體系架構(gòu)與資源建設等。對于工程學科，“互聯(lián)網(wǎng)+”獨有的動態(tài)、可視、綜合、交互的技術優(yōu)勢，天然契合了工程感性認識、綜合認知與應用能力的人才培養(yǎng)需求，并可充分展示工程的綜合性、時效性和演化性，而傳統(tǒng)教學模式、平臺與單一課程無法滿足這一要求。因此，圍繞工程學科的在線開放課程的體系建設意義尤為突出。

在此，針對土木工程發(fā)展趨勢與人才培養(yǎng)需求，圍繞“土木工程在線開放核心課程群”的建設，我們探索創(chuàng)新了以“共建、共享、交流、促進、開放”為指導思想的校際協(xié)同創(chuàng)新機制，追求“科學教育、人文教育與工程教育”協(xié)調(diào)統(tǒng)一的土木工程學科在線開放課程體系架構(gòu)以及“科研、工程、教學”深度融合的資源建設方法[9-11]，以下分別予以闡述。

1.“共建、共享、交流、促進、開放”的校際協(xié)同創(chuàng)新機制

在線開放課程體系需要優(yōu)質(zhì)課程與優(yōu)良技術平臺的支撐，因此，逞一家之強、一蹴而就勢必重蹈單打獨斗建課的弊端，導致課程體系架構(gòu)不完善、課程良莠不齊、資源捉襟見肘。集中本學科各高校優(yōu)勢，整合優(yōu)質(zhì)資源，發(fā)揮各校良好積累，是在線開放課程體系建設的不二之選。

在我國高等教育教學改革進程中，高校合作并非新鮮事物。但以往常常為多校聯(lián)合編寫教材、編制題庫，或共建一個門類在線開放課程，圍繞同一學科建設在線開放課程體系則無先例。如何有機組織并充分發(fā)揮各校優(yōu)勢、體現(xiàn)在線開放課程體系的應有優(yōu)勢，是決定課程體系建設成敗的關鍵。為此，由重慶大學牽頭，匯集了同濟大學、大連理工大學、哈爾濱工業(yè)大學、東南大學、河海大學、華南理工大學、西南交通大學、西安建筑科技大學、上海大學和長安大學共11所我國土木工程一流學科與知名高校，面向土木工程本科教學，以“共建、共享、交流、促進、開放”為方針，集中教學名師、發(fā)揮教學優(yōu)勢，進行體系總體架構(gòu)、平臺總體設計、各校分工協(xié)作與系統(tǒng)資源整合，探索了“土木工程在線開放核心課程群”的校際協(xié)同創(chuàng)新建設機制（見圖1），開創(chuàng)了信息化趨勢下高校協(xié)同教學創(chuàng)新的全新局面。

2.“科學教育、人文教育與工程教育”協(xié)調(diào)統(tǒng)一的課程體系架構(gòu)

合理的、具有靈活性與針對性、富于創(chuàng)造性的教學方法往往對學生影響深遠[12]。在線開放課程的靈魂在于“教”和“學”，在于“用”。在線開放課程不僅是新型的教學資源，更是交互式信息化學習平臺，是全新的教學方式，其體系架構(gòu)對在線開放課程的建設與應用至關重要。在線開放課程體系的架構(gòu)與平臺設計應充分面向?qū)W習者認知規(guī)律、學習方式、學科特點與知識能力素質(zhì)要求，將教學活動、教學內(nèi)容、教學要求內(nèi)化于在線資源與體系架構(gòu)中。需借鑒傳統(tǒng)課程體系的完整性與系統(tǒng)性，發(fā)揮信息化技術的優(yōu)勢，結(jié)合工程發(fā)展的前沿性，兼顧課程是否利于在線教學等因素選取核心主干課程。傳統(tǒng)工程學科課程體系具有線性化遞進式特點，需經(jīng)過較長的學習進程，學生才能初步接觸和了解專業(yè)知識與工程之間的關聯(lián)，不利于培養(yǎng)學生工程綜合應用與創(chuàng)新能力（圖2a）。因此，在線開放課程體系除應具備學科知識的完整性、內(nèi)容的系統(tǒng)性、信息資源的可視化與動態(tài)更新能力之外，還應使學習者在學習進程中能隨時建立知識與工程之間的感性與理性關聯(lián)，充分把握工程的綜合性與應用發(fā)展趨勢。

為此，課程群建設團隊構(gòu)建了模塊化網(wǎng)絡式土木工程在線開放核心課程體系（圖2b）。以工程案例庫、綜合實驗庫與練習測試庫構(gòu)成的土木工程核心資源庫為中心，與四大課程模塊形成網(wǎng)絡體系。以“科學教育、人文教育與工程教育”的協(xié)調(diào)統(tǒng)一、理論與實踐的平衡為理念設置具體課程[8]，包括基礎科學、工程概論與專業(yè)基礎、專業(yè)課程以及綜合應用四大模塊，涵蓋結(jié)構(gòu)工程、橋梁、隧道、施工等多個專業(yè)方向，跨越概論、力學、專業(yè)、法規(guī)以及復雜工程檢測、現(xiàn)代BIM建造設計技術等（圖3），其中，基礎科學課程模塊采用與其他相關在線開放課程的動態(tài)鏈接。這一在線開放課程體系充分展示了工程學科的系統(tǒng)性、復雜性、多樣化和綜合性與工程實踐的過程性與生命周期性，彰顯了工程發(fā)展與現(xiàn)代技術的交融。

3.“科研、工程、教學”深度融合的資源建設

面向工程學科的在線開放課程群，應充分展現(xiàn)工程的多樣性、復雜性、綜合性以及發(fā)展趨勢。為此，我們建設了“科研、工程、教學”深度融合的具有顯著土木工程特性的在線開放核心資源庫，將科研成果、工程實踐及其最新發(fā)展充分納入教學活動[10]，建成的核心資源庫包括：練習測試庫、工程案例庫和綜合實驗庫。其中，練習測試庫覆蓋了課程體系內(nèi)的全部知識點，提供題目、答案及重難點解析;綜合實驗庫包含實驗指導書、實驗演示視頻、說明文稿等;工程案例庫（涵蓋房屋建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、隧道、建筑材料、檢測加固、BIM工程設計等）則以視頻、動畫與說明文稿等形式綜合展示典型工程案例。這一在線開放核心資源，提供了傳統(tǒng)教學資源無法實現(xiàn)的跨越課程限制、跨越線性教學進程安排的信息集成與可視化優(yōu)勢，具有單門在線開放課程不具備的綜合性與系統(tǒng)性。

信息化在線教學仍然離不開教材建設，同時信息技術與在線開放課程體系的建設也為傳統(tǒng)教材賦予了新使命。如新形態(tài)教材通過精品紙質(zhì)教材與數(shù)字課程的一體化設計，運用二維碼鏈接在線開放資源以及VR技術，使傳統(tǒng)教材中平面化的模型與簡圖立體化、動態(tài)化和仿真化，拓展了知識的呈現(xiàn)形式，形成紙質(zhì)教材與網(wǎng)絡資源、課堂教學與自主學習的良性互動;將傳統(tǒng)平面化教材出版拓展為課程出版的全新一體化數(shù)字課程，打破了紙質(zhì)教材內(nèi)容和呈現(xiàn)形式的限制，將教學內(nèi)容、教學活動、教學環(huán)境與信息管理一體化，兼具在線開放課程的信息化優(yōu)勢與傳統(tǒng)教材知識產(chǎn)權(quán)的完整性與體系性。上述在線信息化資源與新形態(tài)教材建設，與在線開放課程體系形成了交互支撐。

四、結(jié)語

我們建成了包括21門視頻課程、約9000題全覆蓋在線開放題庫、28組土木工程綜合實驗庫與52組土木工程典型工程案例庫的“土木工程在線開放核心課程群”網(wǎng)站（http：//39.98.191.102：8010/）以及愛課程網(wǎng)課程群宣傳網(wǎng)站（http：//tmgc.icourses.cn/），配套新形態(tài)教材25套、數(shù)字教程5套，為在校學生及社會公眾提供了全新的土木工程本科核心課程體系，為各校共享課程群資源、應用與推廣提供了良好技術平臺。課程群建設團隊以國家級萬人計劃教學名師和省部級教學名師等為骨干，培養(yǎng)了一批高水平一線教師與青年教學后備軍。在線開放課程群中已有9門課程獲國家級精品在線開放課程、線上一流課程、線下一流課程和線上線下混合式一流課程等榮譽稱號，充分展現(xiàn)了課程的高質(zhì)量與高水準。

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[基金項目：中國高等教育學會“土木工程在線開放核心課程群的創(chuàng)新與建設”（16ZG004-21），重慶市高等教育教學改革重大項目“面向土木工程創(chuàng)新拔尖人才培養(yǎng)的專業(yè)基礎課程新型網(wǎng)絡化教學模式研究”（201003）]

[責任編輯：余大品]