基于“新工科”建設的化工學科研究生線上課程教學實踐與探索

姚忠平，宋英，范瑞清，吳曉宏

哈爾濱工業大學化工與化學學院，哈爾濱 150001

2015年5月國務院印發《中國制造2025》明確要求把人才作為建設制造強國的根本。而“一帶一路”建設倡議的成功實施同樣需要高校為社會及時提供大量創新型人才。因而，高校“新工科”建設應運而生，其本質目的就是要培養更多具備創新意識的“高素質復合型人才”。另一方面，《中國制造2025》和“一帶一路”，也為高校的“新工科”建設帶來了巨大的機遇和挑戰。目前“新工科”建設迫切要求高校積極開展教育教學研究和改革[1]。2020年初那場肆虐的新冠病毒疫情對我國乃至全球都產生了重大而深遠的影響。對于我國高校來說，最直接的影響就是疫情期間不能進行正常線下教學的難題[2,3]與國內高校研究生在線開放課程總量存在不足的矛盾。因此，結合本次疫情的經驗教訓來加強研究生教育的線上教學實踐和探索，既符合我國“新工科”建設的要求和對高層次人才培養的需求，又可以有效提高高校教學應對社會突發事件和風險的能力。

化學工藝專業作為哈工大化學工程與技術一級學科下的二級學科，自從2008年起開始培養碩士研究生，經過多年的課程建設、教材建設和教學研究立項，目前已經形成了完整的線下教學體系。我們選取化學工藝專業四類研究生課程，對化工學科研究生課程線上教學進行改革和實踐。在“新工科”建設思想指導和疫情常態化防控的要求下，圍繞研究生線上課程的內容和專業結構以及線上課程的教學實踐，更新了課程的專業知識體系和專業結構定位，改革了線上教學模式和考核評價方法，并分析了“新工科”建設背景下我校化工學科研究生線上課程教學改革和建設的關鍵問題。

1 研究生線上課程的基本情況及平臺的選取

本文選取化工學科四門具有代表性的研究生線上課程，涵蓋了除了實驗課之外的化學工藝專業各個研究生課程類型。課程基本情況見表1。選課學生人數從20人左右的小型班、至70人中型班，再至150人的大型班。授課教師經過學校組織的線上教學培訓選取了不同的教學平臺，前三門課分別對應固定的線上教學平臺，即騰訊課堂、長江雨課堂和QQ課堂。第四門課“新型功能材料制備工藝選論”由多位教師授課，因而選擇的平臺各不相同，但是以騰訊會議為主。

表1 研究生線上課程的基本情況

上述各個線上教學平臺都可以進行PPT直播講解和視頻播放，以及利用寫字板和高拍儀直接進行板書教學，切換方便；并且各平臺還開發了各具特色的師生交流互動功能，如留言區留言、習題訓練和語音問答等等。因此，都可以滿足正常的線上教學要求。

2 研究生線上課程的內容改革和專業結構定位

“新工科”要構建以專業結構和課程結構為核心的工科新結構，探索實施工程教育人才培養新模式，打造具有國際競爭力的工程教育新質量，建立完善中國特色工程教育的新體系[4]。其基本構成要素是專業結構框架下的課程體系，因此，研究生課程改革需要在“新工科”要求下調整和更新與之適應的課程知識體系，并明晰其專業結構定位。

課程知識體系和專業結構離不開學科人才培養方向宏觀布局下的頂層設計和統籌安排。哈工大化工學科方向包括電化學工程、高分子材料科學與工程、無機新材料化工領域三大方面，培養目標是綜合素質全面，具有強烈社會責任感和國際化視野，引領未來發展，為人類文明和社會經濟發展做出重大貢獻的化工領軍人才[5,6]。其中，化學工藝專業側重于無機新材料化工領域。基于此，調整和更新了四門研究生線上課程的知識體系，并進行專業結構定位，如表2所示。

表2 研究生線上課程知識體系調整更新與專業結構定位

3 研究生線上課程的教學改革

3.1 線上課堂教學：充分發揮信息化、數據化和多元化優勢

3.1.1 線上教學的技術優勢

線上課堂教學過程的優勢在于網上教學平臺的多功能開發和不斷升級，以及各類網絡教學資源的靈活運用，從而充分調動學生學習的積極性和主動性。在長江雨課堂授課過程中，授課教師通過設置幾道限時習題要求學生參與做答，來提高學生們的注意力；課堂內設置的“不懂”按鍵、彈幕、投票等環節，增加了學生的主動參與意識，使學生更好地感受課堂氣氛，不斷提醒學生注意聽課；課前課后推送的PPT等資料，讓學生兼顧課前預習和課后復習，保證學生更好地理解和掌握知識和培養主動學習的能力。在騰訊課堂上，授課教師將錄播的講授視頻和直播的知識點梳理練習分段交叉進行，每段內容控制時間在20分鐘左右，使學生在學習過程中張弛有度，能夠以最佳的關注度完成每段學習內容，以避免因直播上課過程時間過長使學生感覺枯燥、注意力不集中的問題。而平臺的隨時簽到操作、習題訓練和語音互動等也可以時時掌握學生的學習狀態，提醒學生對教學過程的關注。

3.1.2 線上教學的過程管理

線下課堂教學管理大多是基于經驗管理，比如出勤情況可以通過教師清點上課學生人數或直接點名來完成，對學習知識的掌握和理解情況可以通過直接提問或課上小測驗來實現。但是這樣的方式往往費時費力，特別是對于學生人數較多的大班來說，這種管理效果有時很差。此外，隨堂測驗獲得的信息往往需要課下教師的大量額外工作付出。然而線上課堂可以發揮網絡的數據采集和分析處理速率快的優勢，使得傳統的經驗管理轉變為基于數據的過程管理，實時了解掌握學生情況、方便實時調整教學節奏和教學內容。例如“長江雨課堂”或“騰訊課堂”可以時時提供所有學生學習過程的行為數據，如進入課堂時間、答題時間、答題準確率等等，就可以獲知整體學生的學習掌握情況，從而使授課教師對教學過程的控制和管理更為有效。另外，“長江雨課堂”的功能設置及后臺數據自動采集功能還可以讓教師在課堂上及時了解學生是否有不理解的內容，及時掌握學生是否進行了課前預習或課后的復習，以及相應的時長等等。因此，這種基于數據的過程管理更有助于量化地了解學生學習過程情況，把握學生的學習軌跡。

3.2 課下教學：教學延伸提升線上教學效果

線上教學完成了基本教學任務，但是學生對于課程內容的理解和掌握還需要很多課下的功夫來完成，這一點與傳統的線下課程是完全一致的。因此線上課程適宜的課下教學延伸也是完成教學任務和實現教學目的重要手段。結合線上課程的不同特點，通過不同的課下教學延伸提升線上教學效果。

3.2.1 設置課前預習助力于提高線上課堂教學效果

“新型功能材料制備工藝選論”關注當前化學工藝學科的最新進展，引領研究生的科研理念和科研思路，著力催生新型、新生和新興化學工藝方向。因此，設計了課前預習環節培養學生自主和主動學習的意識和總結分析資料的能力。在課程專題講座2中，授課教師利用長江雨課堂的預習功能，讓學生課下事先閱讀相關資料；再利用雨課堂的分組討論功能，學生分小組組織討論。經過充分的準備之后，教師組織學生在雨課堂上進行線上討論課教學。課下大部分學生都非常認真地查閱并閱讀文獻，精心制作了PPT。因此線上討論課時學生的主動學習意愿強，交流討論氣氛熱烈，課堂教學效果超過預期。

3.2.2 建設課程資料庫和習題庫增強對課程教學內容的理解和掌握

“表面物理化學”課程的專業結構定位在表面科學理論基礎及學科交叉，因此對基礎理論的消化和吸收以及運用是課程學習的一個重要環節。在課程學習中授課教師在融優學堂上傳錄課視頻的同時還建立了課程學習的資料庫和習題庫。資料庫中一些視頻文件和經典文獻，供學生拓寬知識面，了解課程相關的科研進展；習題庫用來安排每章對應內容的課下作業，要求學生在規定時間內完成并網上提交。這樣在回放視頻、查閱文獻和完成作業的過程中，加深了對課程教學內容的理解和掌握。并且授課教師還可以通過對學生資料庫的登錄查閱情況統計和網上作業提交和完成情況統計，在課上進行有針對性的內容講解和強化。

3.2.3 通過考核內容“預提交+正式提交”提升考核質量

“功能陶瓷材料導論”課程關注新化工下發展起來的新型先進陶瓷制備工藝技術及研究和應用進展，考核設計的一個重點是綜述性論文的組織和撰寫。因此，授課教師將考核任務的提交分成預提交和正式提交兩個環節。在預提交時，授課教師對每位同學提交的課程論文和PPT逐一查看認真批改后，總結出主要的問題，再通過微信及時與學生溝通交流，反饋給學生修改方法和建議。選課學生19人，其中有7人在預提交后被要求修改或返工。這樣在正式提交時，學生的報告和PPT質量有了大幅的提升，其中不乏優秀之作。這樣不僅提高了考核效果，更為學生們今后進行開題和畢業論文撰寫和答辯奠定了基礎，因而在學生評教中受到廣泛的認可和好評。

3.3 考核評價：促進人才全面化培養和個性化培養統一

根據教學目標的要求，不同類型課程考核的要求各不相同，再綜合考慮課程類型、選課學生人數，以發揮考核的導向作用和提升教學效果為基本原則，對各門課程考核進行設計，將研究生的全面化培養和個性化培養統一納入到考核之中，具體設計見表3。

表3 研究生線上課程的考核設計

4 研究生線上課程的改革效果

課程改革效果通常包括考核成績和課程評價兩個方面。考核成績一般反映教學效果的客觀評價，課程評價一般又分為教學過程中的督導評價和課后的學生評教結果，二者是作為課程改革效果的主觀評價。表4是四門研究生課程的考核成績及評教效果。從考核成績來看，四門課程都很好地完成了教學任務，達到了教學目的。除了“功能陶瓷材料導論”以“合格/不合格”給出成績(全部為合格)外，其他三門課程都以百分制給出成績，平均分數都在80分以上，客觀上說明學生對課程的學習效果普遍達到了良好的水平。

表4 四門研究生課程的考核成績與評教情況

而課程主觀評價中，學生的評教結果都在B以上，并且還有一門課獲得A+，說明線上教學獲得了學生的認可。并且很多學生還給出了建設性的意見。例如，相當比例的研究生認為這幾門研究生課程，對于拓展研究生的知識視野、培養數理思維和工程倫理等方面發揮了不同程度的作用。例如，有的學生在“功能陶瓷材料導論”課評教時表示“非常非常喜歡宋老師的課，因為我是學電化學的，但是宋老師的陶瓷理論讓我受益很多，特別啟發了我在固態電解質上的研究。”再如，有的學生在“表面物理化學”評教時對“習題庫和作業”的課下延伸給予了充分的肯定：“老師的習題講的很全面，課堂互動性很強”，“上課認真仔細，課后作業全面典型，老師細心負責。”“融優學堂提交作業部分建議以后線下教學時也保留，很方便！”另外，學校和學院分別組織督導專家從師德師風、課程設計、教學內容、教師能力、教學方法、教學效果等幾個方面進行督導聽課，而從表4中結果上可以看出校、院兩級督導專家對四門課程授課教師的線上教學效果的充分肯定。此外，一名授課教師被評為2020年度“優秀網絡授課教師”，而“表面物理化學”還獲得哈工大第九批在線開放課程建設立項[7]。

5 研究生線上課程教學改革的反思

高校新工科建設本質目的就是要圍繞國家戰略方向，培養更多具備創新意識的先進工程和科技人才。結合哈工大化工學科自身特色，不斷開展和深化基于“新工科”建設的研究生課程線上教學模式改革，是哈工大化工學科建設的重要任務之一。總結和反思本次線上教學實踐，梳理今后一段時期內化工學科的研究生線上課程改革，其重點集中在以下兩個方面。

(1) 哈工大化工學科在“新工科”建設中急需加強與之相適應的線上課程建設。而線上課程建設不是一門課和幾門課的一次線上教學實踐就可以完成的，而是需要以專業為單位、甚至以學科為單位的線上課程體系的宏觀頂層設計和統籌安排，從而真正實現人才的高效培養，同時又切實有效地可以應對和規避各類社會風險。本文以化學工藝專業四門典型課程為例，進行了線上課程教學實踐與探索，不僅為我校化工學科在電化學、高分子等其他專業研究生線上課程教學改革提供借鑒，也可以為其他相近或相關專業的研究生線上教學改革提供參考。

(2) 課程是學科和專業方向教學模式改革的微觀單元，而不同課程之間其課程特點、學習要求、選課人數等各不相同。因此，研究生線上課程建設既要突出自身課程的特點和專業結構定位，不斷更新和調整課程知識體系；還要基于學科人才培養方向的要求，構建專業之間、甚至學科之間交叉互補的課程體系。并通過營造良好的線上教學生態、創新網課教學理念，反復進行線上教學實踐探索和經驗總結，不斷提高線上課程建設的質量和總量，打造出越來越多的金課，真正服務于人才培養的大局。

總之，我校化工學科研究生教育改革是一項既迫切又長遠的任務，需要我們在宏觀上統籌規劃線上線下混合教學的研究生課程體系，微觀上打造越來越多的研究生金課。同時在建設過程中充分實現課程體系內的課程交叉互補、理論實踐的統一。