解決復雜安全工程問題能力培養的線上線下混合式教學評價體系研究與實踐

畢海普，楊國萍，邵 輝

(1.常州大學環境與安全工程學院，江蘇 常州 213164；2.江蘇理工學院外國語學院，江蘇 常州 213001)

信息技術促進了高等教育方式改革，“互聯網+”下人才培養呈現多資源、多路徑、全方位、多元化發展[1-3]。國內334所高校調查數據顯示，在線學習在高等教育中的比重越來越大[4]。209 099份學生調查問卷樣本顯示，學校的課程平臺、線上教學資源及大學生群體的學習習慣等對學生能力培養的影響突出[5-7]。在學生能力培養中，解決復雜工程問題能力培養是本科工程教育的基本定位；尤其在2016年6月我國成為國際本科工程學位互認協議《華盛頓協議》正式會員后，解決復雜工程問題能力已成為新工科人才的核心能力[8-10]。根據《工程教育認證標準》[11]，“復雜工程問題”必須具備下述特征①，同時具備下述特征②～⑦的部分或全部：①必須運用深入的工程原理，經過分析才可能得到解決；②涉及多方面的技術、工程和其他因素，并可能相互有一定沖突；③需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現出創造性；④不是僅靠常用方法就可以完全解決的；⑤問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業工程實踐的標準和規范中；⑥問題相關各方利益不完全一致；⑦具有較高的綜合性，包含多個相互關聯的子問題。而安全科學與工程類專業的研究內容主要包括事故或災難的孕育、發生、發展的原因和規律，預防、控制與應急的原理和方法，后果及其影響分析、防控方法策略等，因此復雜安全工程問題應該是包含以上研究內容的具有復雜工程問題特征的問題[12-14]。截至2021年1月，我國已有40所高校的安全工程專業通過了工程教育認證[15-16]。而基于我國65所學校抽樣調查和34所學校實地考查發現，安全工程專業人才能力培養效果仍存在問題，部分學校安全工程專業畢業生解決復雜工程問題的能力還達不到實踐要求[17]。隨著信息化技術的廣泛應用，在線課程、虛擬現實等資源在促進應用型人才及其工程問題解決能力的培養中正發揮著越來越重要的積極作用[18-21]，線上線下混合式教學模式培養學生解決復雜安全工程問題能力是高校面臨的新挑戰。本文基于學生線上學習和成長規律分析，探索線上線下混合式能力培養方法及教學評價體系，以期有效提升學生解決復雜安全工程問題的能力。

1 解決復雜安全工程問題能力培養的線上線下混合式教學評價體系

1.1 解決復雜安全工程問題能力培養的新趨勢

“互聯網+”下，信息技術與經濟社會發展高度融合，能力培養方法呈現了新的趨勢，具體表現為能力培養手段的多樣性、能力培養資源的共享、能力培養效果評估的綜合性和能力培養的線上線下混合式教學模式等。

(1) 能力培養手段的多樣性。“互聯網+”下學生的學習習慣和成長規律發生了極大的變化，同時產業、行業對安全工程能力的需求也日新月異，要培養安全人才解決復雜工程問題能力，必須準確挖掘信息技術普及下安全人才能力需求，充分推進人才培養目標、課程體系、質量保障等方面的改革與創新。相應地，能力培養手段也呈現了多樣性，學生解決安全工程問題能力培養不再是傳統的課堂教學和企業實踐，也添加了在線課程、工藝及事故案例的虛擬仿真實驗實踐、安全管理信息系統線上實習等線上教學與實踐環節。

(2) 能力培養資源的共享。“互聯網+”平臺上，在線理論課程在課程資源共享中已經發揮了越來越重要的作用，VR工藝及事故虛擬仿真實驗、安全管理信息系統等實踐、實習教學項目資源共享也已經越來越受到關注。同時，安全工程專業教學研究成果、教學模式、教材、課件等能力培養方法也將實現開放共享。

(3) 能力培養效果評估的綜合性。以培養和提升安全人才解決復雜工程問題能力為目標，基于安全科學與工程類專業的發展趨勢、產業行業的安全人才需求、安全人才的培養目標與課程支撐體系等，能力培養效果的評價不僅僅是線上+線下、過程+期末的綜合課程考核，還包括線上線下教學對學生安全知識結構建構效果的科學評估、混合教學模式下學生能力培養成效的綜合評價。同時，“互聯網+”下能力培養已經發展為學校、政府、企業、社會、家庭等多方協同與融合建設，解決復雜安全工程問題能力培養的達成情況評價體系也呈現了復雜性和綜合性，并且需要長效的多方評價、反饋、提升的質量保障體系。

1.2 解決復雜安全工程問題能力培養的線上線下混合式教學模式

為應對解決復雜安全工程問題能力培養的新趨勢，混合式教學模式以線上線下教學資源建設與教學實施促進能力培養方法改革，實現“以教為主”向“以學為主”、“以課堂教學為主”向“課內外結合”的轉變。同時，混合式教學模式以線上線下能力綜合評價促進人才培養質量的持續提升，充分考慮 “線上、線下”、“課內、課外”、“現實、虛擬”相融合的學生成長規律和能力培養規律，以“結果評價為主”向“結果過程相結合評價”轉變，并且以教學模式設計和教學過程實施中的反饋來持續改進教學模式，提升人才培養質量。“互聯網+”下解決復雜安全工程問題能力培養的線上線下混合式教學模式的設計、實施、反饋與持續改進思路，見圖1。

圖1 “互聯網+”下解決復雜安全工程問題能力培養達成情況的線上線下混合式教學評價體系

圖1中，以 “互聯網+”下學生解決復雜安全工程問題能力培養為目標，首先對其構成進行分解，根據社會經濟發展對安全工程專業人才的特殊需求，結合高校的辦學定位和專業的實際情況，確定能力分解模塊，通過“逆向設計”，對學生安全知識結構進行建構，進而落地到安全工程專業課程教學，形成從頂層到底層的設計，即能力分解→知識分解→課程分解；然后通過“正向實施”，從課程教學實施，到學生安全知識結構建構，再到學生解決復雜安全工程問題能力達成，形成從底層到頂層的能力達成，即知識積累→工程應用→能力達成；逆向設計和正向實施共同構成 “互聯網+”下解決復雜安全工程問題能力培養的線上線下混合式教學模式。

1.3 解決復雜安全工程問題能力培養達成情況的線上線下混合式教學評價體系

解決復雜安全工程問題能力培養的線上線下混合式教學模式主要包含課程、知識、能力三個部分內容，由“虛實結合”的課程考核方式重構、“線上線下”安全知識結構建構效果評價、安全工程問題解決能力培養成效綜合評價三個方面共同構成線上線下混合式教學模式下解決復雜安全工程問題能力培養達成情況的教學評價體系。

1.3.1 “虛實結合”的課程考核方式重構

“互聯網+”下“虛實結合”的課程教學實施主要包括線上線下混合的理論課程、VR+線下的工藝及事故測試綜合實驗、3D仿真+線下的工藝及應急管理對策綜合設計、安全管理信息系統+線下的綜合實習四類課程(見圖1)。線上線下課程綜合考核方式包括線上線下的過程考核、期末考核等多個部分。課程綜合考核的計算公式如下：

Fkc=∑wiui

(1)

式中：Fkc為課程考核計算結果;wi為課程第i個考核項的權重，可由專家打分計算得出[22]，或者由課程組教師賦值產生；ui為課程第i個考核項得分,課程考核項可為線上或線下的過程考核或期末考核。

1.3.2 “線上線下”安全知識結構建構效果評價

安全知識結構建構效果主要通過課程內容，根據課程性質的不同，分別對學生基礎知識點(Fzsd)、安全系統思維(Fxtsw)、操作技能(Fczsj)、實踐應用(Fsiyy)四個方面進行計算，與課程的對應關系見圖1。安全知識結構建構效果考核計算公式如下：

Fzsd=wzllull+wzsyusy

(2)

Fxtsw=wxllull+wxsyusy+wxsjusj

(3)

Fczsj=wcsyusy+wcsjusj

(4)

Fsjyy=wssjusj+wssxusx

(5)

式中：Fzsd為基礎知識點考核計算結果;wzll為理論課程在基礎知識點計算中的權重;wzsy為實驗課程在基礎知識點計算中的權重；Fxtsw為安全系統思維考核計算結果;wxll為理論課程在安全系統思維計算中的權重;wxsy為實驗課程在安全系統思維計算中的權重;wxsj為設計課程在安全系統思維計算中的權重；Fczsj為操作技能考核計算結果;wcsy為實驗課程在操作技能計算中的權重;wcsj為設計課程在操作技能計算中的權重；Fsjyy為實踐應用考核計算結果;wssj為設計課程在實踐應用計算中的權重;wssx為實習課程在實踐應用計算中的權重;ull為被評價學生的理論課程得分;usy為被評價學生的實驗課程得分;usj為被評價學生的設計課程得分;usx為被評價學生的實習課程得分。

同一類課程在不同安全知識結構單項建構效果考核計算中的權重可能不同；安全知識結構四個方面建構效果考核計算中各類課程的權重由專家打分計算得出或者課程組教師賦值產生。

通過對比被分析學生在基礎知識點、安全系統思維、操作技能、實踐應用四個方面建構效果的得分，找出學生安全知識結構的短板，為課程資源建設和安全知識結構建構提供反饋和持續改進依據。

1.3.3 安全工程問題解決能力培養成效綜合評價

解決復雜安全工程問題能力培養成效評價包括發現隱患能力(Ffx)、安全風險分析能力(Faqfx)、方案設計能力(Ffasj)、提出安全對策能力(Ftcdc)四個模塊，與安全知識結構的對應關系見圖1。安全工程問題解決能力培養成效考核計算公式如下：

Ffx=wfxzsdFzsd+wfxtswFxtsw

(6)

Faqfx=waqxtFxtsw+waqsjFsjyy

(7)

Ffasj=wfaczFczsj+wfasjFsjyy

(8)

Ftcdc=wtxtFxtsw+wtsjFsjyy

(9)

式中：Ffx為發現隱患能力培養成效計算結果;wfxzsd為基礎知識點在發現隱患能力計算中的權重;wfxtsw為安全系統思維在發現隱患能力計算中的權重；Faqfx為安全風險分析能力培養成效計算結果;waqxt為安全系統思維在安全風險分析能力計算中的權重;waqsj為實踐應用在安全風險分析能力計算中的權重；Ffasj為方案設計能力培養成效計算結果;wfacz為操作技能在方案設計能力計算中的權重;wfasj為實踐應用在方案設計能力計算中的權重；Ftcdc為提出安全對策能力培養成效計算結果;wtxt為安全系統思維在提出安全對策能力計算中的權重;wtsj為實踐應用在提出安全對策能力計算中的權重。

同一個安全知識結構單項在不同安全工程問題解決能力培養成效模塊計算中的權重可能不同；解決復雜安全工程問題四個模塊能力培養成效情況計算中各安全知識結構單項的權重由專家打分計算得出或者課程組教師賦值產生。

通過比較發現隱患能力、安全風險分析能力、方案設計能力、提出安全對策能力四個模塊的培養成效計算結果，找出被分析學生安全工程問題解決能力培養成效的短板。進一步以安全工程問題解決能力培養和提升為成果導向，以安全工程專業課程考核、安全知識結構建構效果評價、安全問題解決能力培養成效評價等各環節的反饋，促進線上線下混合式教學模式及能力培養達成情況教學評價體系的持續改進完善。

2 實例分析

2.1 “虛實結合”的課程綜合考核

本文以常州大學安全工程專業為例，線上課程資源及教學實施主要包括在線理論課程(如國家級一流在線課程“安全風險分析與模擬仿真技術”)、VR實驗課程(如國家虛擬仿真實驗教學本科一流課程“危化品運輸管理與應急處置虛擬仿真項目”)、3D仿真設計課程(如國家級虛擬仿真實驗教學示范項目“甲醇合成與精制3D仿真”)、線上實習管理信息系統(如“企業安全風險分區管理實習系統” )四類。“虛實結合”的課程綜合考核常見項目，見圖2。

圖2 “虛實結合”的課程綜合考核常見項目

“虛實結合”的課程綜合考核包括線上線下的過程考核和期末考核。過程考核方式根據課程類別的不同而設置，如理論課程的線上單元作業、學習討論、學習筆記和線下翻轉課程匯報，實驗課程的線上預習報告、安全測試、實驗流程測試、數據處理方法測試和線下實驗操作，設計類課程的線上工藝流程考核、設計方案考核、小組之間的方案互評，實習課程的線上實習工藝考核、安全對策考核、實例日記考核和線下實地實習操作效果考核等。期末考核也呈現多種方式，多以線下為主，如期末課程學習匯報、期末考試、實驗報告、設計小組匯報、小組成員之間互評、設計報告、實習匯報、實習報告等。

以常州大學安全工程專業171教改班24位同學“虛實結合”的安全工程專業課程綜合考核計算為例，該班同學各類課程得分的平均值見圖3中藍色曲線。

圖3 解決復雜安全工程問題能力培養達成情況教學評價體系實例的計算結果

由圖3可見，該班同學四類課程綜合考核得分計算結果顯示，理論課程平均分得分最低(77.27分)、3D仿真+線下設計課程平均分得分最高(83.15分)。

2.2 “線上線下”安全知識結構建構效果

安全知識結構建構效果計算分為基礎知識點(Fzsd)、安全系統思維(Fxtsw)、操作技能(Fczsj)、實踐應用(Fsjyy)四個方面，根據公式(2)～(5)，以安全工程專業171教改班24位同學安全知識結構建構效果考核計算為例，該班同學安全知識結構各項得分的平均值見圖3中橙色曲線。由圖3可見，該班同學安全知識結構建構效果中基礎知識點平均得分最低(79.21分)、操作技能平均得分最高(82.15分)。

2. 3 安全工程問題解決能力培養成效

解決復雜安全工程問題能力培養成效評價包括發現隱患能力(Ffx)、安全風險分析能力(Faqfx)、方案設計能力(Ffasj)、提出安全對策能力(Ftcdc)四個模塊，根據公式(6)～(9)，以安全工程專業171教改班24位同學解決復雜安全工程問題能力培養成效考核計算為例，該班同學各模塊能力培養成效得分的平均值見圖3中綠色曲線。由圖3可見，該班同學解決復雜安全工程問題能力培養的四個模塊中，發現隱患能力平均得分最低(79.88分)、方案設計能力和提出安全對策能力平均得分較高(81.82分)。

綜上分析可知，該班同學后續學習和工作中應該加強理論課程的學習、基礎知識點的積累和發現隱患能力的訓練。該評價結果給線上線下混合式教學模式及教學評價體系提供了有效的反饋意見，如線上線下混合理論課程講授及考核方式有待改善、安全知識結構建構應夯實基礎知識點、解決復雜安全工程問題能力培養要多關注發現隱患能力。進一步對全年級學生的課程綜合考核、安全知識結構建構效果、安全工程問題解決能力培養成效進行計算，其評價結果及分布情況可為該專業線上線下混合式教學模式及教學評價體系的持續改進和提升提供數據支撐。

3 結 論

通過建立解決復雜安全工程問題能力培養達成情況的線上線下混合式教學評價體系，研究與實踐的主要結論如下：

(1) 以解決復雜安全工程問題能力培養為目標，“逆向設計”基于能力分解、知識結構分解落地到安全工程專業 “虛實結合”的課程，“正向實施”通過課程教學實施、學生安全知識結構建構進而評價學生解決復雜安全工程問題能力培養成效，共同構成 “互聯網+”下解決復雜安全工程問題能力培養的線上線下混合式教學模式。

(2) 混合式教學模式下能力培養達成情況教學評價體系包括課程、知識結構、能力三方面，其中“虛實結合”的安全工程專業課程考核為理論、實驗、設計、實習四類課程，“線上線下”安全知識結構建構效果主要通過課程內容分類對學生基礎知識點、安全系統思維、操作技能、實踐應用四個方面進行評價，安全工程問題解決能力培養成效評價包括發現隱患能力、安全風險分析能力、方案設計能力、提出安全對策能力四個模塊。

(3) 能力培養達成情況線上線下混合式教學評價體系應用的實例分析結果顯示：該班同學后續學習和工作中應該加強理論課程(平均得分為77.27分)的學習、基礎知識點(平均得分為79.21分)的積累和發現隱患能力(平均得分為79.88分)的訓練。全年級學生的課程綜合考核、安全知識結構建構效果、安全工程問題解決能力培養成效等評價結果及分布情況可為教學評價體系的持續改進和提升提供數據支撐。