線上教學(xué)模式下工科課程改革的探索與研究

白 濤，韓云濤，徐 博

（哈爾濱工程大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001）

工科課程是我國“新工科”教育最為基礎(chǔ)的承載工具，為體現(xiàn)新工科“以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才”的內(nèi)涵，對傳統(tǒng)工科課程的教學(xué)模式和評估方法進行改革具有重要的意義和價值[1]。

疫情期間，由于具有保證教學(xué)進度順利完成的優(yōu)勢，所以線上教學(xué)模式成為目前主要的授課形式。但區(qū)別于工科課程線下教學(xué)中采用多種授課方式協(xié)同的教學(xué)方法和多渠道的評估模式，線上教學(xué)既面臨著由“學(xué)生群體內(nèi)部高度非均質(zhì)化的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)需求”產(chǎn)生的有效到課率低、教學(xué)效果不均衡問題[2]，又面臨著“遠程授課”產(chǎn)生的教學(xué)和思政融入效果難以評估等問題，這些問題都對線上教學(xué)采用的非接觸式教學(xué)下的工科課程的教學(xué)方法、課程思政的融入方式以及教學(xué)效果的評估模式的改革提出了嚴峻挑戰(zhàn)。本文從工科線上課程改革的必要性、工科課程的思政融入意義和方法及工科課程改革的方法和評價手段等方面進行了探索和研究。

一、線上教學(xué)模式改革的意義和必要性

（一）線上教學(xué)改革是信息時代的要求

1869 年，哈佛大學(xué)校長查爾斯·威廉·艾略特提出，“大學(xué)必須迅速適應(yīng)人們的各種變化，因為它們正是為這樣的人存在的”[3]。線上教學(xué)模式作為信息化時代的主要教學(xué)方式，必然成為這一時代教書育人的重要載體。在疫情發(fā)生之前，線上教學(xué)以其獨有的遠程教學(xué)方式滿足了大量渴望優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的受教育群體的需求，對教育的公平性起到了重要的推動作用，從而在全球得到了快速發(fā)展。在全球疫情出現(xiàn)后，社交隔離的防疫措施令線上遠程教學(xué)模式成為了主要教學(xué)模式。可見，無論是今天萬物互聯(lián)時代對優(yōu)質(zhì)教育普及的需求，還是特殊疫情時期對教學(xué)持續(xù)性和連續(xù)性的要求，都在無形中提高了線上教學(xué)模式作為信息時代教學(xué)方式的重要地位。因此，線上教學(xué)模式的完善和推廣必然是未來后疫情時代教學(xué)改革的重要方面之一，線上教學(xué)模式也必然在未來的教育體系中發(fā)揮越來越重要的作用。

（二）線上教學(xué)模式是新工科教育的要求

工程科技作為推動我國改革開放以來追逐國際先進水平的排頭兵，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有非常重要的地位。為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興，必然需要更多的優(yōu)質(zhì)工科人才投身于國家建設(shè)中。工科課程及其教學(xué)體系作為我國培養(yǎng)工程人才的基礎(chǔ)，必然在我國的新工科建設(shè)中占有重要的地位。目前，國家對優(yōu)質(zhì)工科人才的需求與有限的線下優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源供給之間存在差距，而線上教學(xué)資源以其獲取方式簡便，授課內(nèi)容經(jīng)過嚴格評審，且能發(fā)揮工科課程將優(yōu)質(zhì)教學(xué)內(nèi)容與各類虛擬仿真手段結(jié)合的優(yōu)勢，必然能夠成為新工科建設(shè)的重要支撐。

（三）線上教學(xué)模式與課程思政融入

“培養(yǎng)什么人、為誰培養(yǎng)人”是每一個教育工作者在工作中面對的首要問題。“十年樹木，百年樹人”作為中華民族的主要教育思想之一與黨中央的“立德樹人”的要求高度統(tǒng)一。

在課程中進行思政教育并不是我國的專屬。以哈佛大學(xué)為例。1941 年，時任哈佛大學(xué)校長的科南特對哈佛大學(xué)的課程進行了改革，在1945 年出版的《自由社會的民主教育》即著名的“紅皮書”中具體闡述了這種改革思想，即通識課程的宗旨是在國家確認中培養(yǎng)忠誠公民[3]，美國高等教育委員會認為這是美國戰(zhàn)后課程改革的權(quán)威性文件。此后，科南特再次強調(diào)了培養(yǎng)效忠國家的情感的必要性，他認為對于一個明智的教育者而言，其任務(wù)是絕對肯定我們的哲學(xué)是最優(yōu)秀的“成熟”狀態(tài)，是用來批駁糾正那些傾向“不成熟”思想的學(xué)生[4]。可見，哈佛大學(xué)的教育、學(xué)術(shù)一直與美國的國家使命有機統(tǒng)一，其教育也是國家主義的學(xué)術(shù)和教育之路，目的是在教育中確立學(xué)生對國家的忠誠，強化公共服務(wù)意識，這也是西方教育最具代表性的一面。

線上教學(xué)模式因其傳播快捷、受眾多、易于使用多種媒體手段的特點，決定了其能在最短的時間內(nèi)將要傳播的思想傳遞到需要的受眾中去，特別是能讓工科課程的講授者更加方便地在課程中以更加直觀的形式融入我國工程建設(shè)中的偉大成就，能更好地融合課程和思政的精華，能更有效地培養(yǎng)真正優(yōu)質(zhì)的、祖國需要的人才。

二、線上教學(xué)模式的問題與改革

（一）線上教學(xué)模式中存在的問題

線上教學(xué)模式目前最主要的問題是遠程教學(xué)所帶來的疏離感，這種疏離感最直觀的反應(yīng)就是教師與學(xué)生之間在傳統(tǒng)教學(xué)中直接約束關(guān)系的降低，導(dǎo)致傳統(tǒng)線下教學(xué)中最為有效的教師與學(xué)生實時互動的教學(xué)模式難以實施。雖然目前多個網(wǎng)絡(luò)課堂平臺設(shè)計了多種互動方式，但均不能有效替代傳統(tǒng)的實時互動模式，這種缺點在工科課堂中的理論與實驗結(jié)合部分表現(xiàn)的更加突出，這種情況導(dǎo)致了學(xué)生在線上課堂中的學(xué)習(xí)效果在絕大程度上取決于學(xué)生的自我約束情況。而由于學(xué)生學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)需求之間的差異使得此類情況很不樂觀。根據(jù)筆者調(diào)查，在線上授課結(jié)束后相當(dāng)比例的學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)授課中課程內(nèi)容的接受程度遠低于線下授課的接受程度，教師寄予厚望的課堂重播功能也無法有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。調(diào)查顯示，在網(wǎng)上授課中，教師需要與游戲、小說、學(xué)習(xí)環(huán)境造成的放松感及學(xué)生長時間面對顯示器造成的疲勞等多種因素“爭奪”部分學(xué)生，稍有放松，就會造成課程中的“虛位”現(xiàn)象，即學(xué)生被顯示在線上課堂中，但卻不能有效學(xué)習(xí)。這種“虛位”現(xiàn)象，與線下授課中學(xué)生的“有效到課率”類似，但其在線上授課中更加難以統(tǒng)計和掌握。在線下課程中，到課率一直是最受關(guān)注的教學(xué)指標，而網(wǎng)絡(luò)授課的到課率等指標的統(tǒng)計已經(jīng)被“虛位”現(xiàn)象的負面效果所影響，在沒有了有效到課率的支持下，無論理論授課效果還是課程思政的融入等都會成為空談。因此，這也引出了線上授課模式的另一個問題，即有效評價問題。在傳統(tǒng)教學(xué)中，對教學(xué)的評價是一個多維的系統(tǒng)工程，從學(xué)生的到課率，專家課堂評價，學(xué)生評教，各種形式的考試和考核，企業(yè)實習(xí)評價，甚至學(xué)生工作后用人單位的反饋等多方面進行綜合評價，但線上課程的非接觸式的教學(xué)造成了有效評價依據(jù)收集困難，無法及時反饋指導(dǎo)教學(xué)改進等問題，讓教學(xué)評價工作的難度直線上升。

（二）線上教學(xué)模式的改革方式探析

針對“虛位”問題，這其實也是線下授課中的“有效到課率”問題的延伸，線下授課時許多教育工作者使用翻轉(zhuǎn)課堂的方式，讓學(xué)生和教師在授課時形成一種合作的關(guān)系，調(diào)動學(xué)生的主動參與意識來解決這一問題[5]。但這一方式的缺點是過度依賴教師的個人魅力和學(xué)生的主觀能動性，而在線上教學(xué)模式下，這些要求顯然更加難以達到。

針對這一問題，筆者針對工科課程和線上授課的特點，在實際教學(xué)過程總結(jié)出一種將理論教學(xué)與虛擬實驗在授課時有機結(jié)合的全課時交流的教學(xué)方式，其核心思想是，如果不能從主觀上將學(xué)生的注意力集中于課堂，那么就在客觀上將學(xué)生的雙手集中于虛擬實驗，讓學(xué)生在聽的同時自己動手完成與授課相關(guān)的實驗環(huán)節(jié)，并利用網(wǎng)絡(luò)授課的優(yōu)勢實時檢查進度并計入成績，從而解決“虛位”問題。以筆者主講的“自動控制理論”課程為例，利用SolidWorks 三維模型設(shè)計軟件與MATLAB 軟件結(jié)合可以得到可視化的三維運動模型的特點。以我校船舶特色為出發(fā)點，以能承載學(xué)科特色的簡化船舶模型的控制設(shè)計作為課程理論內(nèi)容的載體，從控制理論的基本對象出發(fā)，在教師講授控制理論基本對象的同時，指導(dǎo)學(xué)生使用SolidWorks 軟件自己建立一個簡化的三維船舶模型，讓學(xué)生更好地了解自己所學(xué)的控制理論的控制對象是什么，執(zhí)行器作用是如何反應(yīng)到控制目標上去的等最為重要的基礎(chǔ)問題。在講授控制結(jié)果分析和控制器設(shè)計時，指導(dǎo)學(xué)生同時使用MATLAB 完成典型問題的編程，并將其作用于設(shè)計的三維模型中，觀看三維模型在控制下的運動效果演示并與二維特性曲線對比加深所學(xué)知識的印象。此類方法不受遠程教學(xué)的距離影響，將仿真實驗設(shè)計全程加入線上授課環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生在課堂中忙起來，將理論的講授進度和學(xué)生動手的時間集中于課堂，最大限度地讓學(xué)生在聽的過程中動手操作，讓學(xué)生覺得這是一門有趣的、自己能參與進去的課程，只有達到這一效果，才能將學(xué)生的注意力從其他方面轉(zhuǎn)移到課堂中，才能有效解決“虛位”問題。

同時，在課程的評價方面，筆者借鑒了在軍品生產(chǎn)中采用的質(zhì)量監(jiān)督的經(jīng)驗，遵從以嚴格的過程監(jiān)督來保證軍品合格的出廠質(zhì)量的原則，經(jīng)過總結(jié)即是“人、機、料、法、環(huán)、測”等六個方面的原則，即要求從事生產(chǎn)的人員資格齊全，參與生產(chǎn)的設(shè)備要按時保養(yǎng)和進行檢驗，所有原材料要有合格證和入廠檢驗流程，所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)必須按評審過的工藝方法施工，所有施工環(huán)境必須保證監(jiān)測手段有效且指標符合要求，過程和出廠測試必須在軍方參與的情況下按照評審文件嚴格驗收并簽字確認。如將這種方法引入線上教學(xué)評價中，則可改變要求，讓教師備課準備充分、教學(xué)設(shè)備合適、教材和教具合規(guī)、教學(xué)方法和教學(xué)環(huán)境合適、考核方式有效，全程保留所有記錄并確認來源等，這些記錄將能夠在所有對課程效果的復(fù)查中得出有益的反饋，對于線上授課效果的評估有重要的意義。目前大數(shù)據(jù)的應(yīng)用已經(jīng)普及到了各行各業(yè)，應(yīng)用人工智能和大數(shù)據(jù)來分析學(xué)生在線上授課中的發(fā)言、師生互動及其他數(shù)據(jù)，將是未來線上授課效果評估的趨勢。

（三）線上教學(xué)的思政融入模式探索

在工科課程的線上教學(xué)中，思政融入是一個必須優(yōu)先解決的問題。通過實例講故事是思政融入課程的有效方式。得益于我國建國以來在工程建設(shè)方面的巨大成就，工科課程可用的實例相對豐富。筆者在線上教學(xué)中，即以學(xué)校的船舶特色為切入點，將課程思政的內(nèi)容以例子和歷史故事的形式，在課程的不同階段自然融入授課過程以及學(xué)生親自動手完成的模型和實例中，以達到鹽溶于水的效果。如在學(xué)生親自動手設(shè)計船舶模型時，即可介紹我國船舶的發(fā)展歷程，特別是我校自主研制的我國第一代減搖鰭的設(shè)計故事，輔以視頻、圖片等手段，講好課程思政。

線上授課的思政融入效果的評價和反饋也是線上教學(xué)必須的環(huán)節(jié)。線上授課的遠程特點在造成諸多不便的同時也成為了學(xué)生敢于充分表達自己的思想的優(yōu)勢條件。在授課中，如果學(xué)生真正自己完成了模型與算法的構(gòu)建，并真正掌握所學(xué)的知識，那么他自然有底氣去發(fā)表自己的意見和思想，從而實現(xiàn)從課堂上的看與聽，變?yōu)樽雠c想。在充分收集了學(xué)生的反饋信息后，教師若能積極借用先進的智能分析工具，根據(jù)學(xué)生在教學(xué)過程中留下的這些痕跡，借鑒并改造目前廣泛應(yīng)用于網(wǎng)上購物的精確推送的算法，對課堂的教學(xué)和思政融入效果進行評估，甚至若能將此類方法推廣到學(xué)生的所有課程中去，綜合評價其在整個學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)，那么目前存在于課程思政評價中的難題將出現(xiàn)一個新的解決途徑。

三、結(jié)語

線上教學(xué)模式是一種順應(yīng)時代的授課模式，疫情的發(fā)生在客觀上對其發(fā)展起到了推進的作用，但其目前存在的問題也不容忽視。文章通過對工科線上教學(xué)特點的分析和總結(jié)，提出將理論授課和虛擬實驗在線上授課中同步進行并有機融入思政內(nèi)容的方法，通過讓學(xué)生的雙手忙起來的方式，提高有效到課率從而達到提高教學(xué)效果的目的，同時提出參考軍品生產(chǎn)質(zhì)量保證方法及大數(shù)據(jù)結(jié)合智能算法來進行線上教學(xué)評估的方式。