“互聯網+”智能引領“新工科”教學課件設計制作理念及應用

張海涵 陳勝男 朱陸莉 韓蕓 楊生炯

[摘 要]隨著教育部“雙一流”重大戰略的實施，在“互聯網+”智能引領驅動下，我國高等教育的發展面臨新的發展機遇與挑戰。在工程學科領域，“新工科”為學科發展注入了新鮮血液。在工程學科的教學過程中，教學課件作為驅動學科發展與傳遞知識的有機細胞，對于提升我國高等教育發展水平、保持發展活力具有重大意義。基于多年教學實踐，課題組凝練出“1個中心、2種途徑、8個策略”的課件設計制作思路。以學生為中心是課件設計制作的靈魂。課件制作強調重點突出、圖文結合、簡潔清楚、教學用具合理運用、巧用動畫、引用典型案例、互動恰當、習題鞏固。該設計與制作理念已成功應用于環境工程專業核心課程環境工程微生物學的教學改革和實踐，為我國“互聯網+”智能引領“新型環境工程”專業人才培養過程提供科學指導。

[關鍵詞]“互聯網+”； 智能教學； “新工科”； 課件設制； “雙一流”

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）07-0074-03

在“互聯網+”經濟時代，我國高等教育應該做到與時俱進，發揮自身優勢，基于“互聯網+現代教育”，躋身世界“一流大學、一流學科” [1][2][3]。目前，“智能技術”、“云計算”和“大數據”等新興領域促進了個性化的教育和學習形式就是基于網絡的教育和學習[4]。在網絡教育和學習過程中，教師是教學過程的設計者、在線學習的指導者，教學課件則是開展教育教學的關鍵因子。課件 （Courseware） 是指具有高效教學功能的多媒體軟件集成，是教師日常教學過程必不可少的部分，通過“教師—學生—多媒體”交互式的教學形式輔助并強化課堂教學過程，實現有效教學。

在我國高等教育與學科發展體系中，工科門類全國75所高校的188個學科躋身“雙一流”建設名單，其中材料科學與工程、計算機科學與技術、環境科學與工程等學科入選“雙一流”高校數量最多。2016年統計數據顯示，工科本科在校生538萬人，畢業生123萬人，專業布點17037個，工科在校生約占高等教育在校生總數的三分之一[5]，由此可見大學工科專業發展尤為重要。基于此，教育部頒布了《教育部高等教育司關于開展“新工科”研究與實踐的通知》，希望各類高校開展“新工科”的教育教學研究實踐活動，以深化工程教育改革，培養更多新型工程科技人才。目前，針對“新工科”（Emerging Engineering Education，3E）沒有明確的定義，筆者認為3E更加強調工程學科的應用性與交叉性，尤其注重互聯網、大數據、生物技術、新能源等新技術與傳統工業技術的緊密結合，從而培養大學生解決復雜工程科學問題的技能和能力[6]。

隨著我國經濟技術快速發展，“互聯網+”、大數據、物聯網、人工智能、綠色經濟等成為人們生活的主旋律，同時也產生了新的復雜環境問題，并且對環境污染控制工藝提出了更高的要求，多學科交叉與發展為有效解決復雜環境問題和構建新的工藝注入了新鮮的血液。在該背景下，為推動工程教育改革創新，高等院校作為工程技術人才培養的主陣地，在“復旦共識”、“天大行動”等新工科建設研討會基礎上，面向新工科背景的多學科交叉驅動環境工程人才培養模式構建與實踐研究迫在眉睫[7][8][9]，必須構建“新型環境工程”專業人才培養模式（見圖1）。

當前，如何讓“互聯網+”智能引領“新工科”的高效發展成為我國高等教育教學領域亟待解決的問題。作為一名普通的大學專業課教師，如何實現這一過程？傳授知識的輔助手段——課件就成為該過程的核心因子。“互聯網+”智能驅動教學領域產生了“雨課堂”、“MOOC”、“微課”、“翻轉課堂”等新的教育、教學手段與方式[10]。然而，無論采取哪種方式，課件制作的思路和質量都將影響我們的教學效果和人才培養質量。尤其對于基于信息技術的網上平臺、MOOC教學影響顯著。

環境工程作為“新工科”發展的重要組成部分，在我國大力整治環境污染問題、恢復藍天綠水的背景下，為“新型環境工程”專業人才的教育培養提出了新的要求[11][12]。西安建筑科技大學是我國西部地區擁有環境工程國家重點學科的院校，為我國西部地區培養了大批環境工程領域的人才。在國家“新工科”計劃實施的背景下，西安建筑科技大學“新型環境工程”專業的發展將為我國“一帶一路”沿線的環境保護工程技術提供智力支撐和人才保障。為了有效實現該過程，基于長期的教學實踐，我們凝練、設計出基于“1個中心+2種途徑+8個策略”的課件設計制作思路（見圖2），強化并實現有效教學過程，為“新型環境工程”專業人才培養過程保駕護航。

一、重點突出

課件是教學重要的輔助手段、課件在制作過程中要重點突出。每節課的課件是本節課知識點的體現，并不是將教材上的內容完全的拷貝在多媒體課件中，而是要經過任課教師的理解、加工，將深奧難解的知識點用簡單通俗的語言或圖形表示出來，幫助學生理解和識記。因此，在這個過程中，就要對重點內容進行深入的剖析和加工。

二、圖文結合

制作課件應該圖文結合，常用的軟件有PowerPoint、Authorware、Director和FLASH等。Authorware 是基于圖標的多媒體創作工具。PowerPoint使用最多、最容易掌握。一張幻燈片不能全部是文字，也不能全部是圖形，應該圖文并茂、文字不宜過多，過多的文字在視覺上會產生困倦感，降低學生的學習興趣和注意力的集中程度。

三、簡潔清晰

課件制作應該簡潔清晰，尤其是一節課中最后一張片子的設計和制作尤為重要，同時也是難點，這也是課件制作體現藝術性的地方。例如，微生物的生長繁殖部分課件制作，總結部分簡潔清晰，將本節課的主要內容用“一個生長過程，三種繁殖方式，四種測定方法，四個生長時期”共24個字進行總結，并配以具有邏輯關系的動畫展示（見圖3）。總結部分采用有限字數的口訣展示是一種好方法。這樣，學生下課后可能不記得具體的講授內容，但是只要將這張片子理解加記憶了，就會對后面復習起到提綱挈領的作用，有助于學生鞏固所學知識點。

四、教學用具合理運用

課件制作應該結合教學用具的使用，例如在環境工程微生物課程講解中，可以將微生物培養的接種物試管或培養皿帶到課堂，有利于學生直觀的看到微生物的菌落形態和培養基的特征，不但提高了學生學習興趣，而且對后面講授培養基或培養基制作的實驗起到拋磚引玉的作用。另外，智能教學用具的發展為我們課堂教學注入了新鮮血液。清華大學研發的“雨課堂”就是其中高效的現代教學用具（見圖4）。通過線上互動、提問和回答問題，教師可以實時的監測了解學生對知識點的掌握情況，學生也可以給老師反饋，實現師生有效互動，強化了有效教學過程。

五、巧用動畫

在教學課件的制作過程中，可以借助網絡GIF動畫體現講授內容，使得課件內容生動有趣，以提高學生聽課的積極性和專注度。百度圖片庫中有大量的動態圖可以利用。另外，國外網站的GIF圖更加豐富。例如，可以在查找部分輸入“細菌.GIF”，就會顯示眾多細菌的動態圖片，然后將圖像保存為GIF格式，插入需要的PPT中。同時，可以使用動畫加語音的方式，增加音效過程，使課件更加生動，從而提高學生注意力，增強學生學習興趣。在這里需要注意，課件制作中不是動畫越多、效果越好，任課教師應該做到適度。筆者建議，針對某些枯燥的知識點，要是能結合動畫進行講授展示，教學效果會顯著提升。

六、引用典型案例

課件制作過程中應該大量引入典型案例分析，這些案例可以來自于生產生活或者教師自身的科研領域，但一定要讓學生易懂、易接受。針對環境工程專業而言，可以將當前熱點的環境問題作為典型案例，也可以將生活中一些普遍的環境污染現象作為典型案例，輔助學生對知識點進行理解。例如：霧霾顆粒中隱藏的大量致病微生物，污水處理廠活性污泥中功能微生物的種群結構與水質的關系。通過引入日常大家熟知的一些現象提高學生學習興趣，例如，為什么將食材放在冰箱中可以短時保鮮？這就是溫度對微生物生長產生的影響，低溫可以抑制普通微生物的滋生，從而達到保鮮的效果。為什么水燒開后可以飲用？這就是高溫使得水體中菌體細胞內蛋白質發生了不可逆失活。

七、互動恰當

師生互動是需要任課教師對整個課堂有高度的把控力，時刻關注學生的反饋特征。因此，在課件中應該設置互動的環節或思考題。例如，在講到環境微生物的“代時”概念之后，可以安排一個小問題：某細菌在2小時內繁殖了5代，請問該菌的代時是多少？互動過程，一方面可以促進學生對知識點的理解，老師可以檢驗學習效果；另一方面，對于課堂上思想開小差、注意力不集中的學生，也是藝術性提醒和隱蔽性監督的過程。關于何時互動，可以在一節課的開始進行短暫的互動，通過簡單問題，讓學生盡快進入課堂角色。比如，在講授病毒章節，上課伊始，課件的第一張幻燈片就是一組“禽流感病毒”的動畫和一個小問題：哪位同學可以舉例說明，你所知道的環境中病毒都有哪些？讓學生立即參與到課堂教學過程中來，互動效果顯著。

八、習題鞏固

課件設計中需要根據大綱的要求，針對本節課的重點、難點內容設計2～3道思考題。在課件總結之后，應該設計出合理、難度適中的思考題，并且可以通過智能教學軟件——“雨課堂”推送給學生，進行線上師生互動和線下答疑解惑，以有效鞏固課堂上講授的知識點。學生對習題的作答情況反饋，可以提醒教師反思這節課程內容的講授方式是否合理、效果是否良好，并指導教師進一步優化課堂教學進程與過程。

九、結語

隨著教育部“雙一流”建設高校和學科的公布，我國高等教育進入了新的發展時期，同時也面臨新的發展機遇。在“互聯網+”經濟時代，高等教育模式發生著巨大變化。多元化智能教學手段的有效滲入，使課堂教學方式出現了多樣化和信息化。在學科發展領域，工科的發展成為新焦點，“復旦共識”和“天大行動”促使“新工科”應運而生，為工程學科發展指明了方向。在教學過程中，教學課件作為驅動學科發展的有機組成部分，對于提升我國高等教育發展水平具有十分重要的意義。作者基于多年的課堂教學實踐，在本文中提出了“1個中心+2種途徑+8個策略”的課件設計制作理念，并成功應用于西安建筑科技大學環境工程國家重點學科環境工程專業（卓越工程師培養計劃）的教學改革與實踐過程，為我國“新型環境工程”專業人才培養過程提供科學指導。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 劉剛，李佳，梁晗. “互聯網+”時代高校教學創新的思考與對策[J]. 中國高教研究，2017（2）：93-98.

[2] 李芒，鄭春萍，李子運，唐軼. “互聯網+”時代高校卓越教師的核心特征[J]. 中國電化教育，2017（1）：38-44.

[3] 王帥國.雨課堂：移動互聯網與大數據背景下的智慧教學工具[J]. 現代教育技術，2017（5）：26-32.

[4] 劉正輝，謝文玉，張冬梅，牛顯春. 基于MOOC交互模式的環境微生物課程教學改革探究[J]. 教育觀察月刊，2016（5）：9-10.

[5] 孔寒冰，葉民，王沛民. 多元化的工程教育歷史傳統[J]. 高等工程教育研究，2013（5）：1-12.

[6] 林健. 面向未來的中國新工科建設[J]. 清華大學教育研究，2017（2）：26-35.

[7] 吳愛華，侯永峰，楊秋波，郝杰. 加快發展和建設新工科，主動適應和引領新經濟[J]. 高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[8] 鐘登華. 新工科建設的內涵與行動[J]. 高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[9] 李華，胡娜，游振聲. 新工科：形態、內涵與方向[J]. 高等工程教育研究，2017（4）：16-19.

[10] 蔣雯音，楊芬紅，范魯寧. 雨課堂支持下的智慧課堂構建與應用研究[J]. 中國教育信息化，2017（10）：14-17.

[11] 宋慧婷. 全國60所高校環境工程專業課程設置調查與分析[J]. 高教學刊，2017（1）：36-37.

[12] 張學洪，張軍，曾鴻鵠. 工程教育認證制度背景下的環境工程專業本科教學改革啟示[J]. 中國大學教學，2011（6）：37-39.

[責任編輯：鐘 嵐]