新工科背景下高校教師教學思路的轉變

王靜

摘要：基于新工科的主要特征和對人才培養的新要求，提出從專業教育知識體系和課程設置等方面進行變革；指出教學、科研與實踐的協調統一是新工科建設的突破口，并分析了如何將科研分別與教師“教”和學生“學”相融合；詮釋了基于互聯網技術的混合式教學模式的內涵和特征，解析了如何通過社會、學校、教師、學生等多方的密切合作推行該教育模式，為培養出適應新工業需求的合格人才提供了參考。

關鍵詞：新工科；教學；科研；互聯網+；混合式教學

中圖分類號：G645 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）47-0021-04

2011年，德國人第一次提出了“工業4.0”的概念。此后，美國、日本、法國和中國等科技大國紛紛摩拳擦掌，緊鑼密鼓地迎接“第四次工業革命”的到來。有別于前三次工業革命，第四次工業革命是一場科技的革命，在物聯網、人工智能和數字化等技術的結合下改變著整個經濟社會[1]。《中國制造2025》和黨的十九大報告為我國由制造大國轉變為制造強國指明了方向，那就是從社會、戰略、人才和技術四個方面進行全面的變革。而工業的發展必然會推動教育模式的轉變，工業革命也迫切需要新型工科人才的加入。2017年初召開的《綜合性高校工程教育發展戰略研討會》上提出了“新工科”的概念，并指出“中國要想在未來全球創新生態系統中占據戰略制高點，迫切需要培養大批新興工程科技人才”[2]。

新工科的特征主要體現在五個方面：新的工程教育理念、新的專業結構、新的人才培養模式、新的教育發展體系和教育教學的新質量[3]。而新工科也從技術能力、知識能力、學術能力、個人效能以及社會能力五個方面對學生的核心能力提出了新的要求，要求他們能夠把學到的知識、掌握的技能、個人行為和塑造個性成功應用于將要完成的工作中去[3]。高校新工科建設不僅從學的角度對學生提出了新的要求，也從教的角度對高校教師的教學策略提出了新的考驗。在此背景下，傳統的教學方法已無法滿足創新工程教育的基本要求。因此，亟需探尋一種以教學、科研和實踐融合為突破口，基于互聯網技術的混合式教學方法。

一、專業教育知識體系的改變

傳統的工科教學旨在培養學生運用所學科學與技術的基本原理來解決一些實際問題。作為高校教師，我們的任務之一就是培養“合格”的畢業生，而不同時代背景下，對“合格”的定義截然不同。新工科背景下的畢業生必須具備未來工程師的能力和素質，即：工程實踐能力、創新創業能力、跨學科交叉融合能力、自主終身學習能力、一定的人文素養和社會責任[3-4]。由此看來，為了培養適應新要求的專業人才，對傳統專業教育知識體系的重整勢在必行。人才培養體系需要與產業發展相適應，應根據社會和企業發展的需求，對現有知識結構體系進行多元化、精細化的調整。新的專業教育知識體系應基于STEM教育知識體系構架，融入創新教育知識體系、實踐應用教育知識體系和科研成果[5]。

從課程設置來看，更注重于對學生實踐能力的培養，課程體系不僅要體現應用性的特色，還要多元化，突出創造性和學科的交叉融合性[6]。而教材作為課程體系的載體，需突破傳統的教材選擇模式的禁錮，在符合培養目標和體系合理的基礎上，應更多地體現實用性。甚至可以嘗試無固定教材的模式，只要便于學生理解和掌握的材料都可以作為教材，這樣更有利于培養學生超越學科和專業領域的局限的思維能力。

以筆者所在的傳統內燃機專業為例，近年來受新能源汽車發展的沖擊，在招生生源和畢業生就業方面都受到了較大的影響。一些入學后的學生申請轉專業，不少畢業生紛紛轉投他行。這些現狀引發了我們對內燃機專業教育的思考，再不做改變，我們培養的學生將無法適應社會和產業發展的需求，也就不是“合格”的畢業生。為此，我們對傳統的專業知識體系進行重構。新能源汽車將以動力電池和控制系統取代傳統內燃，在培養學生基本技術能力的基礎上，新增了應用化學、材料學、電氣系統和控制技術等實用性課程，成立了新能源汽車重點實驗室。而傳統內燃機發展至今早已是一臺智能化的機器，是信息技術的載體，因此，我們還增設了計算機技術、信息技術和電子技術等方面的課程，成立了動力機械清潔能源應用重點實驗室，以滿足培養多元化專業人才的需求。我們還修訂培養方案，延長專業實踐課程的學時，實踐單位也以新能源汽車及其零部件企業為主；在畢業設計環節，鼓勵企業導師和校內導師共同指導，保要學生將所學知識與企業的生產實踐相結合。為了滿足對專業教育更科學的質量管理和控制理念，我們積極籌備，加入工程教育專業認證的行列。

二、教學、科研與實踐相融合

19世紀初，德國教育學家威廉·馮·洪堡提出了著名的“洪堡大學三原則”，即大學自治、學術自由、教學與科研相統一，極大地推動了大學現代化的進程，科研在高校中的地位亦與教學相當。當前，工科大學的職能在于培養適應現代社會發展需要的應用型人才，因而，教師的教學與科研、生產實踐融合式發展便成為保障人才培養質量的重要方式。然而，在社會經濟發展水平的制約下，我國大部分的高等院校都無法像國外知名大學那樣，做到教學與科研的完美協調發展。主要存在以下四個方面的問題[7-10]：首先，諸多院校專業設置的同質性和人才培養目標的模糊性，導致教師教學與科研熱情的減弱；其次，教學與科研資源分配不均，多數高校在科研方面的經費投入高于教學，而大多數教師在科研上的投入時間遠低于教學；再次，教學、科研、實踐相脫節，普遍存在為科研而科研的現象，使得科研無法推動教學和實踐的發展；最后，來自學校以外的要求和制約也會影響教學和科研的關系。

盡管如此，教學、科研與實踐的協調統一仍是新工科建設的突破口，也是促進新產業、新經濟發展的催化劑，為此，可以從以下兩個方面進行探索和實踐。

1.科研與教師的“教”相融合。高校教師所主持或參與的各類科研項目都體現了本學科或專業發展的前沿和動態，有的源于社會生產實踐的需要。其研究內容和研究方法都是不斷變化的，這就要求高等學校不同階段的人才培養目標也要適時調整，對應的專業教育知識體系和教學內容必須及時更新。教師的教學分為理論教學和實踐教學。首先，理論教學是新工科人才培養的基礎內容，如果能將本專業領域科學研究的基本理論和方法以CPC（Classroom-attempt，Project-based，Case-based）的教學方式融入到理論教學中，不僅會激發學生的學習興趣，還會增強其對所學專業知識的學習和應用能力。其次，實踐教學是新工科人才培養的重要環節，對于培養學生的創新精神和應用能力至關重要。教師所主持或參與的科研項目中需要完成大量研究創新性、設計性或綜合度較高的實驗，如果以此類項目為資源，實現科研與實踐教學的有機結合，將會鍛煉學生主動發現和解決問題的能力，培養其創新思維。學生的畢業設計選題也應從主持或參與的科研項目中有針對性地選擇。

為了培養出合格的，能夠適應新產業、新經濟發展的新工科人才，高校教師還需實現自我轉型與升級。作為一名高校教師，應不斷提升自身的教學能力和綜合素質，拓展新的教學資源。研究課題中有一些新的內容、知識、方法或技術，教師應以各類方式將其融入到教材、課堂或實驗室。教師對于產業的動態發展和人才需求變化要能進行準確的預判，并實現與教學的實時對接。高校教師在思想上應跳出競升職稱的禁錮，轉而以社會發展和創新創業需求為導向，變被動科研為主動科研，根據自身的科研興趣和定位，實現基礎理論研究與產業發展中關鍵問題以及市場需求的有效對接[5，8]。

2.科研與學生的“學”相融合。高校教師是推動新工科發展的中堅力量，而人才是實現工科轉型的關鍵。大學生的創新能力直接決定了一個國家和民族的創新力，將他們培養成適應新工業發展的“合格”人才是我們肩負的使命。而讓大學生參與教師的科研課題，并在科研中學習是培養其創新能力的重要舉措。

目前，多數高校的做法是設立大學生創新創業項目，并鼓勵學生以團隊的形式自由申報。此舉在一定程度上也確實調動了大學生主動參與科學研究的積極性，培養了他們的創新意識和創新能力，提高了他們的科研素質。但筆者也對所在單位近幾年大學生創新創業項目的申請和執行情況進行了調研分析，發現存在以下幾個方面的問題[5，8]。第一，雖然大學生創新創業課題的立項覆蓋率較高，但有部分項目是只立項而無經費支持，即使立項的經費額度也比較低，無法對項目的執行形成很好的支撐。第二，部分學生申請大創項目只是出于對科研的神秘感，或是為了完成畢業所需的創新學分，又或是為了能在評獎評優中加分。項目執行一段時間后，他們可能會失去起初的熱情，即使在指導老師的反復催促下，也不能很好地完成相應的工作。而指導老師的潛意識可能就會認為本科生還是缺乏從事科研工作的能力，后續也就不愿意再指導。第三，本科生的大部分時間都用在了課程學習上，為了應對各類考試，客觀上他們并沒有太多的精力投入大創項目中去。

基于上述分析，筆者認為應從根本上將科學研究的理念融入到本科教學工作中去，構建一種能夠激發學生積極參與熱情并善于探索的教學方式。首先，課堂學習中應多進行基于TPS（Think，Pair，Share）策略的主動學習活動，采用啟發式的教學方式，將實際問題與課堂內容相結合，教師引導討論，學生各抒己見。如此，才能激發學生對知識的渴望，培養其解決實際問題的能力和對科研創新的興趣。筆者所在的學院每個星期都會舉辦“每周一講”的科研活動，具有不少的本科生積極參與其中，取得了較好的效果。其次，以教研貫通、學科交叉的原則，將科研活動融入學生的實踐學習中，不管是生產實習還是畢業設計，讓學生學會以科研的思路和方式來解決相應的問題。當然，能力的培養不是一蹴而就的，我們的新生入學后，一般就會開設專業教育課程，邀請學科內的資深教授將專業的最新發展動態，將他們的研究課題和研究成果展示給學生，激發他們對創新學習的興趣。此外，學校還應建立科學的科研訓練和評價體系，形成對應的激勵機制，采用靈活的學分制度，或是對于在科研訓練中表現優異的學生優先推薦為研究生。

三、基于互聯網技術的混合式教學方法

2015年3月，李克強總理在政府工作報告中首次提出“互聯網+”行動計劃，“互聯網+”是指以互聯網技術為核心的信息技術在社會各領域的融合和應用過程。教育部發布的《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》中明確指出，要推進信息技術與高等教育的深度融合，促進教育內容、教學手段和方法現代化。混合式教學是傳統課堂教學與學生自主操控學習進程的在線教學達成整合統一的教學過程，它既是一種教學形式，又是一種教學策略[11-12]。

而基于互聯網技術的混合式教學能夠充分發揮互聯網資源的優勢，改善教學模式，從原來以教師為中心的教學模式轉變為以學習者為中心的互動教學模式。其內涵與特征主要表現為以下幾個方面：（1）學習資源的多元化，除了書本資源和實物資源外，還可借鑒互聯網上優秀的學習資源；（2）不同學習時空的混合，采用課堂教學與在線學習相結合的方式，在學習時間和學習地點的安排上就更加靈活；（3）學習工具的多元化，互聯網技術飛速發展的今天，更多新的學習工具應運而生，如SPOC平臺、MOOC平臺、QQ、微信、視頻會議系統、VR系統、AR系統、題庫系統等；（4）學習方式的多元化，如“線上學習+線下學習”、“同步學習+異步學習”、“課堂授課+自主學習+協作學習”、“接受學習+探索學習”等；（5）不同深度的混合，從指導思想、學習設計、學習工具到學習評價等各個方面都注意發揮傳統學習方式與在線學習方式的優勢。

推行基于互聯網技術的混合式教學，需要社會、學校、教師、學生等多方的密切合作。首先，根據各學科專業發展的特點和學生的實際認知情況合理整合和運用互聯網資源，有助于提升教師教學和學生學習的體驗。如我們現在最常用的Email、QQ和微信等工具能為師生間開展話題討論、探索關鍵問題并提高學生對復雜概念的理解提供有效平臺。其次，推行混合式教學的改革，教師是關鍵，但當前高校教師群體中仍有一部分老師對于微信、QQ等“新鮮事物”并不熟悉。而信息化素養是評價“互聯網+”時代教師和學生綜合能力的一個重要指標，師生信息化素養的高低決定了混合式教學效率的高低，因此，作為高校教師更應不斷地提高自身的信息化素養。再次，及時有效地進行學習統計和分析。MOOC和SPOC等平臺上的學習行為數據可被記錄、推送或挖掘，根據數據對學生的學習表現與學業成功率進行量化評價和可視化分析，為老師和學生反思教與學的過程提供幫助。這些開放的學習平臺能夠實現教學的模塊化和縱向擴展，對其關注點也應落在具體層面上，比如如何組織實施、如何激勵教師、如何制作課件、如何推動應用和如何實現可持續發展。

當然，基于互聯網技術的混合式教學是錯綜復雜的，是各要素相互作用的結果，具體實施細節因時代而異、因學科而異、因學校而異、因學生而異，需要根據新工業的發展不斷地進行研究和完善，如此才能實現培養“合格”新工科人才的目標。

四、結語

第四次工業革命對新工科背景下的人才培養提出了新的要求，高等學校肩負著培養工科學生解決復雜問題、進行批判性思維和創新創業等核心能力的使命，這也勢必會推動教育模式的根本性變革。作為高校教師，在培養人才的過程中也應緊跟社會和時代變更的步伐，適時轉變教學思路，在專業教育知識體系變化的過程中不斷學習和提升自身能力和素質，以教學、科研和實踐有效互融為突破口，探尋基于互聯網技術的混合式教學方法。教學管理制度也應從以學校為基礎的封閉式學分評價制度，轉變為適應于混合學習的學分互認制度。

參考文獻：

[1]朱正偉，周紅坊，李茂國.面向新工業體系的新工科[J].重慶高教研究，2017，5（3）：15-21.

[2]胡波，馮輝，韓偉力，等.加快新工科建設，推進工程教育改革創新——“綜合性高校工程教育發展戰略研討會”綜述[J].復旦教育論壇，2017，15（2）：20-27.

[3]周開發，曾玉珍.新工科的核心能力與教學模式探索[J].重慶高教研究，2017，5（3）：22-35.

[4]李培根.工科何以而新[J].高等工程教育研究，2017，（4）：1-4，15.

[5]施曉秋，趙燕，李校堃.融合、開放、自適應的地方院校新工科體系建設思考[J].高等工程教育研究，2017，（4）：10-15.

[6]汪福俊，陸蘇華.“新工科”視域下地方應用型本科高校專業建設研究[J].科學大眾·科學教育，2017，（9）：148-149.

[7]朱飛，屈艷娜.基于協同視角的我國大學教師教學與科研和諧發展路徑[J].繼續教育研究，2018，（1）：75-78.

[8]劉虹，郭景海，吳春英，等.基于工程應用型人才培養目標的科研與教學相結合的探索與實踐[J].吉林化工學院學報，2018，35（2）：21-23.

[9]王鳳婷，潘洪玉，王楚楚，等.大學生科研創新能力培養存在的問題及對策[J].中國現代教育裝備，2017，（12）：72-74.

[10]王偉.轉型視角下教學與科研協調發展研究[J].吉林工程技術師范學院學報，2018，34（1）：72-74.

[11]董玉冰，李明晶.新工科背景下混合式創新教學在數字電子課程中的應用探索[J].長春大學學報，2017，27（10）：117-120.

[12]秦楠.“互聯網+”背景下混合式教學模式建構研究[D].濟南：山東師范大學，2017.