以智慧和混合為標志的“新工科”專業課程在線教學實踐

齊振超 田威 王珉

摘? 要：疫情之下的在線教學要求給高校航空航天制造專業教學帶來了挑戰和機遇。文章剖析了特殊形勢下航空航天制造專業課程教學特點，分析了在線教學環境對“教與學”從理念、習慣、工具等多方面的影響，總結了教學模式選擇的原因。列舉了強化學習動機的導論課、依托智慧教學工具的知識點自學、工程連線、辯論賽、詞匯競猜、課程答辯等教學措施，詳述了具體實施方式和效果，最終總結在線教學實踐的反思與心得。

關鍵詞：智慧教學;混合式教學;“新工科”專業課程;在線教學;航空航天制造

中圖分類號： G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）27-0001-05

Abstract： The online teaching requirements under the epidemic situation have brought challenges and opportunities to the teaching of aerospace manufacturing majors in colleges and universities. This paper analyzes the teaching characteristics of aerospace manufacturing courses under special circumstances， analyzes the influence of online teaching environment on "teaching and learning" from the aspects of concepts， habits and tools， and summarizes the reasons for the choice of teaching mode. This paper lists the teaching measures such as the introduction course to strengthen learning motivation， self-study of knowledge points based on intelligent teaching tools， engineering connection， debate contest， vocabulary quiz， course defense， etc.， and elaborates the specific implementation methods and effects， and finally summarizes the reflection and experience of online teaching practice.

Keywords： intelligent education; blended instruction; emerging engineering education; online teaching; aeronautics and astronautics manufacturing

從二十世紀九十年代開始我國高等學校教學方法和學習資源改革就進入新的階段，教學方法的改革、教學資源的開發與研究逐漸引起業界的重視。從2000年起，我國開始實施新一輪的教育課程改革，本次課程改革將改變“課程內容”、“課程結構”、“課程實施”作為重要內容，其核心是要求加強對課程資源的開發和研究[1]。北京大學、上海交通大學、南京大學、西北工業大學等學校利用網絡平臺和信息化技術，探索教學方法改革、大力開發數字化教學資源，取得了顯著成果。

1802年，德國教育家赫爾巴特第一演講教育相關內容時，指出教學智慧的重要性。隨后，國外學者逐漸從信息化角度展開對智慧課堂的研究，主要包括以下三個方面：學習方式的個性化、自主化和多元化;學習活動本身的學習模式的構建;信息技術手段對學習的促進。2014年，美國在高等教育地平線報告中將翻轉課堂和學習分析技術作為主流應用到教育中，讓翻轉課堂再次成為人們關注和研究的焦點[4]。國內對于信息化視角下智慧課堂的研究始于2011年，并呈現逐年增長的趨勢。2012年，黃榮懷從多媒體與網絡教室的困境到智慧教室的提出，分析當前數學學習環境的六個不足方面，并提出智慧教室的“SMART”概念模型以及三種典型智慧教室的分析[5]。2016年，祝智庭等指出翻轉課堂的“效果天花板”和“認知天花板”的不足，并提出向智慧課堂的轉變的使用方法[6]。2016年，清華大學推出一項智慧教學工具-雨課堂，讓學生隨時隨地學習老師推送的學習資源，并可對整個教學過程進行跟蹤監測和實施評估[7]。2017年，龐敬文等分析了智慧課堂支持深度學習的應用特點，構建了信息化教學評價維度，并利用專家評判對評價維度進行了修訂和完善，設計了深度學習視角下的智慧課堂評價指標[8]。隨著2015年“互聯網+”行動計劃納入國家戰略，在知識社會創新2.0推動下，互聯網與教育的互動與演進必將打造出更加開放的教學環境，催生出教學共同體的嶄新樣態，在數字化、信息化、智能化的教育環境下促進學生全面自由的個性發展。因此，在線教學的演進與發展值得進行持續的關注和反思。

通過對領域現狀的分析可以看出，在線教學單點技術的成熟度已經達到了應用的等級，國內外高校也嘗試了將其在教育領域進行應用，取得了一定的效果。新型工科專業課程的教學中，在線教學的新技術并不能直接強行替換原有的教學步驟，這會對整個教學模式產生強烈的沖擊，需要我們系統的考慮教學目標、內容、手段，將教學與科研打通，將虛擬實驗與實操實驗打通，以智慧教學和混合式教學為標志，建立科研、教學、實操實驗、虛擬實驗之間的關聯，形成有“新工科”新型專業特色的培養模式，從而為新時代航空航天人才的培養做出貢獻。

一、特殊形勢下航空航天制造專業課程教學模式選擇

我國工程教育改革發展面臨的外部環境正在發生快速的變化，新工科是國家為主動應對新一輪科技革命與產業變革而推行的戰略，為工程教育的理論和實踐探索提供了一個全新的視角[1]。新工科可分為新型、新生、新興三類，其中新型工科專業，是針對傳統的、現有的工科專業這些“存量”，面向產業未來發展需要，通過信息化、智能化或其他學科的滲透而轉型、改造和升級即“更新”成的[2]。新型工科專業的“新”可以體現在人才培養全過程中的主要環節的改革、變化和發展。

以航空宇航制造工程為代表的航空制造類專業是典型新型工科專業。由于航空航天產品的科技含量高、體系復雜、功能繁多、性能要求嚴格的特性，其制造自然而然成為一個包羅萬象的復雜系統工程，航空航天制造業朝著智能化、高端化、綜合化方向發展，相應的專業課程也繼承這些特點，體現出顯著的專業性、綜合性和復雜性。因此，該類型新工科專業的教學體系，包括教學目標、教學資源、教學方法、教學工具等均有著顯著的特點和不同的需求。

目前，我國進入了小康社會的沖刺階段，經濟發展達到一定水平，人民物質生活水平普遍提高。各行各業的發展由外延式逐漸向內涵式轉變。反應到教育領域的顯著表現就是人均教育資源增多，教育體系的各環節成員素質顯著提高，對于過去由于教育資源限制等原因形成的教育體系，有必要也有能力去改變。

然而，新型工科專業直接繼承于有著幾十年歷史的傳統工科專業，早已形成了復雜且相對穩定的教學體系。所謂牽一發動全身，如果切入點不對，難免會事倍功半，甚至對教學效果產生不良影響。

一線教師作為教學活動的軸心和教育理念的直接施行者，肩負著重要的責任。教師在課堂上傳授的內容，能否落地，沉淀為學生的能力？國家、學校等上層鼓勵的教改，能否真正落地，推行到新工科的教學活動中？教學與教改的最后一公里，直接取決于一線教師。本文將針對新型工科專業，從一線教師的視角，以課堂教學方法為切入點，以期帶動教學體系系統化的變革。

古語云，質勝文則野，文勝質則史，強調的便是形式和實質的關系，二者需要平衡，需要“文質彬彬”。教學當然不能死氣沉沉，一味填鴨、灌輸，但是如果過于追求形式、花樣、新鮮，會不會走向另一個極端？

疫情突然到來，這種特殊形式下，最優的教學方法是什么？當然不同環境下，可能有不同的最優解。比如在師資很少、教學資源有限、學生很多、側重通識教育的環境下，填鴨式授課反而是最優的選擇。那么在我們師資力量、教學工具、學習資源、學習習慣都有了翻天覆地變化的今天，最優的教學方法是什么？

混合式教學在一般意義上指的是“線上自學+線下教學活動”的混合式。本次課程教學選擇混合式教學的原因有三個：

第一，只論知識點講述，錄制課程比真人現場講得好?？梢圆捎酶咚浇處煹恼n程資源，也可以自己錄制，都比臨場發揮效果要好。教師也沒有必要每年做重復工作。

第二，講授的教學方法，是知識存留率很小的低效方法，學生自學效果不比課堂聽課差多少。每個人的學習進度不一樣，關注的重點也不一樣;而且學生需要鍛煉自學能力，在知識大爆炸的今天，這是比知識更重要的生存技能。

第三，學生的能力培養，不僅限于知識點的傳輸。在之前匯報過，我把學生的能力分為三個層面，我們的課程不能僅僅承擔知識層面的作用。這些能力要求，決定了我們課堂教學不能僅僅是知識點的傳授。

二、具體的混合式教學措施

相信這個模式已經被大多數的老師們接受和認可，只不過在實施的時候，遇到些具體的問題。比如，線上線下的時間如何平衡？課堂上是否可以播放教學視頻讓學生自學？選用別人的教材還是自己錄制？課堂教學是否只需要給學生答疑就可以了？課堂上是否要重復講一下知識點？教學活動如何提升知識效率？

我詳細介紹一下本次課程嘗試的方案，供參考。雖然本次授課因為疫情影響有些不同，連課堂面對面的部分都在線化了，但本質上并不影響。這也說明，混合式教學的本質其實并不是“線上線下”的混合，而應該是知識點自學與能力拓展的混合。

（一）重要的導論課，強化學生課程學習動機

教學，是老師和學生協作的一個工作，必須要做好各方面的準備，讓學生領會并認可教師的理念、方法。從劉慈欣的科幻故事“鄉村教師”講起，從大宇宙宏觀角度，聊聊“教學”的意義;把目前的教學形態，從時間跨度上和孔子立私學，南渡北歸對比，幫同學們樹立當前教學形式變革的信心。然后簡單溝通了學生三個層次的培養目標，讓他們理解為什么要混合式教學。

之后重點給同學們聊聊這門課要學什么，為什么要學這門課，這門課要怎么學，重點溝通了教學工具的互動方式、課程考核方式。關于考核方式必須要強調，影響到學生的積極性。自學過程和課題知識點測試占50分，這是硬知識點的考核;小組活動、課堂表現，占50分，由小組長分配，而每個小組的總分數由課堂活動表現確定。

因為每個人能調動的人數極限在6-10人，把全班分若干個小組，小組長單獨建群，稱為課代委，增強老師的掌控力。讓每個小組課下進行團隊文化建設，創作組名、旗幟和口號，增強團隊凝聚力，如圖1所示。這些細節都是基于組織心理學理論展開，保障了后續課程活動中小組成員的積極性，為教學活動的順利開展奠定了基礎。

（二）知識點課下自學，充分發揮智慧教學工具的優勢

拆分知識點，創建知識地圖，為地圖每個坐標配置相應的視頻微課資料，用于學生的復習，哪里不會點哪里，提高復習效率。

雨課堂配音錄播，學生課下自學。使用雨課堂配音的原因是相比視頻，它更方便學生定位到某個具體知識點，可以根據自己情況把控學習進度，并且具有非常到位的學習情況記錄功能，每頁PPT學生是否閱讀都清晰顯示。

學生自學最大的問題不是老師講不好，而是學生的聽課狀態。為了保證學生的自學效果，梳理知識點，修改課件，加密知識點測試，保證能夠吸引注意力，并且形成評價結果。

每個學生進度相差很大。但基本上都花費了相當多的時間課下自學，如果每門課都這么做，然后還正常上課，學生肯定吃不消。我曾經嘗試讓學生在課上看課件學習，但是由于每個人進度不一樣的問題，導致之后的教學活動很難按時展開，效果不好。后來采取折中辦法，學生還是課下自學，課上教學活動結束后，可以選擇早下課休息，當然也可以選擇繼續在課堂上與老師進行互動。

針對學生錯題、標記的PPT，或者提出的問題，進行針對性的統一講解，重復強調課程重點知識點。這個答疑很重要，我們基本上完成了知識點的傳授，傳統課堂的任務已經結束，可能有人認為這就是混合式教學了，畢竟我們有“線上”，也有“線下”，而且教學大綱執行完畢了。

但真正的混合式教學到這遠遠沒有結束，我們還需要對學生興趣的培養，能力的培養。為此，我們設計并實施了工程連線，辯論賽，詞匯競猜，課程答辯大作業等教學活動。

（三）最受歡迎的工程連線，科研與教學的結合

平時在科研過程中，在工程領域積累了不少人脈資源，工程中存在大量教學素材，對于提高學生的工程認知能力和興趣有著顯著意義。我們在課程進行到相關知識點的時候，通過視頻連線商飛、成飛、中車的技術骨干，由他們講解知識點在工程中的應用情況，回答學生的問題，如果條件允許（沒有涉密問題），還通過視頻帶我們參觀他們的現場和實驗室，學生們在家里就能看到工程現場，大呼過癮。

（四）全民參與的辯論賽，主動出沒人類知識前沿

對抗能夠激發同學們的斗志，主動去調研搜查資料。我設置課程相關的專業題目，讓每個小組選出一名代表，組成四個辯論隊，每隊包括一辯陳述，二辯攻辯，三辯結辯，每個人身后的小組提供技術支持。同學們斗志昂揚，準備詳實，提前預判對手觀點，搜尋材料進行攻擊，甚至還在陳述中故意漏出破綻，引對方攻擊，再用已準備的專業知識回擊。辯手在臺上針鋒相對，幕后的小組成員們實時搜尋資料，提出克敵制勝的觀點，提供給辯手。

辯論結束后，由全體同學投票選出表現最好的隊伍和選手，大家還風趣地贈予他“很有?！钡臉s譽稱號。

整個過程同學們展現了課程知識的深刻理解和綜合運用能力，展現了自學能力和自主調研能力，搜網頁、查文獻、咨詢專家、請教學長，充分發揮主觀能動性，將知識點延伸到人類知識最前沿，并進行了獨立自主的思考。

（五）意猶未盡的詞匯競猜，知識學習寓教于樂

我們接觸了大量的專業詞匯，這些詞匯的定義科學嚴謹，但容易混淆。為了督促同學們復習詞匯，幫助記憶，我們組織了“你說我猜”的詞匯游戲。整個過程非常激烈，同學們在彈幕區瘋狂刷屏，大部分迅速準確猜到指定詞匯，少部分猜錯后，去復習相關詞匯的知識。

（六）儀式感十足的課程答辯，綜合能力的鍛煉

課程答辯，目的是考察學生對本門課的理解程度和綜合應用能力，也鍛煉學生自學能力、協作能力等綜合素質。我要求每個小組自選題目，寫一份關于課程的項目申請書，提出了必要性、創新性、可行性、可讀性四個方面的要求。學生需要對課程知識有體系的了解，需要對某方面技術有興趣，需要有調研能力，需要有分析總結能力，需要有團隊合作能力，需要有寫作能力，這樣綜合考察了我們混合式教學的三個層次的培養目標。

最后一次課，同學們進行了精心的準備。我邀請了六位不同領域的專家全程指導答辯工作，老師們從不同的角度提出專業的建議，這種跨學科的教學活動，學生們受益匪淺。學生的水平和態度獲得了老師們的稱贊。

三、結束語

用混合式教學和智慧教學的方法完整上完一門在線課程，形成了較為完備的教學體系，簡單總結如下。

1. 混合式教學的本質并不是“線上”和“線下”的混合，而應該是知識點自學與能力拓展的混合。

2. 混合式教學的出發點必須在于培養目標。重新定義培養目標、強化能力培養、強調知識內化過程，否則混合式教學是立不住的。

3. 混合式教學不必執著于使用教學視頻。教學視頻是學生自學最常見的一種素材，但也不是必須的，一些PPT加配音的解決方案也有其優勢。

4. 混合式教學并不輕松。將知識點傳輸改為學生自學，這一點看起來對老師一勞永逸，松了松擔子，但其后以知識內化、能力提升、綜合素質培養為目標的教學活動，任務更重、責任更大、難度也更高。

5. 教學活動設計兼顧趣味性與知識效率。即不能光顧著形式熱鬧學生喜歡，卻缺乏知識內核或者知識效率低下。比如曾經使用過的“誰是臥底”的相近詞匯辨析的游戲，因為知識效率低被棄用了。

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