利用新技術應對線上教學給高校工科教材建設帶來的挑戰

李帥 禹海濤

【摘要】結合工科教學的特點以及當下線上教學對教材的需求，基于具體案例，從數字教材和新形態教材建設兩方面，探討了將新技術應用于工科教材建設的具體方法。

【關鍵詞】工科教材建設? 數字化? 新形態

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）03-0185-03

目前，高等學校（以下簡稱，高校）應用線上教學越來越廣泛，線上教學對教學的影響是深遠的，教材建設一直以圍繞服務教學為核心，因此，一方面，必須積極開展，適應目前及未來教學需求的多種形態的教材建設工作;另一方面，云計算、大數據、5G、GIS等新技術的發展促進了信息技術與教育的深度融合，為多種形態的教材建設提供了內容支持和技術保障。

本文結合工科教學的特點以及當下線上教學對教材的需求，基于具體案例，從數字化教材和新形態教材建設兩方面，探討工科教材建設的具體應對之策。

一、數字化教材探索

高校工科的許多課程是以實踐為基礎的，但是很多課程無法順利開展，一些課程并不是所有高校都具備身臨其境開課的條件，例如：“工程地質”課程，所以策劃建設本科層次的數字化教材——工程地質學虛擬仿真數字課程，該數字化教材將不是傳統意義紙質版教材簡單的電子化，而是充分利用新技術自成體系，不完全依賴紙質教材的數字教材，以下以該項目為例，具體介紹數字教材開發緣起以及特色之處。

（一）建設數字化教材的必要性

綜合性實踐環節是工程地質教學中重要的一部分，在實際教學中由于受實踐場地、經費、課時、安全保障等的限制，學生很難充分身臨其境，對典型地質地貌、地層結構、地質災害等有近距離的接觸，虛擬仿真等技術有效地解決了這一瓶頸，最大限度發揮了教學資源，能夠滿足不能隨時隨地開展現場教學的高校的教學需求，甚至能夠完成野外教學實現不了的。

（二）充分運用新技術

采用WebGL技術進行開發，利用當前最先進的開源三維GIS框架Cesium+Unity3D實現對實習地點的三維實景模型可視化，并加入現場照片豐富場景細節。運用無人機、高分辨率三維激光掃描成像、RS等現代化信息技術手段，延伸和拓展學生學習途徑，豐富學習內容，提升學生學習的熱情和激情。

（三）數字教材建設的預期效果

借助無人機攝影設備技術，獲得虛擬仿真教學資源，結合野外觀察到的現場場景，使虛擬與現實有一個完美的結合，學生結合互動式的學習，掌握地質學基礎與應用的相關知識點，可以更直觀、及時、全面地了解教學內容。

二、新形態教材的實踐

2019年國家發布了《中國教育現代化2035》，提出要“加快信息化時代教育變革”。為適應信息技術的迅猛發展和線上學習方式的日益普及，需要滿足信息技術與教學深度融合的需要，滿足互聯網時代學習特性的需求，因此需要開發以紙質教材為基礎，通過現代教育技術，以多種媒介、多種形態，充分利用新技術建設表達力更加豐富、更加深入的新形態工科教材。結合實踐，工科新形態教材的建設主要體現在以下方面：

（一）平臺建設

機工教育網是機械工業出版社建立的教育服務網站，該網站主要提供紙質教材配套的相關教學資源，例如：教學課件、教學大綱、習題答案等。主要的服務對象是選用我們教材的任課教師。

隨著線上線下混合式教學、翻轉課堂以及我國教育信息化進入了“人人學習，時時學習、處處學習”的時代，移動端的發展和5G時代的到來都為人們的學習創造了更多可能性。出于為教學服務的目的，擴展教材的外延，機械工業出版社開始調研建設教學平臺，當時命名為“三助”平臺（意為助學、助教、助考），同時面向老師和學生。

工科的線上答題要涉及到公式、畫圖、計算等，這些內容的輸入在最初都是制約該平臺建設的瓶頸，隨著新技術的發展這些問題已逐步攻克，建成了“備課考試網”，該平臺包括學生全面復習、學生數字教材、學生一天備考、教師培訓班、教師題庫組卷、教師資料下載等模塊，分學生端口和教師端口。學生可以在有網絡的地方，隨時隨地利用碎片化時間學習，并可在答疑區與老師、同學們互動，備考專區能更好幫助學生期末復習;任課老師可以在平臺上進行備課、組卷、考試成績分析等工作，除此以外還有教師培訓等環節，教學經驗豐富的老師分享心得，對青年教師有很大幫助。

（二）AR教材

AR技術是指增強現實技術[1]。該技術用于工科教材中對于難于理解的知識點、復雜的空間立體構造、與實踐緊密結合的環節，都有較好的輔助作用。AR技術讓工科教材“活起來”，激發學生的學習興趣，提升學習效果。

（三）移動APP教材

隨著信息技術和手機、平板等智能設備移動端的普及，移動APP為人們學習提供了一個更為方便的教育學習平臺[2]。移動APP與紙質教材相結合可以幫助讀者利用碎片時間，實現時間價值的最大化，同時也能更加吸引青年學子，增加學習的趣味性和互動性，可以隨時隨地練習，就像游戲通關一樣。

（四）二維碼教材

二維碼在我們的日常生活中已經廣泛應用，將二維碼應用于工科教材中，讀者可以即時獲得各類信息，利于線上教學的開展，學生的課后復習，實現了圖書內容的擴展和延伸，使教材和更多資源無縫對接，讓教材更加豐富立體。結合工科教材的特點，二維碼主要用于以下方面：

1.鏈接小程序、EXCEL表格等。

現在很多電腦已經沒有光驅了，一些程序等讀者可通過二維碼獲得，既快速又方便，同時還為讀者節約了購書費用。掃描二維碼后，可以直接修改EXCEL表中參數，即可完成一些簡單計算、設計等，通過改變參數加深對知識點的理解。

2.鏈接重難點授課視頻。

工科中很多知識點邏輯是比較復雜的，教材加入二維碼，學生可以掃碼，即可獲得面授教學的體驗感，學習知識更高效。

3.鏈接動畫。

工科教材中，涉及很多機理以及構件原型，這是傳統紙質教材無法充分展示的，通過二維碼鏈接動畫，可以讓讀者的認識更加形象直觀。

4.鏈接彩色高清圖片及擴展閱讀。

工科教材中有一些圖片紙質教材常規印刷效果不佳，很難表達圖片要傳達給讀者的信息，例如建筑效果圖中的光影展示，通過二維碼鏈接，讀者的即時體驗感更佳，且能節約出版社的生產成本。工科教學涉及大量計算以及繁瑣的公式推導，受課時限制，尤其是應用型本科的教學，有時教材中只給出簡化公式或者知識點不夠全面，對于學有余力和有進一步深造計劃的學生來說是不充分的，可以通過二維碼鏈接更多知識內容以及案例等，從而使一本教材變得眾口不再難調。

三、小結

隨著高等學校線上教學的普及，一方面凸顯了數字技術的優勢，另一方面也加快了教材建設的數字化進程。在線上教育很熱的當下以及未來，利用新技術開展多元化的數字教材建設，擴大教育服務的范圍，強化教材與技術的融合，掌握新產品開發的能力，才能應對線上教育給工科教材建設帶來的挑戰。

參考文獻：

[1]楊萬慶，王利永.AR技術環境下土木工程類教材內容呈現研究——以《鋼筋混凝土結構平法識圖與鋼筋算量》為例[J].中國編輯，2019（04）：56-59.

[2]康颯.淺談移動APP在建筑教學中的應用[J].河南建材，2020（1）：138-139.

作者簡介：

李帥（1980-），女，博士，副編審，主要從事高校教材出版和研究工作。

禹海濤（1983-），男，博士，教授，博士生導師，主要從事高校土木工程專業教學和科研工作。