教育信息化與“新工科”建設

吳陳濱

（高等教育出版社，北京 100029）

0 引言

隨著5G時代的到來，互聯網、人工智能、大數據、區塊鏈、云計算等信息技術與教育教學領域深入融合，使教育領域的教學環境、教學模式與學習方式等方面都產生了深刻變革，我國教育信息化事業實現了前所未有的快速發展。教育部于2017年6月發布《新工科研究與實踐項目指南》，探索實踐工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量和分類發展的新體系[1]。目前我國已經建成世界最大規模的高等工程教育，工程教育專業認證體系實現國際實質等效，國家統籌推進世界一流大學和一流學科建設，為加快建設和發展新工科奠定了良好基礎[2]。信息技術不僅改變了教與學的方式，而且已經開始深入影響到教育的理念、文化和生態。在新工科建設背景下，工科類高校面臨著改造升級傳統工科，進行現代教育信息化轉型，提高人才培養質量的新要求。針對新工科建設，工科類院校教育信息化的轉型可以主要從以下幾個方面進行。

1 提升教育信息化轉型的意識與能力

教育信息化的轉型首先要實現教育理念的更新。2020年，新冠疫情席卷全球。疫情期間全國大中小學全面開展在線教學，高等學校要“停課不停教、停課不停學”，在線教學不僅要開出課來，還要做到質量與課堂教學實質等效[3]。慕課教學、直播教學、錄播教學等各種形式的在線教學輪番登場，各種在線學習平臺和工具各顯神通，教師們由開始的手忙腳亂逐漸從容自如，信息技術運用水平迅速提升。根據高教司統計數據，全國1454所高校開展在線教學，103萬教師在線開出了107萬門課程，在線學習的大學生共計1775萬人。此次疫情，以信息化有力支撐了師生的在線學習，交出了一份合格的答卷[4]。同時，全社會對教育信息化的認識發生了質的飛躍。這次疫情不僅是對教育信息化的一次嚴峻考驗，也是對教師運用現代信息網絡技術能力的一次“大考”。雖然經過這次演練和實踐，教師信息化水平得到實質性的提升，但也暴露出部分教師信息化能力和水平不足的現狀。同時，一些學生不適應線上授課模式，對開展線上學習存在抗拒、懈怠等情緒，不能做到自主、自律地開展學習活動，完成相應的學習任務。目前，高等學校教學中雖然普遍運用了現代信息技術手段，但仍然存在混合式教學、翻轉課堂等新型的教學模式沒有得到廣泛應用，部分教師對信息網絡技術存在一定程度的畏懼和排斥心理，在教學中運用信息技術的積極性不高的現象。

隨著互聯網、人工智能、大數據、5G等信息技術與教育教學領域的深入融合，基于互聯網等信息技術的在線教學模式在高校廣泛應用，MOOC、SPOC、微課、直播課等多種在線課程教學模式逐漸融入高校的教學過程。隨著5G時代及后疫情時代的來臨，高等學校線上線下混合式教學將成為普遍趨勢, 對全面提升高校師生信息化意識和能力提出了緊迫的要求。面對新的教學模式、教學場景、學習方式以及知識表現形態的改變，一方面，高等學校需要提升校園信息化建設水平,建設智慧教室,推進翻轉課堂、混合式教學和智慧教學等新教學模式在教學中的應用；另一方面，高校教師需要把握契機，主動應對挑戰。現代信息技術的應用，并不是完全取代傳統的教學方式，而是充分利用多種媒體及網絡資源，彌補傳統教學方式的不足，為教師改進教學方式提供廣闊的空間和多元的路徑。通過提升信息技術素養，增強信息化技術的綜合運用能力，探索課程教學形式的創新實踐，可以將信息技術與教育教學深度融合，轉變傳統的“以教師為中心”的課堂教學模式，構建“以學生為中心”的信息化教學生態環境，提高課程教學質量，打造體現現代教育信息化水平的新工科“金課”。

2 發揮優秀在線課程資源在教學中的作用

“十三五”以來，我國教育信息化工作得到黨中央、國務院的高度重視，優質資源供給和教學應用水平大幅提升。目前，已有1291 門國家精品在線開放課程、401 門虛擬仿真實驗課程上線，4.1 萬門各類在線課程覆蓋了除軍事學以外的本科 12 個學科門類，大量的優質教學資源為高校開展在線教學提供了堅實基礎。開展新工科建設需要充分發揮優秀在線課程資源在教學中的作用，對傳統課程教學進行轉型升級，以適應新工科發展的需要。疫情期間，在線學習的大學生共計1775萬人。調查發現，學生對在線教學滿意度較高，“非常滿意”的達到了 17.97%，“滿意”的達到了 51.37%，兩者加起來將近70%；“不滿意”和“非常不滿意” 的僅有 2.67% 和 1.41%。不僅滿意率超過實體課堂，而且不滿意率遠遠低于實體課堂。這個調查結果充分說明在線教學很好地做到了與實體課堂教學的實質等效[3]。根據全國高校質量保障機構聯盟開展的本科高校線上教學狀況調研所獲得的材料和數據調查顯示，高校使用的教學資源以本校資源為主、 其他資源為輔 ， 本 校 教 學 資 源 占 54.09% ， 網 上 教 學資 源 占30.73%，國家課程資源占 24.60%。從數據來看，國家課程資源的利用率還不算高，優質教學資源在教學中未得到充分利用[5]。

在多學科交叉融合新型人才培養理念指導下，新工科專業建設的理論課程體系、實驗教學方法、實踐創新手段亟需借助和“互聯網+”載體和現代信息技術，充分發揮教育信息化背景下優質在線開放課程資源在教學中的作用。一方面，在線開放課程改變了傳統課堂“黑板加粉筆”“照本宣科”式的教學模式，打破時間、空間的限制，多媒體教學資源豐富，具備測試、討論、學習過程監控、學習分析統計等功能，可以滿足學生個性化、自主學習的需求，另一方面，開創新工科教育新格局，需要走融合發展之路，打破固有學科邊界，破除原有專業壁壘，推進工科專業與其他專業跨界交叉融合創新發展。在線開放課程為構建以多學科為支撐的“1+N”學科課程體系提供了豐富的多學科資源，因此，利用優質在線開放課程資源開展混合式教學，能夠豐富教學素材，整合不同學科教學資源，實現優質教學資源的共建共享，培養學生利用網絡資源自主學習能力，有效發揮教師的引導、啟發、監控教學過程的主導作用, 充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性[6-7],有利于新工科人才培養的課堂教學重構，提高新工科專業人才培養質量。

3 注重虛擬仿真實驗教學平臺的運用

高等學校工科類專業的課程由于學科自身的特點，教學內容和科學研究注重實驗實踐，但一些課程的真實實驗項目不具備操作的條件或實際運行困難，一些儀器設備使用時, 實驗設備數量有限且需要專業的操作技能,實驗成本較高,具有一定危險性，從而無法進行普及，導致一些實驗實踐教學難以開展。因此，目前工科類院校的實驗實踐課程面臨學時不足，“PPT教學”的教學模式仍較普遍的情況。2017年4月，教育部高教司發布的《“新工科”建設行動路線（“天大行動”）》中明確指出：“充分利用虛擬仿真等技術創新工程實踐教學方式”，基于現代信息技術的虛擬仿真實驗資源已成為高校實踐教學的重要組成部分，是“新工科”專業培養創新型人才的重要途徑，并在“新工科”專業建設中發揮著越來越重要的作用[8]。

虛擬仿真技術是用一個系統模仿另一個真實系統的技術，運用虛擬仿真技術開展高校實驗教學，具有低成本、高效率、高安全性等特點。開展虛擬仿真實驗教學建設是推進現代信息技術融入實驗教學項目、拓展實驗教學內容廣度和深度、延伸實驗教學時間和空間、提升實驗教學質量和水平的重要舉措。虛擬仿真實驗綜合應用多媒體、大數據、三維建模、人工智能、人機交互、傳感器、超級計算、虛擬現實、增強現實、云計算等網絡化、數字化、智能化技術手段，有效解決了實驗成本、實驗安全、環境污染、資源缺乏及人為誤差等因素的影響, 可以完成虛擬實驗運行、教學教務管理、在線學習、實驗評測、成績管理系統等多項功能，實現了實驗實踐教學環節的可視化、交互化和自主化以及實驗教學資源、實驗活動、實驗考核等全程信息化管理，與傳統實驗實踐教學虛實結合、相互補充，極大地豐富了以學生為中心的教育教學手段，對新工科背景下培養學生觀察能力、自主學習能力與實踐創新能力具有重要意義[9]。

4 加強新形態教學資源在教學中的運用

教材是指教學的材料，是實施教學的必要工具。教材又稱課本，是一課之本。從學校教育產生以來，紙質教材（教科書）一直起著支撐學生學習、保存和傳承知識的作用。它是依據課程標準編制的、系統反映學科內容的教學用書，是教師和學生學習學科知識的主要材料，是課程教學內容的集中反映，也是完成教學內容的重要依據[10]。隨著信息技術的飛速發展，知識的傳播方式和學習方式發生了革命性的變化。與此相應，傳統的紙質教材已經不能滿足高等學校新工科建設開展教學的需要，高校開展教學的資源形式從傳統的紙質教材向融合數字資源和教學服務的在線課程教學資源轉變成為必然趨勢。《教育部關于“十二五”普通高等教育本科教材建設的若干意見》[教高〔2011〕5號]中指出：“鼓勵編寫、出版適應不同類型高等學校教學需要的不同風格和特色教材；積極推進高等學校與行業合作編寫實踐教材；鼓勵編寫、出版不同載體和不同形式的教材，包括紙質教材和數字化教材”[11]。以融合數字資源和教學服務為特色的新形態教材、電子教材、數字課程等的新型教學資源的出版，讓優質在線課程資源和數字化多媒體教學資源在高校的教學中得到更好的應用和共享，為教育信息化背景下的新工科人才培養發揮積極的作用。

（1）新形態教材。工科類專業的教學內容工程實踐性較強，理論和技術發展快，由于傳統紙質教材存在傳播單向、呈現形式單調、內容更新周期較長、印刷和存儲成本較高、無法實現個性化學習等弊端，難以滿足新工科背景下的人才培養需求。新形態教材是將紙質教材與數字化資源一體化設計、深度融合的一種新型教材出版形式，可將彩色圖片、實驗操作視頻、動畫、習題解答、電子教案、拓展學習、附錄、案例等數字資源以二維碼和數字課程網站（基礎版）的形式與紙質教材同步設計，豐富了教材內容展現形式，使紙質教材內容更加精練，降低教材出版成本，內容直觀生動，更新快捷方便，彌補了傳統紙質教材的不足，為學生更好地掌握學習內容，開展個性化、探究式學習提供了空間[12]。

（2）數字課程。數字課程是高等教育出版社研發的將教學內容、教學活動和教學環境有機融合的新型數字出版產品。數字課程基于精品資源共享課、中國大學MOOC等在線開放課程優質資源，依托課程云平臺icc.hep.com.cn進行出版，能夠促進優質教學資源在課程教學中的定制應用，滿足高校開展混合式教學以及學生個性化學習的需求。數字課程的主要特點如下：

以視頻、音頻、文本、動畫、圖片、PPT等豐富的媒體形式呈現教學內容，學科前沿、工程案例、實驗資源、指導資料等均可作為數字課程教學素材，課程內容和形式更為豐富，且可以及時更新，體現教學先進性。

可實現線上及線上線下混合式教學。通過數字課程教學平臺，學生可以實現課前預習、線上學習及課后復習，教師可以把握教學進度，了解學生學習情況，針對不同的學習需求，實現個性化的教學安排，形成過程性評價。通過線上討論、答疑、作業、在線測試等教學活動安排，可以提高教學效率，檢測學生學習效果。

可實現多終端訪問，交互性強。數字課程云平臺可以從PC 端、移動端訪問。移動端APP還可以實現信息發布、課堂點名、課堂投票等功能，便于教師進行課堂管理，了解學生課堂學習效果，增強了傳統課堂教學的師生交互性。

5 結語

教育信息化是推動高等教育系統性變革的科技動能。隨著我國“新工科”建設行動計劃的實施和不斷推進，工科類高校教學內容、教學方法、人才培養模式也隨之不斷深化。在 “互聯網+”“智能+”教育環境下，高等工科院校的新工科人才培養需要變被動為主動，因時而變，主動求變，以信息技術與教育教學深入融合為契機，迎接現代信息網絡技術在教學中廣泛應用的新挑戰，運用現代信息網絡技術和優質在線課程資源，實現新工科建設的高質量發展。