工科專業課全過程“互聯網+”教學模式探索與實踐

劉猛 喻偉

摘要：隨著信息技術的快速發展，“互聯網+”教育越來越受到關注，相對于中小學普適性教育，高等教育專業屬性較強，各專業課程校際之間差別較大，課程受眾面有限，實際教學的“互聯網+”融合仍較滯后。通過分析典型工科專業——建筑環境與能源應用工程專業已有慕課資源情況，結合高等教育中專業課程教學的發展變化，梳理了“互聯網+”技術融入專業課教學的主要問題。根據高校師生對通用性在線平臺的適應情況，結合“互聯網+”技術的優勢和特點，提出依托通用性互聯網平臺的全過程教學模式。利用互聯網平臺，搭建虛+實課堂，整合課前、課中、課后時間，在冷熱源工程課程教學中進行實踐，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：“互聯網+”教育;全過程教學;在線教學;虛擬課堂

中圖分類號：G642.0 ? 文獻標志碼：A ? 文章編號：1005-2909（2022）01-0137-07

近20年來，隨著社會、科技的快速發展，學科交叉融合日趨頻繁、深入，中國高等教育改革也一直與時俱進[1]。《教育部 財政部關于“十二五”期間實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的意見》[2]提出質量標準建設、專業綜合改革、國家精品開放課程建設與共享、實踐創新能力培養、教師教學能力提升等建設內容。國家教育事業發展“十三五”規劃指出，深化本科教育教學改革，探索通識教育和專業教育相結合的人才培養方式，推行模塊化通識教育，促進文理交融。本科教育進一步注重“寬口徑、厚基礎、重創新”的人才培養，本科培養方案中通識課等基礎類課程比重增加、專業課課程學分下降。如何在課堂教學時間下降的情況下，將專業知識更多更有效地傳授給學生，是每門專業課教師面臨的一道難題。

隨著信息技術的快速發展，“互聯網+”逐步進入教育領域[3]，國家精品開放課程建設與共享旨在完善和優化課程共享系統，大幅度提高資源共享服務能力。在《關于深化本科教育教學改革 全面提高人才培養質量的意見》中[4]，明確提出積極發展“互聯網+”教育，探索智能教育新形態，推動課堂教學革命，以全面提高課程建設質量。同時深化創新創業教育改革，挖掘和充實各類課程、各個環節的創新創業教育資源，強化創新創業協同育人。相對于中小學教育，高等教育由于在線資源、受眾規模、與既有課程教學融合等問題， “互聯網+”過程還相對滯后[5-6]。因此，以建筑環境與能源應用工程專業（以下簡稱建環專業）為例，分析專業課程慕課建設與在線教學的現狀，剖析存在的主要問題，提出工科專業課全過程“互聯網+”教學模式，在建環專業冷熱源工程課程教學中進行了實踐。

一、慕課發展與建環專業慕課建設現狀

（一）慕課發展概況

慕課（MOOC），即大規模開放在線課程，是“互聯網+”教育的產物，以連通主義理論和網絡化學習的開放教育學為基礎。2008年，慕課的概念由加拿大Bryan Alexander提出，2012年美國有5門課程完成慕課設計與實施，標志著慕課進入高等教育領域，目前，在世界范圍的慕課平臺有edX、Coursera、Udacity等。中國慕課的發展始于2013年，最早開展慕課的高校有清華大學、北京大學、復旦大學和上海交通大學。第一個慕課平臺是清華大學的“學堂在線”，目前已有學堂在線、愛課程、智慧樹、超星等十余個慕課平臺。慕課打破了教育的時空界限，顛覆了傳統大學課堂教與學的方式，在國內外教育界的關注度非常高。2015年，《教育部關于加強高等學校在線開放課程建設應用與管理的意見》出臺，提出構建具有中國特色的在線開放課程體系和課程平臺，以“高校主體、政府支持、社會參與”為方針，立足自主建設，注重應用共享，加強規范管理，有力推動了在線開放課程的建設與應用。胡金焱[7]提出，大學在人才培養方面的基本職責和基本功能不會改變，如系統的、基本的、基礎的專業知識教育及其體系。網絡資源和新技術的發展使知識突破了時空界限、大學界限，擴展了大學的人才培養能力，拓展了大學的人才培養渠道，改變了大學的人才培養模式，增強了大學的人才培養功能。許靜[8]提出將智能手機的強大功能運用于課堂教學，優化教學效果，推進課堂教學改革。

慕課經過七、八年的發展，從體量上取得了長足進展，但同時也面臨一些發展問題。慕課主要由教學視頻、閱讀材料、作業、小測試、討論等幾部分組成，課程整體雖然與傳統課堂教學基本一致，但在教學組織與教學設計上有所不同，教師往往需要重新設計整門課程的教案、課件等，制作慕課需要耗費大量的時間與精力，一門僅持續8周的慕課，需花費620 h準備資料，420 h制作教學視頻，另外，制作團隊還需要至少200 h來協助完成相應的教學工作[9]。同時，課程大部分在線課件是電子教案、PPT等一般性教學資源，高品質的視頻比重小，課程質量差異大，資源使用率不高。慕課課程設計是一種全新的課程設計，需要考慮更多環節的整合和優化，對教師的課程設計能力提出了更高的要求，而達到相關要求，需要進行大量培訓和實際演練，不是一蹴而就的。學生進行在線參與式學習的動力和能力不足，學生習慣了傳統的被動式教學方式，利用慕課進行課程學習，需要更強的主動性、參與性，否則，慕課對于學生而言僅是可以方便觀看的電子資源。這一點對于職業繼續教育等擴展性教育具有很好的適應性，而對于學位教育，則存在巨大挑戰。此外，對于教師和學生共同的一個問題是，現有絕大部分慕課是提前錄制的，不能實時互動，對于大多數學生來說，很難實現對教學環節的完全融入，進而影響實際的學習效果。

（二）建環專業慕課建設

建環專業屬于典型土建類工科專業，目前，中國有近200所高校設有建環專業。截至2020年2月，依托各種在線平臺，建環專業在線慕課48門（不含虛擬仿真實驗）[10]（圖1），涉及高校25所。依托的在線慕課平臺主要有超星、智慧樹、學堂在線、愛課程、雨課堂等（圖2）。通過對已有課程在線慕課資源的分析及對部分教師的訪談式調研，建環專業慕課建設現狀為：

1）在線課程資源及覆蓋面有限。建環專業已有48門在線課程，主要涉及16門課程，包括工程熱力學、傳熱學、流體力學、暖通空調、建筑冷熱源、建筑環境學等。在線慕課建設高校僅25所，包括重慶大學、清華大學、哈爾濱工業大學等，不到設有建環專業高校數的15%，其中，教育部直屬高校7所，建設課程16門。從在線課程建設參與度上看，大部分高校和教師的積極性一般。

2）專業課受眾規模有限。相對于中小學課程，以及高等數學、大學物理等高校工科基礎性課程，專業課的受眾有限。同時，由于各高校學生情況和專業課設置的差異，除個別國家級在線精品課程外，絕大部分在線慕課主要受眾為本校學生（各高校建環專業規模主要集中在40～60人），而在線課程的建設通常要半年到一年時間，費用從幾萬到二十余萬不等，對于大部分教師而言，既要熟悉各種在線平臺，又要重新架構課程知識內容，這些都是不小的工作量。

3）在線課程資源與既有課程教學設計的融合有限。由于各校課程設置、學生情況的差異，在線課程通常無法直接和本校的課程教學對接，需要教師全面了解已有在線慕課資源，結合原有課程重新設計，而如果教學設計融合度有限，在線慕課不一定會帶來更好的教學效果。

（三）專業課教學存在的問題

研究型教學與學習是新時代高等教育發展的必然趨勢和要求，對于工科專業課，傳統的教學全過程如圖3所示。傳統教學以課堂為中心，課前課后教學延展也主要圍繞課堂教學（課本）的知識點，由學生自覺自主預習課本知識內容，復習知識內容。現代高等教育越來越強調“寬口徑、厚基礎、重能力”的培養，近20年，本科培養方案中課堂總學時和專業課總學時大幅縮減，例如，冷熱源工程在2000年時是兩門專業課，共128個學時，而目前已經整合為一門課程——冷熱源工程，學時為56個學時，課堂學時縮減了一半多。課堂學時的減少，并不意味課程內容減少或課程要求降低，相反，隨著科技產業的變革，對于工科專業課而言，課程內容和要求應與時俱進，提出更高的課程目標。

結合建環專業慕課建設現狀和工科專業課的教學需求，梳理了專業課教學存在的主要問題：1）課上教學學時大幅壓縮，如何有效傳授更多的專業知識;2）已有慕課資源和各校原有課程教學方案不一致，如何有效利用;3）在非小班的教學規模下，如何有效提高學生的參與度和課程融入度。

二、“互聯網+”背景下全過程教學模式架構

“互聯網+”是指創新2.0下的互聯網發展新業態，也是知識社會創新2.0推動下的互聯網形態演變及其催生的經濟社會發展新形態。隨著科學技術的發展，利用信息和互聯網平臺，互聯網與傳統行業融合，利用互聯網的優勢，創造新的發展機會。通過“互聯網+”，使傳統行業優化升級轉型，從而適應當下的新發展。《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》指出，在全球新一輪科技革命和產業變革中，互聯網與各領域的融合發展具有廣闊前景和無限潛力，重點實施“互聯網+”創業創新、“互聯網+”協同制造、“互聯網+”現代農業、“互聯網+”智慧能源、“互聯網+”普惠金融、“互聯網+”益民服務等，在“互聯網+”益民服務中明確提出，探索新型教育服務供給方式，鼓勵學校利用數字教育資源及教育服務平臺，逐步探索網絡化教育新模式。

由于培養方案中專業課的課堂學時數減少，如果僅圍繞課堂開展專業知識教學，專業知識的講授將出現內容太多時間太緊的問題，學生的掌握效果將受到較大影響。課堂教學是課程教學中最重要的環節，專業課是培養工科學生專業素養和創新創業能力的重要途徑。工科專業課專業性強，如果缺乏有效引導，完全依靠學生自主學習，很難達到工程教育培養目標，因此，需要將專業課的教學環節擴展到課前及課后，缺少課堂這樣有效的信息傳遞與交流平臺，僅通過強化課前預習、課后復習的傳統延伸方式，很難保障學生的實際學習效果。

除大型專業慕課平臺外，“互聯網+”提供了更便捷的社交媒體及自媒體工具和在線交流平臺，如QQ、釘釘、騰訊會議、B站、Zoom等。QQ群和釘釘群具有直播、屏幕分享、上課打卡、作業布置、課程回看、群投票等功能，可以更便捷地實現課程直播授課、作業布置與整理、考勤統計;騰訊會議具有云端虛擬會議空間，方便連接多人多地同時參與，也可以邀請其他專家和人員參與教學環節;Zoom可靈活實施分組討論，教師可進入各組分別指導，相關互聯網工具比較靈活，易學習，能為全過程教學提供不受時間和空間限制的虛擬教室。結合專業課程學習的需求及“互聯網+”教育資源，提出一種依托通用型互聯網技術的全過程教學模式，如圖4所示。

1）課前導學。依托QQ、釘釘等課程交流群，每堂課前提出相關的實際問題，適當通過圖片或視頻增加學生的感性認識。推送給學生已有在線慕課資源，或自行錄制“導學”短視頻，引導學生課前了解課堂內容，增強學生學習興趣和學習目的性。

2）課堂教學。避免傳統的循序漸進式，避免過多講解簡單的知識概念，避免講解具體推導過程。以問題為導向重點講解，學生提問，互動討論。

3）課后擴展。推送關鍵知識點微課（如知識概念講解、重要知識點推導等），根據課堂提出的擴展方向和建議，依托騰訊會議、B站、QQ群等開設專題擴展報告，推薦相關行業前沿講座等，有效擴展學生知識范圍。

三、全過程“互聯網+”教學模式實踐

2020年，教育部要求采取政府主導、高校主體、社會參與的方式，共同實施并保障高校在疫情防控期間的在線教學，實現“停課不停教、停課不停學”。據教育部高等教育司司長吳巖在2020年中國高校在線教學國際平臺課程建設工作視頻會上的報告[11]，截至4月3日，在線開學的普通高校共1 454所，95萬余名教師開設94.2萬門、713.3萬門次在線課程，參加在線課程學習的學生達11.8億人次。教育部組織了37家在線課程平臺和技術平臺，率先面向全國高校免費開放4.1萬門慕課、虛擬仿真實驗等在線課程，并提供在線學習解決方案和技術支持，帶動了110余家社會和高校平臺的參與，為高校在線教學提供了強大的條件保障。據統計，今年第一季度，中國在線課程平臺慕課增加了5 000門，其他在線課程增加了1.8萬門。

除上線的慕課資源，教師利用社交媒體平臺進行直播的數量大幅增長，廣大高校師生短時間內快速適應了網絡教學的各類平臺和方式，為依托“互聯網+”提升課程教學效果提供了基本條件。對78名高校教師的問卷調研發現，疫情前，僅有10%的教師通過錄制慕課或在線會議方式教學。對86名在校大三學生的問卷調研發現，疫情前，學生通過“學堂在線”或“愛課程”等慕課平臺學習的主要內容為數理化、人工智能、人文社科等通識基礎類或前沿類課程，僅有不到10%的學生較完整地通過網上慕課學習過至少一門專業課程（含專業基礎課）。而疫情期間，被調研的所有教師和學生都適應了在線教學和學習，除已有的成熟慕課方式外，約80%的教師采用了直播教學方式，如直播、微課（或在線課程資源）+直播、課件分享+討論等，直播依托的主要平臺為QQ群、釘釘、騰訊會議、雨課堂等。通用性直播平臺在高校師生中的普及程度短時間內大幅提高，接近于全員普及，為構建“互聯網+”教學模式提供了最重要的基礎。

在疫情期間的在線教學過程中，以建環專業冷熱源工程課程為例，實踐了全過程“互聯網+”教學模式。在課前—課中—課后教學的全過程中，具體采取了以下嘗試：

1）課前導學。根據每節課的知識點，結合課程教學方案，每周末在課程群有針對性地推薦并引導學生利用已有慕課資源進行預習或復習，通過與實際緊密結合的問題調動學生的學習興趣，帶著問題預習，帶著問題進入課堂。

2）課堂教學。問題引導式教學，每次課前在課程QQ群提出1～2個相關問題，以問題為中心重點講解，依托課程QQ群直接開展教學互動。班級規模為70人，依托在線平臺實時互動，學生參與度遠高于傳統的線下互動，部分知識點通過微課（QQ錄屏）方式進行翻轉教學。

3）課后擴展。除通過課后作業及多種通信方式保持答疑交流外，每周通過課程QQ群進行知識點的互動交流（約40～60 min），學生可實時參與或回看，加深對相關知識點的理解。針對一些擴展性知識，通過在線平臺（如騰訊會議等）開設專題研討（課后空閑時間），20～30 min的介紹+30～40 min的討論交流，如南方供暖專題、磁懸浮冷水機組專題、噴氣增焓技術專題、清潔供暖專題等，擴充學生專業知識。除校內擴展外，通過行業相關前沿講座、技術報告等，為學生知識擴展提供多樣化渠道。在疫情期間，中國制冷學會、中國建筑學會暖通空調專業委員會、行業協會等舉行了近百場專業報告，為學生了解行業發展動態提供了非常便捷的方式。

四、效果分析

相對于傳統課堂互動，通過互聯網社交媒體建立的課程群具有更廣的互動參與度。基于互聯網平臺全過程教學模式，教學環節有效貫穿課程教學全過程，依托通用型“互聯網+”工具，實現課前—課中—課后的有效引導，學生對課程知識的理解、掌握和運用能力大幅提升。此外，通過全過程教學模式的實施，逐步建立課程在線資源庫，錄制重要知識點微課（主要包括重要概念的擴展講解、重要專業基礎知識的復習、重要公式的詳細推導等），制作多媒體動畫課件和專題研討課件，以及所有直播授課過程的視頻等，學生可根據自身情況靈活復習相關知識，同時也為慕課錄制儲備了豐富的基本素材，能支撐后期高質量慕課的建設和教學實施。通過全過程“互聯網+”教學模式的實施， 90%以上的學生認為教學引導方式有利于選擇和利用已有慕課資源;專題研討講座的參與度（自愿性）超過了90%，學生普遍認為專題講座能有效加強對專業知識的系統性理解;課上和課下互動的參與度從線下方式不足10%提升到60%，學生的積極性大幅提高。

五、結語

現代高等教育立足經濟社會發展需求和人才培養目標，不斷優化公共課、專業基礎課和專業課比例結構，利用互聯網平臺構建全過程“互聯網+”教學模式，依托日益發展的普適性信息技術，搭建“虛+實”課堂，整合課前、課中、課后時間，推進“互聯網+”教育在高校專業課教學中的融合，同時通過全過程“互聯網+”教學模式，打造高質量慕課，更有效地推動人才培養。

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Abstract： With the rapid development of information technology， “internet+ ” education has been getting more and more attention. Compared with elementary and secondary education， the specialty attribute of higher education is distinct， the object of specialty course is limited due to the diversity of the universities. Therefore， “internet+ ” in higher education is lagging behind. By analyzing the situation of MOOC resources of the typical engineering specialty—building environment and energy application engineering， combined with the development of specialized course teaching in higher education， the main problems of “internet+ ” technology integrating in specialized course teaching are combed. According to the adaptation of college teachers and students to the common online platform， together with the advantage and characteristics of “internet+” technology， a whole process teaching mode is proposed based on common internet platform. The teaching mode is based on internet platform which could easily build a virtual + real classroom and integrate the on-class and off-class time. The mode has been put in the teaching practice of the course of heating and cooling sources engineering and got a good teaching effect.

Key words： “internet+” education; whole process teaching; on-line teaching; virtual classroom

（責任編輯 周 沫）