新工科背景下專業(yè)課程的教學(xué)創(chuàng)新改革與實(shí)踐

李 紅 閔永智 王秀華

(蘭州交通大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院,蘭州 730070)

2018年9月10日習(xí)近平總書記在全國教育工作大會(huì)上提出“堅(jiān)持把立德樹人作為根本任務(wù),堅(jiān)持深化教育改革創(chuàng)新,堅(jiān)持把服務(wù)中華民族偉大復(fù)興作為教育的重要使命”的重要講話精神[1],已經(jīng)被作為高校教師教書育人的行為準(zhǔn)則,也是高校教師進(jìn)行課程創(chuàng)新實(shí)踐的不竭動(dòng)力。

在新工科內(nèi)涵式“以立德樹人為引領(lǐng),以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念,以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑,培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才”的引領(lǐng)下[2],進(jìn)行了“遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)”課程的創(chuàng)新改革與實(shí)踐。

1 課程現(xiàn)狀

“遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)”是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)核心課程。按照“立足知識(shí)傳遞,著重能力培養(yǎng),關(guān)注素質(zhì)提升”的基本原則,解決傳統(tǒng)教學(xué)的不足與“痛點(diǎn)”,主要有以下4個(gè)方面。

1)教學(xué)觀念陳舊

傳統(tǒng)教學(xué)只注重對學(xué)生知識(shí)的灌輸,忽視學(xué)生綜合問題分析解決能力的培養(yǎng),工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)與課堂教學(xué)相脫離,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高,被動(dòng)接受,缺乏主動(dòng)性、創(chuàng)新性,工程實(shí)踐能力不強(qiáng)[3]。

2)教學(xué)模式傳統(tǒng)

傳統(tǒng)教學(xué)依賴線下課堂,教師為主,學(xué)生參與度不高,反饋信息少,導(dǎo)致教師與學(xué)生信息不對稱,對課程的教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)思考較少[4]。

3)教學(xué)內(nèi)容思政切入點(diǎn)少

課程思政切入點(diǎn)少,思政內(nèi)容單薄,沒有形成完整的思政體系,課程教學(xué)目標(biāo)與學(xué)科育人沒有達(dá)到有機(jī)結(jié)合。

4)教學(xué)評價(jià)單一

傳統(tǒng)教學(xué)對學(xué)生評價(jià)單一[5],只依賴考勤、小作業(yè)和期末考試,評價(jià)環(huán)節(jié)沒有學(xué)生自評、互評與評價(jià)教師的方式,欠缺全面性。

2 課程教學(xué)理念與教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新

2.1 教學(xué)理念創(chuàng)新

“遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)”是一門理論與實(shí)踐并重的課程,是實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉匯聚的課程。課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)依據(jù)新工科建設(shè)要求,在“以學(xué)生為中心,成果為導(dǎo)向,持續(xù)改進(jìn)”的教育理念下[6],課程組形成“立德樹人、知行合一、能力導(dǎo)向、協(xié)同育人”的教學(xué)理念。

在此理念下,以鐵路行業(yè)背景為驅(qū)動(dòng),結(jié)合鐵道電氣化工程案例形成特色教學(xué)內(nèi)容,導(dǎo)師采用啟發(fā)式和探究式引導(dǎo)、學(xué)生自主學(xué)習(xí),形成課內(nèi)課外立體式工程教學(xué),利用學(xué)科競賽,強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。如圖1所示。

圖1 立體式工程教學(xué)

2.2 融入課程思政,建設(shè)有溫度的專業(yè)課

牢記育人使命,融入思政的教學(xué)才能抵達(dá)學(xué)生的心靈深處,建設(shè)有溫度和有熱度的專業(yè)課。落實(shí)立德樹人根本任務(wù),將價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體,將顯性教育和隱性教育相結(jié)合,幫助在校大學(xué)生樹立正確的世界觀、價(jià)值觀和人生觀[7]。

為此課程組形成了基于“一個(gè)中心、二個(gè)載體、三個(gè)課堂、四個(gè)結(jié)合”,即:以學(xué)生為中心,以國之棟梁和業(yè)界大師、鐵道電氣化工程實(shí)踐案例為載體,第一、二、三課堂協(xié)同培養(yǎng),理論與實(shí)踐、線上與線下、創(chuàng)新與挑戰(zhàn)、校內(nèi)與校外“四個(gè)結(jié)合”的思政育人模式,如圖2所示,開展全方位思政教育建設(shè)。

圖2 思政育人模式

設(shè)立思政目標(biāo),修改課程教學(xué)大綱,做到精準(zhǔn)滴灌,潤物無聲,而不喧賓奪主,形成完整的思政體系,培養(yǎng)愛國敬業(yè)、勇于奉獻(xiàn)、勤于思考、敢于創(chuàng)新、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、具有團(tuán)隊(duì)合作精神的優(yōu)質(zhì)畢業(yè)生,同時(shí)也讓學(xué)生感受到中國日新月異的科技所帶來的民族自豪感,從家國情懷、個(gè)人品格和科學(xué)觀引導(dǎo)學(xué)生理解責(zé)任與擔(dān)當(dāng),懂得如何做人做事。

2.3 虛實(shí)結(jié)合,延伸課程內(nèi)容的深度和廣度

針對本課程理論與實(shí)踐并重的特點(diǎn),加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

由于電力系統(tǒng)具有電壓高和電流大等特征,受到實(shí)習(xí)場所、實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)及安全等因素的限制,本專業(yè)的學(xué)生深入高壓現(xiàn)場學(xué)習(xí)電氣設(shè)備構(gòu)造原理及維護(hù)的機(jī)會(huì)較少,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以有效彌補(bǔ)上述不足[8-10]。

借助國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心平臺(tái),課程組成員探索利用多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)及人機(jī)交互等技術(shù),開發(fā)與軌道交通工程案例結(jié)合的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源,構(gòu)造模擬沉浸式教學(xué),虛實(shí)結(jié)合,讓學(xué)生“身臨其境”,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)部分截圖如圖3所示。課程依托第二、三課堂強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐創(chuàng)新能力,達(dá)到了課內(nèi)與課外、理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的,延伸了課程的廣度。

圖3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)部分截圖

基于“因材施教”的原則,貫徹以賽促教與學(xué),大創(chuàng)項(xiàng)目反哺教學(xué)的思想,實(shí)現(xiàn)多維立體教學(xué)。針對課程實(shí)踐應(yīng)用能力不足的短板,通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與本專業(yè)教育相結(jié)合,提取課程中與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽要求相匹配的相關(guān)內(nèi)容,設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生擬定創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目并隨著課程的進(jìn)展將項(xiàng)目深入推進(jìn),啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生最終確定選題。將大創(chuàng)項(xiàng)目成果反哺教學(xué),既將作品作為自制教具進(jìn)課堂,又克服了高壓設(shè)備不能進(jìn)課堂的問題。

綜上,將課程的相關(guān)內(nèi)容作為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)題目,一方面指導(dǎo)學(xué)生參與其中,培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考、工程實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)合作精神,另一方面將競賽實(shí)物作為自制教具呈現(xiàn)在課堂教學(xué)中,解決了部分教具不能進(jìn)課堂的問題。結(jié)合多媒體視頻和自制教具使得學(xué)生在掌握知識(shí)目標(biāo)的同時(shí),動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和專業(yè)素養(yǎng)能力得到了有效提高,實(shí)現(xiàn)了教與學(xué)相長,體現(xiàn)了多維立體教學(xué),達(dá)到了理論與實(shí)踐相結(jié)合,課內(nèi)與課外相結(jié)合,進(jìn)一步延伸了課程的廣度。部分自制教具如圖4所示。

圖4 自制的隔離開關(guān)倒閘教具

課程瞄準(zhǔn)高階目標(biāo),教師須把高階能力和素養(yǎng)能力列為課程目標(biāo),培養(yǎng)學(xué)生具有解決問題的清晰思路和高度。針對本課程的特點(diǎn),更全面地做到學(xué)生對本課程的學(xué)以致用,授課過程中以問題為導(dǎo)向,適當(dāng)?shù)卦黾右恍┡c課程相關(guān)的科研熱點(diǎn),并要求學(xué)生課后大量閱讀文獻(xiàn)資料;通過課堂講授和學(xué)生課下大量的閱讀讓學(xué)生充分了解到電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)及本專業(yè)的相關(guān)科研熱點(diǎn),從而讓學(xué)生全方位掌握本課程。通過觀察和記錄學(xué)生預(yù)習(xí)和測驗(yàn)效果,對學(xué)生因材施教,對學(xué)習(xí)不同層次的學(xué)生線上線下答疑進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo),達(dá)到對學(xué)生學(xué)習(xí)情況全覆蓋的掌握。如圖5所示為對分易系統(tǒng)中教師上傳的要求學(xué)生閱讀的部分課外資料。

圖5 對分易系統(tǒng)文獻(xiàn)資料截圖

3 課程教學(xué)模式與教學(xué)方式創(chuàng)新

3.1 教學(xué)模式創(chuàng)新

“遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)”課程在電氣2016級本科生授課時(shí),主要依靠線下課堂板書授課,學(xué)生課堂參與度不高,缺乏學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

針對上述情況,率先在電氣2017級本科生授課中創(chuàng)設(shè)含有中國大學(xué)慕課等平臺(tái)的線上教學(xué)環(huán)境,利用課程組自建的慕課為線上教育資源,教師通過建立慕課堂管理和監(jiān)督學(xué)生在線預(yù)習(xí)和測驗(yàn)情況,翻轉(zhuǎn)課堂為教學(xué)方法的線上線下的混合式教學(xué)模式[11],力爭實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教與學(xué),并在2018級本科生授課中進(jìn)一步改進(jìn)推進(jìn)時(shí)使用。努力將問答式和沉默式課堂轉(zhuǎn)變?yōu)闋幷撌?、對話式和思辨式課堂。

在上述混合式教學(xué)模式下進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì),體現(xiàn)了“以學(xué)為本,以生為本”的教育理念,構(gòu)建了師生學(xué)習(xí)共同體,積極營造了新型智慧學(xué)習(xí)空間。如圖6和圖7所示,分別為學(xué)生在線預(yù)習(xí)情況統(tǒng)計(jì)表和學(xué)生第一單元在線測試統(tǒng)計(jì)表。

圖6 學(xué)生在線預(yù)習(xí)情況統(tǒng)計(jì)表

圖7 學(xué)生第一單元在線測試統(tǒng)計(jì)表

3.2 教學(xué)方法與手段創(chuàng)新

課程采用工程實(shí)踐項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型教學(xué)策略,引導(dǎo)不同層次的學(xué)生進(jìn)行本課程的學(xué)習(xí)。某些枯燥、復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容通過具體工程實(shí)踐項(xiàng)目或大作業(yè)形式生動(dòng)地呈現(xiàn)出來。實(shí)際教學(xué)過程中,以小組為單位進(jìn)行大作業(yè)或工程案例項(xiàng)目設(shè)計(jì)的開發(fā),通過小組答辯的形式,評估學(xué)生表現(xiàn)。這種教學(xué)策略不僅提高了學(xué)生實(shí)際動(dòng)手、綜合問題分析和解決的能力,同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和勇于探索創(chuàng)新的精神。

3.3 教學(xué)評價(jià)創(chuàng)新

1) 多元化學(xué)生考核評價(jià)

課程采用多樣化考核方式,線上預(yù)習(xí)和在線測驗(yàn)考核[12],線下答疑、作業(yè)、大作業(yè)(工程案例項(xiàng)目設(shè)計(jì))和課堂小測驗(yàn)共同組成了平時(shí)成績的考核內(nèi)容。注重過程性評價(jià)的公平和真實(shí),讓學(xué)生忙起來,為此課程組撰寫了詳細(xì)的課程成績評定辦法,尤其是平時(shí)成績每個(gè)環(huán)節(jié)均有依據(jù)和評分標(biāo)準(zhǔn)可查。

通過慕課平臺(tái)實(shí)現(xiàn)學(xué)生對預(yù)習(xí)內(nèi)容的前測,線下隨堂小測驗(yàn)考察學(xué)生階段性學(xué)習(xí)成效實(shí)現(xiàn)后測;大作業(yè)進(jìn)行小組答辯,鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力,實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的自評與互評。

2)學(xué)生學(xué)習(xí)成效自評創(chuàng)新

借助于信息化技術(shù),利用OBE專業(yè)認(rèn)證平臺(tái)發(fā)布問卷,創(chuàng)造學(xué)生自評和評價(jià)教師的機(jī)會(huì),增加評價(jià)環(huán)節(jié)的多樣性。統(tǒng)計(jì)評價(jià)問卷結(jié)果,教師及時(shí)掌握目前教學(xué)中存在的問題和不足,做到持續(xù)改進(jìn)。如圖8所示,從調(diào)查問卷的結(jié)果可以看出學(xué)生對于上述的教學(xué)創(chuàng)新措施整體上是滿意的,較傳統(tǒng)線下為主的教學(xué)模式,線上線下混合式教學(xué)模式呈現(xiàn)出教學(xué)形式信息化、智能化、互動(dòng)性及先進(jìn)性等特征,更適應(yīng)當(dāng)代大學(xué)生獲得知識(shí)需求多樣性的特點(diǎn),符合新工科的發(fā)展要求。

4 教學(xué)改革效果

“遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)”課程在2017級首次采用上述教學(xué)創(chuàng)新改革舉措,并在2018級進(jìn)一步推廣使用。電氣2016級采用傳統(tǒng)的線下課堂授課,通過對比分析三屆總評成績,如圖9所示,成績逐年有所提高,尤其是不及格人數(shù)逐年下降。學(xué)生線上線下課程學(xué)習(xí)主動(dòng)性增強(qiáng),課堂參與度明顯提高,勇于創(chuàng)新,積極參加各種學(xué)科競賽,動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新能力得到了提升,說明上述的混合式教學(xué)模式的教學(xué)效果高于傳統(tǒng)的教學(xué)效果。

5 結(jié)語

“遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)”課程在教學(xué)創(chuàng)新改革與實(shí)踐中形成的推廣價(jià)值及建議主要表現(xiàn)為:①以鐵路行業(yè)背景為驅(qū)動(dòng),結(jié)合工程案例,導(dǎo)師引導(dǎo)、學(xué)生自主學(xué)習(xí),形成課內(nèi)課外立體式工程教學(xué)。實(shí)現(xiàn)線上線下雙通道學(xué)習(xí)模式,打破了學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)空的限制,使得學(xué)生自主學(xué)習(xí)更加靈活自由。思政教育形成完整體系,實(shí)現(xiàn)了課程的教學(xué)目標(biāo)與學(xué)科育人同向同行,有機(jī)統(tǒng)一。②在學(xué)生學(xué)習(xí)過程性形成評價(jià),成績評定中引入線上學(xué)習(xí)評價(jià),通過分析學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)長、答疑討論的次數(shù)和深度、在線測試的準(zhǔn)確率和答題次數(shù),形成綜合評價(jià),并作為過程性評價(jià)的一部分,督促學(xué)生做好線上學(xué)習(xí)。低階性學(xué)習(xí)內(nèi)容可以完全在線上課外實(shí)現(xiàn),為教師在線下課堂高階性內(nèi)容的展開提供了可能,為在同類實(shí)踐性較強(qiáng)的工科類課堂教學(xué)課程教學(xué)中推廣應(yīng)用提供了可借鑒的思路。