信息技術助力下新工科高階學習教學模式改革與實踐

瞿濤?李晗?盧金玉

摘要：在信息技術與教育教學深度融合的背景下，新工科教育旨在培養具備創新能力的工程人才，使其具備適應、支持和引領新經濟、新技術、新業態和新模式發展的能力。以新工科人才素養模型為依據，以培養工科生高階思維能力為目的，探討創建工科類課程以項目驅動為主導的高階學習教學模式，以期在高等教育的課堂教學中提高學生的核心素養與高階思維能力。該教學模式依靠信息技術助力多維度的教學手段，融合慕課、翻轉課堂、項目驅動等方式，以單片機與接口技術課程為例，探討信息技術助力下新工科課程高階學習教學模式改革。

關鍵詞：高階學習教學模式；新工科；項目驅動；人才素養；核心素養

一、前言

2016年《華盛頓協議》吸納了中國作為第18個正式成員，標志著中國工程教育與國際標準正式對接。教育部于2017年在《關于開展新工科研究與實踐的通知》中解構高等工程教育的“高”一詞，旨在培養學生掌握新知識的能力、解鎖掌握新知識的方式以及應用提高新知識水平的高階思維認知體系[1]。2018年教育部《教育信息化2.0行動計劃》[2]指出，強化以能力為先的人才培養理念，積極推進“互聯網+教育”，堅持信息技術與教育教學深度融合。根據2019年《地平線報告》[3]，未來幾年教育技術會得到蓬勃發展，將與高等教育深度結合[4]。2020-2023年間，教育部啟動多批次新工科教育研究與改革實踐項目。因此，在信息技術與教育教學深度融合的背景下，為新工科教育培養學生的高階思維能力更為迫切。

二、新工科人才核心素養模型構建人才培養目標

新工科教育是為了培養適應和引領未來工程發展方向的人才，以適應新一輪產業革命和技術變革的驅動。構建合理的人才核心素養結構是提升未來新工科人才培養質量的決定性因素。王世斌提出，“面對新一輪科學技術革命和產業技術變革的新時代工程背景，通過教育教學活動塑造新工科人才核心素養，使新時代工程背景下的人才能勝任解決工程創新創業等問題的核心能力”[5-6]。王世斌在分析出新工科人才核心素養內涵和結構特征的基礎上，構建出適應新工科人才核心素養結構、體現各要素間內在邏輯的金字塔模型，如圖1所示。在此金字塔模型基礎上，遼寧工業大學電子與信息工程學院同時參照美國工程技術評審委員會（ABET）及美國專業工程師協會（NSPE）的工程教育目標[7]，為符合新工科畢業生應具備的能力要求，將學院計算機科學與技術專業人才培養方案的畢業要求指標點完成重新設計。這些能力要求已經被細化為以下指標點，如表1所示。

三、高階學習教學模式框架

所謂高階學習[8]是指學生運用高階思維能力的學習活動。通過高階學習，學生能夠獲得新知識的能力、解鎖掌握新知識的方式以及提高新知識的應用水平，而不再是簡單的陳述性知識積累。基于OBE教育理念，將培養學生核心素養的內涵轉化為畢業要求指標點，設計出以培養學生核心素養為導向的適合新工科課程體系的培養方案及新工科課程的學習、教學模式，旨在重點培養學生的高階思維能力。眾多發達國家的高等教育已經將項目驅動式教學與課堂教學相結合，達到了課堂教學改革的目的。培養高階思維能力已成為眾多國家教育教學改革發展的共同趨勢和共同目標。國內一些高校在近些年也進行了項目式教學改革[9]。

高階學習教學模式以學生為主體，教師扮演著知識構建和能力提升的設計者和引導者的角色，強調“學”的重要性。該模式通過開放性任務，設計真實情境下挑戰性項目亟待解決的問題，促進學生高階思維能力的培養與形成[10]。基于以上特點，信息技術助力下的高階學習教學模式框架如圖2所示。

四、“單片機與接口技術”高階學習教學模式改革與實踐

“單片機與接口技術”屬于工程技術類課程，是信息類工科專業的專業基礎課或專業發展課，討論該課程的教學模式改革具有一定的普遍性。目前，大多數高校仍然采用傳統的理論課和實驗課相分離的教學形式，這種形式在一定程度上削弱了工程技術課程的實踐性。為了解決這一問題，各高校都在積極探索如何統一理論和實踐教學，培養學生的實踐創新能力。

1.課前知識構建

課前，教師在超星上開放課程知識點、課件及自測題等引導學生自主學習。學生自主組建2～3人項目團隊，項目團隊成員一起開展討論式學習并提交亟待解決的問題。

2.課中知識消化

多媒體課堂上，針對在超星上課前學習數據統計及問題收集，在創建知識架構前提下，針對亟待解決的問題引入案例講解和討論，課堂教學以講授法、互動法、啟發法、形象法、網絡法、項目驅動法展開，融入翻轉課堂與案例討論，可實時結合超星平臺檢驗課堂學習效果。課堂教學具體實施過程中設立1-2-1教學模式[11-14]，如圖3所示，即以1個實例為核心，采用2種方法分析實例（理論分析法、仿真演示法），在講解實例的基礎上，衍生創建1個項目促進學生小組完成項目創新設計，培養學生工程和創新意識。

課后知識鞏固：教師針對所學知識點及時在超星上發布相應的作業及項目具體任務。學生在超星上按規定時間完成相應的作業，項目團隊共同完成項目設計任務、最終進行仿真、匯報。

根據高階學習教學模式調整了考核評價，考核評價分為課前階段、課中階段與課后階段。考核評價如表2所示。

建立過程性評價與總結性評價相結合的機制，關注培養學生創新能力與高階思維能力，將60%的考核比重賦予過程性評價，總結性評價調整為40%的比重。以項目驅動為主導的高階教學模式主要以1-2-1教學模式具體實現，能充分調動學生自主學習、協作學習、探索性學習的積極性，使學生獲取掌握新知識的能力、解鎖掌握新知識的方式以及提高新知識的應用水平，并設立基于項目任務的考核機制，激發學生積極參與研討、設計、仿真、制作、答辯等環節。保證了課程的教學效果，促進學生高階思維能力的養成。

五、結語

在信息技術與教育教學深度融合的背景下，本文依據新工科人才核心素養模型引出人才培養目標指標點、根據指標點構建以項目驅動為主導的高階學習教學模式。此模式得到信息技術助力，契合新時代、新要求的背景，符合新工科教育的最終目的——培養出適應、支撐、引領新經濟、新技術、新業態、新模式的創新能力工程人才。

參考文獻

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基金項目：2022年遼寧工業大學教學改革研究項目（項目編號：xjg2022033）

責任編輯：王穎振、周航