基于大數(shù)據(jù)的多維立體教學模式在城市軌道交通課程教學中的應用

［摘 要］傳統(tǒng)以教師為中心的教學模式在培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神方面存在明顯局限性。為應對這一挑戰(zhàn)，文章提出要將作業(yè)、測試、項目、討論課與考試整合到統(tǒng)一平臺，構建基于大數(shù)據(jù)的教學過程透明化數(shù)據(jù)，為教師、學生提供信息支持，從而構建基于項目驅(qū)動的案例分析和問題探究相結合的多維立體教學模式，并對城市軌道交通課程教學進行了探索。該模式強調(diào)“教”與“學”的優(yōu)化組合和內(nèi)在互動，旨在激發(fā)學生的學習興趣，提高學習效率，并通過實際操作和互動討論等形式增強學生的問題解決能力和創(chuàng)新能力。實踐結果表明，該模式顯著提高了學生的批判性思維和問題解決能力等綜合素養(yǎng)，最終促進了教與學的良性發(fā)展。

［關鍵詞］多維；大數(shù)據(jù)；項目教學；過程產(chǎn)出

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）03-0075-05

隨著城市的飛速發(fā)展，城市軌道交通作為公共交通體系的重要組成部分，承擔著城市通勤重任。城市軌道交通不僅涉及復雜的技術系統(tǒng)，還包括運營管理、安全監(jiān)控等多個方面，對從業(yè)人員的專業(yè)知識和操作技能提出了高標準、高要求。因此，高效和創(chuàng)新的教育模式對于培養(yǎng)該領域的專業(yè)人才至關重要。

多維立體教學是一種新興的教學理念，其利用多種信息資源，結合多媒體教學、案例分析、習題講解、項目研究實操、專題分組討論、項目教學法等多維立體化教學手段展開教學活動[1]，促使學生從不同角度學習和應用相關知識點，強調(diào)通過視覺、聽覺和觸覺等多種感官的綜合運用，以及理論與實踐的緊密結合，來提高學習效率和教學效果[2]。該模式尤其適用于對技術和操作要求較高的專業(yè)性課程[3]，如城市軌道交通等。

習近平總書記多次在講話中強調(diào)了大數(shù)據(jù)在教育中的重要性和應用方向。利用大數(shù)據(jù)可以掌握學生的學習模式[4]，提供有針對性的指導，合理配置教學資源[5]，減輕教師和學生的負擔，并提升教育質(zhì)量[6]，這已經(jīng)成為當下教育改革的重要方向[7-8]。

本文旨在探討大數(shù)據(jù)及多維立體教學模式在課程中的應用，并結合具體案例展示該教學模式的實際效果和潛在優(yōu)勢，期望能為工程領域的教育提供新的思路和方法，為培養(yǎng)更多高素質(zhì)的專業(yè)人才提供參考。

一、存在的問題

傳統(tǒng)的教學模式通常側重于對理論知識的講授和考核，但在應用知識分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)上較為缺乏。這種教學方法在理論與實踐之間存在斷層，所培養(yǎng)的人才無法滿足城市軌道交通復雜多變的工作環(huán)境需求。因此，探索更為有效的教學模式成為教育改革的重要方向。同時，課堂教學中會產(chǎn)生大量的教學數(shù)據(jù)，例如學生的知識點掌握程度、教師授課手段的實際效果等，但在傳統(tǒng)的教學模式特別是線下傳遞紙質(zhì)版信息的模式（例如紙質(zhì)版作業(yè)批閱、紙質(zhì)版平時測試）中，相關數(shù)據(jù)由于時滯性和難以收集而被忽視。

傳統(tǒng)教學模式主要存在的問題如下：

第一，教學方法單一。傳統(tǒng)的講授方式缺乏足夠的互動和教學方法創(chuàng)新，不利于激發(fā)學生的學習興趣和提高學習參與度。教學過程過于理論化，缺少與實際工作場景的結合，使學生難以將所學知識應用于實際工作中。

第二，評估體系不完善。教學評估多依賴于傳統(tǒng)的考試和作業(yè)，缺乏多樣化的評估方式，不注重對學生解決問題能力的評估，如項目式學習能力。

第三，無法快速獲得學生反饋，授課無針對性。對于傳統(tǒng)紙質(zhì)版載體（作業(yè)、測試等）的信息傳遞模式來說，其收集、批閱、進行數(shù)據(jù)整理的周期較長，已無法適應當今高效、海量、快速的信息傳遞速度，使教師難以在下次授課前及時獲得學生對知識點的掌握情況，也無法滿足教師和學生的碎片化時間利用需求，不能實現(xiàn)高效工作和學習。

第四，更新滯后。課程內(nèi)容和教材更新不及時，無法跟上行業(yè)技術的發(fā)展和變化，導致教學內(nèi)容過時，學生聽課不積極、不認真。

第五，學生與教師互動性差。由于課程內(nèi)容的復雜性和抽象性，學生往往難以長期保持學習興趣和精力的高度集中，且教師忙于講授教材內(nèi)容，在課堂上與學生互動較少。

第六，課程靈活性不足。課程知識結構和內(nèi)容較為固定，無法根據(jù)行業(yè)發(fā)展或?qū)W生學習需求做出快速調(diào)整。

二、教學探索

通過圖1所示的電子作業(yè)、平時測試、實物項目、討論課、期末考試五個環(huán)節(jié)，構建如表1所示的完整的大數(shù)據(jù)教學過程，使教學活動圍繞知識點和項目展開，以知識的最終掌握為目標。

（一）電子作業(yè)提交—奠定知識基礎—建立知識點大數(shù)據(jù)

教師主要講授基礎理論，以虛擬項目為主線，幫助學生掌握課程的理論體系和相關領域知識，旨在奠定知識基礎。每次課后布置以基本知識點為主的課外作業(yè)，讓學生在QQ群或者雨課堂提交，鞏固所學知識，且便于教師及時批閱，實現(xiàn)第一類的學習反饋。電子作業(yè)可以彌補以往紙質(zhì)版作業(yè)的不足——批閱和保存不便、數(shù)據(jù)生成周期長、數(shù)據(jù)統(tǒng)計煩瑣，同時能夠生成各個知識點的掌握率曲線圖，以及各個學生對不同知識點的掌握率曲線圖。這些數(shù)據(jù)有助于教師在下次授課時有針對性地進行回顧或講解，便于學生進行針對性復習。根據(jù)這些數(shù)據(jù)以及往年的歷史數(shù)據(jù)，形成授課知識點大數(shù)據(jù)，做到對應每個知識點，教師都能夠有針對性地進行備課、課件設計、授課、多媒體拓展，學生在預習、聽課、復習時有針對性地學習。每個人的精力是有限的，這樣能使教師和學生將有限的精力放在重點、難點上，從而降低授課、學習的難度。在不增加甚至減輕教師、學生負擔的前提下，自動做到了整個授課過程、學習過程的數(shù)據(jù)透明化。

（二）平時測試—知識反饋—補充知識點大數(shù)據(jù)

進行適當次數(shù)的基本知識點平時測試，例如城市軌道交通課程每2周一次，每次10分鐘，并通過平臺完成測試—提交（無印刷成本）。測試環(huán)節(jié)極其簡單，教師通過手機、平板、電腦即可在平臺上完成形式多樣的題目設置，讓學生在規(guī)定時間（上課開始的10分鐘）內(nèi)完成，避免了拖延、丟失等問題。教師在課下完成批閱，如果是選擇題等客觀題甚至不需要批閱，學生提交作業(yè)后即可自動完成批閱，教師立即就會得到反饋信息如每個學生的知識點掌握情況等，實現(xiàn)第二類學習反饋。在此基礎上，將測試與作業(yè)的數(shù)據(jù)進行合成，進一步完善和補充大數(shù)據(jù)。這些都是通過平臺自動完成的，大大減少了教師的工作量。

（三）實物項目—實戰(zhàn)能力提升—檢驗知識點大數(shù)據(jù)

教師結合授課內(nèi)容、知識點和學生專業(yè)特點，提出實物項目。例如教師根據(jù)所講授的“軌道交通信號控制”內(nèi)容，提出“車站檢測及火車自動啟停控制”項目，包括項目啟動（課內(nèi)1課時，在開課后第二周進行）、項目實施（課外4課時，包括技術指導、實物制作、照片拍攝、視頻錄制與剪輯、報告撰寫、PPT制作等）和答辯（在結課前1周，課內(nèi)3課時）。學生以小組（5人）形式共同制作PPT及進行匯報，根據(jù)各自的工作分工，撰寫不少于3000字的研制報告（每人分別完成）。研制報告是對小組項目中內(nèi)容分析、參數(shù)計算、控制算法設計、機械結構設計、電路設計、傳感器連接分析、程序編制等工作的全面總結，同時加入自己的體會與思考，同一小組不同成員的報告應根據(jù)各自的分工有所區(qū)別。項目具體制作要求為：設計電路結構，通過傳感器檢測到火車進入車站，然后停止2秒，模擬等待乘客上下車，之后火車啟動離開車站。通過這些過程來鍛煉學生利用控制芯片編程、設計控制算法、連接外圍電路的能力，提高學生分析問題、解決問題、團隊分工與合作、撰寫報告的能力。特別是PPT答辯，要求全部學生參加，并著正裝，從而大幅度提升學生的心理素質(zhì)和自我展現(xiàn)能力，為后面的比賽答辯、工作面試、研究生面試奠定基礎。

在整個項目過程中，教師需要控制好項目進程時間節(jié)點，讓學生通過平臺做好階段性成果匯報，克服自身惰性，及時完成任務。這樣教師和學生都可以清楚項目的進度，并對存在的問題及時進行討論、解決，幫助學生消化理論知識，培養(yǎng)學生實際動手能力，從而推動項目的開展，促進相關知識的學習。

項目成績=實物制作30%+研究報告30%+答辯40%。教師在答辯環(huán)節(jié)對學生的肢體動作、儀表、PPT設計、報告撰寫等進行綜合評價，并以現(xiàn)場口頭測評與系統(tǒng)線上打分相結合的方式對學生進行指導和評價，二者的劃分要特別注意學生的心理素質(zhì)和接受程度，即以產(chǎn)生正面影響為目的。最終成績在平臺提交，形成第三類反饋，并與前面環(huán)節(jié)的大數(shù)據(jù)一起合成，自動形成知識點及單個學生的實物研究評測分析。

當項目完成時，教師和學生要及時進行成果可行性和創(chuàng)新性的評價，從而推動下一步成果如論文、專利的產(chǎn)出。這一步對教師團隊的科研素質(zhì)有一定的要求，需要以教師為主導，指導學生對項目進行完善，最終形成論文和專利。學校相關的激勵性政策會促使教師和學生產(chǎn)出更多的成果，而這些成果也會對學生的就業(yè)和考研起到良好的推動作用。

（四）討論課—思維發(fā)散—檢驗知識點綜合運用情況，完善大數(shù)據(jù)

教師結合課程內(nèi)容、專業(yè)特點和專業(yè)發(fā)展前沿，在結課前4周提出討論課題目，例如“車站三維規(guī)劃設計”，目的是提升學生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力，滿足創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求。具體過程包括討論實施（課外2學時的項目啟動、方案設計、技術指導、非實物研討）、討論課答辯（在結課前2周，課內(nèi)2學時的答辯與討論課），鍛煉學生檢索資料、分析影響因素、評價規(guī)劃方案等綜合運用所學知識的能力。學生以小組形式，根據(jù)各自的分工，利用SketchUP軟件進行車站三維設計，對尺寸分析、客流分析、場景渲染、動畫漫游等方面進行總結。每人分別完成不少于3000字的討論報告。具體要求為：分析某車站當前存在的問題，對比分析當前方案優(yōu)缺點并提出具體的設計內(nèi)容，根據(jù)所學內(nèi)容提出對應的車站內(nèi)外各種設施的布局方案及布局依據(jù)，附參考文獻，協(xié)作制作PPT，進行小組討論匯報，并在平臺提交。

討論課成績=方案設計30%+討論報告30%+“PPT+專業(yè)技術討論講解”40%。在討論過程中，教師要注意讓學生充分表達觀點和碰撞思維，培養(yǎng)資料查找、多媒體制作、口頭表達、合作精神和組織協(xié)調(diào)能力；探討專業(yè)前沿技術，形成獨立判斷、分析和解決問題的能力；進行方案合理性分析，培養(yǎng)專業(yè)知識的敏銳感和細節(jié)處理能力。同時，利用虛擬試驗平臺進行實踐，使學生在討論過程中掌握和理解知識點，學以致用。特別是對一些前沿的知識，不要輕易否定學生的想法，要給學生留有發(fā)揮的空間。最終成績在平臺提交，形成第四類反饋，并與前面環(huán)節(jié)的大數(shù)據(jù)一起合成，自動形成知識點及單個學生的討論課測評分析。

（五）期末考試—最終考核—完成知識點大數(shù)據(jù)

期末考試采用線上智慧閱卷平臺進行評分，教師批閱結束后平臺自動生成每個題的得分率以及學生的成績，形成第五類反饋。將試卷成績與前面的各分項成績結合，可得到學生的最終成績。教師根據(jù)該數(shù)據(jù)與往年的數(shù)據(jù)進行對比分析，對自己的教學模式、知識點的講解方式、課時分配等進行有針對性的調(diào)整。

由于上述前四個環(huán)節(jié)是實時生成的，因此學生在課程學習中，可以及時發(fā)現(xiàn)自己成績較差和知識點掌握較薄弱的部分，進而及時采取措施進行提升。這種注重過程的成績考核方式，避免了傳統(tǒng)考試“一考定成績”的問題，并且實時的成績評價也可以促進學生主動學習。

在整個教與學的過程中，這種基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)透明化實施及全方位實時反饋，可促進教師和學生對自己所做工作的充分了解，即教師可以及時知道自己的授課效果、學生的學習效果和對知識點的掌握程度，并通過學生能力提升的反饋獲得成就感，進而主動采用新手段教學；學生可以及時知道自己掌握了多少知識點、自己與其他同學的差距、自己的知識運用能力，并通過項目完成、討論方案可行性等收獲運用知識成功解決問題的喜悅與成就感，進而促進主動學習，甚至進行拓展性學習。

三、實踐效果

城市軌道交通課程引入新教學模式后的效果對比如表2所示。平臺的自動化促使教師和學生減少了投入時間。信息的反饋使教師能夠及時把握學生知識點掌握的情況，講課更有針對性，降低了授課難度。另外，每個學生根據(jù)知識掌握情況的反饋，能夠有針對性地開展學習，提升了學習效率和成績。期末考試比重的降低，使學生有更多的精力進行課外能力提升，促進了成果產(chǎn)出。

四、結語

本文深入探討了基于大數(shù)據(jù)的多維立體教學模式在教學中的應用，證實其在提升學生創(chuàng)新能力、實踐技能及團隊協(xié)作能力方面的有效性。通過整合現(xiàn)代信息技術與互動教學策略，激發(fā)了學生的學習興趣，顯著提高了教學效果，并滿足了不同學生的個性化學習需求，促進了學生的能力提升，提高了學生學習的主動性。

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［責任編輯：劉鳳華］