新工科背景下“线上-线下”混合 教学框架设计与实践

武婷婷,唐加山

(南京邮电大学 理学院，江苏 南京 210023)

0 引言

自“复旦共识”与“天大行动”以来，“新工科”作为工程教育的新理念、新模式已经引起教育界的广泛重视[1]。吴爱华等[2]主要考虑新经济发展对工程技术人才知识、能力和职业素质的新要求，结合国际工程教育发展构建了本土化模型。钟登华[3]、林健[4]、汪福俊[5]、夏建国等[6]也从不同角度，就新工科建设提出了相应的建设思路：在“新工科”理念下，工程教育教学改革的基点是课程体系重构，关键是课程开发，其中也包括课程教学方式方法探索。

大规模网络开放课程[7,8](Massive Open Online Courses,MOOC)作为一种新兴的教育形式，使得世界各地的学习者可以通过网络学习课程，并且可以与老师及同学进行讨论和交流。2012年，斯坦福大学、哈佛大学、麻省理工大学相继推出了e-Learning学习平台：Udacity、Coursera 和 edX[9]。紧接着，亚洲地区也开始联合发展线上-线下课程，根据学生的不同偏好，为其提供更多可灵活选择的课程以及更便捷的学习场景。从2012年起，我国使用在线课程人数涨幅为20%，人们必须充分思考e-Learning学习的未来发展方向，更好地满足当今学生的各种学习需求。

“构思-设计-实现-操作 (Conceive - Design - Implement - Operate,CDIO )”一体化教学模式,打破了以授课为中心的课程限制，使得工科体系得以整合与重组[10]。同时，将专业实践与主干课程、教学质量评估相结合，突破了传统的课堂、课后限制，注重培养学生的专业素养。通过该教学体系的培养，学生毕业后在掌握相应专业知识的同时，也具有相应的专业前瞻性等综合素质，这正是新工科培养的目标所在。

综上所述，新工科的强大应用前景亟需与信息化教育手段相融合，此即为目前文献中欠缺的部分。从教育者角度看，在线教育平台的引入，给教育管理者带来全方位机遇和挑战，需要人们思考如何综合利用现有技术支持以及空间平台，设计主导课程，合理分配物理空间，构建新工科背景下“线上线下”混合教学框架，将在线课程规范化[11,12]。针对新工科背景，本文提出一套基于CDIO的MOOC教学框架和教育体系，该体系呈多样性，具有跨学科课程、综合类课程、自主学习课程、综合素质类课程等特点。

1 教学框架设计

“新工科”建设，其实质是要改革传统的工科教育模式，基点是按照工程师职业要求对传统的学科导向课程进行重新架构，形成满足当前和未来产业发展需求、面向未来新技术和新产业发展的“新工科”课程体系与新型教学框架。

基于翻转课堂的MOOC教学体系，改变以往传统的教师传授模式，教师不再占用课堂时间讲授信息，而是学生在课前通过e-Learning学习平台完成自主学习。同时，在互联网和移动终端技术蓬勃发展的支持下，在线学习可以大范围普及。本文结合e-Learning与CDIO课程框架体系，两者相互促进，在课程设计中发挥学生的积极作用。

1.1 模型建立

“新工科”背景下课程开发不是传统工科课程的简单调整或扩容，而是遵循应用型人才应具备的知识、能力、素质标准，应当适应“新工科” 教育特质。基于翻转教室的“线上线下”混合教学框架分为3个模块：课前模块、课堂模块、课后模块[13,14]。

(1)课前模块。顾名思义，该模块是指学生在课前阶段，在线利用MOOC平台对专业课程进行有针对性的预习。通常，MOOC在线课程由来自不同高校的教师主讲，课程内容经过精心制作，是统一培养目标的多课程组合。一方面，学生可以从不同视角学习专业课程的发展历史、核心知识点以及未来应用等多方面内容，还可以在线与老师、不同高校的同学进行讨论。通过互联网及时提问和讨论等环节，可以有效防止学生因为专业课抽象与复杂而产生畏难心理。另一方面，在课前阶段，学生通过MOOC平台，有充分时间进行大量专业训练。与此同时，教师也可以“在线”掌握学生的课前学习与训练状态，以便调整下一个阶段的教学方案。

图1 “新工科”背景下e-Learning-CDIO框架体系

(2)课堂模块。该模块是知识内化的过程，是通过知识梳理和项目开发等教学手段提高学生专业素质的综合教学模式。在“新工科”背景下，该环节以翻转教室为主要教学手段，同时各专业课程之间相互整合。从具体形式上看，可以对专业课程进行交叉学习，对不同课程的相同方向进行统一训练。以软件工程专业为例，将项目程序、人员、质量管理放在“软件工程管理课程”中培养；将项目分析与设计放在“软件工程综合发展和训练课程”中培养；将网络系统放在“软件工程Web工程发展课程”中训练和培养；将移动终端技术放在“终端技术课程”中培养。不同方向的培养最终完成软件工程专业的整体培养目标。

(3)课后模块。该模块是一个专业扩展和应用的模块。学生通过专业研究和学习对前两个模块专业知识与技能已经基本掌握。在该阶段，学生将继续通过MOOC平台参加专业研讨。“新工科”背景下，专业扩展的主要思想是利用评分、评论和应用的整体现代化教育框架，在MOOC综合教育平台下，结合应用实体，进行专业知识与实际生产的再次整合，凸显“新工科”特色。

2 教学体系评价

针对“线上-线下”教学框架，本文建立一个适当的评价体系[15,16]。在具体开发实践中，要注重以下几个环节：一是要围绕 “新工科” 理念，坚持以学生为中心，通过分解人才培养目标，架构能力素质结构图，并按照结构图建立课程体系拓扑图；二是要根据课程体系拓扑图，系统分析和架构所需要开发的e-Learning课程，选择符合实际的课程形式以及相应的教学模式; 三是要注重课程与原有课程之间的前后承启与内在逻辑关系。

首先，MOOC平台的教学方式始终以学生为中心，目的是为了引导学生由被动的学习态度转向积极主动的学习态度，确保学生是学习环节的中心，教师起到辅助作用,从而解决教与学之间的错位问题。

其次，基于 MOOC 的翻转课堂,学生得到更多的专业实践，从而推动理论向实践转化,不仅提高了学生的专业技能,同时也加深了学生对课程内容的真正理解,从而解决学习与应用之间的错位问题。

第三，部分专业课程实行分级综合教学模式，即许多课程完成一个培养目标的不同部分,使每门子课程扮演自己的角色。与此同时，每个子课程又是独立的,该体系的“独立-统一”模式解决了课程之间的错位和断档问题。

最后，学生在课前学习、课中训练,参加MOOC平台的课后交流与研讨,合理利用“课前-课堂-课后”3个环节，有机结合成“线上-线下”教学整体，实现了专业学习教育与素质培养的“新工科”培养目标。

3 结语

“新工科”与传统工科的区别主要体现在对“新”的理解上。“新”就是构建“面向当前急需和未来发展”的高等工程教育“新理念、新结构、新模式、新质量、新体系”。近年来，在线课程在全球范围内迅速发展，今后单一地使用传统教学方式将不是一个明智的选择。“新工科”课程开发的主旨是围绕现代工程对人才知识、能力和素质要求，通过加强基础理论课程，强调文、理、工科课程的相互渗透，增设实践性、综合性、选修性课程，以逐步完善满足“新工科”要求的课程体系。

在“新工科”背景下，本文设计了一个结合e-Learning与CDIO的课程框架体系，该模型是一个允许多层次、多学科合作的e-Learning平台框架，既可以满足理论和实践探索课程建设需求，又可以作为具体课程设计指导，提供更适合学生学习的课程，帮助教师提高教学质量。