“新工科”背景下新型工程教育信息化建设路径探析

秦 俊

(武汉理工大学，湖北 武汉 430070)

2017年，教育部分别在复旦大学和天津大学召开了高等工程教育发展战略研讨会和工科优势高校新工科建设研讨会，会上张大良司长提出我国高校要加快建设和发展新工科。[1]“新工科”是指针对新技术、新产业与社会新形态变化和面向可持续竞争力的新型工科专业。我国是工程教育大国，工学也是高等教育学科分类中最大的学科门类。[2]2018年，教育部正式提出教育信息化2.0行动计划，信息技术的发展助推高等教育改革。[3]成果导向教育(Outcome Based Education,简称OBE)最早由美国于20世纪80年代提出，并成为西方等发达国家工程教育教学改革的主流。OBE强调学习成果而非学习过程，强调“以学生为中心”的个性化教学理念。[4]

教育信息化2.0时代，对工程教育人才培养提出了新的要求。将OBE教育理念引入到高校数字化教学资源建设中，利用“互联网+”时代信息技术手段与数字化思维方式，可推进信息技术与工程教育的深度融合，形成以学习者为中心的个性化工程教育模式。

一、新型工程教育信息化建设的必要性

(一)新兴产业变革需要新型工程科技人才支撑

在全球信息“爆炸”的大数据和人工智能化时代，我国正经历新旧经济交替的关键时期。中国政府在2015年提出了适应中国国情的“中国制造2025”作为重要的国家发展战略，是对我国制造业迈向工业4.0时代的实践探索，其核心是以“智能升级”加快新一代信息技术和制造业深度融合为主线来推进智能制造，将会产生一批以大数据、新能源和新材料等为代表的新兴技术产业。由此可见，工科高校迫切需要改革工程教育模式，培养大批新型工程科技人才，为国家产业转型升级提供人才支撑和智力支持。

(二)教育信息化2.0时代“互联网+高等教育”的深度融合

互联网+高等教育并不是互联网与高等教育的简单相加，而是基于信息技术的互联网与高等教育的深度融合与内嵌。[5]传统课堂“照本宣科”的授课模式已无法适应现代化教育环境，难以满足学习者个性化的学习需求。“互联网+教育”使高等教育的教学内容、教学方法、教学模式和教学管理机制发生深刻的变化，主要表现在利用互联网技术进行线上线下混合式教学或翻转课堂。2020年突发新冠肺炎疫情更加速了在线教学的发展与应用，大量数字化教学资源运用于实际教学中，促进了“互联网+高等教育”的深度融合。

二、工程教育信息化建设中存在的问题分析

工程教育与产业发展紧密联系、相互支撑，新兴产业的发展依靠工程教育提供人才支撑。现阶段，高校工程教育普遍存在数字化教学资源建设较分散、教师信息化能力不足、传统教学理念根深蒂固以及学生工程实践与企业发展脱节等问题，难以实现学生个性化培养。

(一)数字化课程资源建设较分散

数字化课程资源建设是一项长期复杂的工作，需要投入大量的人力物力和财力。既要符合现代教育的理念，又能从服务教学的角度考虑如何选择和建设资源。就高校现有的状况看，大部分数字课程资源建设还处于分散建设的状态，资源较单一且数量有限。在重科研轻教学的大环境下，教师参与建设的积极性不高，且配套的激励与奖励机制还不成熟，导致许多建设中与已建成的资源存在重复建设的情况，难以实现数字化课程资源建设的可持续发展。

(二)传统教学理念与教学模式根深蒂固

教学理念是教师从教学实践中形成的对教学的基本观点和根本看法，以及在此基础上形成的相对稳定的思想和观念体系。教学理念来源于教学实践，也在教学实践中转化。传统教学模式以“填鸭式”教育为主，强调“以教师为中心”。教师根据自己对课程的理解与教学方式来授课，学生必须按照教师设定好的模式来学习。极大限制了学生创新性思维的培养，同时，学习者之间和学习者与教师之间，缺乏必要沟通交流与团队协作，学习者之间更多的是一种竞争关系，而非合作关系，学习者个性化能力培养也得不到体现。除此之外，传统的知识导向型课程体系设置，也忽略了市场化需求，教师对学生的评价来源于课程考试的分数，这极大地限制学生实践能力的发展。传统教学理念在教师多年实践教学中已根深蒂固，想要教师接受新的教学理念，需要其在教学实践中摸索，不断尝试新的教学模式与教学方法，需要一个教学改革的过程。

(三)学生工程实践能力培养与企业发展脱节

工程科技人才培养中，最重要的一个环节是学生工程实践能力的培养。高校传统工科专业的人才培养模式中未将创新创业训练与实践活动和职业能力发展培训等内容纳入实践教学体系中，导致实践教学内容更新不及时，科技前沿与企业生产新技术融入教学不及时，学生无法深入接触企业生产实际等诸多问题。另外，高校传统工科专业人才培养方案中的课程体系设置、师资队伍建设和教学过程组织环节，行业企业深度均参与不够。新工科专业布局是紧紧围绕新兴产业需求而产生的，各行业企业是新技术应用的汇集地，高校对创新型工程科技人才的培养离不开企业行业导师的协同参与。不难发现，在新工科建设背景下，工科优势高校需要转变工程教育培养模式，创新学生工程实践能力的培养。

(四)教师信息化能力欠缺，在线课程资源运用不成熟

“互联网+”背景下，各级教育行政部门陆续出台各项文件推动在线开放课程建设。高校也结合实际，开展了大量在线开放课程的建设工作。2015年以来，各大平台上建成的线上课程资源已非常丰富，但教师作为课程建设的主体，对在线开放课程的概念与内涵不够清晰，课程建设目标不明确，教师信息化能力欠缺导致数字化课程资源难以运用于教学实践中，这对高校管理部门而言，更是一项需长期推进与完善的工作。

三、新型工程教育信息化建设路径探析

针对目前高校工程教育中存在的主要现实问题，在新工科建设背景下，基于OBE教育理念，运用“互联网+”思维方式，提出新型工程教育信息化建设路径。

(一)数字化课程资源建设

“互联网+”时代的思维方式包括用户思维和大数据思维，其核心是用户思维，[6]即以用户为中心，重视用户的感受，这与OBE强调的学生个性化教育理念异曲同工。而数字化课程资源建设目标正是互联网思维的具体体现，其基本特征为秉承教育资源开放共享的理念，依托现代化教育技术手段，将传统课堂教学“搬到”互联网上，并非简单地录制课程视频并在互联网上播放，而是有教学团队参与的，且有精心组织与设计的教学过程。它使传统以教师为中心的面授型教学转变为以学生为中心的混合式教学模式。[7]

1.利用现代教育技术手段科学设计课程资源

在传统的网络课程学习中，填鸭式的视频资源播放易使学习者感到疲倦，知识碎片化已成为网络时代人类学习面临的挑战。[8]由此带来的微型视频资源建设就能更好地满足互联网时代学习者的需求，它包括与该课程相关的PPT课件、在线答疑和课后习题等教学资源，是一种与互联网+时代紧密相联的新型教学资源。[9]与传统课程建设方法不同，课程信息化建设重点在于教学设计与课程资源的建设。将传统的课程资源重新设计，制作成可供全球范围内学习的课程视频资源，是目前在线开放课程建设所面临的主要技术难题。课程资源的制作并非简单地将传统课堂上的讲课过程录制下来，而是要专门制作符合在线学习方式的授课视频。此外，教师还需准备课程拓展资源，包括试题案例库和线上作业等，支持课程教学的整个过程。显而易见，一门好的课程资源建设需要强大的经费与技术支持。哥伦比亚大学调查研究报告显示，每门幕课课程的制作费用在$39,000-$325,300，其中人工费用支出在$29,000-$244,000。[10]崔璨等对中国大陆地区2014年高校幕课课程建设情况调查数据分析，我国在慕课建设方面，经费投入每门课基本为5-20万。[11]毋容置疑，高校管理部门应将在线开放课程建设列入重点工作中，给予配套经费，并通过教学改革立项和课程改革等多种形式，对在线开放课程的建设给予支持。

2.整合数字课程资源，实现资源的共建共享

高校应利用云计算技术，结合高校优势学科和特色专业进行分布式课程资源的规划设计，整合高校优质教学资源，并对资源进行集中管理，降低资源建设的重复率。由高校行政部门组织协调构建区域框架，在区域内共建共享数字化教学资源。课程上线并运行需要有一个好的课程平台做支撑，幕课的核心是平台。[12]高校可组建数字化课程资源建设平台，行政部门负责平台管理，制定政策和规章制度，明确职责、权利和义务；任课教师在平台内组建课程等数字化教学资源。全校师生可在任何时间和地点在平台上获取所需数字教学资源，实现平台内数字教学资源的高度共享，提高教学资源的利用率。

(二)信息化教学手段的应用

在线开放课程建设的最终目标是将课程应用于教学实践中，即开展混合式教学改革实践。张睿等将混合式教学班和传统教学班的4次测试成绩进行了比较，发现混合式教学班的成绩相对于传统教学班有所提高。[13]通过对已开设SPOC课程教师访谈，结合国内高校的实践经验，校内开展翻转课堂等混合式教学模式的改革对提高学生课堂积极性、学生考试成绩以及学校网络教学平台的使用率效果显著。[14]这正是OBE教育理念所强调的以学生为中心的个性化教育，是OBE在教学实践中的具体应用。就人才培养效果而言，混合式教学侧重在课外培养学生的实践能力，其教学效果体现在学生的自主创新与创造力上；就教学方法而言，混合式教学强调师生之间的互动，其教学效果体现在学生的人际交往能力上；就教学质量而言，混合式教学可适应信息化教学需求，既有利于拓展学习者的思维，又有利于学习者提高实践探索能力。[15]高校应组织教师有针对性地开展培训，鼓励对参加培训的教师开展课程教学方法的改革，[14]达到加快高校教师信息化教学能力提升，促进数字化教学资源实践应用的目的。

(三)构建虚拟仿真实验教学管理平台

虚拟仿真实验教学，是高等教育信息化建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物，是未来实验教学的发展趋势。虚拟仿真实验教学平台依托互联网技术、虚拟仿真技术、混合现实技术以及教育技术在实验教学领域的重要应用，以其逼真的实验操作环境，弥补了实验设备与场地不足等缺点，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中，进行高效、安全和经济的实验。虚拟仿真实验按照“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则，学生可在虚拟环境中开展实验预习、实验学习和实验设计与创新。目前，国内许多高校已将虚拟仿真技术应用在实验教学中，如广西大学将基于互联网的开放环境与传统的硬件操作实验相结合，建设了传统实验与现代信息技术实验体系优势互补的虚拟仿真实验教学体系。中国农业大学按照实验教学虚实结合与相互补充的原则，构建了机械与农业工程虚拟仿真实验教学体系。该体系可服务于本科阶段实验教学的全过程。武汉理工大学面向全产业链构建了汽车虚拟仿真实验教学中心，通过采用“教、学、练、考”结合的方式对车辆工程类专业实验实践环节能力的培养发挥了很大作用。[16]教务处作为对学校虚拟仿真实验教学资源的管理部门，建设开放式的网络化虚拟仿真实验管理信息平台可有效方便地对各项虚拟仿真实验教学资源进行统筹管理，可实现全校实验教学资源的开放共享，[17]具体如图1所示.

图1 虚拟仿真实验教学管理平台结构模块

(四)构建“订单式”人才培养模式

“订单式”人才培养模式是在满足学生意愿的情况下，企业与高校一起“量身订做”，共同培养适合用人单位个性化需求的人才。“订单式”人才培养模式能解决高校因过度关注拔尖创新人才和卓越工程师人才培养而忽略企业需求的问题，满足新形势下新工科人才培养的需求。该模式不仅传授学生理论知识，而且强化了学生的实践动手能力。由于用人单位参与培养学生，学校培养出的人才能较好地满足社会需求，实现培养拔尖创新人才和卓越工程师人才的目标。“订单式”人才培养模式通过企业参与教学，让教学紧跟新工业时代的发展步伐，满足了行业需求，并促进了学生在行业内就业，对高校而言，不失为一种较好的尝试。