利用新技术应对线上教学给高校工科教材建设带来的挑战

李帅 禹海涛

【摘要】结合工科教学的特点以及当下线上教学对教材的需求，基于具体案例，从数字教材和新形态教材建设两方面，探讨了将新技术应用于工科教材建设的具体方法。

【关键词】工科教材建设  数字化  新形态

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）03-0185-03

目前，高等学校（以下简称，高校）应用线上教学越来越广泛，线上教学对教学的影响是深远的，教材建设一直以围绕服务教学为核心，因此，一方面，必须积极开展，适应目前及未来教学需求的多种形态的教材建设工作;另一方面，云计算、大数据、5G、GIS等新技术的发展促进了信息技术与教育的深度融合，为多种形态的教材建设提供了内容支持和技术保障。

本文结合工科教学的特点以及当下线上教学对教材的需求，基于具体案例，从数字化教材和新形态教材建设两方面，探讨工科教材建设的具体应对之策。

一、数字化教材探索

高校工科的许多课程是以实践为基础的，但是很多课程无法顺利开展，一些课程并不是所有高校都具备身临其境开课的条件，例如：“工程地质”课程，所以策划建设本科层次的數字化教材——工程地质学虚拟仿真数字课程，该数字化教材将不是传统意义纸质版教材简单的电子化，而是充分利用新技术自成体系，不完全依赖纸质教材的数字教材，以下以该项目为例，具体介绍数字教材开发缘起以及特色之处。

（一）建设数字化教材的必要性

综合性实践环节是工程地质教学中重要的一部分，在实际教学中由于受实践场地、经费、课时、安全保障等的限制，学生很难充分身临其境，对典型地质地貌、地层结构、地质灾害等有近距离的接触，虚拟仿真等技术有效地解决了这一瓶颈，最大限度发挥了教学资源，能够满足不能随时随地开展现场教学的高校的教学需求，甚至能够完成野外教学实现不了的。

（二）充分运用新技术

采用WebGL技术进行开发，利用当前最先进的开源三维GIS框架Cesium+Unity3D实现对实习地点的三维实景模型可视化，并加入现场照片丰富场景细节。运用无人机、高分辨率三维激光扫描成像、RS等现代化信息技术手段，延伸和拓展学生学习途径，丰富学习内容，提升学生学习的热情和激情。

（三）数字教材建设的预期效果

借助无人机摄影设备技术，获得虚拟仿真教学资源，结合野外观察到的现场场景，使虚拟与现实有一个完美的结合，学生结合互动式的学习，掌握地质学基础与应用的相关知识点，可以更直观、及时、全面地了解教学内容。

二、新形态教材的实践

2019年国家发布了《中国教育现代化2035》，提出要“加快信息化时代教育变革”。为适应信息技术的迅猛发展和线上学习方式的日益普及，需要满足信息技术与教学深度融合的需要，满足互联网时代学习特性的需求，因此需要开发以纸质教材为基础，通过现代教育技术，以多种媒介、多种形态，充分利用新技术建设表达力更加丰富、更加深入的新形态工科教材。结合实践，工科新形态教材的建设主要体现在以下方面：

（一）平台建设

机工教育网是机械工业出版社建立的教育服务网站，该网站主要提供纸质教材配套的相关教学资源，例如：教学课件、教学大纲、习题答案等。主要的服务对象是选用我们教材的任课教师。

随着线上线下混合式教学、翻转课堂以及我国教育信息化进入了“人人学习，时时学习、处处学习”的时代，移动端的发展和5G时代的到来都为人们的学习创造了更多可能性。出于为教学服务的目的，扩展教材的外延，机械工业出版社开始调研建设教学平台，当时命名为“三助”平台（意为助学、助教、助考），同时面向老师和学生。

工科的线上答题要涉及到公式、画图、计算等，这些内容的输入在最初都是制约该平台建设的瓶颈，随着新技术的发展这些问题已逐步攻克，建成了“备课考试网”，该平台包括学生全面复习、学生数字教材、学生一天备考、教师培训班、教师题库组卷、教师资料下载等模块，分学生端口和教师端口。学生可以在有网络的地方，随时随地利用碎片化时间学习，并可在答疑区与老师、同学们互动，备考专区能更好帮助学生期末复习;任课老师可以在平台上进行备课、组卷、考试成绩分析等工作，除此以外还有教师培训等环节，教学经验丰富的老师分享心得，对青年教师有很大帮助。

（二）AR教材

AR技术是指增强现实技术[1]。该技术用于工科教材中对于难于理解的知识点、复杂的空间立体构造、与实践紧密结合的环节，都有较好的辅助作用。AR技术让工科教材“活起来”，激发学生的学习兴趣，提升学习效果。

（三）移动APP教材

随着信息技术和手机、平板等智能设备移动端的普及，移动APP为人们学习提供了一个更为方便的教育学习平台[2]。移动APP与纸质教材相结合可以帮助读者利用碎片时间，实现时间价值的最大化，同时也能更加吸引青年学子，增加学习的趣味性和互动性，可以随时随地练习，就像游戏通关一样。

（四）二维码教材

二维码在我们的日常生活中已经广泛应用，将二维码应用于工科教材中，读者可以即时获得各类信息，利于线上教学的开展，学生的课后复习，实现了图书内容的扩展和延伸，使教材和更多资源无缝对接，让教材更加丰富立体。结合工科教材的特点，二维码主要用于以下方面：

1.链接小程序、EXCEL表格等。

现在很多电脑已经没有光驱了，一些程序等读者可通过二维码获得，既快速又方便，同时还为读者节约了购书费用。扫描二维码后，可以直接修改EXCEL表中参数，即可完成一些简单计算、设计等，通过改变参数加深对知识点的理解。

2.链接重难点授课视频。

工科中很多知识点逻辑是比较复杂的，教材加入二维码，学生可以扫码，即可获得面授教学的体验感，学习知识更高效。

3.链接动画。

工科教材中，涉及很多机理以及构件原型，这是传统纸质教材无法充分展示的，通过二维码链接动画，可以让读者的认识更加形象直观。

4.链接彩色高清图片及扩展阅读。

工科教材中有一些图片纸质教材常规印刷效果不佳，很难表达图片要传达给读者的信息，例如建筑效果图中的光影展示，通过二维码链接，读者的即时体验感更佳，且能节约出版社的生产成本。工科教学涉及大量计算以及繁琐的公式推导，受课时限制，尤其是应用型本科的教学，有时教材中只给出简化公式或者知识点不够全面，对于学有余力和有进一步深造计划的学生来说是不充分的，可以通过二维码链接更多知识内容以及案例等，从而使一本教材变得众口不再难调。

三、小结

随着高等学校线上教学的普及，一方面凸显了数字技术的优势，另一方面也加快了教材建设的数字化进程。在线上教育很热的当下以及未来，利用新技术开展多元化的数字教材建设，扩大教育服务的范围，强化教材与技术的融合，掌握新产品开发的能力，才能应对线上教育给工科教材建设带来的挑战。

参考文献：

[1]杨万庆，王利永.AR技术环境下土木工程类教材内容呈现研究——以《钢筋混凝土结构平法识图与钢筋算量》为例[J].中国编辑，2019（04）：56-59.

[2]康飒.浅谈移动APP在建筑教学中的应用[J].河南建材，2020（1）：138-139.

作者简介：

李帅（1980-），女，博士，副编审，主要从事高校教材出版和研究工作。

禹海涛（1983-），男，博士，教授，博士生导师，主要从事高校土木工程专业教学和科研工作。