工程学科在线开放课程体系建设的探索与创新

周绪红??陈朝晖??李正良

摘 要：立足高等工程教育的发展趋势与人才培养需求，总结了当前在线开放课程建设与应用的不足，提出了以“共建、共享、交流、促进、开放”为方针，“科学教育、人文教育与工程教育”协调统一，“科研、工程、教学”深度融合的工程学科在线开放课程体系建设理念，从校际协同建设机制、在线开放课程体系架构与在线开放资源建设三方面论述了工程学科在线开放课程体系建设的创新模式，为在线开放课程建设从松散无序向学科体系建设的转变提供了参考模板，为信息化背景下校际合作与创新开辟了新途径。

关键词：高等工程教育;工程学科;在线开放课程体系;在线教学资源;协同创新

一、引言

以新能源技术、新通信技术与信息技术的革命及其融合为标志的新工业革命浪潮，对世界范围内高等工程教育的既有体系与模式造成了巨大冲击，前所未有的工程建设规模、集成度与多专业综合化程度是我国高等工程教育无法回避的全新挑战，也是阶跃式发展的重大机遇。其中，尤以信息技术以及以此为依托的在线开放教学对高等工程教育方法与模式变革的影响最为显著。

工程教育在我国高等教育中一直占据举足轻重的地位，截至2019年7月的统计数据显示，我国工科毕业生占世界总数的38%，在校生与毕业生均超过国内高校总量的30%[1]。其中，土木工程作为最古老的工程学科之一，伴随人类发展的整个历程，服务于人们生活和生产的各种民用设施建设，包括房屋建筑、道路、桥梁、隧道、水利、管道、港口等，也见证了我国改革开放四十年来的飞速发展。现阶段，我国土木工程呈现学科交叉、深入融合的局面，并由传统的以陆地建造为主向海洋、太空与地下延伸。這一发展趋势要求土木工程人才具备综合应用、工程创新与开拓引领的复合能力以及自然科学、工程科学、工程技术与人文美学的综合素养。为此，迫切需要高等工程教育在课程体系、教学方法与人才培养模式等方面进行变革与创新，而适应信息化社会发展、符合当代人知识与信息获取方式以及结合信息化技术的在线开放课程建设与应用成为首要选择[2-3]。

2012年以来，以“互联网+”等信息技术为依托的大规模在线开放课程（MOOC，Massive Open Online Course，译作“慕课”）等新型学习资源与平台在世界范围内迅速兴起。在敏锐地预见“互联网+”可能带来的教育革命后，经历了短暂的学习与借鉴，我国于2013年开始，由教育部主导，全面推动了具有我国特色的慕课建设、研究与应用，并逐步形成了我国慕课的基本特点，即：受众的大规模、面向公众的开放性、在线开放性以及课程活动的完整性[4]。在线开放教学有效拓展了教学时空，激发了学习积极性和自主性，是高等教育发展的必然趋势。尤其在2020年波及全球的新冠肺炎疫情下，在线教学跨越时空障碍的大众化、信息化和国际化优势得以充分展现[5]。

我国慕课建设发展迅猛，慕课总数、参与开课学校数量、学习人数位居世界之首，业已成为世界慕课大国[5-6]。与以往依托现代教学手段（如采用PPT、视频公开课等）对教学方法产生的影响相比，在线开放课程的建设与应用在教学方法和体验上造成的影响更为深远。在经历了在线开放课程建设的量化积累、规模化效应以及多元化的教学应用探索后，慕课建设的不足也逐渐显现，主要在于：课程建设以单门课程为主，松散重复，良莠不齐;在线课程总体呈现扁平无序状态，缺乏引导，使学习者陷入相似资源过度而体系资源不足的选择困境;在线开放课程未有效融入传统教学体系，对传统教学未形成系统性支撑。

显然，顺应工程发展需求，使在线开放课程扬长避短，与传统教学有机结合，已成为高等工程教育的新命题。为此，笔者首先论述了当前在线开放课程体系建设的必要性及其特点，再以重庆大学牵头、国内11所土木工程一流学科与知名高校共同参与的土木工程核心在线开放课程群为例，从校际协同建设机制、在线开放课程体系架构与在线开放资源建设三方面探讨了工程学科在线开放课程体系建设模式，为促进我国工程学科在线开放课程的建设提供了新途径。

二、在线开放课程体系建设的必要性

我国目前依托互联网教学平台的在线开放课程建设模式主要有单人或多人一课、多校共建一课等，其中多校一课多为适应不同教学要求的同类系列课程。建课方法大多为传统教学的视频化、纸质资源的网络化，互联网的潜力尚未充分挖掘。而大量不同学科专业种类繁多的在线开放课程的扁平化呈现，又使学习者陷入选择困难的境地，无从把握知识关联，难以实现知识体系自我建构，导致现有在线开放课程的建设与应用处境尴尬，即：投入大量人力物力的数量庞大的在线开放课程，却未形成对传统教学的结构性支撑。

为此，笔者认为，结合传统教学模式中知识体系架构严密的逻辑性与关联性、对学习者的引导性，充分发挥“互联网+”对资源整合的灵活多样以及资源的快速更新、动态可视、交互共享等技术优势，从知识能力素质的认知规律出发，围绕工程学科特点、趋势与人才培养需求，进行在线开放课程的体系建设，是将学习者与教学者从现有大量无序在线开放课程资源的选择困境中解救出来的有效方法，并可从根本上使在线开放课程建设与应用成为对工程教育与人才培养的结构性支撑。

在线开放课程的体系建设可以弥补单一慕课建设的松散与无序，以及由此造成的自主在线开放学习的盲目性、无系统与不连贯[7-8]。而在线开放课程体系网络化结构又可使学习者自主设计与把控学习进程、探索领会知识关联、构筑知识体系、培养并提升综合素养，从而有效弥补传统教学模式与纸质教材的局限。

三、工程学科在线开放课程体系的创新建设

在线开放课程体系应有别于传统课程体系中各门课程相对独立的线性化结构，或不同门类在线开放课程的简单罗列或堆砌，而应围绕学科特点与人才培养需求，构筑课程间呈现明确固有关联的网络化体系，其建设的难点和关键在于建设机制、体系架构与资源建设等。对于工程学科，“互联网+”独有的动态、可视、综合、交互的技术优势，天然契合了工程感性认识、综合认知与应用能力的人才培养需求，并可充分展示工程的综合性、时效性和演化性，而传统教学模式、平台与单一课程无法满足这一要求。因此，围绕工程学科的在线开放课程的体系建设意义尤为突出。

在此，针对土木工程发展趋势与人才培养需求，围绕“土木工程在线开放核心课程群”的建设，我们探索创新了以“共建、共享、交流、促进、开放”为指导思想的校际协同创新机制，追求“科学教育、人文教育与工程教育”协调统一的土木工程学科在线开放课程体系架构以及“科研、工程、教学”深度融合的资源建设方法[9-11]，以下分别予以阐述。

1.“共建、共享、交流、促进、开放”的校际协同创新机制

在线开放课程体系需要优质课程与优良技术平台的支撑，因此，逞一家之强、一蹴而就势必重蹈单打独斗建课的弊端，导致课程体系架构不完善、课程良莠不齐、资源捉襟见肘。集中本学科各高校优势，整合优质资源，发挥各校良好积累，是在线开放课程体系建设的不二之选。

在我国高等教育教学改革进程中，高校合作并非新鲜事物。但以往常常为多校联合编写教材、编制题库，或共建一个门类在线开放课程，围绕同一学科建设在线开放课程体系则无先例。如何有机组织并充分发挥各校优势、体现在线开放课程体系的应有优势，是决定课程体系建设成败的关键。为此，由重庆大学牵头，汇集了同济大学、大连理工大学、哈尔滨工业大学、东南大学、河海大学、华南理工大学、西南交通大学、西安建筑科技大学、上海大学和长安大学共11所我国土木工程一流学科与知名高校，面向土木工程本科教学，以“共建、共享、交流、促进、开放”为方针，集中教学名师、发挥教学优势，进行体系总体架构、平台总体设计、各校分工协作与系统资源整合，探索了“土木工程在线开放核心课程群”的校际协同创新建设机制（见图1），开创了信息化趋势下高校协同教学创新的全新局面。

2.“科学教育、人文教育与工程教育”协调统一的课程体系架构

合理的、具有灵活性与针对性、富于创造性的教学方法往往对学生影响深远[12]。在线开放课程的灵魂在于“教”和“学”，在于“用”。在线开放课程不仅是新型的教学资源，更是交互式信息化学习平台，是全新的教学方式，其体系架构对在线开放课程的建设与应用至关重要。在线开放课程体系的架构与平台设计应充分面向学习者认知规律、学习方式、学科特点与知识能力素质要求，将教学活动、教学内容、教学要求内化于在线资源与体系架构中。需借鉴传统课程体系的完整性与系统性，发挥信息化技术的优势，结合工程发展的前沿性，兼顾课程是否利于在线教学等因素选取核心主干课程。传统工程学科课程体系具有线性化递进式特点，需经过较长的学习进程，学生才能初步接触和了解专业知识与工程之间的关联，不利于培养学生工程综合应用与创新能力（图2a）。因此，在线开放课程体系除应具备学科知识的完整性、内容的系统性、信息资源的可视化与动态更新能力之外，还应使学习者在学习进程中能随时建立知识与工程之间的感性与理性关联，充分把握工程的综合性与应用发展趋势。

为此，课程群建设团队构建了模块化网络式土木工程在线开放核心课程体系（图2b）。以工程案例库、综合实验库与练习测试库构成的土木工程核心资源库为中心，与四大课程模块形成网络体系。以“科学教育、人文教育与工程教育”的协调统一、理论与实践的平衡为理念设置具体课程[8]，包括基础科学、工程概论与专业基础、专业课程以及综合应用四大模块，涵盖结构工程、桥梁、隧道、施工等多个专业方向，跨越概论、力学、专业、法规以及复杂工程检测、现代BIM建造设计技术等（图3），其中，基础科学课程模块采用与其他相关在线开放课程的动态链接。这一在线开放课程体系充分展示了工程学科的系统性、复杂性、多样化和综合性与工程实践的过程性与生命周期性，彰显了工程发展与现代技术的交融。

3.“科研、工程、教学”深度融合的资源建设

面向工程学科的在线开放课程群，应充分展现工程的多样性、复杂性、综合性以及发展趋势。为此，我们建设了“科研、工程、教学”深度融合的具有顯著土木工程特性的在线开放核心资源库，将科研成果、工程实践及其最新发展充分纳入教学活动[10]，建成的核心资源库包括：练习测试库、工程案例库和综合实验库。其中，练习测试库覆盖了课程体系内的全部知识点，提供题目、答案及重难点解析;综合实验库包含实验指导书、实验演示视频、说明文稿等;工程案例库（涵盖房屋建筑结构、桥梁、隧道、建筑材料、检测加固、BIM工程设计等）则以视频、动画与说明文稿等形式综合展示典型工程案例。这一在线开放核心资源，提供了传统教学资源无法实现的跨越课程限制、跨越线性教学进程安排的信息集成与可视化优势，具有单门在线开放课程不具备的综合性与系统性。

信息化在线教学仍然离不开教材建设，同时信息技术与在线开放课程体系的建设也为传统教材赋予了新使命。如新形态教材通过精品纸质教材与数字课程的一体化设计，运用二维码链接在线开放资源以及VR技术，使传统教材中平面化的模型与简图立体化、动态化和仿真化，拓展了知识的呈现形式，形成纸质教材与网络资源、课堂教学与自主学习的良性互动;将传统平面化教材出版拓展为课程出版的全新一体化数字课程，打破了纸质教材内容和呈现形式的限制，将教学内容、教学活动、教学环境与信息管理一体化，兼具在线开放课程的信息化优势与传统教材知识产权的完整性与体系性。上述在线信息化资源与新形态教材建设，与在线开放课程体系形成了交互支撑。

四、结语

我们建成了包括21门视频课程、约9000题全覆盖在线开放题库、28组土木工程综合实验库与52组土木工程典型工程案例库的“土木工程在线开放核心课程群”网站（http：//39.98.191.102：8010/）以及爱课程网课程群宣传网站（http：//tmgc.icourses.cn/），配套新形态教材25套、数字教程5套，为在校学生及社会公众提供了全新的土木工程本科核心课程体系，为各校共享课程群资源、应用与推广提供了良好技术平台。课程群建设团队以国家级万人计划教学名师和省部级教学名师等为骨干，培养了一批高水平一线教师与青年教学后备军。在线开放课程群中已有9门课程获国家级精品在线开放课程、线上一流课程、线下一流课程和线上线下混合式一流课程等荣誉称号，充分展现了课程的高质量与高水准。

参考文献：

[1]吴岩.勇立潮头 赋能未来——以新工科建设领跑高等教育变革[R].上海，2019-10-26.

[2]周绪红.中国工程教育人才培养模式改革创新的现状与展望——在2015国际工程教育论坛上的专题报告[J].高等工程教育研究，2016（1）：1-4.

[3]周绪红.《高等建筑教育》2020一流课程建设专刊发刊词[J].高等建筑教育，2020，29（1）：1-4.

[4]中国在线开放课程发展报告[M].北京：高等教育出版社，2017.

[5]陈宝生.世界慕课大会报告[R]. 2020-12-10.

[6]吴岩.应对危机 化危为机 主动求变 做好在线开放教学国际平台及课程资源建设[J].中国大学教学，2020（4）：4-16，60.

[7] MACKNESS J， S MAK & R WILLIAMS.The ideals and reality of participating in MOOC[EB/OL].[2021-05-03]. http： //www.lancaster.ac.uk/fss/organisations/netlc/past/nlc2010/abstracts/_Mackness.html.2010.

[8]李正良.新工科专业建设：内涵、路径与培养模式[J].高等工程教育研究，2018（2）.

[9]陈朝晖.基于知识建构与交互学习的混合式教学模式研究与实践[J].中国大学教学，2018（8）：33-37.

[10]高松.以教学信息化促进高校人才培养质量提升[J].中国大学教学，2019（1）.

[11]陈朝晖，李正良.“科研—工程—教学”深度融合的建筑力学教学模式创新与实践[J].高等建筑教育，2020，29（1）.

[12]博克.回归大学之道——對美国大学本科教育的反思与展望[M].侯定凯，等译.上海：华东师范大学出版社，2012.

[基金项目：中国高等教育学会“土木工程在线开放核心课程群的创新与建设”（16ZG004-21），重庆市高等教育教学改革重大项目“面向土木工程创新拔尖人才培养的专业基础课程新型网络化教学模式研究”（201003）]

[责任编辑：余大品]