教育信息化与“新工科”建设

吴陈滨

（高等教育出版社，北京 100029）

0 引言

随着5G时代的到来，互联网、人工智能、大数据、区块链、云计算等信息技术与教育教学领域深入融合，使教育领域的教学环境、教学模式与学习方式等方面都产生了深刻变革，我国教育信息化事业实现了前所未有的快速发展。教育部于2017年6月发布《新工科研究与实践项目指南》，探索实践工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量和分类发展的新体系[1]。目前我国已经建成世界最大规模的高等工程教育，工程教育专业认证体系实现国际实质等效，国家统筹推进世界一流大学和一流学科建设，为加快建设和发展新工科奠定了良好基础[2]。信息技术不仅改变了教与学的方式，而且已经开始深入影响到教育的理念、文化和生态。在新工科建设背景下，工科类高校面临着改造升级传统工科，进行现代教育信息化转型，提高人才培养质量的新要求。针对新工科建设，工科类院校教育信息化的转型可以主要从以下几个方面进行。

1 提升教育信息化转型的意识与能力

教育信息化的转型首先要实现教育理念的更新。2020年，新冠疫情席卷全球。疫情期间全国大中小学全面开展在线教学，高等学校要“停课不停教、停课不停学”，在线教学不仅要开出课来，还要做到质量与课堂教学实质等效[3]。慕课教学、直播教学、录播教学等各种形式的在线教学轮番登场，各种在线学习平台和工具各显神通，教师们由开始的手忙脚乱逐渐从容自如，信息技术运用水平迅速提升。根据高教司统计数据，全国1454所高校开展在线教学，103万教师在线开出了107万门课程，在线学习的大学生共计1775万人。此次疫情，以信息化有力支撑了师生的在线学习，交出了一份合格的答卷[4]。同时，全社会对教育信息化的认识发生了质的飞跃。这次疫情不仅是对教育信息化的一次严峻考验，也是对教师运用现代信息网络技术能力的一次“大考”。虽然经过这次演练和实践，教师信息化水平得到实质性的提升，但也暴露出部分教师信息化能力和水平不足的现状。同时，一些学生不适应线上授课模式，对开展线上学习存在抗拒、懈怠等情绪，不能做到自主、自律地开展学习活动，完成相应的学习任务。目前，高等学校教学中虽然普遍运用了现代信息技术手段，但仍然存在混合式教学、翻转课堂等新型的教学模式没有得到广泛应用，部分教师对信息网络技术存在一定程度的畏惧和排斥心理，在教学中运用信息技术的积极性不高的现象。

随着互联网、人工智能、大数据、5G等信息技术与教育教学领域的深入融合，基于互联网等信息技术的在线教学模式在高校广泛应用，MOOC、SPOC、微课、直播课等多种在线课程教学模式逐渐融入高校的教学过程。随着5G时代及后疫情时代的来临，高等学校线上线下混合式教学将成为普遍趋势, 对全面提升高校师生信息化意识和能力提出了紧迫的要求。面对新的教学模式、教学场景、学习方式以及知识表现形态的改变，一方面，高等学校需要提升校园信息化建设水平,建设智慧教室,推进翻转课堂、混合式教学和智慧教学等新教学模式在教学中的应用；另一方面，高校教师需要把握契机，主动应对挑战。现代信息技术的应用，并不是完全取代传统的教学方式，而是充分利用多种媒体及网络资源，弥补传统教学方式的不足，为教师改进教学方式提供广阔的空间和多元的路径。通过提升信息技术素养，增强信息化技术的综合运用能力，探索课程教学形式的创新实践，可以将信息技术与教育教学深度融合，转变传统的“以教师为中心”的课堂教学模式，构建“以学生为中心”的信息化教学生态环境，提高课程教学质量，打造体现现代教育信息化水平的新工科“金课”。

2 发挥优秀在线课程资源在教学中的作用

“十三五”以来，我国教育信息化工作得到党中央、国务院的高度重视，优质资源供给和教学应用水平大幅提升。目前，已有1291 门国家精品在线开放课程、401 门虚拟仿真实验课程上线，4.1 万门各类在线课程覆盖了除军事学以外的本科 12 个学科门类，大量的优质教学资源为高校开展在线教学提供了坚实基础。开展新工科建设需要充分发挥优秀在线课程资源在教学中的作用，对传统课程教学进行转型升级，以适应新工科发展的需要。疫情期间，在线学习的大学生共计1775万人。调查发现，学生对在线教学满意度较高，“非常满意”的达到了 17.97%，“满意”的达到了 51.37%，两者加起来将近70%；“不满意”和“非常不满意” 的仅有 2.67% 和 1.41%。不仅满意率超过实体课堂，而且不满意率远远低于实体课堂。这个调查结果充分说明在线教学很好地做到了与实体课堂教学的实质等效[3]。根据全国高校质量保障机构联盟开展的本科高校线上教学状况调研所获得的材料和数据调查显示，高校使用的教学资源以本校资源为主、 其他资源为辅 ， 本 校 教 学 资 源 占 54.09% ， 网 上 教 学资 源 占30.73%，国家课程资源占 24.60%。从数据来看，国家课程资源的利用率还不算高，优质教学资源在教学中未得到充分利用[5]。

在多学科交叉融合新型人才培养理念指导下，新工科专业建设的理论课程体系、实验教学方法、实践创新手段亟需借助和“互联网+”载体和现代信息技术，充分发挥教育信息化背景下优质在线开放课程资源在教学中的作用。一方面，在线开放课程改变了传统课堂“黑板加粉笔”“照本宣科”式的教学模式，打破时间、空间的限制，多媒体教学资源丰富，具备测试、讨论、学习过程监控、学习分析统计等功能，可以满足学生个性化、自主学习的需求，另一方面，开创新工科教育新格局，需要走融合发展之路，打破固有学科边界，破除原有专业壁垒，推进工科专业与其他专业跨界交叉融合创新发展。在线开放课程为构建以多学科为支撑的“1+N”学科课程体系提供了丰富的多学科资源，因此，利用优质在线开放课程资源开展混合式教学，能够丰富教学素材，整合不同学科教学资源，实现优质教学资源的共建共享，培养学生利用网络资源自主学习能力，有效发挥教师的引导、启发、监控教学过程的主导作用, 充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性[6-7],有利于新工科人才培养的课堂教学重构，提高新工科专业人才培养质量。

3 注重虚拟仿真实验教学平台的运用

高等学校工科类专业的课程由于学科自身的特点，教学内容和科学研究注重实验实践，但一些课程的真实实验项目不具备操作的条件或实际运行困难，一些仪器设备使用时, 实验设备数量有限且需要专业的操作技能,实验成本较高,具有一定危险性，从而无法进行普及，导致一些实验实践教学难以开展。因此，目前工科类院校的实验实践课程面临学时不足，“PPT教学”的教学模式仍较普遍的情况。2017年4月，教育部高教司发布的《“新工科”建设行动路线（“天大行动”）》中明确指出：“充分利用虚拟仿真等技术创新工程实践教学方式”，基于现代信息技术的虚拟仿真实验资源已成为高校实践教学的重要组成部分，是“新工科”专业培养创新型人才的重要途径，并在“新工科”专业建设中发挥着越来越重要的作用[8]。

虚拟仿真技术是用一个系统模仿另一个真实系统的技术，运用虚拟仿真技术开展高校实验教学，具有低成本、高效率、高安全性等特点。开展虚拟仿真实验教学建设是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。虚拟仿真实验综合应用多媒体、大数据、三维建模、人工智能、人机交互、传感器、超级计算、虚拟现实、增强现实、云计算等网络化、数字化、智能化技术手段，有效解决了实验成本、实验安全、环境污染、资源缺乏及人为误差等因素的影响, 可以完成虚拟实验运行、教学教务管理、在线学习、实验评测、成绩管理系统等多项功能，实现了实验实践教学环节的可视化、交互化和自主化以及实验教学资源、实验活动、实验考核等全程信息化管理，与传统实验实践教学虚实结合、相互补充，极大地丰富了以学生为中心的教育教学手段，对新工科背景下培养学生观察能力、自主学习能力与实践创新能力具有重要意义[9]。

4 加强新形态教学资源在教学中的运用

教材是指教学的材料，是实施教学的必要工具。教材又称课本，是一课之本。从学校教育产生以来，纸质教材（教科书）一直起着支撑学生学习、保存和传承知识的作用。它是依据课程标准编制的、系统反映学科内容的教学用书，是教师和学生学习学科知识的主要材料，是课程教学内容的集中反映，也是完成教学内容的重要依据[10]。随着信息技术的飞速发展，知识的传播方式和学习方式发生了革命性的变化。与此相应，传统的纸质教材已经不能满足高等学校新工科建设开展教学的需要，高校开展教学的资源形式从传统的纸质教材向融合数字资源和教学服务的在线课程教学资源转变成为必然趋势。《教育部关于“十二五”普通高等教育本科教材建设的若干意见》[教高〔2011〕5号]中指出：“鼓励编写、出版适应不同类型高等学校教学需要的不同风格和特色教材；积极推进高等学校与行业合作编写实践教材；鼓励编写、出版不同载体和不同形式的教材，包括纸质教材和数字化教材”[11]。以融合数字资源和教学服务为特色的新形态教材、电子教材、数字课程等的新型教学资源的出版，让优质在线课程资源和数字化多媒体教学资源在高校的教学中得到更好的应用和共享，为教育信息化背景下的新工科人才培养发挥积极的作用。

（1）新形态教材。工科类专业的教学内容工程实践性较强，理论和技术发展快，由于传统纸质教材存在传播单向、呈现形式单调、内容更新周期较长、印刷和存储成本较高、无法实现个性化学习等弊端，难以满足新工科背景下的人才培养需求。新形态教材是将纸质教材与数字化资源一体化设计、深度融合的一种新型教材出版形式，可将彩色图片、实验操作视频、动画、习题解答、电子教案、拓展学习、附录、案例等数字资源以二维码和数字课程网站（基础版）的形式与纸质教材同步设计，丰富了教材内容展现形式，使纸质教材内容更加精练，降低教材出版成本，内容直观生动，更新快捷方便，弥补了传统纸质教材的不足，为学生更好地掌握学习内容，开展个性化、探究式学习提供了空间[12]。

（2）数字课程。数字课程是高等教育出版社研发的将教学内容、教学活动和教学环境有机融合的新型数字出版产品。数字课程基于精品资源共享课、中国大学MOOC等在线开放课程优质资源，依托课程云平台icc.hep.com.cn进行出版，能够促进优质教学资源在课程教学中的定制应用，满足高校开展混合式教学以及学生个性化学习的需求。数字课程的主要特点如下：

以视频、音频、文本、动画、图片、PPT等丰富的媒体形式呈现教学内容，学科前沿、工程案例、实验资源、指导资料等均可作为数字课程教学素材，课程内容和形式更为丰富，且可以及时更新，体现教学先进性。

可实现线上及线上线下混合式教学。通过数字课程教学平台，学生可以实现课前预习、线上学习及课后复习，教师可以把握教学进度，了解学生学习情况，针对不同的学习需求，实现个性化的教学安排，形成过程性评价。通过线上讨论、答疑、作业、在线测试等教学活动安排，可以提高教学效率，检测学生学习效果。

可实现多终端访问，交互性强。数字课程云平台可以从PC 端、移动端访问。移动端APP还可以实现信息发布、课堂点名、课堂投票等功能，便于教师进行课堂管理，了解学生课堂学习效果，增强了传统课堂教学的师生交互性。

5 结语

教育信息化是推动高等教育系统性变革的科技动能。随着我国“新工科”建设行动计划的实施和不断推进，工科类高校教学内容、教学方法、人才培养模式也随之不断深化。在 “互联网+”“智能+”教育环境下，高等工科院校的新工科人才培养需要变被动为主动，因时而变，主动求变，以信息技术与教育教学深入融合为契机，迎接现代信息网络技术在教学中广泛应用的新挑战，运用现代信息网络技术和优质在线课程资源，实现新工科建设的高质量发展。