基于課程平臺的新工科專業教學實踐與改革思路

孫懷衛， 康 玲， 嚴 冬， 趙 娜， 王金文， 顧 磊

（華中科技大學 土木與水利工程學院，湖北 武漢 430074）

高等學校創新教育的深化對形成和發展有效、成熟的專業人才培養機制具有重要意義，也有利于“大眾創業、萬眾創新”等創新性發展［1-2］。一般認為，創新教育是經濟社會發展的“直接驅動力”［2-3］?！吨袊逃F代化2035》中提出，培養具有創新精神和實踐能力的學生是教育發展與改革核心目標之一［4］?！笆奈濉逼陂g將是我國科學技術更加強調自主創新的重要階段。由此，亟需深入探討如何將學生的創新能力培養貫穿教學全過程。

中華人民共和國成立后，我國逐漸成為水利強國，在重點水利工程建設上取得了諸多成就。黨的十九大以來，從國家層面對保障水安全、推進重大水利工程建設作了部署，進一步提升了水利需求。相關水利人才隊伍建設也面臨著國際化視野不開闊、博學與精專相統一的個性化創新教育不足、解決實際問題能力欠缺等問題［5-7］。與此同時，在氣候變化、人類影響等多重威脅下，自然生態和水資源系統正以前所未有的速度退化，這些科學問題也急切需要具有高度自主創新能力的高素質尖端人才予以解決。如何在水利工程專業本科教學中結合專業核心課程，從理論與實踐相結合的角度構建自主創新性學習的教學模式是當前高等教育中值得研究的關鍵問題。

長期以來，高校教學中傳統以班級制為主的、面對面授課模式逐漸顯露弊端。如：這種教學與“實踐”“行動”的分離可能過多涉及抽象的理論知識，而忽略了知識的應用情境［8］。當前，線上教學平臺受益于網絡技術進步而逐漸完善，線上線下多元化的學習方式極大地促進了教學模式的革新。本文通過在線平臺組織的水利工程專業生態水文學核心課程教學實踐，開展了工程專業核心課程的在線教學改革與實踐探索，主要探討（1）在線課程教學全過程中衡量學生自主創新學習能力的量化指標變化；（2）在線教學平臺與現代教育模式是否利于學生自主學習；（3）面向自主創新的學習能力培養，是否還需要繼續改進以學習者個體為中心的課程教學模式。

一、自主創新學習與在線課程平臺

針對具有高度自主創新能力的高素質尖端人才培養難題，情境認知學習理論為大學教學情境構置提供了良好的理論基礎，有助于在工科高等教育的培養中牢牢把握自主創新學習的內涵與特征。為實現上述目的，借助現有課程平臺、教育技術的快速發展和信息平臺的優勢，有望克服高校學生培養中所需的開放、參與、個體與創造等創新環境難題。

（一） 情境認知學習理論

情境認知學習理論承認了人的學習活動的復雜性，將影響因素歸納為社會、物理和心理認知等諸多因素，并強調有效的學習產生于有意義的情境中且依賴學習者與情景的互動［9］。結合大學課堂教學情境可以發現，“填鴨式”的授課方式，難免會出現教師在臺上天花亂墜、口干舌燥而學生受教極差的情景，這也是課堂情境設置的難點。

由此，合理的教學情境不僅可以激發學生學習的情感表達，而且可以促進其實踐與認知活動的豐富，加速自主創新能力、社會化進程等核心目標的實現［10］。為此，通過情境認知引導和協助學生自主探索、創新合作，促進其改變固有的學習方式［11］，向自主創新性學習轉變。

（二） 自主學習的內涵與特征

針對工程專業核心課程中學生自主創新學習的培養難題，對自主學習行為內涵的剖析將有利于構建更加合理的教學情境。部分觀點認為若學習者能在一定環境中不依賴老師而能自主學習知識的態度也是“自主學習”［12］。也有學者將自主學習定義為自我調節的學習過程［13］，即學習者為了提升學習效果、達到學習目標而自己實施學習全過程的自我調控。吳也顯教授曾指出，自主創新性學習相對于一般的維持性學習，主要體現在學習者發現、吸收及提出新問題的能力［14］。

需要注意到，即使是在相同的自主學習內涵條件下也可能導致不同的自主學習特征認識。雖然隨著時代發展，大家對自主與創新間的聯系已經形成了較統一的認可，但并未在自主創新學習的特征認識上達成共識。預期性、參與性、“自主”與“創新”等都被認為是自主創新學習的基本特征，勤學好問的學習態度和創新精神也被認為是自主創新學習中非常重要的一環［15］。

（三） 課程平臺、教育技術與自主創新學習

以課程平臺為代表的現代教育技術為自主創新性學習提供了良好的技術支撐。通過借助課程平臺，利用多媒體技術在現代課堂中創設出新穎、生動、直觀的教學情境，改變形式單調、內容單一的傳統教學模式，激發學生的課堂參與度、對課程內容的求知欲，以及對學科知識自主探索的濃厚興趣。

現代教育技術的應用有利于構建適宜現代工程學科的教學環境，在教師的指導（或主導）下形成以學生為中心的邏輯思維訓練，營造一種適宜學生觀察、比較的工程學科的專業教學環境，再通過補充材料、教學輔助軟件等，幫助學生實現自主創新性學習，掌握工程科學相關的專業教學內容。

二、實證研究

（一） 實證研究課程介紹

本研究主要基于華中科技大學2017 級水利工程專業本科生課程生態水文學，教學學時32 學時，學生人數68 人，上課時間為8 周。生態水文學是一門逐步發展起來的新興學科，是現代水文科學與生態科學交叉發展中的一個亮點。正是由于生態系統與水文系統間的復雜作用，流域生態系統的退化會改變水循環過程而加劇水資源危機，本課程在生態文明建設和長江大保護大背景下，主要致力于解決當前水資源保護和環境可持續發展問題。在多年課堂教學中，通過引入學科前沿熱點問題引導學生加深對課程的理解。

本課程基于網絡教學平臺的線上教學，利用課程平臺完成簽到、課件播放、答題、作業、討論和課堂反饋等。學生在學習過程中充分利用課程視頻課件、習題訓練、專業文獻、教學互動等教學資源實現在線學習。在此基礎上，采用定量與定性相結合的混合研究方法對教學效果進行評價與反饋。

為考察本課程對學生課堂自主創新能力培養與提升的效果，本研究所采用的教學評價方式，主要考慮了在線學習過程中的過程性評價和終結性的期末考試，以“簽到+答題+作業+考試”的方式進行，在線學習情況的過程性評價包括簽到、閱讀教學材料、答題、作業、互動等。

（二） 實證教學研究思路

按照實證課程研究，提出了以學習者個體為中心的課程教學模式，如圖1?？梢钥闯?，課程中突出了不同環節的交互設計與課程平臺的線上作用，給出了不同學習階段的觀察反饋指標。通過對參與度觀察、關鍵詞、準確率觀察、授課重點調研等內容的考察，滿足每一個個體學習者的學習需求，從而達成每個學習者的自我、創造性知識的學習與理解。

圖1 結合課程平臺的專業課程教學模式圖

（三） 專業課程自主學習表現

通過對教學平臺數據的統計，比較和分析了學生閱讀教學材料的人數差異，如圖2。由于課件有PDF 文件和課件視頻兩種形式，閱讀人數基本接近。而作為補充材料的PDF 文件和視頻則有較大差異，有至少52 人（76.4%）閱讀了課外的補充PDF 文件和補充視頻?？梢?，工科專業課程，學生對于PDF文件的接受度高于視頻文件，對課件的關注度高于補充材料。原因可能有：PDF文件更加直觀；學生對于補充材料的關注，更注重選擇與課程交叉的內容；廣大學生具有自主創新性探索的欲望。從專業工科課程授課的角度，應重視這種實際學習需求，在備課中加大相關內容和材料的準備。

圖2 教學平臺統計學生閱讀課程材料的人次

圖3 給出了隨章節變化的學生閱讀課件PDF 文件和課件視頻的人次變化。學生在第5 章節參與度下降，且隨之呈現明顯下降趨勢（約下降15%）。原因可能為：專業課程難度加大對學生專業基礎要求較高；因此，有必要在課程后段增加補充材料，加強個別輔導。本次在線課程借助郵件、在線平臺交互等手段獲取學生的學習狀態，解決學生的學習困難，幫助學生掌握專業知識、提升自主創新性學習能力。在第8章節，學生參與度和答題準確率小幅回升，如圖4，由此可以看出該教學模式的效果，也較為符合自主學習的內涵特征，同時也說明，學生在專業學習的過程中可以通過自我調節來提高自主學習的質量。

圖3 教學平臺統計隨章節變化的學生閱讀課程材料人次

圖4 課程教學中學生的答題參與人次及答題準確率變化

（四） 學生學習模式反饋

按情境認知學習理論，提升學生參與課堂實踐有利于掌握知識內容。按平臺統計數據，不同章節答題人數出現了明顯波動，如圖4，第2、3章下降較為明顯，第5章恢復；學生答題準確率在第3、7章出現明顯下降。由此說明，在工科方向的專業課程設計中需要考慮不同章節內容的難度差異。期中的準確率下降，可能源于多門專業課程的學業壓力使得部分學生投入的時間不夠。以答題來推斷學生的參與度，部分學生可自主選擇PDF或者視頻進行學習，這種在線學習自主特征體現了課程平臺和現代教育技術的學習靈活性。

及時獲取學生在課程中的教學反饋對于教師掌握學生的自主創新學習情況具有重要意義。圖5給出了在課程授課的不同階段學生所給出的教學反饋。其中，授課教師、課程、文獻等占據了主要位置，說明學生對課程的關注點和課程知識的掌握非常依賴授課教師對課堂情境的組織；從第一次課、課程中段到最后一次課，新出現的專有名詞包括“水文學”“喜歡水文”等，說明在引導學生專業興趣的同時，學生對專業方向與未來發展有了自主創新性思考。這一現象也驗證了現代教育技術的應用有利于形成以學生為中心的邏輯思維，引導學生積極思考。

圖5 學生的教學反饋情況

（五） 自主創新型學習模式培養小議

優化工科教育模式成為當前適應國家重大發展戰略轉變的迫切需求［16］，以“培養拔尖人才，提高科學研究水平”為目標的人才培養關乎高校及社會經濟的可持續發展。本文的理論分析結果表明，課程平臺與現代教育技術相結合的方式帶來了新方法、新技術，也為教育課程改革提供了新的教學環境，打造了一個開放式、參與式、側重個性與創造的個體思維培養平臺，更有利于培養和提高學生的自主創新學習能力。已有學者也指出，需注重學生的基礎知識培養、科學思維開放、創新意識教育等實踐教學中的一些細節［17］。

研究實踐表明，多種課程資源和在線課程平臺相結合的教學方式，有利于在各教學環節中捕捉學生的學習焦點，有效提升學生的學習效率，促進課堂的教學組織；良好的教學模式也獲得了大多數學生的認同。在此基礎上，完善課程教學資源，進一步創新課前和課后教學模式，提出了以學習者個體為中心的課程教學模式，有助于全面提升專業課程的教學效果。

三、結語

根據新時代教育的需求和新工科教育對課程模式革新的要求，有必要構建面向學生自主學習的培養方法。本研究在利用網絡課程平臺開展專業課教學改革實踐的同時，研究和探索了基于課程平臺的專業課程自主創新性學習模式，分別對課程模式、學生自主學習表現和課程反饋等進行了辯證分析。通過將情境認知學習理論、自主學習內涵與在線平臺的教育優勢相結合，利用生態水文學課程的教學實踐與教學研究，較好地探索了教學模式與學生自主創新學習表現間的聯系，提出從基礎知識培養、科學思維開放、創新意識教育等實踐教學細節出發培養人才，夯實新工科教育中的創新基礎，由此滿足我國經濟社會發展要求。