新工科背景下專業課程的教學創新改革與實踐

李 紅 閔永智 王秀華

(蘭州交通大學 自動化與電氣工程學院,蘭州 730070)

2018年9月10日習近平總書記在全國教育工作大會上提出“堅持把立德樹人作為根本任務,堅持深化教育改革創新,堅持把服務中華民族偉大復興作為教育的重要使命”的重要講話精神[1],已經被作為高校教師教書育人的行為準則,也是高校教師進行課程創新實踐的不竭動力。

在新工科內涵式“以立德樹人為引領,以應對變化、塑造未來為建設理念,以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑,培養未來多元化、創新型卓越工程人才”的引領下[2],進行了“遠程監控技術”課程的創新改革與實踐。

1 課程現狀

“遠程監控技術”是電氣工程及其自動化專業的專業核心課程。按照“立足知識傳遞,著重能力培養,關注素質提升”的基本原則,解決傳統教學的不足與“痛點”,主要有以下4個方面。

1)教學觀念陳舊

傳統教學只注重對學生知識的灌輸,忽視學生綜合問題分析解決能力的培養,工程實踐能力的培養與課堂教學相脫離,導致學生學習興趣不高,被動接受,缺乏主動性、創新性,工程實踐能力不強[3]。

2)教學模式傳統

傳統教學依賴線下課堂,教師為主,學生參與度不高,反饋信息少,導致教師與學生信息不對稱,對課程的教學創新設計思考較少[4]。

3)教學內容思政切入點少

課程思政切入點少,思政內容單薄,沒有形成完整的思政體系,課程教學目標與學科育人沒有達到有機結合。

4)教學評價單一

傳統教學對學生評價單一[5],只依賴考勤、小作業和期末考試,評價環節沒有學生自評、互評與評價教師的方式,欠缺全面性。

2 課程教學理念與教學內容創新

2.1 教學理念創新

“遠程監控技術”是一門理論與實踐并重的課程,是實現學科交叉匯聚的課程。課程教學團隊依據新工科建設要求,在“以學生為中心,成果為導向,持續改進”的教育理念下[6],課程組形成“立德樹人、知行合一、能力導向、協同育人”的教學理念。

在此理念下,以鐵路行業背景為驅動,結合鐵道電氣化工程案例形成特色教學內容,導師采用啟發式和探究式引導、學生自主學習,形成課內課外立體式工程教學,利用學科競賽,強化學生創新能力和動手實踐能力。如圖1所示。

圖1 立體式工程教學

2.2 融入課程思政,建設有溫度的專業課

牢記育人使命,融入思政的教學才能抵達學生的心靈深處,建設有溫度和有熱度的專業課。落實立德樹人根本任務,將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體,將顯性教育和隱性教育相結合,幫助在校大學生樹立正確的世界觀、價值觀和人生觀[7]。

為此課程組形成了基于“一個中心、二個載體、三個課堂、四個結合”,即:以學生為中心,以國之棟梁和業界大師、鐵道電氣化工程實踐案例為載體,第一、二、三課堂協同培養,理論與實踐、線上與線下、創新與挑戰、校內與校外“四個結合”的思政育人模式,如圖2所示,開展全方位思政教育建設。

圖2 思政育人模式

設立思政目標,修改課程教學大綱,做到精準滴灌,潤物無聲,而不喧賓奪主,形成完整的思政體系,培養愛國敬業、勇于奉獻、勤于思考、敢于創新、科學嚴謹、具有團隊合作精神的優質畢業生,同時也讓學生感受到中國日新月異的科技所帶來的民族自豪感,從家國情懷、個人品格和科學觀引導學生理解責任與擔當,懂得如何做人做事。

2.3 虛實結合,延伸課程內容的深度和廣度

針對本課程理論與實踐并重的特點,加強學生創新能力和動手能力的培養。

由于電力系統具有電壓高和電流大等特征,受到實習場所、實習經費及安全等因素的限制,本專業的學生深入高壓現場學習電氣設備構造原理及維護的機會較少,虛擬仿真實驗教學可以有效彌補上述不足[8-10]。

借助國家級虛擬仿真實驗教學中心平臺,課程組成員探索利用多媒體、虛擬現實及人機交互等技術,開發與軌道交通工程案例結合的虛擬仿真實驗教學資源,構造模擬沉浸式教學,虛實結合,讓學生“身臨其境”,虛擬仿真實驗部分截圖如圖3所示。課程依托第二、三課堂強化學生的工程實踐創新能力,達到了課內與課外、理論與實踐相結合的目的,延伸了課程的廣度。

圖3 虛擬仿真實驗部分截圖

基于“因材施教”的原則,貫徹以賽促教與學,大創項目反哺教學的思想,實現多維立體教學。針對課程實踐應用能力不足的短板,通過創新創業教育與本專業教育相結合,提取課程中與創新創業競賽要求相匹配的相關內容,設計相應的教學環節引導學生擬定創新創業項目并隨著課程的進展將項目深入推進,啟發引導學生最終確定選題。將大創項目成果反哺教學,既將作品作為自制教具進課堂,又克服了高壓設備不能進課堂的問題。

綜上,將課程的相關內容作為虛擬仿真實驗項目和大學生創新創業題目,一方面指導學生參與其中,培養了學生的獨立思考、工程實踐動手能力和團隊合作精神,另一方面將競賽實物作為自制教具呈現在課堂教學中,解決了部分教具不能進課堂的問題。結合多媒體視頻和自制教具使得學生在掌握知識目標的同時,動手能力、創新能力和專業素養能力得到了有效提高,實現了教與學相長,體現了多維立體教學,達到了理論與實踐相結合,課內與課外相結合,進一步延伸了課程的廣度。部分自制教具如圖4所示。

圖4 自制的隔離開關倒閘教具

課程瞄準高階目標,教師須把高階能力和素養能力列為課程目標,培養學生具有解決問題的清晰思路和高度。針對本課程的特點,更全面地做到學生對本課程的學以致用,授課過程中以問題為導向,適當地增加一些與課程相關的科研熱點,并要求學生課后大量閱讀文獻資料;通過課堂講授和學生課下大量的閱讀讓學生充分了解到電力系統遠程監控技術及本專業的相關科研熱點,從而讓學生全方位掌握本課程。通過觀察和記錄學生預習和測驗效果,對學生因材施教,對學習不同層次的學生線上線下答疑進行適當引導,達到對學生學習情況全覆蓋的掌握。如圖5所示為對分易系統中教師上傳的要求學生閱讀的部分課外資料。

圖5 對分易系統文獻資料截圖

3 課程教學模式與教學方式創新

3.1 教學模式創新

“遠程監控技術”課程在電氣2016級本科生授課時,主要依靠線下課堂板書授課,學生課堂參與度不高,缺乏學習積極性和主動性。

針對上述情況,率先在電氣2017級本科生授課中創設含有中國大學慕課等平臺的線上教學環境,利用課程組自建的慕課為線上教育資源,教師通過建立慕課堂管理和監督學生在線預習和測驗情況,翻轉課堂為教學方法的線上線下的混合式教學模式[11],力爭實現“以學生為中心”的教與學,并在2018級本科生授課中進一步改進推進時使用。努力將問答式和沉默式課堂轉變為爭論式、對話式和思辨式課堂。

在上述混合式教學模式下進行的教學設計,體現了“以學為本,以生為本”的教育理念,構建了師生學習共同體,積極營造了新型智慧學習空間。如圖6和圖7所示,分別為學生在線預習情況統計表和學生第一單元在線測試統計表。

圖6 學生在線預習情況統計表

圖7 學生第一單元在線測試統計表

3.2 教學方法與手段創新

課程采用工程實踐項目驅動型教學策略,引導不同層次的學生進行本課程的學習。某些枯燥、復雜的教學內容通過具體工程實踐項目或大作業形式生動地呈現出來。實際教學過程中,以小組為單位進行大作業或工程案例項目設計的開發,通過小組答辯的形式,評估學生表現。這種教學策略不僅提高了學生實際動手、綜合問題分析和解決的能力,同時也培養了學生團隊合作意識和勇于探索創新的精神。

3.3 教學評價創新

1) 多元化學生考核評價

課程采用多樣化考核方式,線上預習和在線測驗考核[12],線下答疑、作業、大作業(工程案例項目設計)和課堂小測驗共同組成了平時成績的考核內容。注重過程性評價的公平和真實,讓學生忙起來,為此課程組撰寫了詳細的課程成績評定辦法,尤其是平時成績每個環節均有依據和評分標準可查。

通過慕課平臺實現學生對預習內容的前測,線下隨堂小測驗考察學生階段性學習成效實現后測;大作業進行小組答辯,鍛煉學生的團隊合作能力,實現了學生的自評與互評。

2)學生學習成效自評創新

借助于信息化技術,利用OBE專業認證平臺發布問卷,創造學生自評和評價教師的機會,增加評價環節的多樣性。統計評價問卷結果,教師及時掌握目前教學中存在的問題和不足,做到持續改進。如圖8所示,從調查問卷的結果可以看出學生對于上述的教學創新措施整體上是滿意的,較傳統線下為主的教學模式,線上線下混合式教學模式呈現出教學形式信息化、智能化、互動性及先進性等特征,更適應當代大學生獲得知識需求多樣性的特點,符合新工科的發展要求。

4 教學改革效果

“遠程監控技術”課程在2017級首次采用上述教學創新改革舉措,并在2018級進一步推廣使用。電氣2016級采用傳統的線下課堂授課,通過對比分析三屆總評成績,如圖9所示,成績逐年有所提高,尤其是不及格人數逐年下降。學生線上線下課程學習主動性增強,課堂參與度明顯提高,勇于創新,積極參加各種學科競賽,動手實踐和創新能力得到了提升,說明上述的混合式教學模式的教學效果高于傳統的教學效果。

5 結語

“遠程監控技術”課程在教學創新改革與實踐中形成的推廣價值及建議主要表現為:①以鐵路行業背景為驅動,結合工程案例,導師引導、學生自主學習,形成課內課外立體式工程教學。實現線上線下雙通道學習模式,打破了學生學習時空的限制,使得學生自主學習更加靈活自由。思政教育形成完整體系,實現了課程的教學目標與學科育人同向同行,有機統一。②在學生學習過程性形成評價,成績評定中引入線上學習評價,通過分析學生學習時長、答疑討論的次數和深度、在線測試的準確率和答題次數,形成綜合評價,并作為過程性評價的一部分,督促學生做好線上學習。低階性學習內容可以完全在線上課外實現,為教師在線下課堂高階性內容的展開提供了可能,為在同類實踐性較強的工科類課堂教學課程教學中推廣應用提供了可借鑒的思路。