新工科背景下高校教师教学思路的转变

王静

摘要：基于新工科的主要特征和对人才培养的新要求，提出从专业教育知识体系和课程设置等方面进行变革；指出教学、科研与实践的协调统一是新工科建设的突破口，并分析了如何将科研分别与教师“教”和学生“学”相融合；诠释了基于互联网技术的混合式教学模式的内涵和特征，解析了如何通过社会、学校、教师、学生等多方的密切合作推行该教育模式，为培养出适应新工业需求的合格人才提供了参考。

关键词：新工科；教学；科研；互联网+；混合式教学

中图分类号：G645 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）47-0021-04

2011年，德国人第一次提出了“工业4.0”的概念。此后，美国、日本、法国和中国等科技大国纷纷摩拳擦掌，紧锣密鼓地迎接“第四次工业革命”的到来。有别于前三次工业革命，第四次工业革命是一场科技的革命，在物联网、人工智能和数字化等技术的结合下改变着整个经济社会[1]。《中国制造2025》和党的十九大报告为我国由制造大国转变为制造强国指明了方向，那就是从社会、战略、人才和技术四个方面进行全面的变革。而工业的发展必然会推动教育模式的转变，工业革命也迫切需要新型工科人才的加入。2017年初召开的《综合性高校工程教育发展战略研讨会》上提出了“新工科”的概念，并指出“中国要想在未来全球创新生态系统中占据战略制高点，迫切需要培养大批新兴工程科技人才”[2]。

新工科的特征主要体现在五个方面：新的工程教育理念、新的专业结构、新的人才培养模式、新的教育发展体系和教育教学的新质量[3]。而新工科也从技术能力、知识能力、学术能力、个人效能以及社会能力五个方面对学生的核心能力提出了新的要求，要求他们能够把学到的知识、掌握的技能、个人行为和塑造个性成功应用于将要完成的工作中去[3]。高校新工科建设不仅从学的角度对学生提出了新的要求，也从教的角度对高校教师的教学策略提出了新的考验。在此背景下，传统的教学方法已无法满足创新工程教育的基本要求。因此，亟需探寻一种以教学、科研和实践融合为突破口，基于互联网技术的混合式教学方法。

一、专业教育知识体系的改变

傳统的工科教学旨在培养学生运用所学科学与技术的基本原理来解决一些实际问题。作为高校教师，我们的任务之一就是培养“合格”的毕业生，而不同时代背景下，对“合格”的定义截然不同。新工科背景下的毕业生必须具备未来工程师的能力和素质，即：工程实践能力、创新创业能力、跨学科交叉融合能力、自主终身学习能力、一定的人文素养和社会责任[3-4]。由此看来，为了培养适应新要求的专业人才，对传统专业教育知识体系的重整势在必行。人才培养体系需要与产业发展相适应，应根据社会和企业发展的需求，对现有知识结构体系进行多元化、精细化的调整。新的专业教育知识体系应基于STEM教育知识体系构架，融入创新教育知识体系、实践应用教育知识体系和科研成果[5]。

从课程设置来看，更注重于对学生实践能力的培养，课程体系不仅要体现应用性的特色，还要多元化，突出创造性和学科的交叉融合性[6]。而教材作为课程体系的载体，需突破传统的教材选择模式的禁锢，在符合培养目标和体系合理的基础上，应更多地体现实用性。甚至可以尝试无固定教材的模式，只要便于学生理解和掌握的材料都可以作为教材，这样更有利于培养学生超越学科和专业领域的局限的思维能力。

以笔者所在的传统内燃机专业为例，近年来受新能源汽车发展的冲击，在招生生源和毕业生就业方面都受到了较大的影响。一些入学后的学生申请转专业，不少毕业生纷纷转投他行。这些现状引发了我们对内燃机专业教育的思考，再不做改变，我们培养的学生将无法适应社会和产业发展的需求，也就不是“合格”的毕业生。为此，我们对传统的专业知识体系进行重构。新能源汽车将以动力电池和控制系统取代传统内燃，在培养学生基本技术能力的基础上，新增了应用化学、材料学、电气系统和控制技术等实用性课程，成立了新能源汽车重点实验室。而传统内燃机发展至今早已是一台智能化的机器，是信息技术的载体，因此，我们还增设了计算机技术、信息技术和电子技术等方面的课程，成立了动力机械清洁能源应用重点实验室，以满足培养多元化专业人才的需求。我们还修订培养方案，延长专业实践课程的学时，实践单位也以新能源汽车及其零部件企业为主；在毕业设计环节，鼓励企业导师和校内导师共同指导，保要学生将所学知识与企业的生产实践相结合。为了满足对专业教育更科学的质量管理和控制理念，我们积极筹备，加入工程教育专业认证的行列。

二、教学、科研与实践相融合

19世纪初，德国教育学家威廉·冯·洪堡提出了著名的“洪堡大学三原则”，即大学自治、学术自由、教学与科研相统一，极大地推动了大学现代化的进程，科研在高校中的地位亦与教学相当。当前，工科大学的职能在于培养适应现代社会发展需要的应用型人才，因而，教师的教学与科研、生产实践融合式发展便成为保障人才培养质量的重要方式。然而，在社会经济发展水平的制约下，我国大部分的高等院校都无法像国外知名大学那样，做到教学与科研的完美协调发展。主要存在以下四个方面的问题[7-10]：首先，诸多院校专业设置的同质性和人才培养目标的模糊性，导致教师教学与科研热情的减弱；其次，教学与科研资源分配不均，多数高校在科研方面的经费投入高于教学，而大多数教师在科研上的投入时间远低于教学；再次，教学、科研、实践相脱节，普遍存在为科研而科研的现象，使得科研无法推动教学和实践的发展；最后，来自学校以外的要求和制约也会影响教学和科研的关系。

尽管如此，教学、科研与实践的协调统一仍是新工科建设的突破口，也是促进新产业、新经济发展的催化剂，为此，可以从以下两个方面进行探索和实践。

1.科研与教师的“教”相融合。高校教师所主持或参与的各类科研项目都体现了本学科或专业发展的前沿和动态，有的源于社会生产实践的需要。其研究内容和研究方法都是不断变化的，这就要求高等学校不同阶段的人才培养目标也要适时调整，对应的专业教育知识体系和教学内容必须及时更新。教师的教学分为理论教学和实践教学。首先，理论教学是新工科人才培养的基础内容，如果能将本专业领域科学研究的基本理论和方法以CPC（Classroom-attempt，Project-based，Case-based）的教学方式融入到理论教学中，不仅会激发学生的学习兴趣，还会增强其对所学专业知识的学习和应用能力。其次，实践教学是新工科人才培养的重要环节，对于培养学生的创新精神和应用能力至关重要。教师所主持或参与的科研项目中需要完成大量研究创新性、设计性或综合度较高的实验，如果以此类项目为资源，实现科研与实践教学的有机结合，将会锻炼学生主动发现和解决问题的能力，培养其创新思维。学生的毕业设计选题也应从主持或参与的科研项目中有针对性地选择。

为了培养出合格的，能够适应新产业、新经济发展的新工科人才，高校教师还需实现自我转型与升级。作为一名高校教师，应不断提升自身的教学能力和综合素质，拓展新的教学资源。研究课题中有一些新的内容、知识、方法或技术，教师应以各类方式将其融入到教材、课堂或实验室。教师对于产业的动态发展和人才需求变化要能进行准确的预判，并实现与教学的实时对接。高校教师在思想上应跳出竞升职称的禁锢，转而以社会发展和创新创业需求为导向，变被动科研为主动科研，根据自身的科研兴趣和定位，实现基础理论研究与产业发展中关键问题以及市场需求的有效对接[5，8]。

2.科研与学生的“学”相融合。高校教师是推动新工科发展的中坚力量，而人才是实现工科转型的关键。大学生的创新能力直接决定了一个国家和民族的创新力，将他们培养成适应新工业发展的“合格”人才是我们肩负的使命。而让大学生参与教师的科研课题，并在科研中学习是培养其创新能力的重要举措。

目前，多数高校的做法是设立大学生创新创业项目，并鼓励学生以团队的形式自由申报。此举在一定程度上也确实调动了大学生主动参与科学研究的积极性，培养了他们的创新意识和创新能力，提高了他们的科研素质。但笔者也对所在单位近几年大学生创新创业项目的申请和执行情况进行了调研分析，发现存在以下几个方面的问题[5，8]。第一，虽然大学生创新创业课题的立项覆盖率较高，但有部分项目是只立项而无经费支持，即使立项的经费额度也比较低，无法对项目的执行形成很好的支撑。第二，部分学生申请大创项目只是出于对科研的神秘感，或是为了完成毕业所需的创新学分，又或是为了能在评奖评优中加分。项目执行一段时间后，他们可能会失去起初的热情，即使在指导老师的反复催促下，也不能很好地完成相应的工作。而指导老师的潜意识可能就会认为本科生还是缺乏从事科研工作的能力，后续也就不愿意再指导。第三，本科生的大部分时间都用在了课程学习上，为了应对各類考试，客观上他们并没有太多的精力投入大创项目中去。

基于上述分析，笔者认为应从根本上将科学研究的理念融入到本科教学工作中去，构建一种能够激发学生积极参与热情并善于探索的教学方式。首先，课堂学习中应多进行基于TPS（Think，Pair，Share）策略的主动学习活动，采用启发式的教学方式，将实际问题与课堂内容相结合，教师引导讨论，学生各抒己见。如此，才能激发学生对知识的渴望，培养其解决实际问题的能力和对科研创新的兴趣。笔者所在的学院每个星期都会举办“每周一讲”的科研活动，具有不少的本科生积极参与其中，取得了较好的效果。其次，以教研贯通、学科交叉的原则，将科研活动融入学生的实践学习中，不管是生产实习还是毕业设计，让学生学会以科研的思路和方式来解决相应的问题。当然，能力的培养不是一蹴而就的，我们的新生入学后，一般就会开设专业教育课程，邀请学科内的资深教授将专业的最新发展动态，将他们的研究课题和研究成果展示给学生，激发他们对创新学习的兴趣。此外，学校还应建立科学的科研训练和评价体系，形成对应的激励机制，采用灵活的学分制度，或是对于在科研训练中表现优异的学生优先推荐为研究生。

三、基于互联网技术的混合式教学方法

2015年3月，李克强总理在政府工作报告中首次提出“互联网+”行动计划，“互联网+”是指以互联网技术为核心的信息技术在社会各领域的融合和应用过程。教育部发布的《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中明确指出，要推进信息技术与高等教育的深度融合，促进教育内容、教学手段和方法现代化。混合式教学是传统课堂教学与学生自主操控学习进程的在线教学达成整合统一的教学过程，它既是一种教学形式，又是一种教学策略[11-12]。

而基于互联网技术的混合式教学能够充分发挥互联网资源的优势，改善教学模式，从原来以教师为中心的教学模式转变为以学习者为中心的互动教学模式。其内涵与特征主要表现为以下几个方面：（1）学习资源的多元化，除了书本资源和实物资源外，还可借鉴互联网上优秀的学习资源；（2）不同学习时空的混合，采用课堂教学与在线学习相结合的方式，在学习时间和学习地点的安排上就更加灵活；（3）学习工具的多元化，互联网技术飞速发展的今天，更多新的学习工具应运而生，如SPOC平台、MOOC平台、QQ、微信、视频会议系统、VR系统、AR系统、题库系统等；（4）学习方式的多元化，如“线上学习+线下学习”、“同步学习+异步学习”、“课堂授课+自主学习+协作学习”、“接受学习+探索学习”等；（5）不同深度的混合，从指导思想、学习设计、学习工具到学习评价等各个方面都注意发挥传统学习方式与在线学习方式的优势。

推行基于互联网技术的混合式教学，需要社会、学校、教师、学生等多方的密切合作。首先，根据各学科专业发展的特点和学生的实际认知情况合理整合和运用互联网资源，有助于提升教师教学和学生学习的体验。如我们现在最常用的Email、QQ和微信等工具能为师生间开展话题讨论、探索关键问题并提高学生对复杂概念的理解提供有效平台。其次，推行混合式教学的改革，教师是关键，但当前高校教师群体中仍有一部分老师对于微信、QQ等“新鲜事物”并不熟悉。而信息化素养是评价“互联网+”时代教师和学生综合能力的一个重要指标，师生信息化素养的高低决定了混合式教学效率的高低，因此，作为高校教师更应不断地提高自身的信息化素养。再次，及时有效地进行学习统计和分析。MOOC和SPOC等平台上的学习行为数据可被记录、推送或挖掘，根据数据对学生的学习表现与学业成功率进行量化评价和可视化分析，为老师和学生反思教与学的过程提供帮助。这些开放的学习平台能够实现教学的模块化和纵向扩展，对其关注点也应落在具体层面上，比如如何组织实施、如何激励教师、如何制作课件、如何推动应用和如何实现可持续发展。

当然，基于互联网技术的混合式教学是错综复杂的，是各要素相互作用的结果，具体实施细节因时代而异、因学科而异、因学校而异、因学生而异，需要根据新工业的发展不断地进行研究和完善，如此才能实现培养“合格”新工科人才的目标。

四、结语

第四次工业革命对新工科背景下的人才培养提出了新的要求，高等学校肩负着培养工科学生解决复杂问题、进行批判性思维和创新创业等核心能力的使命，这也势必会推动教育模式的根本性变革。作为高校教师，在培养人才的过程中也应紧跟社会和时代变更的步伐，适时转变教学思路，在专业教育知识体系变化的过程中不断学习和提升自身能力和素质，以教学、科研和实践有效互融为突破口，探寻基于互联网技术的混合式教学方法。教学管理制度也应从以学校为基础的封闭式学分评价制度，转变为适应于混合学习的学分互认制度。

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