基于互联网高校工科产学研协作教学模式研究

廖祝华 易爱平 向德生

[摘 要] 随着国家和社会对高校人才培养质量要求的提高，多学科、全方位和多维度的工科人才培养协作模式已成为高校教学改革的必然选择。通过分析信息化时代高校工科传统教学模式的不足，以及高校工科教学模式在课程大纲及教学内容、方式、考核与实践方面的协作要求，探讨了在过程、内容和条件方面产学研协作重构的思路，进而基于互联网和信息化技术提出了线上线下混合式产学研协作的教学模式，以有效提升高校工科人才培养质量。

[关键词] 产学研协作教学;线上线下混合式;教学改革

[基金项目] 2019年度湖南省教育厅学位与研究生教育改革研究项目“基于内容中心网络的研究生课程教学模式改革研究”（2019JGYB205）;2019年度湖南科技大学学位与研究生教育教改研究项目“依托国内一流培育学科建设，推动计算机研究生教育改革”（G71922）

[作者简介] 廖祝华（1977—），男，湖南株洲人，博士，湖南科技大学计算机科学与工程学院副教授，主要从事计算机协作技术、信息化教学研究;易爱平（1979—），女，湖南株洲人，硕士，湖南科技大学计算机科学与工程学院实验员，主要从事人工智能、信息化教学技术等研究;向德生（1975—），男（土家族），湖南张家界人，硕士，湖南科技大学计算机科学与工程学院副教授，主要从事数字水印和信息化教学技术等研究。

[中图分类号] G642.0  [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）19-0065-04 [收稿日期] 2021-11-09

引言

当代科学的发展和重大技术成就的取得，越来越依赖于多学科和各领域之间的交叉与融合。而高校的本科和研究生教育作为国家培养高层次人才的主要途径，同样需要考虑学科和领域之间的交叉与协作。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》强调，要创新教育教学方法，探索多种培养方式，加强创新人才培养。继而在《中国教育现代化2035》的“提升一流人才培养与创新能力”战略任务中提出，“探索构建产学研用深度融合的全链条、网络化、开放式协同创新联盟。”[1]高校工科专业着重培养学生解决实际工程中的复杂问题，或解决新问题。复杂工程问题一般都涉及不同领域、专业和学科的知识。因此，在本科生、研究生的教学过程中，需要将专业知识与其他学科、应用领域交叉，将研究问题与研究背景或关联产业应用相结合，以及跨专业或行业的理论知识和实践经验的交叉融合。而这需要注重跨领域，甚至跨专业的教师及专家的协作。但这些教师及专家通常比较分散，距离分布较远，若要求线下协作教学和研讨则成本过高，各方都难以承受。而让规模较大的学生出行时间和经济成本同样较高。当前受到关注的线上或线上线下混合式教学[2]不仅专家、学生汇聚不受空间制约，方便教学资源共享，并能实现跨域时空的交互，从而极大地节约了时间和经济成本。

目前高校工科类专业常见的协作式教学模式的形式多样[3]，一种是自发的校企协作模式[4]，企业参与高校的实践教学等。当前校企合作存在互补性强，但合作的教学体制、评价机制等还不完善，缺乏方便、低成本和完善的协作模式[5]。另一种是政府主导的协同育人项目。该方式虽然有制度方面的约束和保障，但在协作方法和过程等方面则没有约定，还需进一步完善。还有一种是家校协同教学模式，如通过家校通、校视通等平台或软件，针对教师、家长和学生不同的用户群体，在协同管理和协同活动等方面，一定程度上提供远程监督和管理等方面的教育协作。总之，目前高校针对课程教学内容、方式、考核和实践等方面的全方位的优质资源或人员协作还比较缺乏。虽然支持物理世界数字化、场景虚拟化、网络协作化，以及决策规划智能化的技术和方法发展迅速，而近年提出的产学研协作教学模式，仍缺乏深度的、全方位的协作及现代化技术与平台的支持。

一、高校工科传统教学模式的不足

当前专业课程教学模式的主要特点是：（1）一位主讲教师教授若干名学生，而部分课程配备一到多名助教辅助答疑、批改作业。其中助教主要是教学经验欠缺的教师或学生担任。这种线下教学虽能在短期内通过“填鸭式”有效传授知识，方便学生形成完整的知识体系[6]，但其存在明显的缺陷，例如一位或少数几位教师所拥有的知识和实践经验存在局限性，对知识的应用深度和广度的了解有限。（2）仅位于教室的知识讲授，存在实践或应用场景体验的缺乏，而很多理论知识因为本身抽象而仍然晦涩难懂。此外，教学内容、教学安排和考核模式缺乏与相关学科知识、实际应用的关联，以及缺乏个性化设置，从而限制了学生对知识应用、实际问题的了解以及思辨能力和创新能力的发展。（3）线上教学如果只有单个教师讲解，学生容易陷入被动式收听、收看模式，且缺少现场参与和体验[7]，最终导致创新能力的培养不足。

因此，传统教学模式存在培养的学生知识面较狭窄，知识的理解缺乏深度和多角度，造成应用和研究过程中缺乏相关专业、领域的知识和经验。而实际应用往往涉及多个专业的知识和经验，因此教学与实际应用存在较大程度的脱节。如缺乏对产业应用现状的了解，对真实应用问题的深度思考，对真实实践环境的认知和体验，同樣也缺乏应对新形势、新环境变化的全面、准确、及时地适应与调整。而通过不同专业、行业及不同领域人员之间教学协作，不同人员的知识结构有较大互补，教学方法和评价手段也会有差异，从而有效实现教学主体与产学研多方面的协作，以及多学科、领域知识的交叉。因而，不同应用行业和领域人员能将同一问题的各方面知识、技术和应用条件等加以深度分析、梳理，并将这些知识传授给学生，使学生更全面的了解、分析和解决复杂问题。学生对其研究的复杂问题，可基于其应用环境因素、条件制约因素和经济成本因素等，提出更有效、更实用化的方案，而不是坐而论道、纸上谈兵。

二、新时期高校工科产学研教学模式协作内容

当前教育的主流理念[2]已直面其培养的本质问题，即强调“以成果为导向、以学生为中心”。该理念关注学生获得的学习成果和对知识的应用，以此为导向，反向设计教学过程。以学生为中心，将传统的学生死记硬背式学习转变为学生理解、应用和探究式创新等多层次学习。以学生学习效果反馈为驱动，使教学和学习过程持续改进。这种教育理念能够适应快速发展的现代社会对应用型和创新型人才的需求。但目前的教学方式很难达到“以成果为导向、以学生为中心”。探究式创新需要对知识面有更广和更深的理解。以学生为中心则需要更加关注学生的个性化发展。

当前，发展如火如荼的线上教学解决了师生之间、学生之间异地学习的协作问题，但在交互、体验感和评测反馈方面有待加强。此外，实际成果一般是在实际应用环境下取得并可验证，且需要多领域，甚至多学科知识的交叉与融合。即很多实践也不能仅靠在教室或实验室完成，而更需要理论和实践结合，与实际应用环境接触，与多领域的专家、工程师协作，与多学科知识交叉，最终才能取得好的创新性人才培养成效。因此，基于当前的技术、条件，以及对人才培养质量的新要求，新时期对协作式教学模式需要从多方面进行。如，教师与领域内研究专家、技术工程师等人员协作，以达到教学人员在知识、经验等方面的互补。其中，参与教学的人员可以为相同专业（领域、行业）或跨专业（领域、行业）。协作人员在协作教学过程中可实施如教学大纲、内容、形式及考核方式等各環节的协作，以增强教学质量，达到资源、情景和智力共享等。产学研协作教学各环节的具体内容主要包括以下几点。

（一）教学大纲的协作设计

教学大纲是指导教学活动的重要文件，主要确定能够达成教学目标的知识范围、重点和难点，建立教学内容与教学目标的对应关系，设计教学环节及采取相应的教学方法，确立考核方式与教学目标的关系。而通过跨专业、领域相关知识，以及理论知识与实践经验结合，更能在目标和方向上促进问题解决能力和知识创新能力的培养。

（二）教学内容的协作生成

教学内容是指传授给学生的主要知识和信息，一般包括课程的知识概念、原理及基于这些知识概念和原理的实践过程、方法等。通常，教材中的内容是主要来源，但面向学生创新能力培养要求，则基于实际应用场景对教学内容进行实践，并观察实际应用过程、结果，实践理论方法将能取得更佳效果。此外，若针对实际问题提供答疑解惑，让学生基于实践更深入理解知识在应用中的优点和缺点等，则将提高学生解决复杂工程问题的能力。而这需要产学研领域专业人员在教学内容上进行补充及实践等各方面的协作。

（三）教学形式的协作支持

随着互联网和信息技术的发展，翻转课堂越来越被重视，传统的知识讲授已被信息化资源替代，而知识应用、现象分析、问题探究和研讨创新则已成为课堂的主要形式[8]。这些形式的教学更需与专业知识理论研究和实践人员的协作及应用环境、实践条件等多方面的支持，并提供与之相适应的教学形式及翻转课堂的教学形式，从而让学生学之有用、会用，并推陈出新。

（四）考核方式的多维协作

目前高校教学主要的考核方式有知识记忆型考核、简单应用或创新型考核等。而若要真正考核学生对知识的实际应用和实用性创新能力，则需引入由产学研等多方专家组成的、多维度的协作考核，才更能检验其教学质量和学生的综合能力。此外，产学研方面的环境和条件通常支持更多形式的考核。

随着科学与技术的发展，高校学生当前需要学习的理论知识更加广泛，应用实践越发复杂，如能从教学大纲、内容、形式和考核等方面协作，提供全方位、差异化、个性化和精选的教学内容，则学习者可以更好地根据自身目标和条件，获得满足个性化、创新性学习需求的理论教学和实践内容，从而切实提高人才培养质量。

三、协作式产学研教学模式的构建和运行

（一）协作式产学研教学模式的构建

本文提出的产学研协作式教学模式可以通过为线上教学而开发的社交平台、会议直播系统，以及当前的在线教学平台等为基础，增加多种形式的协作教学模块，给学者提供更方便、快捷的线上教学交流、教学设计与评测，以方便参与教学人员分享更好的教学内容、方法和考核办法等，同时提供相互交流和评议的平台，最终达到汇集众人之长，设计制作出更全面的教学大纲、课件，并提供知识讲解和习题练习等。为完成这种协作模式，需要基于当前网络平台在以下方面重构协作教学功能。

1.过程协作。对于工程应用类专业课程，利用网络平台，以专业教师为主，联合教学、科研和产业应用等专业人才，确定课程的基础知识及重点、难点知识的清单，以及适应不同层次和需求的教学与实践大纲版本的协作构建。如同一个教学（或实践）大纲可具有不同版本以对应不同教学协作团队所提供的教学（或实践）内容。同一个版本的教学（或实践）大纲可具有不同子版本，以包含一些特色或个性化的教学（或实践）内容。基于教学（或实践）大纲的目标、内容清单和要求等制定多方认同和可行的协作流程图，然后产学研多方依据统一的协作流程，再基于各方资源和人员协作完成教学过程。

2.内容协作。专业教师协同企业专家、科研工作者、外专业教师等协作制作或提供包括教学知识、研究现状、复杂工程问题案例等各种教学材料，通过连接技术将本课程知识、交叉学科知识等关联，通过语义技术将上下游知识应用、行业问题等提供推荐、补充与择优，从而解决教学（或实践）内容陈旧、简单或实用性不足等问题。

3.支持条件协作。根据现有网络通信技术、云计算及人工智能方法等条件协作，提供包括探究式学习、模拟训练等教学方法的支持，以及远程工程实践场景、设备、软件、操作流程等实践方式的协作教学，并连接产学研多方的优势条件以支持面向产出和创新的教学与实践。

4.评测协作。通过互联网平台构建的虚拟社会，更有利提供考核与评测，如知识结构、知识应用和知识创新等方面的第三方协作评测。基于人工智能和大数据技术，对知识、技术等进行大规模智能的评测。

（二）协作式产学研教学模式的运行

产学研协作式教学模式可基于当前线上线下混合教学模式与技术得以实现。通过信息技术领域的网络协同方法，以及在线直播、会议、虚拟现实、远程操作等多种计算机技术和方法的支持，满足多种协同方式。既支持异地专家、工程师的教学资源共享，及其与学生之间的交互、演示和评测，也支持远程设备的复杂操作与真实场景的共享与体验等。

对学习者根据其特征和学习经历，个性化匹配学习的课程、教学大纲、教学内容。此外，还能根据其学习基础、兴趣和要求，进行学习路径推荐，学习后能为其提供学习内容的智能评价功能。而云计算与云存储还能为协作者提供教学大纲、内容的保存和复现等。

结语

针对高校工科传统教学模式的不足和信息化时代对高校工科产学研协作教学的要求，探讨了基于互联网的高校工科协作式产学研教学模式构建的必要性和方法。该教学模式利于专业知识与其他学科和应用领域的交叉，将创新性知识教学与知识应用背景或关联产业应用结合，利于跨专业、领域、行业理论知识和实践经验的交叉融合，最终实现各教学环节的深度协作，有效促进学生创新能力的培养。

参考文献

[1]中共中央，国务院.中国教育现代化2035[EB/OL].（2019-02-23）[2021-09-26].http：//www.gov.cn/xinwen/2019-02/23/content_5367987.htm.

[2]孫全党，靳瑞霞，徐久成.Access数据库应用课程的多元协同全线上教学案例[J].计算机教育，2020（11）：39-42.

[3]侯卫红，刘金娥.高校协同育人培养机制创新方向探讨[J].中国大学教学，2020（1）：42-44.

[4]于金翠，房洪杰，乔仁洁.新工科背景下校企融合协同育人发展路径探究[J].教育教学论坛，2020（30）50-51.

[5]陈明琴，刘军利.产学协同育人专业方向评价指标体系的构建[J].计算机教育，2020（7）：140-143.

[6]曹阳.信息技术促进高校课堂教学转型研究：基于H大学的教学实践[D].武汉：华中师范大学，2019.

[7]苏小红，张彦航，张羽，等.“异步学、同步练、多师联合、多屏互动、领编领练”远程在线教学模式[J].计算机教育，2020（9）1-4+9.

[8]王兰，张胜利.翻转课堂与网络教学之我见[J].科教文汇（上旬刊），2021（5）：46-47.

Exploration on the Industry-University-Research Cooperative Education Model Based on Internet for Engineering Majors in Colleges and Universities

LIAO Zhu-hua， YI Ai-ping， XIANG De-sheng

（School of Computer Science and Engineering， Hunan University of Science and Technology， Xiangtan， Hunan 411201， China）

Abstract： With the improvement of national and social requirements for the quality of talent training in colleges and universities， the multidisciplinary， all-around and multi-dimensional cooperation model of engineering talent training has become the inevitable choice of teaching reform. The paper analyzes the deficiencies of the traditional teaching model of engineering majors in colleges and universities and the requirements for the new teaching model of engineering majors in the aspects of teaching outline， content， method， assessment and practice in the new era. On this basis， the paper discusses the reconstruction idea of industry-university-research cooperation in the process， content and conditions. And then it puts forward the online and offline mixed teaching model for the industry-university-research cooperative cultivation based on the Internet and the new generation of information technology， so as to effectively improve the innovation and quality of engineering talent training in colleges and universities.

Key words： industry-university-research cooperative training; online and offline mixed teaching; teaching reform