新工科实践课程线上教学有效运行及管理研究

俞庆英，陈传明，陈付龙，孙丽萍，郭良敏，王涛春

(安徽师范大学计算机与信息学院，安徽芜湖241002)

1 引言

新工科专业是对传统工科专业的升级改造，以互联网和工业智能为核心，涵盖新型、新生及新兴工科专业，重在培养实践能力和创新能力强的新工科人才[1-2]，目前高校人才培养的重心就是对学生实践动手能力的培养[3]。新工科的实践教学要充分凸显实践性。实践教学主要从逻辑和应用两个角度对各类基本原理、应用方法进行教学，通过教师演示加上学生亲自动手实践，使学生在学习抽象专业理论知识的同时，直观地验证基本原理和工作机制，提升实践创新和系统应用能力。因此，实践教学在工科应用型专业教学中占据非常重要的位置。作为工科应用型专业课程体系中“不得不学”的教学环节，其应用范围广且与实际工程联系紧密[4]。

新工科专业实践教学活动包括实验、实训和实习，重在课内外和校内外结合。一方面，除了基础性实验课程(包括课程实验和实验课程)，现在的教学体系中还结合实际行业应用设置了实践教学课程，以巩固课堂所学理论知识，提高学生的综合实践应用能力。另一方面，实践教学应突出体现为产学研结合，即学校与用人单位共同培养各行各业的应用型人才。如何更好地培养具有实践能力的新时代大学生，采用什么样的教学方法有助于提高学生实践能力，怎样合理有效地评价和督促学生实践能力的培养，给高校的教学及其管理工作带来了重大挑战。

新工科实践教学环节涉及多种不同内容和形式，如图1所示，这些实践教学活动从不同侧面训练和锻炼学生的实践动手技能，培养工程知识运用、问题分析、提出/设计解决方案、研究、使用现代工具等专业能力，以及个人和团队的合作和沟通、终身学习等发展能力，并培养工程与社会、环境和可持续发展、职业规范和项目管理等工程素养，对于培养新工科大学生的综合能力具有至关重要的作用。

图1 新工科实践教学环节

在传统的实践教学中，针对不同的实践教学环节，开展的形式和管理的办法也有所不同。1)基础性实验课程等。一般采用跟随理论教学分散到教学周的形式，以验证类实验为主、综合性实验为辅，由指导教师指导学生在实验室完成，学生提交实验报告，并由指导教师进行评判，达到理论教学和实验教学相辅相成的效果。2)实践课程、实训课程、课程设计等。通常采用由指导教师集中一段时间，培训学生综合实践能力并由学生完成综合性项目、提交项目报告或进行项目答辩的方式开展，达到实践能力重点突破的效果。3)社会实践。作为一项可以拓展学生社会能力和培养社会责任的教学活动，一般由学生管理部门和教学管理部门联合组织，组建社会实践团队，利用假期或相对集中的时间，定向性地开展特定的社会活动。4)专业见习、研习、实习和创业实践等。对于学生的专业理解和从业能力训练具有不可替代的作用，一般在大学四年学习的各阶段，专业见习、研习、实习等活动分别在相对集中的一段时间利用校内外实践基地在校内外指导教师共同指导下完成，学生需要观摩、调查研究、参加生产实践等活动，撰写见习、研习和实习报告；而创业实践可以贯穿大学学习的始终，进行创业模拟、调查研究和实质性创业活动，一般可以和“互联网+”创新创业大赛或“创青春”全国大学生创业大赛活动联合进行。5)科研训练、创新制作、学科竞赛等。对于在某些方面特别突出或有兴趣的同学，由指导教师进行一对一的个性化培养，强化某一方面的实践能力，有效促进部分学生的个人兴趣发展和实践能力。6)毕业设计。是一项综合性项目实践的实践教学活动，由学生利用专业知识和技术，借鉴相关方案或方法，进行自主创新设计，给出相对完整的解决方案，解决所在专业领域内复杂工程问题，由校内或校外指导教师指导，在大学四年级结束前完成。这些实践教学环节在传统的实践教学活动中，已经形成了相对成熟的运行及管理模式。

然而，传统的实践教学运行和管理模式因2020 年初发生的新冠肺炎疫情而遇到诸多困难。理论课程线上教学如火如荼地开展，而实践教学活动却因新冠疫情基本搁置，无论是国外的Coursera、Udacity、edX等平台，还是国内的爱课程、学堂在线、慕课网、超星尔雅、e会学等平台，鲜有能够有效运行和管理的新工科在线实践课程，这极大影响了学生的实践动手能力培养以及后续课程学习。

2 面向新工科实践教学环节的线上教学问题分析

目前，面向新工科实践教学环节线上教学存在的问题有如下几个方面：

一是新工科实践教学环节的在线教学运行和管理缺乏系统性和科学性规划。新工科实践教学活动离不开实践教学三要素——实验环境、指导教师和实践学生，实验环境需要配备实验设备(仪器)和材料，既离不开指导教师的当面指导、示范，也需要学生动手操作，在线实践教学首先在为不同专业的实践课程提供实验环境方面存在较为明显的困难。如何与线下实践教学相辅相成？教师怎么在线教？学生怎么在线学？目前尚未形成行之有效的规划和指导性意见。

二是实践教学教师队伍的在线实践指导能力和现代教育信息技术运用能力需要提高。新工科专业实践教学的指导教师对于传统线下教学方式较为熟悉，当实验环境从实验室或实践基地搬到互联网上时，教师对于如何教方面存在的最大困惑是应该运用哪些信息技术手段。实践教学指导教师因为不适应线上实践教学，存在较大抵触，将导致线上实践教学无法有效开展。

三是虚拟实验环境和远程实验环境配置不够完备，资源奇缺，无法满足突发性的大体量线上实践教学需求。线上实践教学的实验环境有虚拟的，也有真实的。近年来，各高校对工科应用型专业虚拟仿真实验室建设投入了大量的人力、物力和财力，部分专业已经可以通过互联网借助虚拟仿真实验环境开展部分实验课程的虚拟仿真实验，一大批利用虚拟现实技术、多媒体技术开发的生物类、化学类、物理类、计算机类实验教学环境被开发出来，满足了部分实验课程的在线教学需要。但是，在面对突发性大体量线上实践教学的需求时显得力不从心。另外，对口的有利于开展线上教学的专业实习和实训基地总量也不足。

四是缺乏科学的线上实践教学考核和评价方法。线上实践课程教学存在与线上理论课程教学类似的学习监管方面的难度，一方面是教师无法及时了解和解决学生在实践学习中存在的问题，更难对学生做出科学、合理、准确的实践学习评价和考核；另一方面是学生们对于线上实践教学的困惑，无法及时获得教师的指导，缺乏完整、规范的实践学习材料，在学习上敷衍了事，实践结果抄袭现象时有发生。在线实践教学缺乏行之有效的评价标准和机制。

3 新工科实践课程线上教学方法改革与创新

针对新工科实践教学环节线上教学运行和管理的迫切需求和目前存在的问题，研究实践教学环节在线教学的运行和管理机制，保障实践教学环节的线上教学质量，提高线上实践教学运行管理的效率，具体方案对策如图2所示。

图2 新工科实践课程线上教学方法改革与创新方案

3.1 新工科实践教学环节的线上教学体系构建

1)搭建虚拟或仿真实验平台。让系统为每个学生提供一个可供自己操作的虚拟实验室，同时也排除了实验室的限制和一些不定因素。通过网络虚拟实验软件平台，完成验证性基础实验项目，采用学生分散预约和教师集中演示相结合的实验模式，学生可以提前通过“虚拟仿真实验室”预演实验内容，也可以在教师集中演示讲授之后完成实验过程，填写好实验报告，对实验调试过程、出现的问题、解决方法、实验结果及分析等部分进行总结。其中包括如“面向对象程序设计实验”等软件类实验、“模拟电路与数字电路实验”等可以通过电子设计自动化软件完成的实验和“计算机组装与维护”等可以借助虚拟仿真软件平台在线完成的硬件类实验。同时，还需要不断完善实验资源。

2)实践环节的教师在线教与学生在线学。拟构建“验证→设计→创新→创业”逐层递进的线上线下混合式实践教学体系。以“产+学+研+用”为人才培养目标，研究实验课程、实践课程、实训课程、课程设计、科研训练、创新制作、学科竞赛、社会实践、毕业设计、专业见习研习实习和创业实践等线上和线下相互支持的多元实践能力培养路径。同时，鼓励学生及时总结，找出不足，查缺补漏，以强化实践实习的作用。将实训课程的线下教学向线上引入，可以延长实训及操作时间，培养解决问题和沟通管理等能力，真正做到线上集中学习操练和线下自主实训有效结合的双层混合式实践教学[5]。

3)促进校企之间的实践合作。为推动学校实践课程教学与企业需求接轨，加强校企之间的实践合作是当务之急。2020年疫情期间，我校2016级计算机科学与技术、软件工程和物联网工程三个专业80 余名同学的实习计划调整为在线实训，利用智慧教辅平台，组建项目小组，在线开展“网易云音乐项目实战”等多个实训项目，实训教师线上与同学们进行行业信息分享和技术交流，指导学生开展项目设计和编程开发。此外，另有90 余名同学与实习单位开展线上实习，开展企业方安排的实习工作。

3.2 实践教学教师队伍的在线指导和现代教育信息技术运用能力提高

研究新工科专业实践在线指导教师队伍的建设方案，开拓以培训和实践相结合的在线实验教学师资队伍建设途径。

一方面，在线学习是涉及教师、学生和媒体三个层面的交互过程，教师在线指导需要使学生更好地适应在线实践学习的环境[6]。实践环节的线上教学不应只是教师在单纯演示和讲解实践操作流程，教师应当格外加强教学互动以调动学生的学习积极性；有效开展教学讨论等多样化教学组织形式，例如投票、主题讨论、学生发言和分享屏幕等；关注网络和移动学习环境下学生们的自主、合作与探究学习；鼓励表现优异的同学发挥团队核心作用，给予表现欠佳的同学更多的关注和情感激励；积极组织学生互相观摩和评析，引导学生以提高实践能力为目标，提供量化指标供学生评测自己的在线学习效果。

另一方面，在线教学实践不仅要求教师了解信息化教学环境与工具，更应学会并熟练使用相关工具与软件。培养实践教学教师运用云计算、大数据、虚拟现实/增强现实、多媒体等技术开发在线实践教学资源的能力，培养运用超星尔雅、学习通、腾讯课堂、钉钉、e会学等平台工具在线组织和管理班级、实践课程的能力，培养运用移动终端、数位屏、虚拟仿真实验设备、电子教鞭等终端系统开展实践教学环节的在线教学能力，优化线上课堂教学形式，转变学生的学习方式。

3.3 实践教学环节的线上教学资源和平台建设

共建共享的实践教学平台建设方案是实践环节线上教学有效运行的重要支撑。将所有实践课程的资源和实践学生信息入库，可以极大方便师生的实践教学，任课教师基于该平台能够随时随地掌控分散在各地学生的实验、实习和实践情况，增量存储学生在实践学习过程中的记录和评价，对实习教学十分有益[3]。

共享虚拟仿真实验资源，包括线上平台和仿真软件使用方法、安装包及操作方法，便于学生进行实验仿真和参数测试。详细的实验内容课件及相关文档是线上授课顺利进行的重要保障，为了达到在线实践教学的要求，实验课件不能只包含实验内容的简要图文，需要将所有实验过程分步操作并讲解，同步拍摄关键步骤及参数测试照片，融入适应线上教学的实验课件中，使实验内容能够更加真实、清晰地呈现[7]。

同时，指导教师制作优质数字视频教育资源，针对每个独立知识点和技能操作点，制作一系列时长5-10分钟的微课，帮助学生快速学习并掌握实验原理和操作技能。为了应对2020年特殊时期的线上教学，安徽师范大学通过超星尔雅等一系列教学平台建设线上课程资源，包括新工科专业理论课程和部分实验课程的线上视频、作业、实验指导材料等，并充分利用QQ群、钉钉群、学习通交流、答疑辅导平台多样化的学习平台，实现班级管理、课程管理、作业管理。老师们结合了线上教学的特点调整了教学方案，及时在超星平台上向学生公布了最新的教学进度、参考学习资源，确保线上线下无缝对接。

3.4 线上实践教学管理和考核评价

传统的实践教学以总结性评价为主，不能很好地反映学生在整个过程中所做的努力。过程评价比结果评价更重要，教师通过线上教学平台了解学生的出勤、课程资源阅读量、在线测试情况、参与课堂讨论情况、实训报告完成质量、项目作品展示情况等，把这些内容根据比重纳入考核范围，开展过程性评价。同时，学生将对每堂课的教学情况进行评价和反馈。评价的结果越有利于教学改进，此项考核赋分越高。如此，既激发了学生的主人翁意识，又有利于教师根据反馈情况及时调整教学策略[8]。

1)开发程序设计类实践课程的交互式作业管理平台。包含作业布置、作业批改、作业成绩查看、优秀作业展示和作业完成情况分析等主要功能，其中作业批改模块针对编程类题目采用机器自动判分与教师主观评价相结合的方式，提升教师的反馈效率和学生的自主编译调试能力。在实验指导和考评方面，教师在线上布置实验并在线检查实验结果，优秀的实验结果通过线上屏幕分享的方式可以提供给所有学生观摩学习，并改进设计，有一定的便捷性和即时性，起到了较好的实验效果。

2)加强实践教学考评。开发开放式网络化考试系统，以适应高等院校《大学计算机应用基础》《程序设计基础》《数据库原理及应用》等课程改革的需要。该系统由多个子系统构成，如题库系统、考务系统、组卷系统和智能考试管理系统、答题系统、人工评阅系统等。可以为实践类课程教学改革和学生能力培养提供一个高效、可靠、通用的无纸化评测平台。开发本科生毕业设计(论文)管理系统，为教学管理职能部门、毕业论文指导老师和学生提供一种毕业设计(论文)进程管理平台，支持本科生毕业设计(论文)的题目申报、选题、任务下达、开题报告审核、中期检查、初稿审查、终稿审查、论文评阅等过程管理功能。

综上，新工科实践课程线上教学方法改革需要从多个方面并发进行。学习现代教学信息技术，共享教学资源，更新教学内容，加强实践教学，通过教师的教学预警、讲解演示和课堂激励，以及学生的动手实验、分析总结、撰写报告等方式改进在线实践课程的教与学，拓展学生的创新思维能力和动手能力。

4 结束语

为改革完善适应新工科实践能力培养需求的在线实践教学体系和教师在线实践教学能力培养路径，本文主要针对新工科实践课程线上教学的有效运行及管理进行研究，就建立健全新时代共享式实验、实训和实习等在线实践平台给出解决方案，并设计规范化、多元化、过程化的在线实践教学运行及管理机制，提升新工科专业学生专业实践能力。