解决复杂安全工程问题能力培养的线上线下混合式教学评价体系研究与实践

毕海普，杨国萍，邵 辉

(1.常州大学环境与安全工程学院，江苏 常州 213164；2.江苏理工学院外国语学院，江苏 常州 213001)

信息技术促进了高等教育方式改革，“互联网+”下人才培养呈现多资源、多路径、全方位、多元化发展[1-3]。国内334所高校调查数据显示，在线学习在高等教育中的比重越来越大[4]。209 099份学生调查问卷样本显示，学校的课程平台、线上教学资源及大学生群体的学习习惯等对学生能力培养的影响突出[5-7]。在学生能力培养中，解决复杂工程问题能力培养是本科工程教育的基本定位；尤其在2016年6月我国成为国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》正式会员后，解决复杂工程问题能力已成为新工科人才的核心能力[8-10]。根据《工程教育认证标准》[11]，“复杂工程问题”必须具备下述特征①，同时具备下述特征②～⑦的部分或全部：①必须运用深入的工程原理，经过分析才可能得到解决；②涉及多方面的技术、工程和其他因素，并可能相互有一定冲突；③需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性；④不是仅靠常用方法就可以完全解决的；⑤问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业工程实践的标准和规范中；⑥问题相关各方利益不完全一致；⑦具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。而安全科学与工程类专业的研究内容主要包括事故或灾难的孕育、发生、发展的原因和规律，预防、控制与应急的原理和方法，后果及其影响分析、防控方法策略等，因此复杂安全工程问题应该是包含以上研究内容的具有复杂工程问题特征的问题[12-14]。截至2021年1月，我国已有40所高校的安全工程专业通过了工程教育认证[15-16]。而基于我国65所学校抽样调查和34所学校实地考查发现，安全工程专业人才能力培养效果仍存在问题，部分学校安全工程专业毕业生解决复杂工程问题的能力还达不到实践要求[17]。随着信息化技术的广泛应用，在线课程、虚拟现实等资源在促进应用型人才及其工程问题解决能力的培养中正发挥着越来越重要的积极作用[18-21]，线上线下混合式教学模式培养学生解决复杂安全工程问题能力是高校面临的新挑战。本文基于学生线上学习和成长规律分析，探索线上线下混合式能力培养方法及教学评价体系，以期有效提升学生解决复杂安全工程问题的能力。

1 解决复杂安全工程问题能力培养的线上线下混合式教学评价体系

1.1 解决复杂安全工程问题能力培养的新趋势

“互联网+”下，信息技术与经济社会发展高度融合，能力培养方法呈现了新的趋势，具体表现为能力培养手段的多样性、能力培养资源的共享、能力培养效果评估的综合性和能力培养的线上线下混合式教学模式等。

(1) 能力培养手段的多样性。“互联网+”下学生的学习习惯和成长规律发生了极大的变化，同时产业、行业对安全工程能力的需求也日新月异，要培养安全人才解决复杂工程问题能力，必须准确挖掘信息技术普及下安全人才能力需求，充分推进人才培养目标、课程体系、质量保障等方面的改革与创新。相应地，能力培养手段也呈现了多样性，学生解决安全工程问题能力培养不再是传统的课堂教学和企业实践，也添加了在线课程、工艺及事故案例的虚拟仿真实验实践、安全管理信息系统线上实习等线上教学与实践环节。

(2) 能力培养资源的共享。“互联网+”平台上，在线理论课程在课程资源共享中已经发挥了越来越重要的作用，VR工艺及事故虚拟仿真实验、安全管理信息系统等实践、实习教学项目资源共享也已经越来越受到关注。同时，安全工程专业教学研究成果、教学模式、教材、课件等能力培养方法也将实现开放共享。

(3) 能力培养效果评估的综合性。以培养和提升安全人才解决复杂工程问题能力为目标，基于安全科学与工程类专业的发展趋势、产业行业的安全人才需求、安全人才的培养目标与课程支撑体系等，能力培养效果的评价不仅仅是线上+线下、过程+期末的综合课程考核，还包括线上线下教学对学生安全知识结构建构效果的科学评估、混合教学模式下学生能力培养成效的综合评价。同时，“互联网+”下能力培养已经发展为学校、政府、企业、社会、家庭等多方协同与融合建设，解决复杂安全工程问题能力培养的达成情况评价体系也呈现了复杂性和综合性，并且需要长效的多方评价、反馈、提升的质量保障体系。

1.2 解决复杂安全工程问题能力培养的线上线下混合式教学模式

为应对解决复杂安全工程问题能力培养的新趋势，混合式教学模式以线上线下教学资源建设与教学实施促进能力培养方法改革，实现“以教为主”向“以学为主”、“以课堂教学为主”向“课内外结合”的转变。同时，混合式教学模式以线上线下能力综合评价促进人才培养质量的持续提升，充分考虑 “线上、线下”、“课内、课外”、“现实、虚拟”相融合的学生成长规律和能力培养规律，以“结果评价为主”向“结果过程相结合评价”转变，并且以教学模式设计和教学过程实施中的反馈来持续改进教学模式，提升人才培养质量。“互联网+”下解决复杂安全工程问题能力培养的线上线下混合式教学模式的设计、实施、反馈与持续改进思路，见图1。

图1 “互联网+”下解决复杂安全工程问题能力培养达成情况的线上线下混合式教学评价体系

图1中，以 “互联网+”下学生解决复杂安全工程问题能力培养为目标，首先对其构成进行分解，根据社会经济发展对安全工程专业人才的特殊需求，结合高校的办学定位和专业的实际情况，确定能力分解模块，通过“逆向设计”，对学生安全知识结构进行建构，进而落地到安全工程专业课程教学，形成从顶层到底层的设计，即能力分解→知识分解→课程分解；然后通过“正向实施”，从课程教学实施，到学生安全知识结构建构，再到学生解决复杂安全工程问题能力达成，形成从底层到顶层的能力达成，即知识积累→工程应用→能力达成；逆向设计和正向实施共同构成 “互联网+”下解决复杂安全工程问题能力培养的线上线下混合式教学模式。

1.3 解决复杂安全工程问题能力培养达成情况的线上线下混合式教学评价体系

解决复杂安全工程问题能力培养的线上线下混合式教学模式主要包含课程、知识、能力三个部分内容，由“虚实结合”的课程考核方式重构、“线上线下”安全知识结构建构效果评价、安全工程问题解决能力培养成效综合评价三个方面共同构成线上线下混合式教学模式下解决复杂安全工程问题能力培养达成情况的教学评价体系。

1.3.1 “虚实结合”的课程考核方式重构

“互联网+”下“虚实结合”的课程教学实施主要包括线上线下混合的理论课程、VR+线下的工艺及事故测试综合实验、3D仿真+线下的工艺及应急管理对策综合设计、安全管理信息系统+线下的综合实习四类课程(见图1)。线上线下课程综合考核方式包括线上线下的过程考核、期末考核等多个部分。课程综合考核的计算公式如下：

Fkc=∑wiui

(1)

式中：Fkc为课程考核计算结果;wi为课程第i个考核项的权重，可由专家打分计算得出[22]，或者由课程组教师赋值产生；ui为课程第i个考核项得分,课程考核项可为线上或线下的过程考核或期末考核。

1.3.2 “线上线下”安全知识结构建构效果评价

安全知识结构建构效果主要通过课程内容，根据课程性质的不同，分别对学生基础知识点(Fzsd)、安全系统思维(Fxtsw)、操作技能(Fczsj)、实践应用(Fsiyy)四个方面进行计算，与课程的对应关系见图1。安全知识结构建构效果考核计算公式如下：

Fzsd=wzllull+wzsyusy

(2)

Fxtsw=wxllull+wxsyusy+wxsjusj

(3)

Fczsj=wcsyusy+wcsjusj

(4)

Fsjyy=wssjusj+wssxusx

(5)

式中：Fzsd为基础知识点考核计算结果;wzll为理论课程在基础知识点计算中的权重;wzsy为实验课程在基础知识点计算中的权重；Fxtsw为安全系统思维考核计算结果;wxll为理论课程在安全系统思维计算中的权重;wxsy为实验课程在安全系统思维计算中的权重;wxsj为设计课程在安全系统思维计算中的权重；Fczsj为操作技能考核计算结果;wcsy为实验课程在操作技能计算中的权重;wcsj为设计课程在操作技能计算中的权重；Fsjyy为实践应用考核计算结果;wssj为设计课程在实践应用计算中的权重;wssx为实习课程在实践应用计算中的权重;ull为被评价学生的理论课程得分;usy为被评价学生的实验课程得分;usj为被评价学生的设计课程得分;usx为被评价学生的实习课程得分。

同一类课程在不同安全知识结构单项建构效果考核计算中的权重可能不同；安全知识结构四个方面建构效果考核计算中各类课程的权重由专家打分计算得出或者课程组教师赋值产生。

通过对比被分析学生在基础知识点、安全系统思维、操作技能、实践应用四个方面建构效果的得分，找出学生安全知识结构的短板，为课程资源建设和安全知识结构建构提供反馈和持续改进依据。

1.3.3 安全工程问题解决能力培养成效综合评价

解决复杂安全工程问题能力培养成效评价包括发现隐患能力(Ffx)、安全风险分析能力(Faqfx)、方案设计能力(Ffasj)、提出安全对策能力(Ftcdc)四个模块，与安全知识结构的对应关系见图1。安全工程问题解决能力培养成效考核计算公式如下：

Ffx=wfxzsdFzsd+wfxtswFxtsw

(6)

Faqfx=waqxtFxtsw+waqsjFsjyy

(7)

Ffasj=wfaczFczsj+wfasjFsjyy

(8)

Ftcdc=wtxtFxtsw+wtsjFsjyy

(9)

式中：Ffx为发现隐患能力培养成效计算结果;wfxzsd为基础知识点在发现隐患能力计算中的权重;wfxtsw为安全系统思维在发现隐患能力计算中的权重；Faqfx为安全风险分析能力培养成效计算结果;waqxt为安全系统思维在安全风险分析能力计算中的权重;waqsj为实践应用在安全风险分析能力计算中的权重；Ffasj为方案设计能力培养成效计算结果;wfacz为操作技能在方案设计能力计算中的权重;wfasj为实践应用在方案设计能力计算中的权重；Ftcdc为提出安全对策能力培养成效计算结果;wtxt为安全系统思维在提出安全对策能力计算中的权重;wtsj为实践应用在提出安全对策能力计算中的权重。

同一个安全知识结构单项在不同安全工程问题解决能力培养成效模块计算中的权重可能不同；解决复杂安全工程问题四个模块能力培养成效情况计算中各安全知识结构单项的权重由专家打分计算得出或者课程组教师赋值产生。

通过比较发现隐患能力、安全风险分析能力、方案设计能力、提出安全对策能力四个模块的培养成效计算结果，找出被分析学生安全工程问题解决能力培养成效的短板。进一步以安全工程问题解决能力培养和提升为成果导向，以安全工程专业课程考核、安全知识结构建构效果评价、安全问题解决能力培养成效评价等各环节的反馈，促进线上线下混合式教学模式及能力培养达成情况教学评价体系的持续改进完善。

2 实例分析

2.1 “虚实结合”的课程综合考核

本文以常州大学安全工程专业为例，线上课程资源及教学实施主要包括在线理论课程(如国家级一流在线课程“安全风险分析与模拟仿真技术”)、VR实验课程(如国家虚拟仿真实验教学本科一流课程“危化品运输管理与应急处置虚拟仿真项目”)、3D仿真设计课程(如国家级虚拟仿真实验教学示范项目“甲醇合成与精制3D仿真”)、线上实习管理信息系统(如“企业安全风险分区管理实习系统” )四类。“虚实结合”的课程综合考核常见项目，见图2。

图2 “虚实结合”的课程综合考核常见项目

“虚实结合”的课程综合考核包括线上线下的过程考核和期末考核。过程考核方式根据课程类别的不同而设置，如理论课程的线上单元作业、学习讨论、学习笔记和线下翻转课程汇报，实验课程的线上预习报告、安全测试、实验流程测试、数据处理方法测试和线下实验操作，设计类课程的线上工艺流程考核、设计方案考核、小组之间的方案互评，实习课程的线上实习工艺考核、安全对策考核、实例日记考核和线下实地实习操作效果考核等。期末考核也呈现多种方式，多以线下为主，如期末课程学习汇报、期末考试、实验报告、设计小组汇报、小组成员之间互评、设计报告、实习汇报、实习报告等。

以常州大学安全工程专业171教改班24位同学“虚实结合”的安全工程专业课程综合考核计算为例，该班同学各类课程得分的平均值见图3中蓝色曲线。

图3 解决复杂安全工程问题能力培养达成情况教学评价体系实例的计算结果

由图3可见，该班同学四类课程综合考核得分计算结果显示，理论课程平均分得分最低(77.27分)、3D仿真+线下设计课程平均分得分最高(83.15分)。

2.2 “线上线下”安全知识结构建构效果

安全知识结构建构效果计算分为基础知识点(Fzsd)、安全系统思维(Fxtsw)、操作技能(Fczsj)、实践应用(Fsjyy)四个方面，根据公式(2)～(5)，以安全工程专业171教改班24位同学安全知识结构建构效果考核计算为例，该班同学安全知识结构各项得分的平均值见图3中橙色曲线。由图3可见，该班同学安全知识结构建构效果中基础知识点平均得分最低(79.21分)、操作技能平均得分最高(82.15分)。

2. 3 安全工程问题解决能力培养成效

解决复杂安全工程问题能力培养成效评价包括发现隐患能力(Ffx)、安全风险分析能力(Faqfx)、方案设计能力(Ffasj)、提出安全对策能力(Ftcdc)四个模块，根据公式(6)～(9)，以安全工程专业171教改班24位同学解决复杂安全工程问题能力培养成效考核计算为例，该班同学各模块能力培养成效得分的平均值见图3中绿色曲线。由图3可见，该班同学解决复杂安全工程问题能力培养的四个模块中，发现隐患能力平均得分最低(79.88分)、方案设计能力和提出安全对策能力平均得分较高(81.82分)。

综上分析可知，该班同学后续学习和工作中应该加强理论课程的学习、基础知识点的积累和发现隐患能力的训练。该评价结果给线上线下混合式教学模式及教学评价体系提供了有效的反馈意见，如线上线下混合理论课程讲授及考核方式有待改善、安全知识结构建构应夯实基础知识点、解决复杂安全工程问题能力培养要多关注发现隐患能力。进一步对全年级学生的课程综合考核、安全知识结构建构效果、安全工程问题解决能力培养成效进行计算，其评价结果及分布情况可为该专业线上线下混合式教学模式及教学评价体系的持续改进和提升提供数据支撑。

3 结 论

通过建立解决复杂安全工程问题能力培养达成情况的线上线下混合式教学评价体系，研究与实践的主要结论如下：

(1) 以解决复杂安全工程问题能力培养为目标，“逆向设计”基于能力分解、知识结构分解落地到安全工程专业 “虚实结合”的课程，“正向实施”通过课程教学实施、学生安全知识结构建构进而评价学生解决复杂安全工程问题能力培养成效，共同构成 “互联网+”下解决复杂安全工程问题能力培养的线上线下混合式教学模式。

(2) 混合式教学模式下能力培养达成情况教学评价体系包括课程、知识结构、能力三方面，其中“虚实结合”的安全工程专业课程考核为理论、实验、设计、实习四类课程，“线上线下”安全知识结构建构效果主要通过课程内容分类对学生基础知识点、安全系统思维、操作技能、实践应用四个方面进行评价，安全工程问题解决能力培养成效评价包括发现隐患能力、安全风险分析能力、方案设计能力、提出安全对策能力四个模块。

(3) 能力培养达成情况线上线下混合式教学评价体系应用的实例分析结果显示：该班同学后续学习和工作中应该加强理论课程(平均得分为77.27分)的学习、基础知识点(平均得分为79.21分)的积累和发现隐患能力(平均得分为79.88分)的训练。全年级学生的课程综合考核、安全知识结构建构效果、安全工程问题解决能力培养成效等评价结果及分布情况可为教学评价体系的持续改进和提升提供数据支撑。