线上教学模式下工科课程改革的探索与研究

白 涛，韩云涛，徐 博

（哈尔滨工程大学，黑龙江 哈尔滨 150001）

工科课程是我国“新工科”教育最为基础的承载工具，为体现新工科“以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才”的内涵，对传统工科课程的教学模式和评估方法进行改革具有重要的意义和价值[1]。

疫情期间，由于具有保证教学进度顺利完成的优势，所以线上教学模式成为目前主要的授课形式。但区别于工科课程线下教学中采用多种授课方式协同的教学方法和多渠道的评估模式，线上教学既面临着由“学生群体内部高度非均质化的学习能力和学习需求”产生的有效到课率低、教学效果不均衡问题[2]，又面临着“远程授课”产生的教学和思政融入效果难以评估等问题，这些问题都对线上教学采用的非接触式教学下的工科课程的教学方法、课程思政的融入方式以及教学效果的评估模式的改革提出了严峻挑战。本文从工科线上课程改革的必要性、工科课程的思政融入意义和方法及工科课程改革的方法和评价手段等方面进行了探索和研究。

一、线上教学模式改革的意义和必要性

（一）线上教学改革是信息时代的要求

1869 年，哈佛大学校长查尔斯·威廉·艾略特提出，“大学必须迅速适应人们的各种变化，因为它们正是为这样的人存在的”[3]。线上教学模式作为信息化时代的主要教学方式，必然成为这一时代教书育人的重要载体。在疫情发生之前，线上教学以其独有的远程教学方式满足了大量渴望优质教学资源的受教育群体的需求，对教育的公平性起到了重要的推动作用，从而在全球得到了快速发展。在全球疫情出现后，社交隔离的防疫措施令线上远程教学模式成为了主要教学模式。可见，无论是今天万物互联时代对优质教育普及的需求，还是特殊疫情时期对教学持续性和连续性的要求，都在无形中提高了线上教学模式作为信息时代教学方式的重要地位。因此，线上教学模式的完善和推广必然是未来后疫情时代教学改革的重要方面之一，线上教学模式也必然在未来的教育体系中发挥越来越重要的作用。

（二）线上教学模式是新工科教育的要求

工程科技作为推动我国改革开放以来追逐国际先进水平的排头兵，在国民经济发展中占有非常重要的地位。为实现中华民族伟大复兴，必然需要更多的优质工科人才投身于国家建设中。工科课程及其教学体系作为我国培养工程人才的基础，必然在我国的新工科建设中占有重要的地位。目前，国家对优质工科人才的需求与有限的线下优质教学资源供给之间存在差距，而线上教学资源以其获取方式简便，授课内容经过严格评审，且能发挥工科课程将优质教学内容与各类虚拟仿真手段结合的优势，必然能够成为新工科建设的重要支撑。

（三）线上教学模式与课程思政融入

“培养什么人、为谁培养人”是每一个教育工作者在工作中面对的首要问题。“十年树木，百年树人”作为中华民族的主要教育思想之一与党中央的“立德树人”的要求高度统一。

在课程中进行思政教育并不是我国的专属。以哈佛大学为例。1941 年，时任哈佛大学校长的科南特对哈佛大学的课程进行了改革，在1945 年出版的《自由社会的民主教育》即著名的“红皮书”中具体阐述了这种改革思想，即通识课程的宗旨是在国家确认中培养忠诚公民[3]，美国高等教育委员会认为这是美国战后课程改革的权威性文件。此后，科南特再次强调了培养效忠国家的情感的必要性，他认为对于一个明智的教育者而言，其任务是绝对肯定我们的哲学是最优秀的“成熟”状态，是用来批驳纠正那些倾向“不成熟”思想的学生[4]。可见，哈佛大学的教育、学术一直与美国的国家使命有机统一，其教育也是国家主义的学术和教育之路，目的是在教育中确立学生对国家的忠诚，强化公共服务意识，这也是西方教育最具代表性的一面。

线上教学模式因其传播快捷、受众多、易于使用多种媒体手段的特点，决定了其能在最短的时间内将要传播的思想传递到需要的受众中去，特别是能让工科课程的讲授者更加方便地在课程中以更加直观的形式融入我国工程建设中的伟大成就，能更好地融合课程和思政的精华，能更有效地培养真正优质的、祖国需要的人才。

二、线上教学模式的问题与改革

（一）线上教学模式中存在的问题

线上教学模式目前最主要的问题是远程教学所带来的疏离感，这种疏离感最直观的反应就是教师与学生之间在传统教学中直接约束关系的降低，导致传统线下教学中最为有效的教师与学生实时互动的教学模式难以实施。虽然目前多个网络课堂平台设计了多种互动方式，但均不能有效替代传统的实时互动模式，这种缺点在工科课堂中的理论与实验结合部分表现的更加突出，这种情况导致了学生在线上课堂中的学习效果在绝大程度上取决于学生的自我约束情况。而由于学生学习能力和学习需求之间的差异使得此类情况很不乐观。根据笔者调查，在线上授课结束后相当比例的学生对网络授课中课程内容的接受程度远低于线下授课的接受程度，教师寄予厚望的课堂重播功能也无法有效提升学生的学习效果。调查显示，在网上授课中，教师需要与游戏、小说、学习环境造成的放松感及学生长时间面对显示器造成的疲劳等多种因素“争夺”部分学生，稍有放松，就会造成课程中的“虚位”现象，即学生被显示在线上课堂中，但却不能有效学习。这种“虚位”现象，与线下授课中学生的“有效到课率”类似，但其在线上授课中更加难以统计和掌握。在线下课程中，到课率一直是最受关注的教学指标，而网络授课的到课率等指标的统计已经被“虚位”现象的负面效果所影响，在没有了有效到课率的支持下，无论理论授课效果还是课程思政的融入等都会成为空谈。因此，这也引出了线上授课模式的另一个问题，即有效评价问题。在传统教学中，对教学的评价是一个多维的系统工程，从学生的到课率，专家课堂评价，学生评教，各种形式的考试和考核，企业实习评价，甚至学生工作后用人单位的反馈等多方面进行综合评价，但线上课程的非接触式的教学造成了有效评价依据收集困难，无法及时反馈指导教学改进等问题，让教学评价工作的难度直线上升。

（二）线上教学模式的改革方式探析

针对“虚位”问题，这其实也是线下授课中的“有效到课率”问题的延伸，线下授课时许多教育工作者使用翻转课堂的方式，让学生和教师在授课时形成一种合作的关系，调动学生的主动参与意识来解决这一问题[5]。但这一方式的缺点是过度依赖教师的个人魅力和学生的主观能动性，而在线上教学模式下，这些要求显然更加难以达到。

针对这一问题，笔者针对工科课程和线上授课的特点，在实际教学过程总结出一种将理论教学与虚拟实验在授课时有机结合的全课时交流的教学方式，其核心思想是，如果不能从主观上将学生的注意力集中于课堂，那么就在客观上将学生的双手集中于虚拟实验，让学生在听的同时自己动手完成与授课相关的实验环节，并利用网络授课的优势实时检查进度并计入成绩，从而解决“虚位”问题。以笔者主讲的“自动控制理论”课程为例，利用SolidWorks 三维模型设计软件与MATLAB 软件结合可以得到可视化的三维运动模型的特点。以我校船舶特色为出发点，以能承载学科特色的简化船舶模型的控制设计作为课程理论内容的载体，从控制理论的基本对象出发，在教师讲授控制理论基本对象的同时，指导学生使用SolidWorks 软件自己建立一个简化的三维船舶模型，让学生更好地了解自己所学的控制理论的控制对象是什么，执行器作用是如何反应到控制目标上去的等最为重要的基础问题。在讲授控制结果分析和控制器设计时，指导学生同时使用MATLAB 完成典型问题的编程，并将其作用于设计的三维模型中，观看三维模型在控制下的运动效果演示并与二维特性曲线对比加深所学知识的印象。此类方法不受远程教学的距离影响，将仿真实验设计全程加入线上授课环节中，让学生在课堂中忙起来，将理论的讲授进度和学生动手的时间集中于课堂，最大限度地让学生在听的过程中动手操作，让学生觉得这是一门有趣的、自己能参与进去的课程，只有达到这一效果，才能将学生的注意力从其他方面转移到课堂中，才能有效解决“虚位”问题。

同时，在课程的评价方面，笔者借鉴了在军品生产中采用的质量监督的经验，遵从以严格的过程监督来保证军品合格的出厂质量的原则，经过总结即是“人、机、料、法、环、测”等六个方面的原则，即要求从事生产的人员资格齐全，参与生产的设备要按时保养和进行检验，所有原材料要有合格证和入厂检验流程，所有生产环节必须按评审过的工艺方法施工，所有施工环境必须保证监测手段有效且指标符合要求，过程和出厂测试必须在军方参与的情况下按照评审文件严格验收并签字确认。如将这种方法引入线上教学评价中，则可改变要求，让教师备课准备充分、教学设备合适、教材和教具合规、教学方法和教学环境合适、考核方式有效，全程保留所有记录并确认来源等，这些记录将能够在所有对课程效果的复查中得出有益的反馈，对于线上授课效果的评估有重要的意义。目前大数据的应用已经普及到了各行各业，应用人工智能和大数据来分析学生在线上授课中的发言、师生互动及其他数据，将是未来线上授课效果评估的趋势。

（三）线上教学的思政融入模式探索

在工科课程的线上教学中，思政融入是一个必须优先解决的问题。通过实例讲故事是思政融入课程的有效方式。得益于我国建国以来在工程建设方面的巨大成就，工科课程可用的实例相对丰富。笔者在线上教学中，即以学校的船舶特色为切入点，将课程思政的内容以例子和历史故事的形式，在课程的不同阶段自然融入授课过程以及学生亲自动手完成的模型和实例中，以达到盐溶于水的效果。如在学生亲自动手设计船舶模型时，即可介绍我国船舶的发展历程，特别是我校自主研制的我国第一代减摇鳍的设计故事，辅以视频、图片等手段，讲好课程思政。

线上授课的思政融入效果的评价和反馈也是线上教学必须的环节。线上授课的远程特点在造成诸多不便的同时也成为了学生敢于充分表达自己的思想的优势条件。在授课中，如果学生真正自己完成了模型与算法的构建，并真正掌握所学的知识，那么他自然有底气去发表自己的意见和思想，从而实现从课堂上的看与听，变为做与想。在充分收集了学生的反馈信息后，教师若能积极借用先进的智能分析工具，根据学生在教学过程中留下的这些痕迹，借鉴并改造目前广泛应用于网上购物的精确推送的算法，对课堂的教学和思政融入效果进行评估，甚至若能将此类方法推广到学生的所有课程中去，综合评价其在整个学习过程中的表现，那么目前存在于课程思政评价中的难题将出现一个新的解决途径。

三、结语

线上教学模式是一种顺应时代的授课模式，疫情的发生在客观上对其发展起到了推进的作用，但其目前存在的问题也不容忽视。文章通过对工科线上教学特点的分析和总结，提出将理论授课和虚拟实验在线上授课中同步进行并有机融入思政内容的方法，通过让学生的双手忙起来的方式，提高有效到课率从而达到提高教学效果的目的，同时提出参考军品生产质量保证方法及大数据结合智能算法来进行线上教学评估的方式。