新工科背景下土地利用类课程创新实践研究

宋 洁,刘学录

(甘肃农业大学 资源与环境学院,甘肃 兰州 730000)

陆地生态系统是占地球表面总面积三分之一的复杂巨系统[1]。人类通过对与土地有关的自然资源的利用活动,改变地球陆地表面的覆被状况。而土地覆被变化对区域水循环、环境质量、生物多样性及陆地生态系统的生产力和适应能力的影响则更为深刻[2]。因此,土地资源的可持续利用对区域经济发展的可持续性具有重要的保障作用,及时提出国土开发和气候变化适应性的宏观策略对于国家资源环境可持续发展具有重要的战略意义[3]。

土地利用类课程[4]主要介绍为提高土地质量、提升土地效能、优化土地利用格局、改善土地生态环境所需的一系列技术措施,是人文地理与城乡规划、农业资源与环境、土地资源管理、土地整治工程等专业培养计划的必修核心课程。随着近年来土地利用实践工作的逐步深化,国家对土地利用领域专业人才的需求不断加大,对从业人员所具备的知识体系、结构及能力提出了新要求。2018年10月,教育部、工业和信息化部、中国工程院联合发布了《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》。《意见》指出,为适应新一轮科技革命和产业变革的新趋势,紧紧围绕国家战略和区域发展需要,各高等学校要以加入国际工程教育《华盛顿协议》组织为契机,以新工科建设为重要抓手,持续深化工程教育改革,加快培养适应和引领新一轮科技革命和产业变革的卓越工程科技人才[5]。新工科建设[6]背景下,为培养能在自然资源和城乡规划、国土整治、农业农村、生态环境、乡村振兴以及相关领域从事工程勘测、规划、设计、管理、生态修复与质量提升和信息技术应用等工作的高级农业工程技术人才,土地利用类课程需从知识、能力、思维、素养全方位育人目标出发,密切跟踪当前自然资源、城乡建设、环境保护、测绘、农业和水利等领域发展的趋势动态,不断适应地方经济社会和产业发展对人才的需求。

本文以“土地利用工程”课程为例,在列举目前土地利用类课程教学存在问题的基础上,聚焦于对学生知识基础、能力构架以及职业认知三个方面的培养,进一步分析课程创新思路与实践,并对改革前后教学成效进行对比,旨在为国土领域培养又红又专、德才兼备、全面发展的中国特色社会主义合格建设者和可靠接班人提供思路。

一、目前课程存在的问题

(一)学生理论联系实际少,实践及创新能力弱

土地相关问题的思考与解决需要建立完善的系统性思维[7]。因此,土地利用类课程的先驱课程往往由地学、资源学、土壤学、生态学、工程学、经济学及管理学等一系列课程组成,课程体系庞杂。系统化的课程一方面为学生打下了牢固的知识基础,但同时由于传统课程体系间交叉融合度低,各学科之间横向联系少,因此往往因各自为政而无法与学生职业发展建立紧密的联系。

相较于其他基础学科专业而言,国土领域专业发展时间较短,相应教材编写仍处于整理和发展阶段,教材选用具有一定的难度。例如“土地工程设计”课程所选教材,其中理论内容较多而实际案例较少,加大了学生通过了解产业发展实况理解职业需求,以及提升实践及创新能力的难度。

(二)课堂教学互动中学生参与态度敷衍,教学设计少共鸣

作为国土领域专业的核心课程,课程一般在学生具备一定知识储备后进行开设,也就是主要面向大三、大四学生。如“土地利用工程”课程开设在大三下学期,此时学生虽然在就业目的的驱使下表现出一定的课程兴趣,但另一方面学生也认为自己已经具备了相关的基础知识及软件操作能力,对待课程有懈怠心理。加之此时学生行为的目的性和实用性显著,唯分数、缺乏实践创新的现象普遍存在。除此之外,00后学生有一定的信息化素养,能较快适应“互联网+”的学习环境,对新事物有很强的接受能力,但却缺乏深入的分析和逻辑思考。

此时,交叉融合度较低的课程体系难免造成知识点的冗余重复。而学生在听到知识点再次出现时,容易产生懈怠心理,按照原有固化思维粗枝大叶地解决互动问题,不愿深究自己的理解是否符合实际应用的需求,更不愿在理解的基础上进一步创新。

当学生认识到原来的认知与实际的需求有所偏差,甚至导致其不能顺利完成实践设计类任务时,容易产生畏难心理及挫败感。这时一方面担心老师发现其存在问题会认为其学习不够努力,另一方面也担心老师指出问题后会让别的同学对其产生轻视,从而会产生不小的心理负担而选择尽量不参加互动或被动地参加互动,最终导致整个课堂气氛沉闷。

(三)课程思政浮于表面,无法将思政元素与培养学生职业认知相结合

土地工程类课程的内容具有工科特性强,强调严谨与细化的工程设计参数,内容较为枯燥且抽象的特点。加之以土地作为工程设计对象,具有地域广阔,时间和地理跨度较长的特点,较难具象化地展现在学生面前。因此,课程思政往往容易局限于干涩生硬的大篇幅独立说教式讲解,无法做到让学生入脑入心,更难对其职业素养乃至人格的完善起到推动作用。

二、教学目标及定位

基于新工科建设背景,地方应用型本科高校应为地方培育应用型人才的办学定位,围绕“面向现代新一轮产业转型和升级培养具有扎实专业基础以及良好职业素养的高级创新性工程技术人才”总体要求,课程聚焦3个教学目标:

夯实知识基础:系统介绍土地工程产生及演进的历史进程,重树专业所需理论及技术基础,展示学科先进设计案例及地域特色案例,拓展前沿理论学习,拓宽学生视野,构建具有广度和深度的学科基础知识体系。

加强能力建设:采用强化案例设计,细化过程评价,增加师生沟通渠道等途径,培养学生计划决策、沟通协作、自主学习和实践创新的能力。实践创新能力的提升需要扎实的理论基础作为支撑,而对知识点的接触、筛选、吸收、消化应最大程度地来自于学生自主学习的过程,只有真正建立“学为中心”的教学过程,才能使学生的认知层级掌握从单纯的记忆上升到理解、分析和创新阶段,提升学生的学习效果。通过鼓励及帮助学生参加并完成学科竞赛,培养学生广泛的适应能力,较强的科学素养以及创新性的实践及成果转化能力。

升华职业认知:对于当今应用型人才的培养,应该首先让其具备良好的职业认知及职业认同感,才能确保其从事本专业工作,并具备良好的职业道德及技术素养。在此背景下,培养学生对行业的认知度及职业荣誉感,就显得尤为重要。课程基于“大思政”背景下守正创新、以德树人的育人体系,将思政元素有机融入课程单元,让学生在明晰职业目标及方向的基础上,立足学科领域,崇尚工匠精神,养成学生追求卓越的精神和刻苦务实、积极进取的人格。

三、教学创新思路

教学创新必须坚持“以学生为中心”的理念。这种理念不但是要学生具备专业学习能力,还需完成自我认知并架构个人知识体系,这正是新工科对专业人才提出的新需求。“以学生为中心”的教学理念是对传统的以“教材、教师、教室”为中心的教学理念的变革,它包含“以学生发展、以学生学习、以学习效果”为中心的三个方面内容,是对师生在教学中地位的重新诠释[8]。坚持这种理念最重要的是应该用全局化、系统化的思维来研究教学。

(一)以基于OBE为导向的教学目标为教学主线

在设计教学单元及任务时,必须首先考虑学生通过教育过程最后所能取得的学习成果。坚持以成果目标为导向[9],完善各教学环节,创新教学设计,融入思政元素,真正达到新工科人才的培养要求。

(二)以基于BOPPPS的教学过程为教学手段

再好的课程目标,也需要循序渐进、步步为营的教学设计才能得以实现。通过课程引入(Bridge)、学习目标(Objective)、前测(Pre-assessment)、参与式学习(Participatory Learning)、后测(Post-assessment)、总结(Summary)6个环节[10],将教学单元目标做细做小做实,能够在紧抓课堂节奏的前提下,及时掌握学生学习目标的实现程度。

(三)以基于TSCA的评价方式优化评价过程,助力教学目标的制定和实现

“师生合作评价”(TSCA)是为产出导向法创设的新评价形式,旨在提高评价效率和效果[11-12]。“师生合作”是师生同生共长的最佳途径。通过“师生合作评价”,教师指导的明确性增加了,指导过程也会不断激励我们设置更合理的教学目标与更科学的教学方式。

图1 课程教学创新整体思路

四、教学创新实践

(一)重构教学内容

为使课程更加符合培养应用型人才的要求,创新性的重构动态化课程内容体系,具体包括以下三个方面:

剔除重复赘余的内容,提升课程体系间的交叉融合性。基于学科的交叉融合性删除与前驱课程共性的、教条性的部分理论内容,聚焦于之前理解不够透彻或需要细化的应用型知识进行详细讲解。

增加案例介绍及练习,理论联系实际的同时加强前沿理论的学习。通过加入国内外较为先进的景观设计、乡村发展、土地整治、生态修复等案例,以及教师科研成果,增强课程的前沿性与趣味性,以科研反哺教学;通过加入地域性及日常性案例的练习,提升学生动手能力及理论联系实际的能力。

广泛全面地搜集思政元素材料,有机融入教学单元,润物无声。不再机械地将会议、报告内容、口号等生硬加入教学过程,而是从学生喜闻乐见的纪录片、生活现状、新闻报道等等渠道中广泛搜集思政元素材料,与课程教学单元有机融合,在潜移默化中培养学生的职业认同感和使命感。将爱国情怀、创新精神、职业道德、社会责任感等思政元素有机嵌入,充分落实“大思政”[13]的育人体系。

(二)整合教学资源

首先,采用线上线下混合教学模式。线上平台一方面可以供学生在线学习及下载资源,包括课程内容预习、复习,测试题的完成,作业所需案例资源下载和前沿展示及实际操作拓展资源下载;另一方面,可将上届学生在学习中遇到的问题、获得的成果等痕迹对下一届学弟学妹开放,既能提高学生的关注度,又通过注意到学长之前在学习中遇到的问题和获得的成果,以此激发学生的自主学习意愿。

其次,基于智慧教室这一新型教学空间,提高教学活动中内容呈现、环境管理、资源获取、及时互动和情境感知的质量[14]。借助学习通课程群、QQ群、钉钉课程群等社交平台,建立师生课上课下随时交流的动态立体交际环境。

最后,积极探索实习基地、项目实习、竞赛参与联动培养方式,进一步提升学生学习的主动性和兴趣,培养学生的实践能力与职业素养。新工科背景下的高等工程教育要求高校必须充分结合校内外实践教学体系,提高学生的实践能力和创新能力。产教合作下的实习基地建立,一方面能够将工程实践教育中理论知识与生产实践相结合,将科研成果进行转化;一方面也能激励企业主动、积极地参与到产教融合的过程中,真正基于产业发展的需求合作实现人才的培养,满足企业的用人需要。

图2 整合教学资源

(三)改革教学模式

基于“课前—课中—课后”三个环节对教学模式进行改革。

课前导学重在督促学生自己学习,熟悉知识并进行动手练习:课前通过开放平台要求学生对下一节课的相关内容进行学习,在提供课程资源的同时补充适当的案例资源、阅读拓展资源及实践练习材料,在要求学生预习的同时布置具有一定难度的实际操作任务,通过适当的学习压力督促学生对学习内容进行熟悉及练习,扩大学生的发展空间。

课堂教学重在以学生为中心的教学设计。以学生为中心的课堂教学应在充分分析学情及学习所需达成目标的基础上,科学设置教学内容,既重讲授,也重参与,既重演示,也重互动。以学生所需、所想为目标,解决课前导学中发现的问题,以学生学习所需为课程设计重点,灵活地设置课程单元环节。同时基于“大思政”育人体系,将“体、美、劳”融入实践教育过程中,引领学生拓展视野、启迪思维,强技健体,培养学生吃苦耐劳精神和社会责任感。教学过程中将紧密跟随产业发展情况的实际案例与学科理论原理相结合,帮助学生了解产业发展,提升职业竞争能力,同时激发学生学习兴趣和科研能力,提升学生的学习效果。

课后作业重在促进学生的拓展思考与反思。课后通过修改完善课前学习任务和阅读拓展资料,在牢牢把握学生问题及其学习“饥饿感”的前提下,激发学生学习兴趣和科研能力,力图使学生的认知层级掌握从单纯的记忆上升到理解、分析和创新阶段,提升学生的学习效果。同时鼓励并帮助学生参加相关的学科竞赛,夯实知识基础、激发创造能力。除此之外,通过构建“学校可放心育人、企业可放心用人”的实习基地及企业导师制度,将通才教育与专才教育相结合,增加综合性实验和探究性专题,提供多样化、个性化的实践育人方案,提升学生的实践能力。

(四)优化过程评价体系

成绩在一定程度上能够反映学生达成课业目标的程度,是教师考查学生学习效果的重要标准,同时也是学生追求的主要学习目标。而创新完善理论和实践并重的多样化过程评价体系,能够在刺激学生加大对实践能力建设的重视程度的同时,更加全面地为教师提供考查学生能力获取的指标。

课程以两个维度和两个侧重点为抓手,创新理论与实践并重的多样化过程评价体系。

两个维度:教师和学生。对于教师点评而言,将课上点评与课下作业点评相结合。通过采用线上平台智慧学习数据捕捉学生的动态学情,掌握学生课上互动及平台作业的参与及完成情况,将日常表现与作业成果同时作为过程化考核的元素,激励学生的参与热情。对于学生互评而言,要在教师的引导下,创建课上课下“有情有义有温度”的点评模式,让学生既有被关注的价值感,也有能表达的话语权,让学生在互相评价中互相帮助、互相激励、共同进步。

两个侧重点:理论联系实际和实践能力。对于概念原理的理解不能仅仅局限于僵硬的记忆认知,而应通过举例、讨论、角色扮演等方式使理论最大限度地服务于实践能力的提升。同时,无论是平时作业还是测试,要多加入实践及创新作业分值,并尽可能细化评价指标,培育学生严谨求实的工匠精神,迎合新工科对专业人才提出的新需求。

五、改革创新成效

以“土地利用工程”课程为例,通过课程教学创新改革,学生课堂氛围有明显提升。分析智慧学情课堂参与度时发现:就2023届学生而言,课堂参与互动的人数从学期开始的5人(占全班人数的17%)上升到学期末的29人(占全班人数的100%);人均每堂课参与互动的次数由学期开始的0.2次(占课堂总互动次数的2%)到学期末的7次(占课堂总互动次数的70%);平均课堂互动问题用时由学期开始的5′10″到学期末的2′30″。尤其在学生发现自己的学习差距时,这种改变尤为明显。

将2022届学生课程期末综合成绩与2023届学生进行比较后发现,60分以下人数由2022届的15.68%下降到2023届的10.34%,70-80分人数由2022届的37.25%上升到2023届的44.83%,80分以上人数由2022届的17.64%上升到2023届的31.03%,成绩变化总体体现在补齐短板,拔高高度两个方面(图3)。

图3 课程创新改革过程学生成绩提升分析

课程创新改革后,学生的学习意愿,求知态度、职业认知、使命感都有较为明显的正向改观。学生在“第二届全国大学生土地整治与生态修复工程创新设计大赛”中获得二等奖两项。在企业实习实践中,均获得了用人单位良好的评价,也为学生就业打下了坚实的基础。

六、讨论与展望

新工科的建设,势必要经历长期的教学改革实践探索,为地方高校带来了新的机遇与挑战[15]。在资源约束日益趋紧的前提下,只有搭建完整的知识体系,准确把握行业发展动态,拥有系统的视野和持续的知识更新能力的人才,才能具备解决复杂问题的能力。

本次教学改革基于新工科建设背景,从重构教学内容、整合教学资源、改革教学模式、优化评价体系四个角度出发,打破传统授课模式,强化课程与专业之间的融合,对土地利用类课程改革进行了探索。在下一步的工作中,将持续以“卓越工程师教育培养计划2.0”为目标,一方面推动机器深度学习、VR技术在土地工程实验实践中的应用,以技术赋能教学[16];另一方面以项目为依托,打造“行业主管+龙头企业+学校课堂”的链条式育人模式,为学生的学习、发展乃至就业创造更多的条件。