信息技术助力下新工科高阶学习教学模式改革与实践

瞿涛?李晗?卢金玉

摘要：在信息技术与教育教学深度融合的背景下，新工科教育旨在培养具备创新能力的工程人才，使其具备适应、支持和引领新经济、新技术、新业态和新模式发展的能力。以新工科人才素养模型为依据，以培养工科生高阶思维能力为目的，探讨创建工科类课程以项目驱动为主导的高阶学习教学模式，以期在高等教育的课堂教学中提高学生的核心素养与高阶思维能力。该教学模式依靠信息技术助力多维度的教学手段，融合慕课、翻转课堂、项目驱动等方式，以单片机与接口技术课程为例，探讨信息技术助力下新工科课程高阶学习教学模式改革。

关键词：高阶学习教学模式；新工科；项目驱动；人才素养；核心素养

一、前言

2016年《华盛顿协议》吸纳了中国作为第18个正式成员，标志着中国工程教育与国际标准正式对接。教育部于2017年在《关于开展新工科研究与实践的通知》中解构高等工程教育的“高”一词，旨在培养学生掌握新知识的能力、解锁掌握新知识的方式以及应用提高新知识水平的高阶思维认知体系[1]。2018年教育部《教育信息化2.0行动计划》[2]指出，强化以能力为先的人才培养理念，积极推进“互联网+教育”，坚持信息技术与教育教学深度融合。根据2019年《地平线报告》[3]，未来几年教育技术会得到蓬勃发展，将与高等教育深度结合[4]。2020-2023年间，教育部启动多批次新工科教育研究与改革实践项目。因此，在信息技术与教育教学深度融合的背景下，为新工科教育培养学生的高阶思维能力更为迫切。

二、新工科人才核心素养模型构建人才培养目标

新工科教育是为了培养适应和引领未来工程发展方向的人才，以适应新一轮产业革命和技术变革的驱动。构建合理的人才核心素养结构是提升未来新工科人才培养质量的决定性因素。王世斌提出，“面对新一轮科学技术革命和产业技术变革的新时代工程背景，通过教育教学活动塑造新工科人才核心素养，使新时代工程背景下的人才能胜任解决工程创新创业等问题的核心能力”[5-6]。王世斌在分析出新工科人才核心素养内涵和结构特征的基础上，构建出适应新工科人才核心素养结构、体现各要素间内在逻辑的金字塔模型，如图1所示。在此金字塔模型基础上，辽宁工业大学电子与信息工程学院同时参照美国工程技术评审委员会（ABET）及美国专业工程师协会（NSPE）的工程教育目标[7]，为符合新工科毕业生应具备的能力要求，将学院计算机科学与技术专业人才培养方案的毕业要求指标点完成重新设计。这些能力要求已经被细化为以下指标点，如表1所示。

三、高阶学习教学模式框架

所谓高阶学习[8]是指学生运用高阶思维能力的学习活动。通过高阶学习，学生能够获得新知识的能力、解锁掌握新知识的方式以及提高新知识的应用水平，而不再是简单的陈述性知识积累。基于OBE教育理念，将培养学生核心素养的内涵转化为毕业要求指标点，设计出以培养学生核心素养为导向的适合新工科课程体系的培养方案及新工科课程的学习、教学模式，旨在重点培养学生的高阶思维能力。众多发达国家的高等教育已经将项目驱动式教学与课堂教学相结合，达到了课堂教学改革的目的。培养高阶思维能力已成为众多国家教育教学改革发展的共同趋势和共同目标。国内一些高校在近些年也进行了项目式教学改革[9]。

高阶学习教学模式以学生为主体，教师扮演着知识构建和能力提升的设计者和引导者的角色，强调“学”的重要性。该模式通过开放性任务，设计真实情境下挑战性项目亟待解决的问题，促进学生高阶思维能力的培养与形成[10]。基于以上特点，信息技术助力下的高阶学习教学模式框架如图2所示。

四、“单片机与接口技术”高阶学习教学模式改革与实践

“单片机与接口技术”属于工程技术类课程，是信息类工科专业的专业基础课或专业发展课，讨论该课程的教学模式改革具有一定的普遍性。目前，大多数高校仍然采用传统的理论课和实验课相分离的教学形式，这种形式在一定程度上削弱了工程技术课程的实践性。为了解决这一问题，各高校都在积极探索如何统一理论和实践教学，培养学生的实践创新能力。

1.课前知识构建

课前，教师在超星上开放课程知识点、课件及自测题等引导学生自主学习。学生自主组建2～3人项目团队，项目团队成员一起开展讨论式学习并提交亟待解决的问题。

2.课中知识消化

多媒体课堂上，针对在超星上课前学习数据统计及问题收集，在创建知识架构前提下，针对亟待解决的问题引入案例讲解和讨论，课堂教學以讲授法、互动法、启发法、形象法、网络法、项目驱动法展开，融入翻转课堂与案例讨论，可实时结合超星平台检验课堂学习效果。课堂教学具体实施过程中设立1-2-1教学模式[11-14]，如图3所示，即以1个实例为核心，采用2种方法分析实例（理论分析法、仿真演示法），在讲解实例的基础上，衍生创建1个项目促进学生小组完成项目创新设计，培养学生工程和创新意识。

课后知识巩固：教师针对所学知识点及时在超星上发布相应的作业及项目具体任务。学生在超星上按规定时间完成相应的作业，项目团队共同完成项目设计任务、最终进行仿真、汇报。

根据高阶学习教学模式调整了考核评价，考核评价分为课前阶段、课中阶段与课后阶段。考核评价如表2所示。

建立过程性评价与总结性评价相结合的机制，关注培养学生创新能力与高阶思维能力，将60%的考核比重赋予过程性评价，总结性评价调整为40%的比重。以项目驱动为主导的高阶教学模式主要以1-2-1教学模式具体实现，能充分调动学生自主学习、协作学习、探索性学习的积极性，使学生获取掌握新知识的能力、解锁掌握新知识的方式以及提高新知识的应用水平，并设立基于项目任务的考核机制，激发学生积极参与研讨、设计、仿真、制作、答辩等环节。保证了课程的教学效果，促进学生高阶思维能力的养成。

五、结语

在信息技术与教育教学深度融合的背景下，本文依据新工科人才核心素养模型引出人才培养目标指标点、根据指标点构建以项目驱动为主导的高阶学习教学模式。此模式得到信息技术助力，契合新时代、新要求的背景，符合新工科教育的最终目的——培养出适应、支撑、引领新经济、新技术、新业态、新模式的创新能力工程人才。

参考文献

[1]刘玮，熊永华，王广君.新工科背景下工科课程高阶学习教学模式探讨与实践[J].高等工程教育研究，2021（03）：163-168.

[2]教育部.教育部关于引发《教育信息化2.0行动计划的通知》[EB/OL].[2018-4-13] http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425334188.html.

[3]OECD. The future of education and skills： Education2030[EB/OL].[2019-10-12]. https：//www.oecd.org/education/2030/oecd-education-2030-position-paper.pdf.

[4]EDUCAUSE Horizon Report 2019 Higher Education Edition[EB/OL]. [2019-10-01].https：//library.educause.edu/-/media/files/library/2019/4/2019horizonre-port.pdf？ la=en&hash=C8E8D444AF372E705FA1BF9D4FF0DD4CC6F0FDD1.

[5]王世斌，顾雨竹，郄海霞.面向2035的新工科人才核心素养结构研究[J].高等工程教育研究，2020（04）：54-60+82.

[6]王世斌，顾雨竹，郄海霞.新工科教育创新发展的三维度结构解析[J].中国高教研究，2019（10）：68-74.

[7]UNESCO.Competences[EB/OL].[2019-10-17]. https：//www.ibe.unesco.org/en/geqaf/desired-outcomes/competencies.

[8]周开发，曾玉珍.新工科的核心能力与教学模式探索[J].重庆高教研究，2017，5（03）：22-35.

[9]赵永生，刘毳，赵春梅.高阶思维能力与项目式教学[J].高等工程教育研究，2019（06）：145-148+179.

[10]J. Lu， A. Zhang. Exploring and Practicing of the Advanced Learning Teaching in New Engineering Education with the Assistance of Information Technology-based on the course of “Microcontroller Principle and Application Technology”[C].2023 42nd Chinese Control Conference （CCC），Tianjin，China，2023，pp.1-5.

[11]張爱华，于忠党，张志强.跨校修读电子信息类课程混合式教学模式研究[J].工业和信息化教育，2019（10）：17-23.

[12]张爱华，于忠党，张志强.创新教育与专业教育深度融合的教学模式研究与实践——以《模拟电子技术》为例[J].渤海大学学报（自然科学版），2019，40（2）：167-173.

[13]阚晋，严捍东，王海峰.信息技术助力创建线下一流课程研究——以土木工程材料课程为例[J].高等建筑教育，2022，31（01）：130-136.

[14]杨勇，林旭，康欢.信息技术助力职业教育生态重构：内生逻辑、标靶方向与推展路径[J].教育理论与实践，2021，41（09）：24-30.

基金项目：2022年辽宁工业大学教学改革研究项目（项目编号：xjg2022033）

责任编辑：王颖振、周航