新工科背景下信息化课堂教学模式建设与研究

摘"要：为了有效推进新工科建设，培养创新型、复合型、应用型高素质人才，进行新工科背景下的信息化课堂教学研究。对新工科教育理念进行分析，依据新工科人才特征，以学生为中心、以成果产出为导向进行教学设计研究；以信息技术为驱动，构建线上线下融合、仿真实训结合的教学模式，实现学生课前、课中和课后的个性化探究式学习；依据新工科多元化、交叉性要求及时更新教学内容，利用信息技术建设多维度资源空间，满足教学需求；课程思政融入教学，挖掘工科课程蕴含的思政元素，实现全面育人；建立多元化教学评价体系，以评促建，形成教学闭环。该教学模式经过实践运行，能够有效达成教学目标，对于促进新工科建设具有较强的理论参考意义和应用价值。关键词：新工科；教育信息化；信息技术；翻转课堂；课程思政0"引言21世纪是信息技术飞速发展的时代，随着大数据、人工智能等信息技术掀起社会生活、工作、学习与思维变革，信息技术在教育领域的巨大潜力逐渐显现，以信息技术为手段推动教育领域的创新发展已成为现代教育的发展趋势。2018年4月，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》，指出要加快教育现代化和教育强国建设，推进新时代教育信息化发展[1]。2022年2月发布的《教育部2022年工作要点》中明确提出，实施教育数字化战略行动，积极发展“互联网+教育”，加快推进教育数字转型和智能升级[2]。信息技术将从环境、资源、教与学形态等多方面促进我国教育现代化发展[3]。新工科建设是高等工程教育为了应对新一轮科技革命与产业变革的挑战而采取的积极行动，是以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济对高等工程教育改革的强烈需求。与传统工科教育“以知识传授为中心”不同，新工科教育的特征是继承与创新、交叉与融合、协调与共享，强调学科的实用性、交叉性与综合性[4]。相比于传统工科教育，新工科教育培养的是具有更强工程实践能力和创新能力的复合型人才。教育信息化是新工科教育的必然选择，新工科教育与信息技术在个性化、多元化、开放性、创造性等方面都存在更多的共性，信息技术为新工科教育提供新的驱动力，以信息技术为手段进行教学模式改革，建立以学生为中心的智慧课堂，有助于创新型和复合型人才的培养。1"新工科背景下以学生为中心的教学设计教学理念是教师对教学活动内在规律认识的集中体现，明确表达的教学理念对教学活动具有极其重要的指导意义。传统的教学理念把教与学分离或对立，更注重教而忽视学，教学行为单调死板，形成以教师为中心的灌输式教学模式，其弊端主要表现在三个方面：1）传统教学模式下，教师单调地讲解理论知识，难以对难点和重点内容深入地展开教学，无法有效反馈学生的掌握情况；2）由于工科专业课程实践应用性强，而传统教学局限于课堂，有限的课堂时间导致学生学完专业知识后没有时间训练，存在眼高手低、纸上谈兵、理论与实践脱离等问题；3）传统教学模式下，教师教学的效果仅仅以学生考试成绩作为评价标准，抑制学生学习的主动性和能动性，难以激发学生的内驱力和创新能力。新工科教育理念以学生为中心，关注学生个性化成长和创新能力的培养，与工程教育认证的OBE（OutcomeBasedEducation，基于成果导向教育）理念本质上具有一致性，都强调教学过程输出结果，强调分层施教的个性化教学，强调采用有利于学生高阶思维能力培养的教学模式。新工科教育应注重培养学生的自主学习能力、知识探究能力和创新意识，着力促进学生全面发展，培养复合型、创新型、应用型高素质人才。新工科背景下，课堂的教学场景从教与学的单向灌输转化为柔性双向模式，将以教师为主导的教学方式转变为以学生为中心的导学方式，课堂交流转变为师生互动、生生互促的三维场景。在以学生为中心的课堂教学中，充分利用信息技术的创造性、能动性和交叉性优势进行教学设计，丰富教学资源，不断改进教学方式，采用翻转课堂、项目导学等方式，让学生忙起来、动起来。关注学生的学习过程与成效，教学评价从单一的成绩考核转向知识、能力和素质的成果产出评价。从传统的教学理念向新工科背景下的教学理念转变，如图1所示。2"线上线下融合的信息化课堂教学模式建设依据布鲁姆的教育目标分类方法，把新工科教学目标划分为低阶思维和高阶思维两个层级。其中，记忆、理解和应用为低阶思维层级，分析、评价和创造是高阶思维层级。新工科创新能力需求属于高阶思维。以信息技术赋能信息化教学，在夯实知识基础的同时，对学生高阶思维的培养提出更高的要求，这就需要给高阶思维的培养留有足够的空间和时间。教师作为课堂的引导者，借助大学生MOOC、SPOC、雨课堂等智慧教学平台，把探究式学习与线上教学、线下教学有机结合。对应不同层级思维的培养采用线上线下融合的教学方式，学习过程由浅入深、深浅交叉，整合线上线下教学活动流程，将教育学、心理学理论与方法整合到专业知识关键问题的教学活动中，采用翻转课堂、案例式教学、任务驱动等教学方式，让学生将学习与动手结合，教学相长，从而实现“易学、能用、深思、有情”的教学过程[5]，把教学从传统课堂延伸到课前和课后全线程。线上线下融合的信息化课堂教学模式如图2所示。以信息技术驱动的线上线下融合的信息化课堂教学模式中，线上教学资源为学生提供自主学习空间，让学生课前在线上学习概念、定义和应用等基础知识，达到记忆和理解的目标；课堂教学以学生为中心，采用任务设置、小组项目实训、成果展示等方式，进行翻转课堂，促使学生积极思考，提高学生参与度，引导学生质疑和探究，进行高阶思维训练，培养学生的创新能力；学生需要在课后完成教师布置的作业，通过线上视频、文本等资源复习和巩固课堂上学到的知识；教师通过线下指导、在线交流等方式引导学生参加课外科技活动，鼓励学生参加第二课堂，对学生学术科技活动、科技立项和学科竞赛等进行激励性增值评价；教师吸纳学生进入科研课题小组，引导学生参与课题研究，同时把科研成果及时应用到教学中。3"数字赋能、虚实结合的多维度学习空间建设新工科人才知识结构的“新”体现在知识的前沿性与时代性，教师在教学中要注重内容的科学性、前沿性和拓展性，要摒弃知识本位思想，引入科学素养、能力创新的项目案例，注重问题解决和探究思考的项目引导，注重知识的交叉性和综合性；要及时将学术研究、科技发展的前沿成果引入课程，教学内容要与时俱进，兼顾继承与发展，体现思想性、科学性与时代性；加快数字化平台建设，丰富教学资源，重构教学内容，为学生线上自主学习、线下探究式学习提供支持。信息技术飞速发展的今天，课堂教学需要多元化、立体化的教学资源作为支撑，丰富的网络教学资源可以为学生个性化学习和教师层次化分类施教提供支持。教学资源的建设需要考虑学生学习基础、行为习惯、学习能力、学习习惯目标等方面的差异，充分利用信息技术，多维度搭建多阶多元、虚实结合的线上自学、课堂学习、虚拟仿真、线下实操、能力提升的线上线下多维学习空间，为学生全方位学习提供支持，促进学生由浅层向深层推进学习，提高学习效率。多维度学习空间如图3所示[6]。4"课程思政融入专业课教学课程思政是实现全面育人必不可少的环节。首先，专业课教师是课程思政的具体实施者，专业课教师对课程思政的理解和认识直接影响课程思政的效果，专业课教师要认识到课程思政的必要性和重要性，传递正确人生导向。其次，要增强课程内容的吸引力和触动性。再次，学生都具有明显的“向师性”，教师要注意一言一行，做学生的榜样，做塑造学生品格、品行、品位的“大先生”。最后，教师要充分挖掘课程中蕴含的思政元素，将课程思政柔性地、恰当地贯穿教学，推进课程内涵建设，增强学生的责任感和使命感。秉承“课程承载思政”和“思政寓于课程”的理念，以润物无声的形式将课程思政融入学生的价值体系，将思想价值引领贯穿教学计划、课程标准、课程内容、教学评价等整个教学过程。专业知识与课程思政有效融合是关键的一环，要做到不突兀、不牵强附会，必须深刻理解课程的教学内容和特点，针对具体章节找到专业课程与课程思政之间的融入点，将思政元素以隐性教育的方式融入教学[7]，如图4所示。在课程教学过程中，注意“入深入细、落小落全、做好做实”，注重教学形式的多样性和有效性，避免附加式、标签式的生硬说教，要深入分析工科专业学生的学习需求、心理特征、成长规律和价值取向，坚持因事而化、因时而进、因势而新，提升学生对专业课程学习的专注度，引发学生的知识共鸣、情感共鸣和价值共鸣。5"建立科学的教学质量评价体系新工科背景下的信息化教学必须基于成果输出导向，建立全过程、全方位的教学质量评价体系，以多元化的评价机制实现对学生知识、能力、素质的全面学习成果评价，激发学生学习内驱力，培养复合型、创新型、应用型高素质人才[8]。教学质量评价尤其要注意以下几个方面。5.1"评价主体多元化，建立学生评价、同行评价、专家评价、督导评价、认证评估、社会评价相结合的多元化主体评价模式依据课程目标和课程特点对参加评价的主体赋予不同的权重，不同评价主体评价侧重点有所不同，可以有针对性地采用不同的评价手段和评价方式。在评价体系中，学生既是评价主体，又是评价对象。要科学设置学生评价的权重，实现充分体现学习成果输出的客观评价。5.2"科学设置包含学生知识、能力和素质的全方位评价指标体系，科学调整评价指标不同评价主体对于教学成果目标输出的侧重点和关注点不同，指标体系条目的设置应该充分考虑不同评价主体的权重。依据教学核心要素和条件要素设置教学态度、教学模式、教学方法、教学效果等一级指标，再将各一级指标细化为可以量化的二级指标。5.3"利用数字平台进行数据采集，把教学质量评价落实到教学全过程中在新工科背景下，教学过程中的数据采集和分析工作量大大增加，要使用人工智能等先进技术自动收集和分析数据，避免给教师和管理人员造成额外负担。5.4"教学质量评价要保证及时性和有效性，实现以评促建教学质量评价是为了有效地改进和提升教学质量，通过大数据和数字网络技术建立在线闭环的教学质量监控平台，实现各个主体评价结果实时可见、教师教学和学生学习中存在的问题实时可查、评价整改措施实时监控。6"结束语新工科建设对于持续深化工程教育改革与创新作用重大，加快新工科