基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的專業(yè)學位研究生工程案例庫建設(shè)研究

孫建淵 涂坤凱

摘要：“互聯(lián)網(wǎng)+”工程案例庫是現(xiàn)代高等教育培養(yǎng)卓越工程人才的重要教學模式，其應(yīng)符合典型性、客觀性、先進性及創(chuàng)新性的特點。文章分析了專業(yè)學位研究生工程素質(zhì)培養(yǎng)的必要性與要求，認為基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的工程案例庫可再現(xiàn)大型工程的建設(shè)，有益于提升研究生的工程素質(zhì)。同時研究了案例庫的建設(shè)方法，主要分為資源集成、資源信息化、在線教學模式以及實踐教學評價方法，并確立了以WordPress網(wǎng)頁開發(fā)平臺與多媒體為基礎(chǔ)的案例庫開發(fā)技術(shù)，形成了案例庫系統(tǒng)框架，最后分析了案例庫平臺的繼承與可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：專業(yè)學位；工程案例庫；互聯(lián)網(wǎng)+；教學方法；信息化

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2018）03-0021-05

中國高等工程教育目前已達到高等教育總規(guī)模的1/3以上，為滿足建設(shè)創(chuàng)新型國家對高層次工程人才的需求，需要更多有專業(yè)特長、國際視野及創(chuàng)新意識的工科人才，這也是當前中國高等工科教育面臨的重要挑戰(zhàn)[1]。高等工程教育應(yīng)堅持以人為本，促進全面工程素質(zhì)教育，其中電子信息化教學已經(jīng)成為在校教育及遠程教育的關(guān)鍵，在高等工程教育中發(fā)揮了不可替代的作用[2]，因此，采用現(xiàn)代先進科技手段，特別是互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，促進教育發(fā)展，以實現(xiàn)理論與實踐的有效結(jié)合，形成創(chuàng)新教學環(huán)境格局，是時代發(fā)展的必然[3]。

2016年，“十三五”規(guī)劃綱要在國家經(jīng)濟發(fā)展計劃中提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，其中“互聯(lián)網(wǎng)+教育”打開了教育信息化在教學領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景，如引發(fā)教學模式變革的MOOC、基于翻轉(zhuǎn)課堂的SPOC教學實踐等，使得網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)正引領(lǐng)第三次教育革命[4]，而信息技術(shù)與教育教學的深度融合也是目前高等工程教育解決教學資源開放、共享及教育公平的關(guān)鍵。

研究生專業(yè)學位課程一般具有較強的理論性，對工程實踐及應(yīng)用有較高要求，即理論與實踐并重。采用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式并依托網(wǎng)絡(luò)共享平臺，建設(shè)具有鮮明特色的工程實踐教學案例，對實現(xiàn)教育教學信息化以及促進學生工程素質(zhì)全面發(fā)展，進一步深化工程教育領(lǐng)域綜合改革，形成具有國際先進水平的“互聯(lián)網(wǎng)+”高等工程教育模式具有重要意義[5]。

文章依托專業(yè)學位研究生教育綜合改革項目，對“特大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋全過程案例庫”進行了研究，根據(jù)專業(yè)學位研究生工程素質(zhì)培養(yǎng)要求及特點，制定了案例庫的建設(shè)途徑、開發(fā)技術(shù)及基本架構(gòu)等，以期實現(xiàn) “互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)條件下信息化教學實踐的目標。

一、專業(yè)學位研究生工程素質(zhì)培養(yǎng)要求及特點

專業(yè)學位研究生是中國培養(yǎng)卓越工程專業(yè)人才的重要途徑之一，主要培養(yǎng)面向企業(yè)、服務(wù)企業(yè)的應(yīng)用型、復合型高層次工程技術(shù)和工程管理人才[6]。提高專業(yè)學位研究生教育質(zhì)量的關(guān)鍵在于工程素質(zhì)的提升，只有通過提高研究生的綜合工程素質(zhì)才能實現(xiàn)培養(yǎng)卓越工程師的根本目標[7]。

工程素質(zhì)是從事工程實踐的工程專業(yè)技術(shù)人員的一種能力，是面向工程實踐活動時所具有的潛能和適應(yīng)性。工程素質(zhì)的特征是指具有敏捷的思維、正確的判斷和善于發(fā)現(xiàn)問題的能力；具有將基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)實踐融會貫通的能力；具有能夠獨立把構(gòu)思變?yōu)楝F(xiàn)實的技術(shù)能力；具有綜合運用資源，優(yōu)化資源配置，保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)工程建設(shè)活動可持續(xù)發(fā)展的能力；因此，工程素質(zhì)實質(zhì)是以正確科學思維為導向，具有很強的靈活性和創(chuàng)造性。

專業(yè)學位研究生的工程素質(zhì)培養(yǎng)要求：一是掌握基礎(chǔ)理論和工程專業(yè)知識，掌握先進技術(shù)方法和手段，具有較強的解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力；二是具備良好的邏輯思維、科學判斷能力、工程實踐操作及控制能力、人文素質(zhì)和創(chuàng)新精神；三是及時掌握國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，具有獨立從事工程設(shè)計與運行、分析與集成、研究與開發(fā)、管理與決策的能力[8]。此外，優(yōu)秀工程素質(zhì)的形成并非是知識的簡單綜合，而是一個復雜的漸進過程，是將不同學科知識和素質(zhì)要素在工程實踐中融合的一個過程，使其在工程實踐中更加綜合化、整體化和目標化。因此，工程素質(zhì)培養(yǎng)的特點就是要結(jié)合工程實際，充分利用現(xiàn)代“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，將工程素質(zhì)培養(yǎng)要求體現(xiàn)在工程實踐教育全過程中，滲透到工程實踐教學的每一個環(huán)節(jié)中，落實到網(wǎng)絡(luò)化及信息化的工程案例中，從而達到對研究生工程素質(zhì)進行綜合培養(yǎng)的目標。

二、專業(yè)學位案例庫建設(shè)思路研究

如今，對于創(chuàng)新型卓越高級工程人才的需求愈發(fā)強烈，而這也要求教育工作者著力解決高等工程教育中存在的實踐性和創(chuàng)新性問題，從而提高科技創(chuàng)新能力。因此，高等工程教育不僅要在提高教學硬件建設(shè)和保持專業(yè)與課程建設(shè)特色基礎(chǔ)上保證工程教育的質(zhì)量，還要從改進與完善創(chuàng)新教學體系與培養(yǎng)思路等方面著手，高度重視在實踐課程中培養(yǎng)卓越工程師的理念，確立以理論為指導，實踐能力為抓手，全面培養(yǎng)創(chuàng)新工程人才。

為開拓工程教學的思路，在專業(yè)學位教學實踐中充分貫徹教育信息化思想，建立專業(yè)學位研究生“互聯(lián)網(wǎng)+”工程案例庫?？紤]到信息化案例庫的特點以及實際教學的需求，將專業(yè)學位案例庫建設(shè)的思路歸納如下。

（一）工程案例全過程建設(shè)的資源集成

由于工程建設(shè)從立項到運營使用的各個工程階段，聚集了大量的工程信息資源，包括設(shè)計方案、施工設(shè)計圖紙、專家會議報告、方案評審、監(jiān)測評估、科學試驗及工程現(xiàn)場視頻圖像等，這些均可作為網(wǎng)絡(luò)教學的基本素材。因此，可通過加強與工程案例建設(shè)單位（如設(shè)計勘測單位、施工單位及相關(guān)科研單位）的溝通聯(lián)系，組織與案例建設(shè)相關(guān)的專題技術(shù)討論，從而獲得工程案例的設(shè)計及施工技術(shù)等第一手教學資源。

（二）案例庫教學資源的信息化

利用數(shù)字模擬、虛擬現(xiàn)實及視頻、影像等技術(shù)，可將上述案例庫資源通過信息化手段轉(zhuǎn)化為教學要求的表現(xiàn)形式，并借助互聯(lián)網(wǎng)這一平臺進行統(tǒng)一規(guī)劃與整合，形成具有一定規(guī)模的站點，從而達到系統(tǒng)再現(xiàn)工程建設(shè)全過程的效果[9]。

（三）案例庫網(wǎng)絡(luò)在線教學模式及方法

基于互聯(lián)網(wǎng)的案例庫建設(shè)首先要提升學生的實踐和探索能力，讓學生了解行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，這就要求教學模式及教學方法要超越課堂教學?；凇盎ヂ?lián)網(wǎng)+”的案例庫建設(shè)特點是將信息化技術(shù)引入實踐教學，可將傳統(tǒng)學習與信息化學習的優(yōu)勢相結(jié)合，將廣泛的線上課程資源融入實踐課堂教學中。多種形式的多媒體技術(shù)豐富了在線教學模式和方法，如文字報告、PPT課件、二維設(shè)計圖紙、三維信息化模型及視頻等[10]。此外，通過慕課、微視頻、遠程網(wǎng)絡(luò)討論等手段對案例庫資源進行再創(chuàng)作，可進一步增強案例庫的親近性、易讀性及系統(tǒng)邏輯性，從而為案例庫的網(wǎng)絡(luò)信息化打下堅實的基礎(chǔ)。

基于上述思路，本案例庫采用了基于翻轉(zhuǎn)課堂（flipped classroom）的混合教學模式：利用多媒體與網(wǎng)絡(luò)帶來的便利性，將課堂講授部分內(nèi)容通過視頻、PPT等方式呈現(xiàn)，讓學生課前自學；課堂部分師生互動交流，通過線上習題作答發(fā)現(xiàn)問題，并通過課堂討論的方式對疑難問題進行解決；對于課堂中未及時解決的問題，還可在案例庫中集成討論區(qū)，在線上集思廣益、共同探討；能力拓展部分，則通過分小組完成課題，并撰寫論文等形式實現(xiàn)；最終課程考核需綜合多方面因素，重點考查學生的知識應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。該教學模式流程如圖1所示。

（四）“互聯(lián)網(wǎng)+案例庫”實踐教學評價方法

基于網(wǎng)絡(luò)的工程案例實踐教學評價不僅要重視對理論知識、專業(yè)知識教學效果的評價，更要考查學生的自我學習能力、實踐能力及創(chuàng)新能力，要實現(xiàn)能力的培養(yǎng)就要改革傳統(tǒng)的課堂考核方式，重視評價學生通過網(wǎng)絡(luò)獲取知識的能力[11]，包括獲取專業(yè)知識的能力、應(yīng)用知識的能力、工程實踐能力、開拓創(chuàng)新能力及交流合作與組織協(xié)調(diào)能力，并制定相應(yīng)的考核標準和評價方法，明確學生能力提高后的考核目標[12]。

為提高網(wǎng)絡(luò)教學效率及教學效果，可以通過完成網(wǎng)絡(luò)作業(yè)、在線習題及讀書報告、網(wǎng)絡(luò)互動提出觀點、小組討論或辯論來考核評價學習，或通過網(wǎng)絡(luò)在線建立興趣團隊小組共同完成工程案例的相關(guān)問題研究，這樣不僅可以提高團隊成員間的分工協(xié)作能力，而且可拓展對網(wǎng)絡(luò)教學效果綜合評價的方法[13]。

三、專業(yè)學位案例庫建設(shè)技術(shù)研究

（一）案例庫系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)

1.案例庫系統(tǒng)類型

案例庫系統(tǒng)類型為CMS，即內(nèi)容管理系統(tǒng)。早期網(wǎng)站需花費大量人力和時間進行信息更新維護，而內(nèi)容管理系統(tǒng)則將網(wǎng)站分為前臺頁面與后臺管理系統(tǒng)，其內(nèi)容與形式分離的特點可實現(xiàn)內(nèi)容資源的有效管理。目前國內(nèi)眾多教學系統(tǒng)都存在“重開發(fā)、輕維護”的現(xiàn)象，開發(fā)階段的內(nèi)容在后續(xù)很難得到更新，界面樣式也無法跟進[14]。為此，基于本案例庫發(fā)展的可持續(xù)性，采用CMS系統(tǒng)進行開發(fā)是必然選擇。

2.案例庫系統(tǒng)開發(fā)平臺

系統(tǒng)開發(fā)平臺選用了WordPress，是一種使用PHP語言開發(fā)的博客平臺。W3Techs于2014年12月發(fā)布報告稱，WordPress市場占有率高達60.7%。該軟件優(yōu)勢明顯，具有免費開源，簡單易用；擴展功能強大，插件豐富；對動畫、視頻和音頻等多媒體的支持較為完善；可適應(yīng)當前移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，提供多種客戶端APP等強大的功能。

在教育領(lǐng)域，WordPress的應(yīng)用十分廣泛，如根據(jù)平臺的可定制性，插入代碼生成網(wǎng)上圖書館的動態(tài)指南，以及進行教學資源庫設(shè)計等。

3.案例庫系統(tǒng)運行環(huán)境

用WordPress進行案例庫開發(fā)，需要建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫與服務(wù)器才能進行網(wǎng)站搭建，故根據(jù)案例庫建設(shè)需求，將采用配套的Apache服務(wù)器與MySQL數(shù)據(jù)庫。該部分也可通過建站集成軟件包的形式進行實現(xiàn)。

（二）多媒體技術(shù)

1.圖紙制作軟件

原材料中圖紙均為dwg文件，在網(wǎng)頁中較難顯示。故本案例庫選擇以pdf格式的文件制作圖紙，該文件可在不同程序、系統(tǒng)中統(tǒng)一顯示。圖紙制作將涉及AutoCAD、Adobe Reader以及PDF Binder軟件等，對圖紙進行格式轉(zhuǎn)換以及加工編排。

2.視頻制作軟件

案例庫教學視頻可分為三部分：一部分是經(jīng)過加工之后即可使用的視頻；一部分是需要利用錄屏軟件進行錄制的視頻；最后一部分是通過建立虛擬三維模型而生成的視頻。

對于只需剪輯的視頻，可采用Adobe Premiere Pro軟件進行加工制作。該軟件提供了采集、剪輯、輸出等一整套流程，并與其他Adobe軟件高效集成。對于本案例庫，需要實現(xiàn)的主要功能便是原材料視頻的剪輯，多視頻的組合以及視頻的輸出。

對于需要錄像制作的視頻，則可選擇屏幕錄像專家軟件進行錄制，則可將屏幕上的軟件操作過程、網(wǎng)絡(luò)教學課件等錄制成WMV、AVI 等常見的視頻格式。

對于需要建立三維模型而生成的動畫，可利用BIM（Building Information Modeling）技術(shù)，在ArchiCAD、Revit等三維軟件中建立橋梁各部分構(gòu)件，并對橋梁施工過程進行模擬，從而組裝成相應(yīng)的橋梁模型。只需對上述過程進行錄像操作，即可生成仿真動畫。

四、專業(yè)學位“互聯(lián)網(wǎng)+”案例庫共享平臺架構(gòu)設(shè)計

依據(jù)互聯(lián)網(wǎng)的特有屬性以及大型工程案例的實踐教學特點，在WordPress中，“互聯(lián)網(wǎng)+”案例庫共享平臺的架構(gòu)設(shè)計可將工程案例庫系統(tǒng)在功能屬性上分為三大部分：后臺管理系統(tǒng)、教學信息內(nèi)容以及拓展功能，如圖2所示。

（一）后臺管理系統(tǒng)

后臺管理系統(tǒng)主要集成在網(wǎng)頁平臺內(nèi)部，可自行開發(fā)定義。其功能包括站點地址設(shè)置、插件管理、頁面管理及多媒體管理等。

（二）教學信息內(nèi)容

教學信息及教學內(nèi)容資源作為“互聯(lián)網(wǎng)+”案例庫的網(wǎng)絡(luò)教學平臺主體，可根據(jù)案例庫架構(gòu)在管理系統(tǒng)的菜單設(shè)置界面進行定義。案例庫教學信息內(nèi)容首先是案例工程簡介或視頻播放介紹，其后將教學內(nèi)容按工程案例設(shè)計、結(jié)構(gòu)計算分析、施工技術(shù)以及科學研究進行分類。其中，工程案例設(shè)計部分按照設(shè)計階段及程序分為工程可行性分析、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計，教學內(nèi)容主要包括了三個階段的設(shè)計報告以及施工圖設(shè)計圖紙。結(jié)構(gòu)計算部分則先利用Midas軟件建立工程案例的計算模型，并根據(jù)建模的先后順序劃分建模過程，以供網(wǎng)絡(luò)視頻教學，最后進行結(jié)構(gòu)計算分析并錄制教學視頻。此外，施工技術(shù)部分提供了工程案例的施工組織計劃與施工工藝，可利用微視頻課程（課件）等方式展現(xiàn)。

（三）拓展功能

作為開放式的“互聯(lián)網(wǎng)+”案例庫共享教學平臺，利用強大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持，案例庫網(wǎng)絡(luò)平臺可加入在線、遠程課堂等拓展功能，以帶來更好的互聯(lián)網(wǎng)教學體驗，如允許師生交流評論功能、檢測教學成果的在線測試功能、搜索功能等，如圖3所示，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的時空融合特征，達到案例庫網(wǎng)絡(luò)平臺的同時異地、隨時隨地、異時異地的網(wǎng)絡(luò)教學模式，實現(xiàn)真正意義上的教學模式變革。

五、專業(yè)學位案例庫的繼承及可持續(xù)發(fā)展

專業(yè)學位研究生案例庫建設(shè)的目的是培養(yǎng)高端專業(yè)精英，開闊學生視野，加強學生對專業(yè)領(lǐng)域最新的科技及理論應(yīng)用的了解，因此案例庫的建設(shè)應(yīng)該不斷發(fā)展、變革，具有技術(shù)上的繼承性，工程內(nèi)涵的可持續(xù)性。首先，科技創(chuàng)新及理論發(fā)展永無止境，任何技術(shù)的進步都具有承前啟后，不斷發(fā)展的過程，對先進的成熟技術(shù)及理論應(yīng)該加以保留并加強應(yīng)用，因此，在案例庫建設(shè)過程中應(yīng)在繼承的基礎(chǔ)上，全面反映工程案例的技術(shù)及理論應(yīng)用，保持案例庫建設(shè)的繼承性。同時，教學案例庫的開發(fā)及研究應(yīng)該重視教學內(nèi)容及案例的可持續(xù)性。當新的技術(shù)出現(xiàn)時，案例庫系統(tǒng)能夠持續(xù)跟蹤最新的科技創(chuàng)新及工程理論應(yīng)用，使得案例庫的教學始終保持可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)。WordPress網(wǎng)頁開發(fā)平臺由于以內(nèi)容為核心，將內(nèi)容與形式分離，故在保證整體形式框架不變的基礎(chǔ)上，可源源不斷地加入新技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，讓內(nèi)容更新更為及時，使得案例庫的建設(shè)緊跟時代發(fā)展。

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