工程學(xué)科在線開放課程體系建設(shè)的探索與創(chuàng)新

周緒紅??陳朝暉??李正良

摘 要：立足高等工程教育的發(fā)展趨勢(shì)與人才培養(yǎng)需求，總結(jié)了當(dāng)前在線開放課程建設(shè)與應(yīng)用的不足，提出了以“共建、共享、交流、促進(jìn)、開放”為方針，“科學(xué)教育、人文教育與工程教育”協(xié)調(diào)統(tǒng)一，“科研、工程、教學(xué)”深度融合的工程學(xué)科在線開放課程體系建設(shè)理念，從校際協(xié)同建設(shè)機(jī)制、在線開放課程體系架構(gòu)與在線開放資源建設(shè)三方面論述了工程學(xué)科在線開放課程體系建設(shè)的創(chuàng)新模式，為在線開放課程建設(shè)從松散無(wú)序向?qū)W科體系建設(shè)的轉(zhuǎn)變提供了參考模板，為信息化背景下校際合作與創(chuàng)新開辟了新途徑。

關(guān)鍵詞：高等工程教育;工程學(xué)科;在線開放課程體系;在線教學(xué)資源;協(xié)同創(chuàng)新

一、引言

以新能源技術(shù)、新通信技術(shù)與信息技術(shù)的革命及其融合為標(biāo)志的新工業(yè)革命浪潮，對(duì)世界范圍內(nèi)高等工程教育的既有體系與模式造成了巨大沖擊，前所未有的工程建設(shè)規(guī)模、集成度與多專業(yè)綜合化程度是我國(guó)高等工程教育無(wú)法回避的全新挑戰(zhàn)，也是階躍式發(fā)展的重大機(jī)遇。其中，尤以信息技術(shù)以及以此為依托的在線開放教學(xué)對(duì)高等工程教育方法與模式變革的影響最為顯著。

工程教育在我國(guó)高等教育中一直占據(jù)舉足輕重的地位，截至2019年7月的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)工科畢業(yè)生占世界總數(shù)的38%，在校生與畢業(yè)生均超過(guò)國(guó)內(nèi)高?？偭康?0%[1]。其中，土木工程作為最古老的工程學(xué)科之一，伴隨人類發(fā)展的整個(gè)歷程，服務(wù)于人們生活和生產(chǎn)的各種民用設(shè)施建設(shè)，包括房屋建筑、道路、橋梁、隧道、水利、管道、港口等，也見(jiàn)證了我國(guó)改革開放四十年來(lái)的飛速發(fā)展。現(xiàn)階段，我國(guó)土木工程呈現(xiàn)學(xué)科交叉、深入融合的局面，并由傳統(tǒng)的以陸地建造為主向海洋、太空與地下延伸。這一發(fā)展趨勢(shì)要求土木工程人才具備綜合應(yīng)用、工程創(chuàng)新與開拓引領(lǐng)的復(fù)合能力以及自然科學(xué)、工程科學(xué)、工程技術(shù)與人文美學(xué)的綜合素養(yǎng)。為此，迫切需要高等工程教育在課程體系、教學(xué)方法與人才培養(yǎng)模式等方面進(jìn)行變革與創(chuàng)新，而適應(yīng)信息化社會(huì)發(fā)展、符合當(dāng)代人知識(shí)與信息獲取方式以及結(jié)合信息化技術(shù)的在線開放課程建設(shè)與應(yīng)用成為首要選擇[2-3]。

2012年以來(lái)，以“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息技術(shù)為依托的大規(guī)模在線開放課程（MOOC，Massive Open Online Course，譯作“慕課”）等新型學(xué)習(xí)資源與平臺(tái)在世界范圍內(nèi)迅速興起。在敏銳地預(yù)見(jiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”可能帶來(lái)的教育革命后，經(jīng)歷了短暫的學(xué)習(xí)與借鑒，我國(guó)于2013年開始，由教育部主導(dǎo)，全面推動(dòng)了具有我國(guó)特色的慕課建設(shè)、研究與應(yīng)用，并逐步形成了我國(guó)慕課的基本特點(diǎn)，即：受眾的大規(guī)模、面向公眾的開放性、在線開放性以及課程活動(dòng)的完整性[4]。在線開放教學(xué)有效拓展了教學(xué)時(shí)空，激發(fā)了學(xué)習(xí)積極性和自主性，是高等教育發(fā)展的必然趨勢(shì)。尤其在2020年波及全球的新冠肺炎疫情下，在線教學(xué)跨越時(shí)空障礙的大眾化、信息化和國(guó)際化優(yōu)勢(shì)得以充分展現(xiàn)[5]。

我國(guó)慕課建設(shè)發(fā)展迅猛，慕課總數(shù)、參與開課學(xué)校數(shù)量、學(xué)習(xí)人數(shù)位居世界之首，業(yè)已成為世界慕課大國(guó)[5-6]。與以往依托現(xiàn)代教學(xué)手段（如采用PPT、視頻公開課等）對(duì)教學(xué)方法產(chǎn)生的影響相比，在線開放課程的建設(shè)與應(yīng)用在教學(xué)方法和體驗(yàn)上造成的影響更為深遠(yuǎn)。在經(jīng)歷了在線開放課程建設(shè)的量化積累、規(guī)模化效應(yīng)以及多元化的教學(xué)應(yīng)用探索后，慕課建設(shè)的不足也逐漸顯現(xiàn)，主要在于：課程建設(shè)以單門課程為主，松散重復(fù)，良莠不齊;在線課程總體呈現(xiàn)扁平無(wú)序狀態(tài)，缺乏引導(dǎo)，使學(xué)習(xí)者陷入相似資源過(guò)度而體系資源不足的選擇困境;在線開放課程未有效融入傳統(tǒng)教學(xué)體系，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)未形成系統(tǒng)性支撐。

顯然，順應(yīng)工程發(fā)展需求，使在線開放課程揚(yáng)長(zhǎng)避短，與傳統(tǒng)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，已成為高等工程教育的新命題。為此，筆者首先論述了當(dāng)前在線開放課程體系建設(shè)的必要性及其特點(diǎn)，再以重慶大學(xué)牽頭、國(guó)內(nèi)11所土木工程一流學(xué)科與知名高校共同參與的土木工程核心在線開放課程群為例，從校際協(xié)同建設(shè)機(jī)制、在線開放課程體系架構(gòu)與在線開放資源建設(shè)三方面探討了工程學(xué)科在線開放課程體系建設(shè)模式，為促進(jìn)我國(guó)工程學(xué)科在線開放課程的建設(shè)提供了新途徑。

二、在線開放課程體系建設(shè)的必要性

我國(guó)目前依托互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺(tái)的在線開放課程建設(shè)模式主要有單人或多人一課、多校共建一課等，其中多校一課多為適應(yīng)不同教學(xué)要求的同類系列課程。建課方法大多為傳統(tǒng)教學(xué)的視頻化、紙質(zhì)資源的網(wǎng)絡(luò)化，互聯(lián)網(wǎng)的潛力尚未充分挖掘。而大量不同學(xué)科專業(yè)種類繁多的在線開放課程的扁平化呈現(xiàn)，又使學(xué)習(xí)者陷入選擇困難的境地，無(wú)從把握知識(shí)關(guān)聯(lián)，難以實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系自我建構(gòu)，導(dǎo)致現(xiàn)有在線開放課程的建設(shè)與應(yīng)用處境尷尬，即：投入大量人力物力的數(shù)量龐大的在線開放課程，卻未形成對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的結(jié)構(gòu)性支撐。

為此，筆者認(rèn)為，結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)模式中知識(shí)體系架構(gòu)嚴(yán)密的邏輯性與關(guān)聯(lián)性、對(duì)學(xué)習(xí)者的引導(dǎo)性，充分發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”對(duì)資源整合的靈活多樣以及資源的快速更新、動(dòng)態(tài)可視、交互共享等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，從知識(shí)能力素質(zhì)的認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，圍繞工程學(xué)科特點(diǎn)、趨勢(shì)與人才培養(yǎng)需求，進(jìn)行在線開放課程的體系建設(shè)，是將學(xué)習(xí)者與教學(xué)者從現(xiàn)有大量無(wú)序在線開放課程資源的選擇困境中解救出來(lái)的有效方法，并可從根本上使在線開放課程建設(shè)與應(yīng)用成為對(duì)工程教育與人才培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)性支撐。

在線開放課程的體系建設(shè)可以彌補(bǔ)單一慕課建設(shè)的松散與無(wú)序，以及由此造成的自主在線開放學(xué)習(xí)的盲目性、無(wú)系統(tǒng)與不連貫[7-8]。而在線開放課程體系網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)又可使學(xué)習(xí)者自主設(shè)計(jì)與把控學(xué)習(xí)進(jìn)程、探索領(lǐng)會(huì)知識(shí)關(guān)聯(lián)、構(gòu)筑知識(shí)體系、培養(yǎng)并提升綜合素養(yǎng)，從而有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式與紙質(zhì)教材的局限。

三、工程學(xué)科在線開放課程體系的創(chuàng)新建設(shè)

在線開放課程體系應(yīng)有別于傳統(tǒng)課程體系中各門課程相對(duì)獨(dú)立的線性化結(jié)構(gòu)，或不同門類在線開放課程的簡(jiǎn)單羅列或堆砌，而應(yīng)圍繞學(xué)科特點(diǎn)與人才培養(yǎng)需求，構(gòu)筑課程間呈現(xiàn)明確固有關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)化體系，其建設(shè)的難點(diǎn)和關(guān)鍵在于建設(shè)機(jī)制、體系架構(gòu)與資源建設(shè)等。對(duì)于工程學(xué)科，“互聯(lián)網(wǎng)+”獨(dú)有的動(dòng)態(tài)、可視、綜合、交互的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，天然契合了工程感性認(rèn)識(shí)、綜合認(rèn)知與應(yīng)用能力的人才培養(yǎng)需求，并可充分展示工程的綜合性、時(shí)效性和演化性，而傳統(tǒng)教學(xué)模式、平臺(tái)與單一課程無(wú)法滿足這一要求。因此，圍繞工程學(xué)科的在線開放課程的體系建設(shè)意義尤為突出。

在此，針對(duì)土木工程發(fā)展趨勢(shì)與人才培養(yǎng)需求，圍繞“土木工程在線開放核心課程群”的建設(shè)，我們探索創(chuàng)新了以“共建、共享、交流、促進(jìn)、開放”為指導(dǎo)思想的校際協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，追求“科學(xué)教育、人文教育與工程教育”協(xié)調(diào)統(tǒng)一的土木工程學(xué)科在線開放課程體系架構(gòu)以及“科研、工程、教學(xué)”深度融合的資源建設(shè)方法[9-11]，以下分別予以闡述。

1.“共建、共享、交流、促進(jìn)、開放”的校際協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制

在線開放課程體系需要優(yōu)質(zhì)課程與優(yōu)良技術(shù)平臺(tái)的支撐，因此，逞一家之強(qiáng)、一蹴而就勢(shì)必重蹈單打獨(dú)斗建課的弊端，導(dǎo)致課程體系架構(gòu)不完善、課程良莠不齊、資源捉襟見(jiàn)肘。集中本學(xué)科各高校優(yōu)勢(shì)，整合優(yōu)質(zhì)資源，發(fā)揮各校良好積累，是在線開放課程體系建設(shè)的不二之選。

在我國(guó)高等教育教學(xué)改革進(jìn)程中，高校合作并非新鮮事物。但以往常常為多校聯(lián)合編寫教材、編制題庫(kù)，或共建一個(gè)門類在線開放課程，圍繞同一學(xué)科建設(shè)在線開放課程體系則無(wú)先例。如何有機(jī)組織并充分發(fā)揮各校優(yōu)勢(shì)、體現(xiàn)在線開放課程體系的應(yīng)有優(yōu)勢(shì)，是決定課程體系建設(shè)成敗的關(guān)鍵。為此，由重慶大學(xué)牽頭，匯集了同濟(jì)大學(xué)、大連理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)、河海大學(xué)、華南理工大學(xué)、西南交通大學(xué)、西安建筑科技大學(xué)、上海大學(xué)和長(zhǎng)安大學(xué)共11所我國(guó)土木工程一流學(xué)科與知名高校，面向土木工程本科教學(xué)，以“共建、共享、交流、促進(jìn)、開放”為方針，集中教學(xué)名師、發(fā)揮教學(xué)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行體系總體架構(gòu)、平臺(tái)總體設(shè)計(jì)、各校分工協(xié)作與系統(tǒng)資源整合，探索了“土木工程在線開放核心課程群”的校際協(xié)同創(chuàng)新建設(shè)機(jī)制（見(jiàn)圖1），開創(chuàng)了信息化趨勢(shì)下高校協(xié)同教學(xué)創(chuàng)新的全新局面。

2.“科學(xué)教育、人文教育與工程教育”協(xié)調(diào)統(tǒng)一的課程體系架構(gòu)

合理的、具有靈活性與針對(duì)性、富于創(chuàng)造性的教學(xué)方法往往對(duì)學(xué)生影響深遠(yuǎn)[12]。在線開放課程的靈魂在于“教”和“學(xué)”，在于“用”。在線開放課程不僅是新型的教學(xué)資源，更是交互式信息化學(xué)習(xí)平臺(tái)，是全新的教學(xué)方式，其體系架構(gòu)對(duì)在線開放課程的建設(shè)與應(yīng)用至關(guān)重要。在線開放課程體系的架構(gòu)與平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)充分面向?qū)W習(xí)者認(rèn)知規(guī)律、學(xué)習(xí)方式、學(xué)科特點(diǎn)與知識(shí)能力素質(zhì)要求，將教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求內(nèi)化于在線資源與體系架構(gòu)中。需借鑒傳統(tǒng)課程體系的完整性與系統(tǒng)性，發(fā)揮信息化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合工程發(fā)展的前沿性，兼顧課程是否利于在線教學(xué)等因素選取核心主干課程。傳統(tǒng)工程學(xué)科課程體系具有線性化遞進(jìn)式特點(diǎn)，需經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的學(xué)習(xí)進(jìn)程，學(xué)生才能初步接觸和了解專業(yè)知識(shí)與工程之間的關(guān)聯(lián)，不利于培養(yǎng)學(xué)生工程綜合應(yīng)用與創(chuàng)新能力（圖2a）。因此，在線開放課程體系除應(yīng)具備學(xué)科知識(shí)的完整性、內(nèi)容的系統(tǒng)性、信息資源的可視化與動(dòng)態(tài)更新能力之外，還應(yīng)使學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)進(jìn)程中能隨時(shí)建立知識(shí)與工程之間的感性與理性關(guān)聯(lián)，充分把握工程的綜合性與應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)。

為此，課程群建設(shè)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了模塊化網(wǎng)絡(luò)式土木工程在線開放核心課程體系（圖2b）。以工程案例庫(kù)、綜合實(shí)驗(yàn)庫(kù)與練習(xí)測(cè)試庫(kù)構(gòu)成的土木工程核心資源庫(kù)為中心，與四大課程模塊形成網(wǎng)絡(luò)體系。以“科學(xué)教育、人文教育與工程教育”的協(xié)調(diào)統(tǒng)一、理論與實(shí)踐的平衡為理念設(shè)置具體課程[8]，包括基礎(chǔ)科學(xué)、工程概論與專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)課程以及綜合應(yīng)用四大模塊，涵蓋結(jié)構(gòu)工程、橋梁、隧道、施工等多個(gè)專業(yè)方向，跨越概論、力學(xué)、專業(yè)、法規(guī)以及復(fù)雜工程檢測(cè)、現(xiàn)代BIM建造設(shè)計(jì)技術(shù)等（圖3），其中，基礎(chǔ)科學(xué)課程模塊采用與其他相關(guān)在線開放課程的動(dòng)態(tài)鏈接。這一在線開放課程體系充分展示了工程學(xué)科的系統(tǒng)性、復(fù)雜性、多樣化和綜合性與工程實(shí)踐的過(guò)程性與生命周期性，彰顯了工程發(fā)展與現(xiàn)代技術(shù)的交融。

3.“科研、工程、教學(xué)”深度融合的資源建設(shè)

面向工程學(xué)科的在線開放課程群，應(yīng)充分展現(xiàn)工程的多樣性、復(fù)雜性、綜合性以及發(fā)展趨勢(shì)。為此，我們建設(shè)了“科研、工程、教學(xué)”深度融合的具有顯著土木工程特性的在線開放核心資源庫(kù)，將科研成果、工程實(shí)踐及其最新發(fā)展充分納入教學(xué)活動(dòng)[10]，建成的核心資源庫(kù)包括：練習(xí)測(cè)試庫(kù)、工程案例庫(kù)和綜合實(shí)驗(yàn)庫(kù)。其中，練習(xí)測(cè)試庫(kù)覆蓋了課程體系內(nèi)的全部知識(shí)點(diǎn)，提供題目、答案及重難點(diǎn)解析;綜合實(shí)驗(yàn)庫(kù)包含實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)演示視頻、說(shuō)明文稿等;工程案例庫(kù)（涵蓋房屋建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、隧道、建筑材料、檢測(cè)加固、BIM工程設(shè)計(jì)等）則以視頻、動(dòng)畫與說(shuō)明文稿等形式綜合展示典型工程案例。這一在線開放核心資源，提供了傳統(tǒng)教學(xué)資源無(wú)法實(shí)現(xiàn)的跨越課程限制、跨越線性教學(xué)進(jìn)程安排的信息集成與可視化優(yōu)勢(shì)，具有單門在線開放課程不具備的綜合性與系統(tǒng)性。

信息化在線教學(xué)仍然離不開教材建設(shè)，同時(shí)信息技術(shù)與在線開放課程體系的建設(shè)也為傳統(tǒng)教材賦予了新使命。如新形態(tài)教材通過(guò)精品紙質(zhì)教材與數(shù)字課程的一體化設(shè)計(jì)，運(yùn)用二維碼鏈接在線開放資源以及VR技術(shù)，使傳統(tǒng)教材中平面化的模型與簡(jiǎn)圖立體化、動(dòng)態(tài)化和仿真化，拓展了知識(shí)的呈現(xiàn)形式，形成紙質(zhì)教材與網(wǎng)絡(luò)資源、課堂教學(xué)與自主學(xué)習(xí)的良性互動(dòng);將傳統(tǒng)平面化教材出版拓展為課程出版的全新一體化數(shù)字課程，打破了紙質(zhì)教材內(nèi)容和呈現(xiàn)形式的限制，將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)、教學(xué)環(huán)境與信息管理一體化，兼具在線開放課程的信息化優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)教材知識(shí)產(chǎn)權(quán)的完整性與體系性。上述在線信息化資源與新形態(tài)教材建設(shè)，與在線開放課程體系形成了交互支撐。

四、結(jié)語(yǔ)

我們建成了包括21門視頻課程、約9000題全覆蓋在線開放題庫(kù)、28組土木工程綜合實(shí)驗(yàn)庫(kù)與52組土木工程典型工程案例庫(kù)的“土木工程在線開放核心課程群”網(wǎng)站（http：//39.98.191.102：8010/）以及愛(ài)課程網(wǎng)課程群宣傳網(wǎng)站（http：//tmgc.icourses.cn/），配套新形態(tài)教材25套、數(shù)字教程5套，為在校學(xué)生及社會(huì)公眾提供了全新的土木工程本科核心課程體系，為各校共享課程群資源、應(yīng)用與推廣提供了良好技術(shù)平臺(tái)。課程群建設(shè)團(tuán)隊(duì)以國(guó)家級(jí)萬(wàn)人計(jì)劃教學(xué)名師和省部級(jí)教學(xué)名師等為骨干，培養(yǎng)了一批高水平一線教師與青年教學(xué)后備軍。在線開放課程群中已有9門課程獲國(guó)家級(jí)精品在線開放課程、線上一流課程、線下一流課程和線上線下混合式一流課程等榮譽(yù)稱號(hào)，充分展現(xiàn)了課程的高質(zhì)量與高水準(zhǔn)。

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[基金項(xiàng)目：中國(guó)高等教育學(xué)會(huì)“土木工程在線開放核心課程群的創(chuàng)新與建設(shè)”（16ZG004-21），重慶市高等教育教學(xué)改革重大項(xiàng)目“面向土木工程創(chuàng)新拔尖人才培養(yǎng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程新型網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)模式研究”（201003）]

[責(zé)任編輯：余大品]