教育信息化與“新工科”建設(shè)

吳陳濱

（高等教育出版社，北京 100029）

0 引言

隨著5G時(shí)代的到來，互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計(jì)算等信息技術(shù)與教育教學(xué)領(lǐng)域深入融合，使教育領(lǐng)域的教學(xué)環(huán)境、教學(xué)模式與學(xué)習(xí)方式等方面都產(chǎn)生了深刻變革，我國教育信息化事業(yè)實(shí)現(xiàn)了前所未有的快速發(fā)展。教育部于2017年6月發(fā)布《新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南》，探索實(shí)踐工程教育的新理念、學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量和分類發(fā)展的新體系[1]。目前我國已經(jīng)建成世界最大規(guī)模的高等工程教育，工程教育專業(yè)認(rèn)證體系實(shí)現(xiàn)國際實(shí)質(zhì)等效，國家統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)，為加快建設(shè)和發(fā)展新工科奠定了良好基礎(chǔ)[2]。信息技術(shù)不僅改變了教與學(xué)的方式，而且已經(jīng)開始深入影響到教育的理念、文化和生態(tài)。在新工科建設(shè)背景下，工科類高校面臨著改造升級(jí)傳統(tǒng)工科，進(jìn)行現(xiàn)代教育信息化轉(zhuǎn)型，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的新要求。針對(duì)新工科建設(shè)，工科類院校教育信息化的轉(zhuǎn)型可以主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

1 提升教育信息化轉(zhuǎn)型的意識(shí)與能力

教育信息化的轉(zhuǎn)型首先要實(shí)現(xiàn)教育理念的更新。2020年，新冠疫情席卷全球。疫情期間全國大中小學(xué)全面開展在線教學(xué)，高等學(xué)校要“停課不停教、停課不停學(xué)”，在線教學(xué)不僅要開出課來，還要做到質(zhì)量與課堂教學(xué)實(shí)質(zhì)等效[3]。慕課教學(xué)、直播教學(xué)、錄播教學(xué)等各種形式的在線教學(xué)輪番登場，各種在線學(xué)習(xí)平臺(tái)和工具各顯神通，教師們由開始的手忙腳亂逐漸從容自如，信息技術(shù)運(yùn)用水平迅速提升。根據(jù)高教司統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全國1454所高校開展在線教學(xué)，103萬教師在線開出了107萬門課程，在線學(xué)習(xí)的大學(xué)生共計(jì)1775萬人。此次疫情，以信息化有力支撐了師生的在線學(xué)習(xí)，交出了一份合格的答卷[4]。同時(shí)，全社會(huì)對(duì)教育信息化的認(rèn)識(shí)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。這次疫情不僅是對(duì)教育信息化的一次嚴(yán)峻考驗(yàn)，也是對(duì)教師運(yùn)用現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能力的一次“大考”。雖然經(jīng)過這次演練和實(shí)踐，教師信息化水平得到實(shí)質(zhì)性的提升，但也暴露出部分教師信息化能力和水平不足的現(xiàn)狀。同時(shí)，一些學(xué)生不適應(yīng)線上授課模式，對(duì)開展線上學(xué)習(xí)存在抗拒、懈怠等情緒，不能做到自主、自律地開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)。目前，高等學(xué)校教學(xué)中雖然普遍運(yùn)用了現(xiàn)代信息技術(shù)手段，但仍然存在混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等新型的教學(xué)模式?jīng)]有得到廣泛應(yīng)用，部分教師對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)存在一定程度的畏懼和排斥心理，在教學(xué)中運(yùn)用信息技術(shù)的積極性不高的現(xiàn)象。

隨著互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、5G等信息技術(shù)與教育教學(xué)領(lǐng)域的深入融合，基于互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的在線教學(xué)模式在高校廣泛應(yīng)用，MOOC、SPOC、微課、直播課等多種在線課程教學(xué)模式逐漸融入高校的教學(xué)過程。隨著5G時(shí)代及后疫情時(shí)代的來臨，高等學(xué)校線上線下混合式教學(xué)將成為普遍趨勢, 對(duì)全面提升高校師生信息化意識(shí)和能力提出了緊迫的要求。面對(duì)新的教學(xué)模式、教學(xué)場景、學(xué)習(xí)方式以及知識(shí)表現(xiàn)形態(tài)的改變，一方面，高等學(xué)校需要提升校園信息化建設(shè)水平,建設(shè)智慧教室,推進(jìn)翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)和智慧教學(xué)等新教學(xué)模式在教學(xué)中的應(yīng)用；另一方面，高校教師需要把握契機(jī)，主動(dòng)應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，并不是完全取代傳統(tǒng)的教學(xué)方式，而是充分利用多種媒體及網(wǎng)絡(luò)資源，彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足，為教師改進(jìn)教學(xué)方式提供廣闊的空間和多元的路徑。通過提升信息技術(shù)素養(yǎng)，增強(qiáng)信息化技術(shù)的綜合運(yùn)用能力，探索課程教學(xué)形式的創(chuàng)新實(shí)踐，可以將信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的“以教師為中心”的課堂教學(xué)模式，構(gòu)建“以學(xué)生為中心”的信息化教學(xué)生態(tài)環(huán)境，提高課程教學(xué)質(zhì)量，打造體現(xiàn)現(xiàn)代教育信息化水平的新工科“金課”。

2 發(fā)揮優(yōu)秀在線課程資源在教學(xué)中的作用

“十三五”以來，我國教育信息化工作得到黨中央、國務(wù)院的高度重視，優(yōu)質(zhì)資源供給和教學(xué)應(yīng)用水平大幅提升。目前，已有1291 門國家精品在線開放課程、401 門虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程上線，4.1 萬門各類在線課程覆蓋了除軍事學(xué)以外的本科 12 個(gè)學(xué)科門類，大量的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源為高校開展在線教學(xué)提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。開展新工科建設(shè)需要充分發(fā)揮優(yōu)秀在線課程資源在教學(xué)中的作用，對(duì)傳統(tǒng)課程教學(xué)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，以適應(yīng)新工科發(fā)展的需要。疫情期間，在線學(xué)習(xí)的大學(xué)生共計(jì)1775萬人。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)在線教學(xué)滿意度較高，“非常滿意”的達(dá)到了 17.97%，“滿意”的達(dá)到了 51.37%，兩者加起來將近70%；“不滿意”和“非常不滿意” 的僅有 2.67% 和 1.41%。不僅滿意率超過實(shí)體課堂，而且不滿意率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)體課堂。這個(gè)調(diào)查結(jié)果充分說明在線教學(xué)很好地做到了與實(shí)體課堂教學(xué)的實(shí)質(zhì)等效[3]。根據(jù)全國高校質(zhì)量保障機(jī)構(gòu)聯(lián)盟開展的本科高校線上教學(xué)狀況調(diào)研所獲得的材料和數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，高校使用的教學(xué)資源以本校資源為主、 其他資源為輔 ， 本 校 教 學(xué) 資 源 占 54.09% ， 網(wǎng) 上 教 學(xué)資 源 占30.73%，國家課程資源占 24.60%。從數(shù)據(jù)來看，國家課程資源的利用率還不算高，優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源在教學(xué)中未得到充分利用[5]。

在多學(xué)科交叉融合新型人才培養(yǎng)理念指導(dǎo)下，新工科專業(yè)建設(shè)的理論課程體系、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、實(shí)踐創(chuàng)新手段亟需借助和“互聯(lián)網(wǎng)+”載體和現(xiàn)代信息技術(shù)，充分發(fā)揮教育信息化背景下優(yōu)質(zhì)在線開放課程資源在教學(xué)中的作用。一方面，在線開放課程改變了傳統(tǒng)課堂“黑板加粉筆”“照本宣科”式的教學(xué)模式，打破時(shí)間、空間的限制，多媒體教學(xué)資源豐富，具備測試、討論、學(xué)習(xí)過程監(jiān)控、學(xué)習(xí)分析統(tǒng)計(jì)等功能，可以滿足學(xué)生個(gè)性化、自主學(xué)習(xí)的需求，另一方面，開創(chuàng)新工科教育新格局，需要走融合發(fā)展之路，打破固有學(xué)科邊界，破除原有專業(yè)壁壘，推進(jìn)工科專業(yè)與其他專業(yè)跨界交叉融合創(chuàng)新發(fā)展。在線開放課程為構(gòu)建以多學(xué)科為支撐的“1+N”學(xué)科課程體系提供了豐富的多學(xué)科資源，因此，利用優(yōu)質(zhì)在線開放課程資源開展混合式教學(xué)，能夠豐富教學(xué)素材，整合不同學(xué)科教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共建共享，培養(yǎng)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源自主學(xué)習(xí)能力，有效發(fā)揮教師的引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用, 充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性[6-7],有利于新工科人才培養(yǎng)的課堂教學(xué)重構(gòu)，提高新工科專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

3 注重虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的運(yùn)用

高等學(xué)校工科類專業(yè)的課程由于學(xué)科自身的特點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容和科學(xué)研究注重實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，但一些課程的真實(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不具備操作的條件或?qū)嶋H運(yùn)行困難，一些儀器設(shè)備使用時(shí), 實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限且需要專業(yè)的操作技能,實(shí)驗(yàn)成本較高,具有一定危險(xiǎn)性，從而無法進(jìn)行普及，導(dǎo)致一些實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)難以開展。因此，目前工科類院校的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程面臨學(xué)時(shí)不足，“PPT教學(xué)”的教學(xué)模式仍較普遍的情況。2017年4月，教育部高教司發(fā)布的《“新工科”建設(shè)行動(dòng)路線（“天大行動(dòng)”）》中明確指出：“充分利用虛擬仿真等技術(shù)創(chuàng)新工程實(shí)踐教學(xué)方式”，基于現(xiàn)代信息技術(shù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源已成為高校實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分，是“新工科”專業(yè)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑，并在“新工科”專業(yè)建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用[8]。

虛擬仿真技術(shù)是用一個(gè)系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)，運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)開展高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具有低成本、高效率、高安全性等特點(diǎn)。開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)是推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平的重要舉措。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)綜合應(yīng)用多媒體、大數(shù)據(jù)、三維建模、人工智能、人機(jī)交互、傳感器、超級(jí)計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化技術(shù)手段，有效解決了實(shí)驗(yàn)成本、實(shí)驗(yàn)安全、環(huán)境污染、資源缺乏及人為誤差等因素的影響, 可以完成虛擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)行、教學(xué)教務(wù)管理、在線學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)評(píng)測、成績管理系統(tǒng)等多項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的可視化、交互化和自主化以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、實(shí)驗(yàn)考核等全程信息化管理，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充，極大地豐富了以學(xué)生為中心的教育教學(xué)手段，對(duì)新工科背景下培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、自主學(xué)習(xí)能力與實(shí)踐創(chuàng)新能力具有重要意義[9]。

4 加強(qiáng)新形態(tài)教學(xué)資源在教學(xué)中的運(yùn)用

教材是指教學(xué)的材料，是實(shí)施教學(xué)的必要工具。教材又稱課本，是一課之本。從學(xué)校教育產(chǎn)生以來，紙質(zhì)教材（教科書）一直起著支撐學(xué)生學(xué)習(xí)、保存和傳承知識(shí)的作用。它是依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)編制的、系統(tǒng)反映學(xué)科內(nèi)容的教學(xué)用書，是教師和學(xué)生學(xué)習(xí)學(xué)科知識(shí)的主要材料，是課程教學(xué)內(nèi)容的集中反映，也是完成教學(xué)內(nèi)容的重要依據(jù)[10]。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，知識(shí)的傳播方式和學(xué)習(xí)方式發(fā)生了革命性的變化。與此相應(yīng)，傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材已經(jīng)不能滿足高等學(xué)校新工科建設(shè)開展教學(xué)的需要，高校開展教學(xué)的資源形式從傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材向融合數(shù)字資源和教學(xué)服務(wù)的在線課程教學(xué)資源轉(zhuǎn)變成為必然趨勢?！督逃筷P(guān)于“十二五”普通高等教育本科教材建設(shè)的若干意見》[教高〔2011〕5號(hào)]中指出：“鼓勵(lì)編寫、出版適應(yīng)不同類型高等學(xué)校教學(xué)需要的不同風(fēng)格和特色教材；積極推進(jìn)高等學(xué)校與行業(yè)合作編寫實(shí)踐教材；鼓勵(lì)編寫、出版不同載體和不同形式的教材，包括紙質(zhì)教材和數(shù)字化教材”[11]。以融合數(shù)字資源和教學(xué)服務(wù)為特色的新形態(tài)教材、電子教材、數(shù)字課程等的新型教學(xué)資源的出版，讓優(yōu)質(zhì)在線課程資源和數(shù)字化多媒體教學(xué)資源在高校的教學(xué)中得到更好的應(yīng)用和共享，為教育信息化背景下的新工科人才培養(yǎng)發(fā)揮積極的作用。

（1）新形態(tài)教材。工科類專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容工程實(shí)踐性較強(qiáng)，理論和技術(shù)發(fā)展快，由于傳統(tǒng)紙質(zhì)教材存在傳播單向、呈現(xiàn)形式單調(diào)、內(nèi)容更新周期較長、印刷和存儲(chǔ)成本較高、無法實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)等弊端，難以滿足新工科背景下的人才培養(yǎng)需求。新形態(tài)教材是將紙質(zhì)教材與數(shù)字化資源一體化設(shè)計(jì)、深度融合的一種新型教材出版形式，可將彩色圖片、實(shí)驗(yàn)操作視頻、動(dòng)畫、習(xí)題解答、電子教案、拓展學(xué)習(xí)、附錄、案例等數(shù)字資源以二維碼和數(shù)字課程網(wǎng)站（基礎(chǔ)版）的形式與紙質(zhì)教材同步設(shè)計(jì)，豐富了教材內(nèi)容展現(xiàn)形式，使紙質(zhì)教材內(nèi)容更加精練，降低教材出版成本，內(nèi)容直觀生動(dòng)，更新快捷方便，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)紙質(zhì)教材的不足，為學(xué)生更好地掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，開展個(gè)性化、探究式學(xué)習(xí)提供了空間[12]。

（2）數(shù)字課程。數(shù)字課程是高等教育出版社研發(fā)的將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)環(huán)境有機(jī)融合的新型數(shù)字出版產(chǎn)品。數(shù)字課程基于精品資源共享課、中國大學(xué)MOOC等在線開放課程優(yōu)質(zhì)資源，依托課程云平臺(tái)icc.hep.com.cn進(jìn)行出版，能夠促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源在課程教學(xué)中的定制應(yīng)用，滿足高校開展混合式教學(xué)以及學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求。數(shù)字課程的主要特點(diǎn)如下：

以視頻、音頻、文本、動(dòng)畫、圖片、PPT等豐富的媒體形式呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，學(xué)科前沿、工程案例、實(shí)驗(yàn)資源、指導(dǎo)資料等均可作為數(shù)字課程教學(xué)素材，課程內(nèi)容和形式更為豐富，且可以及時(shí)更新，體現(xiàn)教學(xué)先進(jìn)性。

可實(shí)現(xiàn)線上及線上線下混合式教學(xué)。通過數(shù)字課程教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)課前預(yù)習(xí)、線上學(xué)習(xí)及課后復(fù)習(xí)，教師可以把握教學(xué)進(jìn)度，了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，針對(duì)不同的學(xué)習(xí)需求，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的教學(xué)安排，形成過程性評(píng)價(jià)。通過線上討論、答疑、作業(yè)、在線測試等教學(xué)活動(dòng)安排，可以提高教學(xué)效率，檢測學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

可實(shí)現(xiàn)多終端訪問，交互性強(qiáng)。數(shù)字課程云平臺(tái)可以從PC 端、移動(dòng)端訪問。移動(dòng)端APP還可以實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布、課堂點(diǎn)名、課堂投票等功能，便于教師進(jìn)行課堂管理，了解學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果，增強(qiáng)了傳統(tǒng)課堂教學(xué)的師生交互性。

5 結(jié)語

教育信息化是推動(dòng)高等教育系統(tǒng)性變革的科技動(dòng)能。隨著我國“新工科”建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃的實(shí)施和不斷推進(jìn)，工科類高校教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、人才培養(yǎng)模式也隨之不斷深化。在 “互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”教育環(huán)境下，高等工科院校的新工科人才培養(yǎng)需要變被動(dòng)為主動(dòng)，因時(shí)而變，主動(dòng)求變，以信息技術(shù)與教育教學(xué)深入融合為契機(jī)，迎接現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)中廣泛應(yīng)用的新挑戰(zhàn)，運(yùn)用現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和優(yōu)質(zhì)在線課程資源，實(shí)現(xiàn)新工科建設(shè)的高質(zhì)量發(fā)展。