工程分析程序設(shè)計(jì)“線上+線下”教學(xué)新模式的探索與實(shí)踐

陳榮華　田文喜　蘇光輝　秋穗正

［摘 要］工程分析程序設(shè)計(jì)課程在核科學(xué)與技術(shù)學(xué)科學(xué)生培養(yǎng)中具有重要作用。為積極響應(yīng)教育部將現(xiàn)代信息技術(shù)全面深度融入教與學(xué)過程的號召，在西安交通大學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐“線上+線下”教學(xué)新模式的背景下，文章以工程分析程序設(shè)計(jì)課程為例，對其采用“線上+線下”教學(xué)新模式的情況進(jìn)行了深度分析。課程組在教學(xué)實(shí)踐中充分發(fā)揮線上教學(xué)平臺的優(yōu)勢、拓展師生互動方式、豐富教學(xué)資源，同時重視線下上機(jī)教學(xué)，并在教學(xué)過程中貫穿課程思政的理念，取得了較好的教學(xué)效果。

［關(guān)鍵詞］工程分析程序設(shè)計(jì)；線上+線下教學(xué)；課程思政

［中圖分類號］ G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）10-0054-04

新冠肺炎疫情對教育教學(xué)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，2020年西安交通大學(xué)及時提出了“停課不停教、停課不停學(xué)、停課不停研、停課不停工”的總體要求。學(xué)校師生主動求變，化危為機(jī)，積極嘗試線上教學(xué)新模式，有力保證了本科教學(xué)工作的順利進(jìn)行。國內(nèi)疫情得到有效控制之后，西安交通大學(xué)組織本科生分批返校，本科生課程開始實(shí)行“線上+線下”的教學(xué)新模式。2020年4月，教育部高等教育司司長吳巖在高校在線教學(xué)國際平臺課程建設(shè)工作視頻會議中，高度評價了“互聯(lián)網(wǎng)+教育”和“智能+教育”模式的優(yōu)勢，提倡將現(xiàn)代信息技術(shù)全面深度融入教與學(xué)過程[1]。吳巖司長在會議上對2020年上半年各高校因疫情開展的在線教學(xué)實(shí)踐的深遠(yuǎn)意義做出高度概括，并提倡積極將“戰(zhàn)時措施”轉(zhuǎn)化為“平時機(jī)制”，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，進(jìn)一步提升課程教學(xué)效果。

工程分析程序設(shè)計(jì)課程主要介紹用于工程計(jì)算的計(jì)算機(jī)語言和編程基礎(chǔ)，具體包括：工程分析程序的設(shè)計(jì)方法、FORTRAN編程語言的基本語法、FORTRAN編程的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、面向?qū)ο蟮腇ORTRAN程序設(shè)計(jì)等[2]。經(jīng)過工程分析程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?yàn)槿蘸筮M(jìn)行核科學(xué)與技術(shù)學(xué)科各專業(yè)課學(xué)習(xí)以及進(jìn)一步編寫開發(fā)適用于核科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)程序打下基礎(chǔ)。本文從新時代背景下對工程分析程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式進(jìn)行改革的重要意義出發(fā)，將筆者在疫情期間的實(shí)際教學(xué)實(shí)踐的心得和經(jīng)驗(yàn)與各位同行分享。

一、工程分析程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式改革的意義

先進(jìn)核動力系統(tǒng)是我國大國地位和國防戰(zhàn)略核威懾的重要支柱，其設(shè)計(jì)優(yōu)化離不開核科學(xué)與技術(shù)類專業(yè)分析程序。當(dāng)前在核動力研究領(lǐng)域內(nèi)，廣泛使用的模擬分析程序，如RELAP、COBRA和MCNP等軟件均由國外科研單位開發(fā)，我國在使用及開發(fā)過程中受到很大程度的限制。我國核能技術(shù)要真正走在國際學(xué)術(shù)前沿，做到核心技術(shù)自主可控，建設(shè)核能強(qiáng)國，開發(fā)先進(jìn)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)分析程序是至關(guān)重要、不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。西安交通大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)科前身為創(chuàng)建于1958年的交通大學(xué)（西安分部）工程物理系，是全國最早成立的核專業(yè)之一。學(xué)科傳承“兩彈一星”精神和“西遷精神”[3]，60年來與中國核工業(yè)命運(yùn)與共，是我國核科學(xué)與技術(shù)科學(xué)研究和人才培養(yǎng)的重要基地，為國家核工業(yè)和國防建設(shè)的人才培養(yǎng)、科學(xué)研究做出了突出貢獻(xiàn)，是西安交通大學(xué)建設(shè)“能源科學(xué)與技術(shù)”世界一流學(xué)科群的核心學(xué)科之一。面向我國先進(jìn)核動力系統(tǒng)發(fā)展重大需求，為了進(jìn)一步擺脫對國外分析程序的依賴，培養(yǎng)能夠引領(lǐng)我國核動力系統(tǒng)發(fā)展的骨干力量，西安交通大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)科面向本科生開設(shè)了工程分析程序設(shè)計(jì)課程。

教育現(xiàn)代化離不開現(xiàn)代科技的強(qiáng)有力支撐。縱觀教育發(fā)展史，科技與教育的發(fā)展總體上相輔相成、相互促進(jìn)、相互支撐?？萍嫉淖钚逻M(jìn)展不僅為教育提供了鮮活的教學(xué)內(nèi)容，也為教育改革創(chuàng)新提供了新的手段。在信息技術(shù)高度發(fā)展的今天，積極將信息技術(shù)引入工程分析程序設(shè)計(jì)的課堂，推陳出新，打造新的教學(xué)模式，全面提升教學(xué)效果，提升應(yīng)對教學(xué)突發(fā)情況的能力，將工程分析程序設(shè)計(jì)打造成一門精品課，對核科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)科建設(shè)、人才培養(yǎng)都具有重要意義。

二、線上教學(xué)平臺與教學(xué)新模式建構(gòu)

（一）釘釘與思源學(xué)堂相結(jié)合的線上教學(xué)平臺

本課程課內(nèi)教學(xué)在釘釘平臺線上進(jìn)行。釘釘是國內(nèi)先進(jìn)的智能移動辦公平臺，自2015年正式上線使用以來，吸引了大批的使用者，并展示了諸多優(yōu)勢與使用的穩(wěn)定性。此外，在課后，筆者通過西安交通大學(xué)建設(shè)的思源學(xué)堂（Blackboard）教學(xué)過程服務(wù)平臺與學(xué)生進(jìn)行互動。思源學(xué)堂網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺基于現(xiàn)代信息技術(shù)，為西安交通大學(xué)師生打造了自主學(xué)習(xí)的環(huán)境。平臺的功能覆蓋整個教學(xué)過程，主要包括網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)、教學(xué)資源展示共享、教學(xué)互動、交流協(xié)作、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和評測反饋等。教師借助平臺簡單易用的功能模塊，可以有效地進(jìn)行課程管理、教學(xué)設(shè)計(jì)、內(nèi)容制作、作業(yè)布置和評測反饋等工作，使教學(xué)更豐富生動，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

（二）“線上+線下”教學(xué)新模式簡介

西安交通大學(xué)對教師和學(xué)生兩個不同的主體，從課前、課中及課后三個不同的階段，建構(gòu)了一個基于線上教學(xué)平臺的全新教學(xué)模式，如圖1所示。

三、工程分析程序設(shè)計(jì)“線上+線下”教學(xué)新模式的優(yōu)點(diǎn)

（一）強(qiáng)調(diào)線上優(yōu)勢，知識講授與編程實(shí)踐并行

工程分析程序設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容在于使用程序語言在計(jì)算機(jī)上編寫程序并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。由于編程語言的教學(xué)不夠直觀，導(dǎo)致授課變成教師單方面向?qū)W生灌輸知識，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率不高。工程分析程序設(shè)計(jì)現(xiàn)階段使用的程序語言主要是FORTRAN語言。過去的教學(xué)實(shí)踐早已證明，只有讓學(xué)生進(jìn)行大量的編程實(shí)踐，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生編寫程序、調(diào)試程序、分析程序等各項(xiàng)能力，才能更好地讓他們學(xué)習(xí)程序語言。

筆者在線上教學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)，通過線上直播的形式進(jìn)行教學(xué)，能夠?qū)崿F(xiàn)知識講授與編程實(shí)踐并行。

以任意一個知識點(diǎn)為例，通過使用釘釘?shù)钠聊还蚕砉δ埽處熆梢越柚n程PPT對一個知識點(diǎn)進(jìn)行講解，也可以隨時在PPT上對重點(diǎn)知識進(jìn)行標(biāo)注強(qiáng)調(diào)。完成知識點(diǎn)的講解后，需要借助編程案例加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解。因?yàn)槭蔷€上授課，教師可以直接在電腦上打開編譯器，從程序的第一條語句開始編寫，詳細(xì)地講授編程的思路以及語句中可能存在的錯誤。與此同時，學(xué)生使用電腦觀看直播時，可以和教師一起打開編譯器進(jìn)行程序的編寫，在這個過程中將教材內(nèi)的知識點(diǎn)加以吸收并及時進(jìn)行應(yīng)用，最終強(qiáng)化對知識點(diǎn)的理解。這樣，就同時實(shí)現(xiàn)了知識講授和編程實(shí)踐。

（二）發(fā)揮平臺功能，拓展師生互動方式

在線下教室授課模式下，學(xué)生只能在課上提問。一方面，面對面的交流雖然更直接，但由于學(xué)生的性格不同，部分學(xué)生更適合通過文字的形式進(jìn)行間接的交流；另一方面，課后學(xué)生在自學(xué)和復(fù)習(xí)的過程中，如困惑無法得到及時的解答，會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

在進(jìn)行線上教學(xué)時，與學(xué)生進(jìn)行及時有效的互動非常重要。在教學(xué)過程中，筆者充分發(fā)揮了釘釘這一平臺的實(shí)時彈幕功能與學(xué)生進(jìn)行溝通，取得了很好的效果。傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生一般通過舉手提問的方式來和教師進(jìn)行互動，這種方式并不是對所有學(xué)生都適宜。對于習(xí)慣用文字表達(dá)自己的想法、性格較為內(nèi)斂的學(xué)生來說，通過發(fā)彈幕的方式提出自己的困惑，會令他們覺得更輕松，更能夠激發(fā)他們和教師進(jìn)行互動的積極性。

（三）豐富課程資源，滿足各類學(xué)生需求

學(xué)生對于課程資源的需求是多層次、多樣化的。筆者充分發(fā)揮思源學(xué)堂的功能，為學(xué)生提供豐富的課程資源。筆者將在釘釘教學(xué)時錄制的教學(xué)視頻及課程PPT上傳至思源學(xué)堂，學(xué)生可以根據(jù)自己的需求反復(fù)觀看，以學(xué)習(xí)未能及時吸收的知識。對于學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，筆者在平臺上提供課程的參考書目，引導(dǎo)學(xué)生借助參考書目對課程內(nèi)容進(jìn)行更加深入的學(xué)習(xí)。

（四）重視上機(jī)訓(xùn)練，發(fā)揮線下授課優(yōu)勢

線下授課同樣具有許多優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在：和學(xué)生面對面同處一室進(jìn)行課程講授，教師能夠更好地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，也能夠更好地與學(xué)生進(jìn)行交流，從而更輕松地調(diào)動課堂氛圍，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；學(xué)生聚集在一個教室學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)氛圍濃厚，學(xué)生會全身心投入學(xué)習(xí)中。對于學(xué)生來說，當(dāng)他處于一個群體之中時，他很容易跟著大部分學(xué)生一起學(xué)習(xí)，其中較為刻苦勤奮的學(xué)生也能夠?qū)淌覂?nèi)的其他學(xué)生起到表率和引導(dǎo)作用。

這些優(yōu)勢對于線上直播授課來說，往往會被淡化或者削弱。要打造一個兼顧線上和線下兩種模式優(yōu)點(diǎn)的新模式，就應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮線下授課的這兩點(diǎn)優(yōu)勢。

對于工程分析程序設(shè)計(jì)這一課程來說，上機(jī)訓(xùn)練是必不可少的。在實(shí)際的上機(jī)操作過程中，教師應(yīng)當(dāng)始終與學(xué)生在一起，了解學(xué)生上機(jī)的進(jìn)度和效果，對學(xué)生存在的困惑進(jìn)行及時的解答。而學(xué)生之間應(yīng)當(dāng)允許交流、討論，將每一個人的積極性都調(diào)動起來，讓每一個學(xué)生都被機(jī)房內(nèi)的學(xué)習(xí)氛圍所感染。通過上機(jī)操作，大部分學(xué)生應(yīng)當(dāng)能夠?qū)滩纳系闹R點(diǎn)進(jìn)行較為熟練的應(yīng)用，并逐漸達(dá)到工程分析程序設(shè)計(jì)這一門課程的要求。因此，需要進(jìn)一步加大學(xué)生對上機(jī)訓(xùn)練的重視力度。

四、學(xué)生對教學(xué)新模式接受程度的問卷調(diào)研

為了解學(xué)生對教學(xué)新模式的接受度和適應(yīng)性，筆者對參與了新教學(xué)模式的學(xué)生進(jìn)行了一次調(diào)研，調(diào)研問卷題目與得分情況見表1。本次問卷采用不記名的線上問卷形式，最終回收了57份有效問卷，提供的數(shù)據(jù)能夠支撐得出的結(jié)論。

本次調(diào)研問卷中各題調(diào)查結(jié)果如圖2所示，從中可以看出采用的“線上+線下”教學(xué)新模式得到了大部分學(xué)生的認(rèn)可，取得了良好的教學(xué)效果，切實(shí)解決了傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式存在的一些問題。

五、課程思政

2020年4月22日，習(xí)近平總書記蒞臨西安交通大學(xué)考察調(diào)研，親切接見了西遷老教授，再次高度贊揚(yáng)了“西遷精神”，指出“西遷精神”的核心是愛國主義，精髓是聽黨指揮跟黨走，與黨和國家、與民族和人民同呼吸、共命運(yùn)。習(xí)近平總書記針對高校思政教育提出了明確要求，強(qiáng)調(diào)“要用好課堂教學(xué)這個主渠道，思想政治理論課要堅(jiān)持在改進(jìn)中加強(qiáng)，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學(xué)生成長發(fā)展需求和期待，其他各門課程都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”[4]。習(xí)近平總書記還指出，“好的思想政治工作應(yīng)該像鹽，但不能光吃鹽，最好的方式是將鹽溶解到各種食物中自然而然吸收”[5]。筆者在工程分析程序設(shè)計(jì)課程的具體授課中，始終高度重視課堂思政的作用，認(rèn)為通過對學(xué)生進(jìn)行積極引導(dǎo)能夠很好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。為深入貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記的重要指示，筆者一直積極探索如何在專業(yè)課教學(xué)中實(shí)現(xiàn)課程思政。在實(shí)際教學(xué)過程中，筆者針對工程分析程序設(shè)計(jì)在本專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方案中的地位，首先會為學(xué)生講述本專業(yè)的由來以及建立的初衷，以我國核工業(yè)傳承的精神為火種，點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)激情。當(dāng)遇到過于困難的知識點(diǎn)，學(xué)生陷入困境時，筆者會結(jié)合“西遷人”的小故事展現(xiàn)西安交通大學(xué)西遷的大歷史，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生體悟“西遷精神”的歷史價值和時代內(nèi)涵。在課程結(jié)束時，筆者欣喜地看到，學(xué)生不僅得到了程序設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練、學(xué)到了扎實(shí)的專業(yè)知識，而且增進(jìn)了對西安交通大學(xué)中國核工業(yè)的創(chuàng)業(yè)史、發(fā)展史、奮斗史的了解，增強(qiáng)了文化自信，堅(jiān)定了將自身發(fā)展與國家需要緊密結(jié)合起來的理想抱負(fù)。

六、總結(jié)

本文在教育部積極倡導(dǎo)將“線上+線下”教學(xué)新模式從“疫情防控常態(tài)化下的措施”轉(zhuǎn)化為“平時機(jī)制”的大背景下，從工程分析程序設(shè)計(jì)這門課程教學(xué)模式改革的意義出發(fā)，基于線上教學(xué)平臺建立了本課程的“線上+線下”教學(xué)新模式。新的教學(xué)模式相較傳統(tǒng)的教學(xué)模式，在演示效果、互動方式和課程資源等方面均做出了改進(jìn)，有效提升了學(xué)生的參與度和積極性，得到了學(xué)生的廣泛認(rèn)可和高度評價。此外，在書本內(nèi)容教學(xué)的基礎(chǔ)上，筆者還將思政教育融入教學(xué)過程，使工科學(xué)生在深入掌握專業(yè)知識的同時，培育了心有大我、至誠報(bào)國的愛國情懷和勇于創(chuàng)新、敢為人先的敬業(yè)精神，更使學(xué)生知識得到了豐富、能力得到了提升、境界得到了升華。綜上，本文探索的新教學(xué)模式取得了較為理想的課程教學(xué)和思政教育效果，有利于更好地踐行立德樹人這一根本任務(wù)。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 教育部召開高校在線教學(xué)國際平臺建設(shè)工作視頻會議[EB/OL].（2020-04-10）[2020-08-15].http：//www.snedu.gov.cn/jynews/jyyw/202004/10/100764.html.

[2] 白云，李學(xué)哲，陳國新，等.FORTRAN95程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[3] 張邁曾.賦予西遷精神新內(nèi)涵? 做好新時代的新傳人[J].中國高等教育，2018（Z1）：38-41.

[4] 習(xí)近平.習(xí)近平談治國理政：第2卷 [M].北京：外文出版社，2017.

[5] 習(xí)近平在全國高校思想政治工作會議上的講話[N].光明日報(bào)， 2016-12-09（1）.

［責(zé)任編輯：鐘 嵐］