新工科的核心能力與教學(xué)模式探索

宋吉廣，史洪宇，劉彥文

(哈爾濱工程大學(xué) 智能科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

工業(yè)革命是社會(huì)生產(chǎn)力水平發(fā)展到更高階段引發(fā)的變革，在拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)，可以為各行各業(yè)提供有利的發(fā)展支撐，尤其在工程教育領(lǐng)域，工業(yè)革命對(duì)該領(lǐng)域產(chǎn)生的影響較大。由于在工業(yè)革命中，社會(huì)需要大量的工業(yè)人才，所以學(xué)校在組織新工科教學(xué)時(shí)，應(yīng)結(jié)合社會(huì)需求加大核心能力培養(yǎng)，積極探索適合學(xué)生的教學(xué)模式，改善以往教學(xué)中的不足，有序提升新工科教育教學(xué)質(zhì)量。

一、新工業(yè)革命與工程發(fā)展的新趨勢(shì)

(一)新工業(yè)革命的核心內(nèi)容

早在2011 年的漢諾威博覽會(huì)中，德國(guó)最先提出“工業(yè)4.0”概念。在2013 年，德國(guó)政府正式通過(guò)了“工業(yè)4.0”計(jì)劃，并將其列入到高技術(shù)戰(zhàn)略發(fā)展中來(lái)。之后其他國(guó)家也仿照德國(guó)政府頒發(fā)的“工業(yè)4.0”計(jì)劃，制定類似工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，例如中國(guó)《中國(guó)制造2025》。通過(guò)這些計(jì)劃以提升其工業(yè)和產(chǎn)品在國(guó)際中的競(jìng)爭(zhēng)力，力求在接下來(lái)一輪的工業(yè)化革命之中占據(jù)一席之地。

在“工業(yè)4.0”計(jì)劃中，企業(yè)在發(fā)展工業(yè)的過(guò)程中會(huì)建設(shè)全球網(wǎng)絡(luò)，力求將機(jī)械、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)和加工設(shè)備結(jié)合成信息物理系統(tǒng)。在現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行工業(yè)制造時(shí)，這些工業(yè)機(jī)械、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)和加工設(shè)備都能靈活自如地交換信息、遠(yuǎn)程控制工業(yè)操作，有利于企業(yè)在制造、使用材料和管理生命周期中，促使制造業(yè)向著智能化方向發(fā)展，將集中式控制轉(zhuǎn)向分散式，建設(shè)靈活的數(shù)字化和信息化產(chǎn)品服務(wù)模式?？傮w而言，工業(yè)4.0 核心內(nèi)容包含了三大主題和九項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。

三大主題分別是智能工廠、智能生產(chǎn)、智能物流。其中智能工廠重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)和過(guò)程。智能生產(chǎn)牽涉到企業(yè)的工業(yè)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及3D 技術(shù)應(yīng)用，在“工業(yè)4.0”計(jì)劃中，為中小型企業(yè)帶來(lái)了發(fā)展契機(jī)，促使大多數(shù)中小型企業(yè)成為智能生產(chǎn)的主力軍。智能物流就是指企業(yè)在生產(chǎn)中，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將物流資源整合起來(lái)，力求最大限度發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)物流資源管理的作用，需求方可以在較短時(shí)間內(nèi)獲得服務(wù)匹配與物流數(shù)據(jù)，隨時(shí)了解物資的生產(chǎn)運(yùn)輸情況。

九項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)包含大數(shù)據(jù)分析、自主機(jī)器人、模擬、水平和垂直系統(tǒng)集成、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)安全、云計(jì)算、增材制造、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。大數(shù)據(jù)分析就是指工業(yè)在生產(chǎn)中，將相關(guān)行業(yè)的信息資源收集到一起，例如生產(chǎn)設(shè)備、數(shù)據(jù)系統(tǒng)、企業(yè)和客戶管理系統(tǒng)等，可以根據(jù)數(shù)據(jù)整合到的數(shù)據(jù)資源，分析工業(yè)發(fā)展方向，為今后產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。自主機(jī)器人通常被企業(yè)應(yīng)用到完成繁雜的工業(yè)制造中來(lái)，要求企業(yè)形成人與機(jī)器交互合作的生產(chǎn)模式，這樣可以減少工業(yè)的經(jīng)濟(jì)付出成本，提升工業(yè)生產(chǎn)效率。模擬是指企業(yè)在工業(yè)制造中，利用3D 虛擬技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品、加工材料，并利用虛擬技術(shù)測(cè)驗(yàn)新型產(chǎn)品在后期投入使用中的問(wèn)題，從而結(jié)合虛擬測(cè)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，切實(shí)提高生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量。水平和垂直系統(tǒng)集成一般會(huì)被應(yīng)用到跨公司合作中來(lái)，借助數(shù)據(jù)集成網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化價(jià)值鏈。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是指企業(yè)在生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，利用傳感器和嵌入式計(jì)算方式，操控現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備，確保生產(chǎn)設(shè)備能夠平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。網(wǎng)絡(luò)安全是通過(guò)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，保證工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的管理系統(tǒng)有序?qū)嵤Ｔ朴?jì)算是指利用機(jī)床數(shù)據(jù)和功能，將監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)用于云端，實(shí)現(xiàn)跨公司數(shù)據(jù)共享模式。增材制造通常會(huì)被用到小批量定制產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中來(lái)，這種技術(shù)既可以減少原材料需求量，還能增加生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是指通過(guò)虛擬技術(shù)對(duì)生產(chǎn)人員進(jìn)行培訓(xùn)，支持各種生產(chǎn)服務(wù)，并在工人生產(chǎn)中為其實(shí)時(shí)提供產(chǎn)品生產(chǎn)情況，協(xié)助工作人員靈活控制產(chǎn)品生產(chǎn)流程。

(二)工程發(fā)展新趨勢(shì)

這些年我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度較快，推動(dòng)了工程領(lǐng)域發(fā)展，能夠在生產(chǎn)產(chǎn)品中有效滿足市場(chǎng)和消費(fèi)者需求。第四次工業(yè)革命轉(zhuǎn)變了人們的生活方式，對(duì)工程領(lǐng)域人才培養(yǎng)提出更高要求。在未來(lái)工業(yè)發(fā)展中，工程領(lǐng)域會(huì)出現(xiàn)如下新型發(fā)展趨勢(shì)。

首先，可持續(xù)發(fā)展。近幾年全球資源能源消耗嚴(yán)重，各個(gè)國(guó)家為了保護(hù)環(huán)境大力倡導(dǎo)減少碳排放，尤其工程領(lǐng)域意識(shí)到自身對(duì)可持續(xù)發(fā)展的重要影響，加大對(duì)新型生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)，創(chuàng)新工程設(shè)備，力求工業(yè)在生產(chǎn)、加工制造中可以減少對(duì)資源能源的需求，降低碳排放，為可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

其次，計(jì)算能力。當(dāng)今社會(huì)微型化推動(dòng)了傳統(tǒng)計(jì)算能力發(fā)展，以往需要超過(guò)幾個(gè)月才能完成的工程計(jì)算量，現(xiàn)在可以在較短時(shí)間內(nèi)快速完成。自主學(xué)習(xí)計(jì)算方式促使簡(jiǎn)單工程任務(wù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，能夠協(xié)助工程師處理更加繁雜的工程任務(wù)，并即時(shí)提供高價(jià)值服務(wù)，尤其尖端高新技術(shù)工具和跨學(xué)科合作，有效提高團(tuán)隊(duì)和個(gè)人之間的團(tuán)結(jié)合作能力，增強(qiáng)個(gè)人處理復(fù)雜難題的能力。

再者，大數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算能力不斷發(fā)展，人們收集各個(gè)行業(yè)發(fā)展數(shù)據(jù)的能力有所提升，研究者能夠在分析數(shù)據(jù)的過(guò)程中，探索新型數(shù)據(jù)模式。數(shù)據(jù)科學(xué)作為一種跨學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)，如今已被稱為科學(xué)研究的“第四范式”，利用數(shù)據(jù)分析和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)探索的方式，研究人員可以借助數(shù)據(jù)分析以往難以解決的工業(yè)問(wèn)題。

另外，納米技術(shù)和3D 打印材料。以往工業(yè)領(lǐng)域在生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，通常存在產(chǎn)品質(zhì)量較低的現(xiàn)象，納米技術(shù)可以有效解決這一難題，并且可以提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的污染程度。3D 打印材料包含碳纖維、玻璃、導(dǎo)電油墨、電子、制藥和生物材料，這些材料如今已經(jīng)被應(yīng)用到航空航天、醫(yī)療、汽車和能源等領(lǐng)域的設(shè)備制造中來(lái)。

最后，跨學(xué)科合作。在21 世紀(jì)工程研發(fā)中，以往學(xué)科之間的界限已經(jīng)被打破，現(xiàn)代工程在發(fā)展中涉及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化等領(lǐng)域，要求不同學(xué)科之間進(jìn)行融合，通過(guò)合作創(chuàng)新的方式解決工業(yè)發(fā)展難題。

二、新工科學(xué)生需要掌握的核心能力

雖然如今的新工科領(lǐng)域，對(duì)核心能力未有精準(zhǔn)界定，但是在新工業(yè)的發(fā)展背景中，對(duì)工程教育教學(xué)質(zhì)量具有更高要求，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)階段掌握更多解決問(wèn)題的能力，建立完善的知識(shí)結(jié)構(gòu)，力求學(xué)生在學(xué)習(xí)中形成個(gè)人效能、知識(shí)能力、學(xué)術(shù)能力、技術(shù)能力和社會(huì)能力等核心能力，這些核心能力具體表現(xiàn)如下。

(一)個(gè)人效能

這項(xiàng)效能需要學(xué)生建設(shè)終身學(xué)習(xí)的思想理念，個(gè)人行事作風(fēng)誠(chéng)信正直，品性端正。同時(shí)，還需要學(xué)生具有主動(dòng)承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)精神，在學(xué)習(xí)階段形成較高的工作責(zé)任感，能夠以積極的態(tài)度投入到工作中來(lái)，做到愛(ài)崗敬業(yè)。再者，學(xué)生在發(fā)展中應(yīng)具備良好的適應(yīng)環(huán)境能力，具備換位思考能力，能夠在不同環(huán)境中理解他人，并約束自身行為，處理好自身與他人之間的關(guān)系。

(二)知識(shí)能力

對(duì)于工科學(xué)科而言，大部分以理科知識(shí)為主，學(xué)生容易將學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)重心放到理科知識(shí)探索中來(lái)，忽視了人文知識(shí)學(xué)習(xí)。但是在新工科的背景中，既需要學(xué)生掌握完善的數(shù)學(xué)、科學(xué)知識(shí)，還要學(xué)生了解人文藝術(shù)方面的內(nèi)容，這樣可以以健全的思維方式分析工程知識(shí)。另外，隨著新型革命產(chǎn)生，信息技術(shù)發(fā)展速度加快，人工智能技術(shù)成為工業(yè)生產(chǎn)的主要趨勢(shì)，因此學(xué)生也應(yīng)在學(xué)習(xí)階段掌握完善的信息技術(shù)知識(shí)，熟知各個(gè)工程所需要的技術(shù)知識(shí)，并結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)需求學(xué)習(xí)部分金融、網(wǎng)絡(luò)和法律知識(shí)等，豐富自身的知識(shí)儲(chǔ)備量。

(三)學(xué)術(shù)能力

學(xué)術(shù)能力要求學(xué)生能夠根據(jù)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)處理問(wèn)題，在解決問(wèn)題中形成批判性思維，學(xué)會(huì)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行定量分析，結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果制定解決對(duì)策，并對(duì)自己解決問(wèn)題的能力進(jìn)行客觀評(píng)估。

(四)技術(shù)能力

在新工科背景中，需要學(xué)生具備分析數(shù)據(jù)的能力、能夠利用信息技術(shù)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全，學(xué)生能夠?qū)?shù)據(jù)與信息進(jìn)行全面收集與分析，確保數(shù)據(jù)完整性、安全性，能夠獨(dú)立操作計(jì)算機(jī)設(shè)備，并會(huì)利用計(jì)算機(jī)掌控不同機(jī)器生產(chǎn)。還需要學(xué)生具備良好的學(xué)習(xí)能力，能夠根據(jù)新工科發(fā)展需求跨學(xué)科學(xué)習(xí)，有序培養(yǎng)自身的創(chuàng)新思維。

(五)社會(huì)能力

社會(huì)能力是在社會(huì)發(fā)展的過(guò)程中被提出來(lái)的，學(xué)生需要掌握不同工程的理論知識(shí)，善于團(tuán)隊(duì)協(xié)作處理問(wèn)題，并在合作解決問(wèn)題中逐步培養(yǎng)自身的領(lǐng)導(dǎo)能力，加強(qiáng)培養(yǎng)自身的人際溝通能力。

三、新工科學(xué)生現(xiàn)存問(wèn)題

首先，學(xué)生缺乏自主解決問(wèn)題的能力。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在我國(guó)絕大多數(shù)工科教育實(shí)施的過(guò)程中，學(xué)生無(wú)法通過(guò)自己的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)處理問(wèn)題，部分學(xué)生在面對(duì)問(wèn)題時(shí)，受到問(wèn)題復(fù)雜性的影響，產(chǎn)生逃避心理，不能以積極的態(tài)度面對(duì)問(wèn)題、處理問(wèn)題。

其次，學(xué)生創(chuàng)新能力較為薄弱。雖然這些年我國(guó)大力倡導(dǎo)教育教學(xué)改革，但是應(yīng)試教育在我國(guó)實(shí)施時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致學(xué)生的慣性思維難以在較短時(shí)間內(nèi)得到改善，部分學(xué)生認(rèn)為在本科階段只要掌握工科理論知識(shí)即可，忽視了自身創(chuàng)新能力培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)校在準(zhǔn)備工科創(chuàng)新型比賽時(shí)，學(xué)生無(wú)法以良好的態(tài)度參與其中。

再者，學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力較差。在新工科背景中，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力屬于社會(huì)能力，是學(xué)生必須具備的一項(xiàng)核心能力。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力較差，在完成團(tuán)體任務(wù)時(shí)，受到拖延懶散心理影響，無(wú)法以積極態(tài)度處理任務(wù)，在完成任務(wù)中發(fā)現(xiàn)難以解決的問(wèn)題時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生相互推脫心理，阻礙了團(tuán)隊(duì)完成任務(wù)的進(jìn)度。

最后，學(xué)生缺乏工程素養(yǎng)。部分工科學(xué)生在進(jìn)入到大學(xué)之后，學(xué)習(xí)態(tài)度比較消極，對(duì)專業(yè)課的理論知識(shí)掌握不夠牢固，缺乏完善的網(wǎng)絡(luò)原理知識(shí)儲(chǔ)備，對(duì)工科領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)了解不夠全面，工程素養(yǎng)較低。

四、新工科互動(dòng)教學(xué)策略

(一)數(shù)字原生代學(xué)習(xí)特點(diǎn)

如今的大學(xué)生與以往大學(xué)生不同，他們被稱為“數(shù)字原生代”或者“網(wǎng)絡(luò)一代”，這些大學(xué)生在成長(zhǎng)中基本上被網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)新聞環(huán)繞，學(xué)生通常是利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)了解社會(huì)，習(xí)慣在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中探尋信息，并完善自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。當(dāng)今大學(xué)生是第一批虛擬學(xué)習(xí)者，他們的感官系統(tǒng)逐漸與現(xiàn)實(shí)世界隔離，習(xí)慣長(zhǎng)時(shí)間沉浸在由計(jì)算機(jī)技術(shù)掌控的虛擬信息空間中，并接受網(wǎng)絡(luò)信息給自身提供的數(shù)據(jù)分析。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度加快，大學(xué)生在學(xué)校擁有非常多的學(xué)習(xí)資源，并且可以利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)習(xí)新型知識(shí)，數(shù)字原生代大學(xué)生習(xí)慣游戲型學(xué)習(xí)方式，習(xí)慣線上直接反饋交互溝通，傾向于網(wǎng)絡(luò)社交，在工作中擅長(zhǎng)多種任務(wù)非線性處理，思維上擅長(zhǎng)掃描式閱讀，批判性思維較強(qiáng)，具體表現(xiàn)如下。

依賴網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字原生代學(xué)生希望時(shí)刻與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系到一起，絕大多數(shù)學(xué)生都是伴隨電腦、智能手機(jī)和社交媒體成長(zhǎng)起來(lái)的，習(xí)慣通過(guò)各種移動(dòng)終端設(shè)備瀏覽新聞信息，或者線上網(wǎng)絡(luò)文學(xué)，這就導(dǎo)致閱讀傳統(tǒng)印刷文本的學(xué)生人數(shù)越來(lái)越少。

精通技術(shù)。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，數(shù)字原生代學(xué)生精通各種軟件操作技術(shù)，并樂(lè)于研究新型技術(shù)，希望通過(guò)探索高端技術(shù)給自身帶來(lái)便利，習(xí)慣利用網(wǎng)絡(luò)共享資源庫(kù)與學(xué)術(shù)資料進(jìn)行課程論文調(diào)研。

社交互動(dòng)。數(shù)字原生代學(xué)生對(duì)數(shù)字技術(shù)具有較高興趣，習(xí)慣在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行社交互動(dòng)，尤其在學(xué)習(xí)中碰到復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，習(xí)慣通過(guò)線上互動(dòng)的方式相互探討解決方式，甚至部分學(xué)生會(huì)花費(fèi)大量的個(gè)人時(shí)間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)游戲或者聊天。

游戲化學(xué)習(xí)。利用游戲的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)是數(shù)字原生代學(xué)生的顯著特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有超過(guò)70%的大學(xué)生習(xí)慣通過(guò)互動(dòng)視頻或者網(wǎng)絡(luò)游戲?qū)W習(xí)的方式，完成學(xué)習(xí)任務(wù)，并且這些游戲化學(xué)習(xí)大部分都是在多任務(wù)的環(huán)境中同時(shí)開展。

(二)新工科教學(xué)策略

近些年我國(guó)現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展水平較高，絕大多數(shù)區(qū)域高校正在探尋新型教學(xué)策略，力求最大程度滿足工科學(xué)生學(xué)習(xí)需求，轉(zhuǎn)變師生之間的教與學(xué)關(guān)系，以下是新工科典型教學(xué)策略。

合作學(xué)習(xí)。教師在組織新工科教學(xué)時(shí)，將合作學(xué)習(xí)策略滲透到課堂教學(xué)中，并積極創(chuàng)建學(xué)習(xí)社區(qū)，對(duì)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的過(guò)程重視程度較高，師生可以在合作學(xué)習(xí)中進(jìn)行有效溝通，在互動(dòng)探討中深入挖掘更多工科領(lǐng)域的特定主題，采用網(wǎng)絡(luò)測(cè)試、合作調(diào)研等方式，逐步了解工科知識(shí)。

整合教育技術(shù)。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，教師可以在開展工科教學(xué)時(shí)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容選擇教學(xué)技術(shù)，通過(guò)多媒體營(yíng)造課堂學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以結(jié)合多媒體內(nèi)容與教師進(jìn)行交流；借助網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源能夠豐富學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備，幫助學(xué)生更好地掌握專業(yè)知識(shí)。

創(chuàng)建虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境。信息技術(shù)可以拓展學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以利用移動(dòng)終端，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)選擇不同方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。再者，虛擬學(xué)習(xí)技術(shù)可以采用多種形式，比如交互式協(xié)作、慕課、教學(xué)視頻等傳播知識(shí)點(diǎn)，能夠有效滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

五、新工科智慧教學(xué)模式

(一)深度學(xué)習(xí)

這些年國(guó)內(nèi)外高校在工科教學(xué)中重視學(xué)生自學(xué)能力培養(yǎng)，要求教師以學(xué)生為中心設(shè)計(jì)教學(xué)模式，提高工科課堂教學(xué)的針對(duì)性，促使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向主動(dòng)學(xué)習(xí)，從教師為中心轉(zhuǎn)向?qū)W生為中心，使得學(xué)生在探索知識(shí)點(diǎn)中能夠提升自身解決問(wèn)題能力，強(qiáng)化學(xué)生深度學(xué)習(xí)水平。由于每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)力不同，學(xué)生可以選擇不同深度學(xué)習(xí)方式探索學(xué)習(xí)。常見(jiàn)深度學(xué)習(xí)方式有兩種，分別是對(duì)知識(shí)淺層加工記憶和深度加工學(xué)習(xí)，其中對(duì)知識(shí)進(jìn)行淺層加工記憶是指學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，并且學(xué)生在掌握知識(shí)中，只是根據(jù)考試內(nèi)容分析知識(shí)點(diǎn)內(nèi)涵，沒(méi)有對(duì)知識(shí)理論進(jìn)行深入探索。深度加工學(xué)習(xí)是指學(xué)生利用高級(jí)認(rèn)知技能處理信息，并利用自己的知識(shí)儲(chǔ)備進(jìn)行轉(zhuǎn)化理解，能夠結(jié)合自己的學(xué)習(xí)思維搭建新舊知識(shí)聯(lián)系，深度加工學(xué)習(xí)既是一種學(xué)習(xí)方式，也是一種學(xué)習(xí)理念，能夠?qū)W(xué)生學(xué)習(xí)行為或者學(xué)習(xí)體驗(yàn)產(chǎn)生積極影響。由此可以看出，深度學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生核心能力和學(xué)習(xí)成果的重要方式，學(xué)生探索學(xué)習(xí)的方式越深入，學(xué)習(xí)效果就越好。

(二)混合學(xué)習(xí)

信息技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展速度較快，對(duì)各行各業(yè)都產(chǎn)生了顯著影響，并且成為21 世紀(jì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要要素。這些年教育領(lǐng)域也積極將通信技術(shù)和信息技術(shù)引入到課堂教學(xué)中來(lái)，促使混合學(xué)習(xí)得到有效普及?；旌蠈W(xué)習(xí)是一種學(xué)習(xí)環(huán)境，立足傳統(tǒng)面對(duì)面教學(xué)方式，利用信息技術(shù)進(jìn)行在線教學(xué)，并根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際制定教學(xué)方式，力求提升學(xué)生課堂學(xué)習(xí)質(zhì)量。當(dāng)教師在工科教學(xué)中應(yīng)用混合學(xué)習(xí)教學(xué)模式時(shí)，應(yīng)將傳統(tǒng)教學(xué)和在線教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)融合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)環(huán)境和面對(duì)面教學(xué)環(huán)境平衡。但是不同學(xué)生具有不同的學(xué)習(xí)技巧，這就需要教師在組織工科教學(xué)中使用不同的教學(xué)方式，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)需求制定多種教學(xué)措施，提升課堂教學(xué)效益成本的有效性。并且混合教學(xué)模式操作簡(jiǎn)便，如今已經(jīng)被廣大工科高校所使用，在利用混合教學(xué)模式開展教學(xué)時(shí)，不受時(shí)空限制，能夠給學(xué)生留有充足的參與學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂、移動(dòng)學(xué)習(xí)、慕課學(xué)習(xí)等方式，充分發(fā)揮混合教學(xué)在時(shí)間和空間方面的靈活性，增強(qiáng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果。

(三)虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境

近些年在線學(xué)習(xí)已經(jīng)成為高等教育的重要發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式逐漸向虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境轉(zhuǎn)變，尤其這些年在工科教學(xué)中通過(guò)使用虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，促使師生實(shí)現(xiàn)線上互動(dòng)交流，學(xué)生在學(xué)習(xí)中出現(xiàn)困惑時(shí)，可以第一時(shí)間詢問(wèn)教師，提高學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的主要功能有課程地圖、師生在線支持、課程資源鏈接、在線作業(yè)、在線考試等，它既是一種被教師設(shè)計(jì)好的學(xué)習(xí)信息交流空間，也是同步或者異步社交空間，整合了多種媒體教學(xué)工具，將物理環(huán)境與虛擬數(shù)字環(huán)境組合到一起，這就促使學(xué)生既是知識(shí)的學(xué)習(xí)者，也是知識(shí)的創(chuàng)造者。虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境能夠?yàn)閷W(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)提供良好的課堂環(huán)境，教師可以在組織工科教學(xué)中將全班學(xué)生分成多個(gè)小組，讓學(xué)生在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中通過(guò)在線調(diào)查、在線互動(dòng)等方式，交互分享學(xué)習(xí)資源，例如教師可以給學(xué)生傳送學(xué)習(xí)課件、教學(xué)文檔等，學(xué)生可以向教師在線反饋?zhàn)鳂I(yè)文檔、學(xué)習(xí)資料搜集文檔等。再者，教師可以根據(jù)工科教學(xué)內(nèi)容，借助網(wǎng)易云課堂、TED、YouTube 等學(xué)習(xí)網(wǎng)站，將外部教學(xué)資源引入到虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中，豐富學(xué)生在線學(xué)習(xí)資源，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求。

(四)學(xué)習(xí)分析

學(xué)習(xí)分析是Web 分析在工科教學(xué)中的運(yùn)用，Web分析是企業(yè)分析相關(guān)行業(yè)商業(yè)活動(dòng)，明確消費(fèi)者消費(fèi)需求，制定行業(yè)發(fā)展方向，當(dāng)教師在工科教學(xué)中應(yīng)用學(xué)習(xí)分析，能夠?qū)W(xué)生在線上學(xué)習(xí)的情況收集整理起來(lái)，探索學(xué)生學(xué)習(xí)薄弱點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容制定今后教育目標(biāo)。學(xué)習(xí)分析能夠幫助教師測(cè)驗(yàn)、整理和報(bào)告學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，協(xié)助教師理解、優(yōu)化教學(xué)環(huán)境，提高課堂教學(xué)針對(duì)性，調(diào)動(dòng)學(xué)生自覺(jué)參與學(xué)習(xí)的興趣，評(píng)估學(xué)生完成學(xué)業(yè)并取得成功的多重因素。但是如今學(xué)習(xí)分析正處于發(fā)展階段，對(duì)學(xué)生在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)應(yīng)用自動(dòng)化方面存在局限性，學(xué)生學(xué)習(xí)的個(gè)人隱私無(wú)法得到有效保障，需要國(guó)家加大學(xué)習(xí)分析的研究力度。

六、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，第四次工業(yè)革命的產(chǎn)生，推動(dòng)了新工科的產(chǎn)生和發(fā)展，對(duì)高校工科教學(xué)質(zhì)量提出更高要求，需要教師在組織工科教學(xué)中，根據(jù)社會(huì)對(duì)新工科人才的核心能力需求，制定多種教學(xué)模式，通過(guò)深度學(xué)習(xí)、混合學(xué)習(xí)、虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)分析等教學(xué)模式，促使學(xué)生以積極的態(tài)度參與到工科學(xué)習(xí)中來(lái)，大力培養(yǎng)學(xué)生探索學(xué)習(xí)能力，促使學(xué)生在掌握知識(shí)點(diǎn)的過(guò)程中有序提升核心能力，增強(qiáng)新工科課堂教育教學(xué)質(zhì)量。