特殊时期新工科课程在线教学方法实践与思考

丁 研 

天津大学 环境科学与工程学院 天津 300350

[摘  要]在特殊时期“停课不停学”的号召下，网络在线教学的模式使不同功能的网络教学平台得到了快速发展。然而，在线教学在形式上的局限性，对“新工科”背景下的实践教学提出了挑战。研究对特殊时期的教学方式如何培养学生的工程实践能力进行了思考和归纳，分别针对教学理念、教学方法、技术手段和考评方式等教学环节，提出了系统化的解决方案，并通过总结在线教学中的心得体会，为构建线上教学的实践方法和完善线下教学的模式改进提供了参考。

[关键词]特殊时期；新工科课程；在线教学；实践能力

[基金项目]2020年度天津大学“研究生创新人才培养”项目（YCX202045）。

[作者简介]丁研，（1984-），男，天津人，工学博士，天津大学副教授，博士生导师，主要从事建筑环境与能源应用工程专业课程教学研究。

[中图分类号]：G642.0 [文献标识码]：A   

1 特殊时期对教学模式的挑战

为保证在特殊时期教育教学工作的顺利开展，响应教育部“停课不停学”的号召，各大高校纷纷转战网络，利用互联网资源尝试和发展远程教学。网络教学的顺利开展得益于数量众多的互联网软件和平台，例如钉钉、腾讯会议、飞书等支持在线直播、视频会议的软件为教师和学生提供实施授课和沟通的平台；又如专业的教学软件超星学习通、腾讯课堂等为教师及时发布课件和练习，进行随堂测试提供了可能^[1]。尽管如今发达的互联网技术为特殊时期的教学提供了诸多便利，但网络教学此前一直作为传统教学的补充形式，并未得到广泛的实践检验，线上教学的形式并未得到充分探索，教育教学的方法并未得到有效时间，相应的实施方法也并未得到充分完善，故此次特殊时期不仅给网络在线教学这一新兴的教学模式提供了空前的机会，同时也对在线教学的效果提出了挑战。

在线教学对于教师教学效果提出了挑战。在线教学过程中，学生和老师都是面对电子屏幕，教师无法如线下教学时通过肢体语言或眼神交流来和学生互动，无法及时得到学生对教学内容的反馈。其次，由于设备的限制，教师在软件上并不方便进行板书展示，课堂上的大部分时间教师只能通过软件提供的“屏幕共享”功能展示提前准备好的PPT。受制于设备，课外延展知识只能通过教师口述讲解，教学的形式受到极大影响。除了对教学形式上的影响，网络速度和终端设备性能的水平也将影响教学效果，教师想要学生打开摄像头以便于交流，然而当学生打开摄像头时又对网络速度、设备性能和软件平台的稳定性提出了极高的要求，信号不佳或软件平台不稳定等意外情况将导致直播卡顿甚至中断，教学的连续性无法保证将严重影响教学效果。

在线教学对于学生学习效果提出了挑战。在线教学过程中，学生的摄像头一般不开启，无法得到教师的有效监督，教师仅能通过点名和提问的方式确认学生是否还在设备前认真听课。且由于学生大多在家上课，无法确保安静的学习环境，周围也缺少在教室和多人一起上课时的学习氛围，学生容易受到干扰而注意力不集中，导致学习效果不理想。在和其他教师的交流中，笔者发现授课过程中，部分自制力较差的学生在床上上课、上课时吃饭和虽然在课堂内登陆但人已不在设备前的情况并不是偶然现象。此外，在线上教学的初期由于软件功能不足够完善，学生作业无法得到有效的收集，在缺乏监督的情况下，学生能否独立完成教师通过网络发布的电子考核任务全凭学生自觉。此外，学生若通过网络查找答案则无法有效地对自己的学习情况进行巩固和检验，教师也无法从反馈的考核情况了解学生真实的掌握程度，学生的学习效果将受到影响^[2]。

在线教学对“新工科”背景下实践教学提出了挑战。国家近些年开展的“新工科”改革行动旨在对传统工科进行改造和升级，培养具有创新驱动性和实践能力强的新工科人才。在这种背景下，工科学生的培养需要在课堂中增加标准规范的学习和对比环节、课程实践环节和适当的工程实习环节。实践教学需要到特定的教学场所，使用特定的实验设备，操作特定的仪器，并在实践过程中不断进行反馈和解答。工程实习环节需要学生在教师的带领下进入企事业单位的一线工作岗位进行认知学习^[3]。但网络在线教学无法提供线下实践教学和实习所需的场所和设备，无法满足“重实践”的教学需求。

本文针对特殊时期在线教学中遇到的挑战和困难，结合多年的线下教学经验和一年多来的线上教学实践，对特殊时期的教学方式进行了思考和归纳，并针对“新工科”背景下如何通过灵活设置的在线教学环节提高学生实践能力提出了系统化的解决方案。

2 特殊时期的在线教学方法

2.1学生为中心的教学理念

学生是教育教学的核心，在教师和学生无法面对面授课的在线教学时期，更应该明确“以学生为中心”的教学理念^[2]。教师要积极调整教育教学方法，从学科和生活的结合点入手，对教学大纲进行有针对性的修订，适当调整教学内容。教学过程中应针对学生的具体情况，有针对性地创设与学习主题相关的情境，利用问题探究创设教学情境，组织学生合作学习等。海量的网络资源为教师提供了方便，教师应创造性得选择和利用这些资源，进行最优的组合，为学生提供一个更加完整、真实、多样的问题背景。教师需要重新精心制作在线教学的课件，使PPT的显示格式和教学内容能够更贴近学生的需求。教师也应努力提升自己的授课能力，积极引用有趣的工程实例提升课堂的趣味性和实践性，通过多元化的展示手段使学生能够沉浸在教师搭建的教学情境中。沉浸在这样的情境中，学生能充分理解教师所讲的内容，掌握知识和技能,充分提升在线教学效果^[4]。

2.2创新的互动教学方法

基于在线教学信息技术平台，教师应充分运用云端平台，增进师生互动和协作交流，使“教”与“学”相互渗透、融合一体，将两者作为一个统一的系统整体来考虑，分阶段（课前、课中、课后）设计互动方式。

课前阶段，教师利用在线教学平台的后台统计系统，掌握学生历史成绩和作业情况，有针对性地制定教学目标。通过平台向学生推送微课视频、学习课件、预习测试题等预习内容，学生通过在课前完成预习并提交到平台上，针对预习中的问题基于平台进行相关讨论。课中阶段，教师直播授课并通过信息技术平台下达实时学习探究任务和要求，以及任务完成后的随堂测验题目，还可以组织学生开展在线协作学习，提交成果并展示。课后阶段，学生可利用平台反映作业中存在的问题，教师可直接在平台回复，或对提出的问题进行统计，调整教学安排。利用在线教育方式，教师引入多种创新的互动形式，可从传统形式下只能和学生在课堂上开展互动转向可在全时段开展互动，从课前到课后，充分跟进、了解学生的学习动态^[5][6]。

2.3 灵活采用多媒体技术

课堂教学采用实时直播的形式，学生课堂体验与真实感较强，教师与学生可以通过发送弹幕、视频聊天等方式进行双向交流互动，但其缺点在于直播效果因个人设备情况而异，且如果直播过程中没有录制，学生由于设备技术问题故障错过后将无法自主补全。此时可将录播视频以补充资料的形式引入，既可以由本校教师亲自录制，也可以引用MOOC上其他高校的精品课程，方便同学随时观看。此外还可以将录播安插在授课前后，帮助同学课前预习熟悉知识点、课后巩固自我考察^[7]。

讲授过程中引入多种形式的教学材料。除了目前在传统线下授课方式中也普遍运用的PPT课件之外，可在教学过程中引入视频、音频等其他载体的教学材料，为学生提供更强的沉浸感。此外，还可以利用专门的在线教学平台技术，实时发布互动形式的组件，教师可发布材料并设置问题，运用该技术实时跟进学生的掌握情况。

为满足“新工科”对人才培养提出的新需求，笔者在教学过程中尝试与学生共同建设在线教学资源库。利用在线网络教学平台的灵活性建立与本课程相关的标准规范对比平台，丰富学生接触标准规范的途径和渠道。该平台不仅包含正在实行的标准规范，也尽可能收录已作废的标准规范，通过新老标准规范的对比和国内外同类型标准规范的对比，使学生了解我国标准的制定路程和国内外标准规范之间的差别。引导学生重视标准规范的学习，倡导学生积极学习相关行业的标准规范，提前了解行业的发展现状与前景，为自身发展打下良好基础。

2.4灵活化的实践和实习

通过课程实践和工程实习环节可以加深学生对所学知识的理解和掌握，也能引导学生将课本上的知识和现实案例进行对照比较。

传统的课程实践需要学生能够在在线下利用课题组已有的设备在任课教师的引导下完成对科研题目的探索。然而在网络教学中，学生不便于出门开展实践活动，老师和学生也不能够进行面对面的交流指导。但空间上的阻隔并不意味着课程实践环节完全无法开展，为保证课程实践教学环节的有效性和灵活性，笔者通过在实践环节提前布置的不需学生出门即可完成的实践任务，例如建筑建模或建筑运行数据分析等任务，要求学生在数据分析时能够针对国内外标准规范的某一相似条例进行分析对比，探索标准规范制定的内在考虑要素，进而培养学生使用专业软件处理数据、分析数据的能力和将所学知识应用于实践的意识。

在工程实习环节，虽然学生不能够亲身前往企事业单位进行认知实习，但笔者采用了邀请具有人才培养合作关系的企事业单位的高级工程师等具有丰富行业从业经验的人士进行视频连线分享从业经历的形式开展该环节。结合VR工具等实景再现的展示环节，从业人士在连线中分享了自己多年从业的部分经验和对学生的寄语，学生也从经验丰富的从业者这里了解到行业的发展现状，给自己日后的发展和职业规划提供了新的思考。

2.5多元化的评价方式

相较于传统线下教学中侧重于通过最后的考试评定学生学期成绩的方法，笔者认为线上的教学模式更适合开展全过程的多元化测评，即学生最后的成绩的评价以课堂考勤、问题回答、PPT汇报、最终考核四部分组成，其中PPT汇报又分为课程实践成果展示汇报和工程实践感想分享汇报两部分组成。

笔者通过实践认为，此种成绩评定方式不仅可以避免学生在占比最大的线上最终考试中通过作弊的方式获得高分，也能调动起学生在平时学习中的课堂参与度，是一种相对于传统考试方式更加合理的成绩评定方式。笔者已经着手在线下教学中推广使用该种成绩评价方式，收获了良好的效果反馈。

3 提高在线教学过程中学生实践能力的体会

3.1 理论结合实际

笔者认为在线上教学中应结合当前时代背景对新工科课程所提出的新要求、新挑战作为专题纳入到授课过程中，引导学生认真思考工程行业中可能存在的问题，并针对这些问题提出合理的解决方法。此种教学方式可以在增强学生代入感的同时，让学生融会贯通，加强对知识应用于实践的理解。

教学内容应紧跟行业前沿，实时贴合最新标准规范。例如在暖通空调领域，最新版本的建筑能耗标准的结构和制定思路相比以往都发生了很大的变化。这就要求教学要不断更新，不能只靠教本，作为教师应该实时进行知识更新，利用网络资源，尽可能给学生提供了目前最新最全的信息资源，既有利于当前课程的学习，又为日后工作铺垫基础。

3.2 制定课程目标

在教学过程要强调目标导向，利用在线网络教育平台的灵活性，在课堂教学中创设合理的项目任务情境，合理掌握难易程度，将需要理解和掌握的知识点穿插到完成某项任务的过程之中，使学生将知识点连贯起来，获得沉浸式的实践学习体验。例如教师在一章内容结束后提出一个实际工程问题，并邀请学生自主组织章节知识串讲和问题解决提案。或将学生进行分组，发布找出新版建筑能耗标准与以往的不同的目标任务，引导学生对新、旧标准进行系统的梳理和对比，发现标准实施过程中遇到的问题，并整理成汇报PPT进行展示和交流，加强学生印象。学生在每次课程中都能已完成课堂目标为导向，既可以提升学生对理论知识的理解，也能锻炼学生的实践动手能力^[8]。

3.3 明确培养导向

教学应以培养能够承担起我国新时代工科建设的人在为培养目标，在实际教学中紧靠毕业生毕业后的实际岗位技能要求、职业资格考试，聚焦就业工作能力培养。教师一方面可根据课程内容和相关资格考试，搜集相关标准规范，上传到资源库，供同学们下载学习。另一方面以可结合自己、周围同事或者往届优秀毕业生在工作中遇到的现实问题进行汇总和专题整理，补充到日常的正常理论授课中，将理论和实践充分结合起来，引导学生以实践的角度看待具体的问题，倡导学生在日常中发现并使用已经学到的理论知识，培养学生的实践能力。同时，要注重通过标准对比、课程实践和工程实习等环节培养学生的全球观和大局观，注重课程思政建设，引导学生培养以国家为己任，以推动行业发展为愿景和为行业发展做贡献的意识^[9]。

4 结语

在“停课不停学”的特殊时期，在线教学这一长期不被看好的教学形式获得了新的机遇，同时也暴露出教师教学效果、学生学习效果以及实践教学效果等方面的诸多问题，形成了教学方法上的巨大挑战。深入分析线上教学的优势与弊端，全面系统地思考并总结经验与不足，既可以完善线上教学的实践构建，也能为线下教学模式的改进提供新的思考。

特殊时期下的在线教学应明确以学生为中心的指导思想，创新互动的教学方法，在灵活采用多媒体技术的同时不忘开展形式灵活的实践和实习，通过多元化的成绩评定方式引导学生养成功在平时，重视思考，参与实践的学习习惯。

新时代下的在线教学还应积极响应国家“新工科”建设的号召，有意识地加入标准对比、课程实践和工程实习环节，注重于理论结合实际，通过制定阶段化课程目标，引导学生将理论连贯起来并运用到实际中，鼓励学生从真正的工程师角度解决问题，以培养学生的实践能力，将其打造成新工科储备人才。

[参考文献]

[1]刘会虎,刘启蒙,陈孝扬,徐宏杰.特殊时期线上教学模式与教学方法探析[J].吕梁教育学院学报,2021,38(01):80-83.

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[3]丁研.新工科思维引导下的人工环境学教材改革实践[J].天津教育,2020(34):22-23.

[4]詹洪磊.“以学生为中心”的线上教学方法浅析[J].中国多媒体与网络教学学报(上旬刊),2021(04):37-39.

[5]吴悠,林小云.防疫特殊时期高校线上教学的问题与对策[J].教育教学论坛,2020(52):363-364.

[6]李江.特殊时期线上授课模式的探索与思考[J].教育教学论坛,2020(45):225-227.

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[8]于美,宋壮壮,汪杰,李卫平.非常时期非常经验，专业课程育人模式探索[J].科教导刊,2021(10):25-27.

[9]赵月容.疫情防控特殊时期“自动控制原理”线上教学模式的实践与思考[J].黑龙江教育(理论与实践),2020(12):66-67.

Practice and thinking on the online teaching method of new engineering courses in the special period

DING Yan

School of environmental science and technology, Tianjin University,

Tianjin 300350, China

Abstract: In the special period under the call of "classes suspended but learning continues", the online teaching has led to the rapid development of online teaching platforms with different functions. However, the limitations of online teaching posed a challenge to engineering practice in the context of "new engineering". The research considers and summarizes how the teaching methods can cultivate students’ engineering practice ability in the special period, and proposes systematic solutions for teaching concepts, teaching methods, technical measures, and scoring systems, respectively. By summarizing the insights and experience of online teaching in the engineering courses, a reference for constructing and improving engineering practices of both online teaching and offline teaching modes is proposed.

Key words: special period; new engineering courses; online teaching; engineering practice ability