新时代特色工科专业课程混合式智慧教学探索

［摘 要］ 在“双一流”与新工科的强力推动下，智慧教育作为新型教学方式，适应新时代发展需要。航空宇航科学与技术学科的特色专业课程长期面临无法满足学生个体化的多样性学习需求与试验实践动手能力培养的问题，以北京理工大学特色专业课程为例，更新智慧教学理念，通过线上教学平台、虚拟仿真实训系统与智慧教室的有机结合，深度应用先进信息技术平台、大数据处理与虚拟现实技术等，积极探索实践混合式智慧教学，为新时代特色学科专业课程的智慧教学改革与实践提供思路，助力高等院校专业人才培养。

［关键词］ 智慧教育；专业课程；特色学科；教学改革；混合式教学

［基金项目］ 2022年度北京理工大学校级教学改革项目“‘双一流’背景下武器发射工程专业课混合式智慧教学探索”（2023CGJG020）；2024年度教育部产学合作协同育人项目“新时代武器发射工程专业课智慧教学探索”（231001388073903）

［作者简介］ 王文杰（1988—），男，山东烟台人，博士，北京理工大学宇航学院副研究员（通信作者），主要从事航空宇航科学与技术研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）09-0091-04 ［收稿日期］ 2023-03-13

在“双一流”和新工科建设背景下，根据我国现有国情，实现高水准教育现代化、高水平教育强国，建设让党放心、人民满意的世界一流大学。智慧教育顺应科学技术和先进生产力快速发展的新时代背景，充分融合了人工智能、大数据、互联网、虚拟现实等先进信息手段，打破了传统集中式教育的固有模式，已成为教育跨越式发展和教学改革与探索的必然选择，势必有力推进新时代教育信息化发展。

针对传统特色专业课程教学模式固化、教学手段单一、知识体系综合性不高、评价体系不完善、学生获得感较低等问题，本文以北京理工大学航空宇航科学与技术特色专业课程“航空航天测试技术”为例，结合“延河课堂”、乐学、MOOC等智慧教育平台，分析总结特色学科专业课程的现状与迫切需求，基于混合式智慧教育的探索与实践提出应对思路，从智慧课堂的混合式教学开展实践分析，旨在为“双一流”与新工科建设提供新思路，力争打造新时代国际领先的特色学科专业课程。

一、智慧教育概述

（一）智慧教育的内涵

“智慧教育”又称为“教育信息化”，通常是指在教育管理、教育教学、教育科研等教育领域中深入综合运用人工智能技术、新型计算机技术、先进的教与学信息技术等现代教育信息化手段，借助智能教学系统并融入现代教育教学改革，使教学过程数字化、网络化、智能化和多媒体化，通过开放、共享、交互、协作、泛在等手段充分满足学生个性化、智慧化、精准化的学习需求。以教育信息化促进教育现代化，用信息技术改变传统模式。

随着科技水平的迅速发展，结合时代背景，学生的学习需求与培养模式已经不再是传统的单一式、模板化的固有形式，智慧教育打破传统教学壁垒，实质上是教学设计的转变、教学思路的更新、教学环境的提升、教学管理的转型等。智慧教育通过教学理念的转变，在教学目标、教学设置、教学过程、教学安排等方面不断更新，使教学环境突破时空界限。学生的学习不受空间与时间的约束，通过场景互联、虚拟现实等技术访古问今、切身体会，在互动中掌握知识，加深理解。

（二）智慧教育的意义

为进一步推进教育信息化与教育强国建设，积极促进新时代教育信息化建设，国家先后出台了《“十四五”国家信息化规划》《中国教育现代化2035》《教育信息化2.0行动计划》等文件。同时，教育部教育管理信息中心已建成中国教育信息化网，依托部委资源为各级教育行政和教学部门提供教育信息化进程的参考依据。2022年3月28日，教育部教育技术与资源发展中心建设“国家智慧教育公共服务平台”，采用先进的智联网引擎技术为全国高等院校、在校教师学生与相关社会从业人员提供高水平在线教育资源、优质在线教育服务、高品质在线教学管理等。

北京理工大学积极贯彻国家关于教育信息化的相关文件，牵头成立“延河高校人才培养联盟”［1］。应用先进信息化技术平台建设“延河课堂”，采用智联网技术框架，以智慧与互联为理念，摒弃程序化管理模式，再造“人机物环”关系，突破时间约束与学科专业限制，建立以“乐学平台”为基础的智慧教育品牌，通过强化名师教学、智联招聘融动、教育衍生创新，全面激活办学动力，努力打造引领中国未来高等教育变革创新发展的品牌。

二、新时代特色工科专业课程面临的挑战

（一）教学模式传统固化、思路单一

长期以来，传统课堂教学模式已经固化，并逐渐形成了以教师为中心的封闭式课堂模式。至今仍有不少教师认为高校教育与教学改革仅面向教学内容与课程体系，教学方法改革不足以影响教学改革成败，从而忽视教学方法改革的价值和作用［2］。甚至部分教师认为教学就是教师的“教”和学生的“学”简单叠加。专业课程“航空航天测试技术”传统课堂的“填鸭式”“灌输式”教学只能基本了解学生的掌握情况，教师主要关注课堂把控与教学进度控制，较难关注学生的个性化需求，容易忽略学生的自主学习与个性发展。

（二）教学形式枯燥、手段单一

传统课堂的教学基本以教师为中心，设计的教学内容机械、单一。就专业课程“航空航天测试技术”而言，课上教师仅通过幻灯片演示的单一手段传授基本概念，无法掌握学生对知识的理解与掌握情况，容易造成课件播放过快、学生流水线式“划水”，无法充分理解并掌握所讲授的知识。例题讲解、公式推导和理论证明基本上是采用黑板板书进行，需要耗费大量课堂时间，无法充分调动学生的好奇心、主动性和积极性，课堂氛围欠佳，无法完全满足学生在认知水平、兴趣等方面的个体需求，难以完全满足学生个性化与碎片化的学习要求。

（三）教学效果不理想、氛围欠佳

在“航空航天测试技术”专业课程的传统课堂教学过程中，存在课堂氛围欠佳、学生积极性不高、参与度低的情况。在教学过程中需要学生积极进行讨论与思考，然而，由于学生不清楚所讲授内容的背景与工程实践价值，往往会出现两种现象：一是完全由教师亲自安排引导学生搜索相关背景进行了解。显然，这样的结果是将原本的讨论时间变成了知识拓展的时间。二是学生并不愿意参与讨论，造成讨论期间部分学生无所事事、虚度光阴。这两种情况都会导致教学效果不理想，课堂讨论变成了可有可无的形式化流程。

（四）评估体系不全面、以偏概全

在传统教学过程中，教师以考试成绩、课堂表现和课后作业等作为专业课程“航空航天测试技术”学生成绩的评定标准，并以此评判学生优秀与否。显然，这种成绩论的评估方式过于单一死板、局限性较强，没有考虑学生的个体特长，是一种不合理的评估方式。这种评估方式会造就学生只关注分数的提升，严重忽略终身可持续发展、发现问题解决问题的能力培养的局面，最终造成学生死记硬背、学习效率低下，无法实现全面发展。

三、新时代智慧教育背景下的应对思路

（一）改革思路，提升创新意识

在“双一流”与新工科的建设背景下，教学改革已经持续多年，强调教学主体从“教师为主、学生为辅”向“学生为主、教师为辅”转变。然而，教学过程的实施还需要考虑教学地点、教学手段，新时代智慧教育理念下的教学理念变革不仅是传统教学理论的一次更新升级，还应该结合新时代中国特色、突破传统教学理念，特别注重教育多元化的发展，为适应社会发展格局做准备；重点关注学生的学习能力、创新能力、沟通能力，培养具有良好思维品质、较高创新能力和沟通能力的创新型人才。

（二）加强修养，提高业务能力

新时代的高校学生群体对课堂教学的需求早已不再满足于传统的讲授方式，单一的教学手段不仅不能有效开展教学活动，还会降低学生的求知欲与发展需求。先进的互联网技术、人工智能技术、多源数据融合技术、信息通信技术等科技快速发展，可以有力支撑智慧教学，这也对新时代广大高校教师的业务能力提出了较高的要求。智慧教学要求教师不仅能够熟练应用传统的多媒体设备、网络设备和移动终端，还要有较强的信息技术处理能力，可以娴熟地驾驭智慧教室与智慧课堂。从调研及交流汇总情况来看，青年教师一般对先进信息技术接受与使用较快，可以很快地应用于实际课堂；部分资历深的老教师存在本能的焦虑、担忧甚至排斥，较难将宝贵的科研经历与深厚的知识储备以智慧教学的方式展示出来。毫无疑问，智慧教学的开展与实践对教师自身业务能力要求较高，需要广大教师倾注热情与时间来学习并实践。

（三）兼容并包，丰富教学手段

当前部分教师机械地认为混合式教学等同于“线上课堂+线下课堂”的简单组合，不太重视线上的学习动态与综合评价。目前，线上课程快速发展，导致教师只注重线上资源建设的数量与速度，而忽略了资源之间的内在相关性和逻辑性。此外，仍有不少教师无法深度融合线上学习与线下课堂，无法充分发挥混合式教学的优势。多数高校都具有智慧教学平台、智慧教室、线上精品课程等大量线上资源，合理运用现代教育技术，有机结合线上资源，精心设计课堂环节，激发学生的主动性和求知欲，充分挖掘学生的潜力，这些都需要教师在实施智慧教学时丰富教学手段，有效规划教学实践。

（四）推陈出新，更新评估体系

智慧教育对学生的评估体系应涵盖学生的综合能力，不能将成绩作为单一的准绳。教学环境应该更加智能化、灵活化、个性化、先进化，能够采集学生在学习过程中的各种学习行为数据，并及时分析反馈，教师以此相应调整教学节奏和内容进度，从而提升教学质量。课后教师基于智慧课堂数据分析准确预测学生的学习规划与路线，及时干预纠正错误的学习习惯，使教师全方位、立体化地了解学生的学习情况，有利于教师对学生综合能力做出公平、公正的评价。

四、基于“延河课堂”的混合式智慧教学实践探索分析

（一）完善教学顶层设计，推进改革落地

北京理工大学将“融合创新、智慧赋能”作为内核驱动力，重塑育人图谱，实施思政“活化”、知识“衍新”、学以“智用”，赋智于人、融智于校、强智于国，旨在造就“胸怀壮志、明德精工、创新包容、时代担当”的领军人才，逐渐创造出智慧教育的“北理工模式”。通过全面实施“寰宇+”培养计划，践行“价值塑造、知识养成、实践能力”的“三位一体”人才培养模式，构建本硕博一体化贯通型人才培养体系。同时，依托“延河联盟”不断打造“乐学平台”，基于“时空思维+知识穿越”的“五维教育”模式建设“延河课堂”，以激励学生主动学习，促进群智衍新。“延河课堂”不仅融合了“在线课程”“云录播”和“云课堂”等网络平台的优质特色服务功能，还提供慕课、小规模网络教学和其他各类智慧教学模式，将优质教学资源与教学成果跨越时空同步共享，以知识图谱贯穿学科知识维度，激发学生创新思维与创新能力，促进群智衍新，实现了由“群灌同质”培养到以人为本的个性化培养。

（二）提升智慧教学能力，充分使用智慧教室

北京理工大学积极推广智慧教学工具，定期举行智慧教室培训，方便教师交流智慧教学工具使用经验，为教师智慧化教学提供了多样化选择，帮助教师打造丰富多彩的课堂。“航空航天测试技术”作为特色学科专业课程，在智慧教学过程中通过智慧教室中的高清液晶电子显示屏替代传统黑板与投影，配合电子辅助屏扩展显示，实现跨屏、跨时空共享。同时，教室采用可移动拼接桌椅，替换传统固定式或阶梯式桌椅，方便根据教学活动中不同的学习内容开展不同组合形式的分组讨论。在智慧教室授课过程中，基于人脸识别技术精确捕捉学生出勤率与抬头率等过程性数据，对学生课堂行为进行实时学情分析。根据学生上课情况进行学情统计分析，进行后台总结数据分析，可以为提升教师授课质量提供有力的信息保障。另外，智慧课堂中的各种电子辅助屏均配备了内置设备，可以支持手机、平板、电脑的投屏，便于移动数据阅读、网络数据收集和触屏板书的使用，学生在课堂阅读中随时能够将自己对知识的了解、疑惑和回答的问题进行上传提交，并和教师实时交流。尤其在跨校区或跨区域智慧教室中，虚拟现实的投影装置可以实现多地实时互动，教师可以同时给不同地域校区的学生实时讲课、相互交流。此外，通过虚拟现实功能和增强现实功能技术，推出体验式思想政治教学形式，将思想政治内容贯穿于专业课程。