高等工程教育线上实践教学模式构建与实践

摘    要：突发公共卫生事件对传统的高校教学形态产生了强烈的冲击，尤其对工科实践教学环节影响巨大。文章以新冠疫情突发时期哈尔滨工业大学给排水科学与工程专业的毕业实习为切入点，探索了线上工程实践教学模式的创新性构建和实施方略，深入反思了疫情时期应急性教学的不足，及疫情常态化背景下线上实践教学模式系统性重构策略，以期为推动高等工程实践教学改革和面临突发事件干扰时的实践教学保障提供思路。

关键词：高等工程教育；突发公共卫生事件；线上实践教学

中图分类号：G641      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2023）04-0021-05

伴随中国高等教育的发展，我国已经形成了世界最大规模的高等工程教育体系，工学本科在读人数占本科生总数的34%，占全球工程教育总规模的35%，近30年工科毕业生规模已达1 715余万人。在新一轮科技革命和产业变革方兴未艾的新时代，高等工程教育肩负着立德树人、服务国家战略需求、培养创新型工程科技人才、支撑和引领国家未来发展的重要使命，而深化高等工程教育改革，推进其高质量发展更是我国从“工程教育大国”迈向“工程教育强国”的关键环节和必由之路。实践性是高等工程教育的根本属性，是区别于传统科学教育的显著特征，因此，强化和改进实践教学始终都是高等工程教育改革的重点。近年来，我国相关部门相继出台了《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》《关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》《中国教育现代化2035》《加快推进教育现代化实施方案（2018—2022年）》等系列指导性文件，彰显出推进实践教学改革的重要性和紧迫性。2018年全国教育大会更是明确指出要突出学生创新意识和实践能力培养[1]。

实践教学是内化理论知识，达成能力和素质培养目标的必要途径。经过不断地拓展，高等工程教育的实践教学不仅包括实验、实习、实训、设计、工程测绘等传统环节，更囊括了创新性实验项目、学科竞赛和社会实践活动等综合性和创新性内容，学分约占总学分的30%。围绕实践教学的理论阐述、体系构建、模式探索、方法创新等方面，国内外相关学者均开展了大量的理论和实践研究工作，形成了丰硕的研究成果，而无论何种实践教学理论或形式，均强调“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，即学生均需进入实践现场，在教师或导师的指导下开展个人或团队的实践性学习[2]。尽管已有部分高校借助信息化技术手段，开展了部分实践教学环节改革的初步探索，但大多针对实验课程，只有少部分提及课程设计和实训，且均将其定位于对实际操作内容的补充，大多关注技术本身与传统教学内容的相容性，尚未形成囊括全部教学内容的系统性实践教学体系。

2020年初突然暴发并快速蔓延全球的新冠疫情作为典型的全球突发公共卫生事件，不仅对世界经济、政治、文化、社会等多个领域造成了强烈的系统性冲击，更对高校传统教学模式产生了深刻的影响。在跨地域人群聚集型教学活动被阻断、“教学主体”和“教学空间”被物理性隔离的情景下，为理顺被“封闭校园”“延迟开学”等原因严重干扰的教学秩序，积极响应教育部“停课不停教，停课不停学”的号召，各高校开展了历史上规模最大的线上教学。相比线上教学基础好、可利用优质教学资源丰富、硬件设施相对齐备、保障度高的理论课教学，工科专业的实践教学，因其对教学场所依赖度强，几乎没有线上教学资源和经验，所受到的影响和冲击更大，从而使得本就在人才培养过程中相对薄弱的实践教学环节的完成和质量保障面临着更为高阶的挑战。受相关理论、方法和资源等基础储备不足的制约，大部分实践教学的开展只能简单采取依托“互联网+技术”的方式进行“理论式”授课或“演示式”授课，出现教学模式由“以学生为中心”向“以课程为中心”逆转的现象，学生无法通过体验式实践学习达成既定的教学目标，参与度低且获得感差，直接影响高等工程教育的人才培养质量。

面对难以预计的突发公共卫生事件风险和深化工程教育改革与发展的需求，如何构建高等工程教育线上实践教学新模式，提高教学效率、保证教学质量、保障学生培养目标达成是高校面对的共性问题，也是需要探究和创造性解决的问题。

一、突发公共卫生事件背景下线上实践教学模式的探索

文章针对突发公共卫生事件的特殊情境，以哈尔滨工业大学给排水科学与工程专业（以下简称给排水专业）线上毕业实习为例，探索基于成果导向（简称OBE）理念的线上实习模式构建策略[3-4]，并对该模式的具体实施方式进行解析。

（一）线上实践教学目标的修订与学习成果的设定

首先，线上实践教学可借鉴传统实践教学的相关理论，同时，依据以学生为中心、学习产出成果为导向的理念，设定可具体化的教学目标，并兼具可操作性和可量化评价性，且充分重视学生个性化发展需求，确保每个学生均能达成教学目标。给排水专业依据《工程教育认证标准（2017版）》要求，于2018年修订了专业培养目标和课程教学目标。其中毕业实习的教学目标可分为知识目标和能力目标两个层面：知识目标——巩固和丰富专业知识，了解工程设计程序及各设计阶段的设计深度及要求；能力目标——具有综合运用专业知识解决工程实际问题的能力。为使上述目标具体化和可评价化，又进一步拆分为若干细化的课程目标，以支撑专业培养目标的达成。突发公共卫生事件期间，在既有细化课程目标的基础上，结合线上教学资源特征和国家及行业发展需求，增加“具有终身学习能力”和“具有国际化视野”等培养目标（表1）。

其次，学习成果的达成可依据课程模块的任务目标进行设计。在知识目标和能力目标达成层面，对于“巩固和丰富专业知识”的知识目标达成，设计“设计院/企业专家直播讲座+交流讨论+心得体会”模块；对于“具有综合运用专业知识解决工程实际问题的能力”的能力目标达成，设计“虚拟仿真运行操作实训+小组演示”模块；对于“具有终身学习能力”的能力目标达成，设计“网络学习资源探索+设计作品展示”模块；对于“具有国际化视野”的能力目标达成，设计“国外专家在线讲座+网络资源研讨”模块（图1）。同时，在各教学模块中设置多项具有可操作性和可量化评价性的目标任务（图2）。

（二）线上实践教学活动的实施

线上实践教学活动的实施不同于常规线上理论课，如仅简单地依托网络MOOC资源、网络录像等形式，势必造成学生的参与度、体验度和获得感降低，更难以有满意的学习成果产出。因此，在教学活动实施过程中，教师可以采用如下策略：（1）梳理网络教学平台及信息通讯软件，使其能实现设定的教学方式；（2）甄选网络教学资源（并不仅限于MOOC和微课等），并按照模块化原则进行有机整合，使其服务于具体课程教学目标；（3）利用信息化手段打破教学情景与教学主体的物理性隔阂，既要将专家“请进来”，又要使学生“走出去”；（4）以“任务驱动式个人成果+团队合作成果获取”为导向，嵌入虚拟仿真运行操作实训模块和利用行业主流软件完善实验和实训模块；（5）动态收集和整理学生提出的关于理论知识和工程实践知识的问题，组织毕业设计指导教师、课程主讲教师、实习指导教师和企业导师进行“会诊”，并做出解答，同时达到教师持续改进教学方法及内容的目的。

新冠疫情期间，线上毕业实习教学方式主要采用互联网、雨课堂、腾讯会议、微信、城市给水/污水处理3D虚拟仿真软件等方式进行信息化技术保障教学内容的推送和反馈信息的收集。为提升实习学生的参与度和获得感，在开始实习前一周，指导教师通过微信小程序收集汇总全体学生依据自身情况自行梳理的毕业设计和专业知识的问题，并对问题进行分类，然后有针对性地推送给设计院/企业的授课专家、专业课教师、毕业设计指导教师，在汇总答案后进行点对点反向推送。此外，实习指导教师和授课专家在了解学生知识需求取向后，可更有针对性地调整授课内容和考评环节，以检视学生学习成果是否达成。得益于

MOOC、微课、行业公众号直播等在线教育平台的快速发展，网络教学资源体量迅速扩大。然而，鉴于在线实习的实践属性，指导教师既不能简单依托网络课程教学资源，也不能简单采用直播授课的方式，而需要对教学资源进行拓展和整合。例如，传统毕业实习，学生进入水厂现场，可直接接触到构筑物、仪器和设备等，直观感强，学生的参与度高。在线上实习中，对于上述内容的原理性介绍一般可见于中国大学MOOC、学堂在线等在线教育平台，而实物展示和3D结构说明等内容，往往是企业网站、行业公众号平台或虚拟仿真平台上的资源更为翔实和丰富。因此，指导教师可对水厂参观的“必修环节”进行梳理，有针对性地搜索和编辑视频资源，构建资料库，并在每日线上实习前和实习中向学生推送，以弥补学生无法“眼见为实”的不足。同时，亦可让学生以小组为单位，以某一具体设备资料的搜索和编辑为任务，在微信平台进行展示和交流。

教学内容以教学目标为导向进行重构，即各教学模块内容的配置需支撑各具体课程教学目标的达成，并在教学模块中嵌入多元目标任务。例如，针对“课程教学目标1”，毕业实习中“请进来”国外水务集团设计总监、城市规划勘测设计研究院总工、建筑设计研究院总工、市政工程设计研究院总工等资深专家，在腾讯会议平台进行直播授课，采用工程案例与设计图纸展示相结合的方式，分别对给排水专项规划、管网及水厂常规设计、深度净化工艺比选等多个方面进行介绍，拓展学生专业视野、深化学生专业认知、解析设计要点、规范设计步骤，并在交流环节详细解答学生提出的规划设计类问题；该模块的任务目标设置为“交流心得”，其体现形式为实习日志。针对“课程教学目标5”，毕业实习中引入北京欧倍尔软件技术开发有限公司研发的城市给水/污水处理3D虚拟仿真软件，让学生以第一视角全方位感知水厂整体运行流程、处理单元布置、构筑物内外部结构等细节。学生可通过设备参数主动设定，进行单元调控和工艺联控，以获得稳态运行下的目标水质，大幅度提高了学生参与度和体验感，实现学生对专业知识和设计图纸的可视化解读。该模块的任务目标设置为以小组（3人或4人）为单位的“净水/污水厂的3D虚拟实景演示”“设备/构筑物单元调控”或“水厂工艺联控”等，其体现形式为录制视频和虚拟仿真软件的自动打分系统。为支撑“课程教学目标7”的实现，设置了契合行业信息化标准建设发展趋势的建筑信息模型技术（简称BIM），直播讲授内容。一方面，通过实际案例演示使学生了解BIM在给排水工程设计、施工工作中的巨大优势，激发学生学习兴趣，培养自主学习意识；另一方面，从BIM软件的模板设置开始分步骤详细演示讲解给排水图纸的BIM绘制方法。该模块的任务目标设置为以小组为单位，完成简单检查井和管道的绘制。此外，为弥补线上实习无法使学生“身临其境”的不足，分别选择6个城市的代表性市政/工业污水厂、地上/地下净水厂、取水厂作为线上毕业实习场地，配置水处理厂录播+直播解说、移动式直播解说等方式，实现学生“走出去”实习，以保证学生对课程内容的“新鲜感”，提高自主学习意识。

（三）线上实践教学效果的评价体系

基于OBE理念的线上实习教学评价，使得学生成绩并非单纯由指导教师依据“考勤+实习日志+实习总结报告”的综合成绩来评定，而是聚焦学生学习成果的达成，即“教得怎么样”要通过“学得怎么样”来评价。评价体系构建需确定评价主体、评价标准与评价方法。其中评价主体采用多元化设置，包括实习指导教师、企业导师、学生个体、已毕业校友及虚拟仿真平台评分系统；评价标准的确定基于知识目标和能力目标细化后的具体课程教学目标，并通过学院教学委员会的研讨，综合考量其对教学目标达成支撑的重要程度确定各指标权重的赋值；评价方法采用直接评价法[式（1）]。

式中：Dm ——编号为m的指标点对应的课程分目标达成度。

Pmi ——编号为m的指标点对应的第i个考核环节的考核分值。

Ami ——编号为m的指标点对应的第i个考核环节的考核平均值。

在线上毕业实习教学效果的评价中，不仅要采用基于上文所述的直接评价法以检视学生学习成果的达成情况，同时还应构建教学效果实时反馈系统，兼顾寓教于评，以学生、专家及校友评价为导向，及时梳理问题并动态调整教学方案，实现实践教学质量的持续改进。