俞慶英，陳傳明，陳付龍，孫麗萍，郭良敏，王濤春

(安徽師范大學計算機與信息學院，安徽蕪湖241002)

1 引言

新工科專業(yè)是對傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級改造，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，涵蓋新型、新生及新興工科專業(yè)，重在培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新能力強的新工科人才[1-2]，目前高校人才培養(yǎng)的重心就是對學生實踐動手能力的培養(yǎng)[3]。新工科的實踐教學要充分凸顯實踐性。實踐教學主要從邏輯和應用兩個角度對各類基本原理、應用方法進行教學，通過教師演示加上學生親自動手實踐，使學生在學習抽象專業(yè)理論知識的同時，直觀地驗證基本原理和工作機制，提升實踐創(chuàng)新和系統(tǒng)應用能力。因此，實踐教學在工科應用型專業(yè)教學中占據(jù)非常重要的位置。作為工科應用型專業(yè)課程體系中“不得不學”的教學環(huán)節(jié)，其應用范圍廣且與實際工程聯(lián)系緊密[4]。

新工科專業(yè)實踐教學活動包括實驗、實訓和實習，重在課內(nèi)外和校內(nèi)外結(jié)合。一方面，除了基礎(chǔ)性實驗課程(包括課程實驗和實驗課程)，現(xiàn)在的教學體系中還結(jié)合實際行業(yè)應用設(shè)置了實踐教學課程，以鞏固課堂所學理論知識，提高學生的綜合實踐應用能力。另一方面，實踐教學應突出體現(xiàn)為產(chǎn)學研結(jié)合，即學校與用人單位共同培養(yǎng)各行各業(yè)的應用型人才。如何更好地培養(yǎng)具有實踐能力的新時代大學生，采用什么樣的教學方法有助于提高學生實踐能力，怎樣合理有效地評價和督促學生實踐能力的培養(yǎng)，給高校的教學及其管理工作帶來了重大挑戰(zhàn)。

新工科實踐教學環(huán)節(jié)涉及多種不同內(nèi)容和形式，如圖1所示，這些實踐教學活動從不同側(cè)面訓練和鍛煉學生的實踐動手技能，培養(yǎng)工程知識運用、問題分析、提出/設(shè)計解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具等專業(yè)能力，以及個人和團隊的合作和溝通、終身學習等發(fā)展能力，并培養(yǎng)工程與社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范和項目管理等工程素養(yǎng)，對于培養(yǎng)新工科大學生的綜合能力具有至關(guān)重要的作用。

圖1 新工科實踐教學環(huán)節(jié)

在傳統(tǒng)的實踐教學中，針對不同的實踐教學環(huán)節(jié)，開展的形式和管理的辦法也有所不同。1)基礎(chǔ)性實驗課程等。一般采用跟隨理論教學分散到教學周的形式，以驗證類實驗為主、綜合性實驗為輔，由指導教師指導學生在實驗室完成，學生提交實驗報告，并由指導教師進行評判，達到理論教學和實驗教學相輔相成的效果。2)實踐課程、實訓課程、課程設(shè)計等。通常采用由指導教師集中一段時間，培訓學生綜合實踐能力并由學生完成綜合性項目、提交項目報告或進行項目答辯的方式開展，達到實踐能力重點突破的效果。3)社會實踐。作為一項可以拓展學生社會能力和培養(yǎng)社會責任的教學活動，一般由學生管理部門和教學管理部門聯(lián)合組織，組建社會實踐團隊，利用假期或相對集中的時間，定向性地開展特定的社會活動。4)專業(yè)見習、研習、實習和創(chuàng)業(yè)實踐等。對于學生的專業(yè)理解和從業(yè)能力訓練具有不可替代的作用，一般在大學四年學習的各階段，專業(yè)見習、研習、實習等活動分別在相對集中的一段時間利用校內(nèi)外實踐基地在校內(nèi)外指導教師共同指導下完成，學生需要觀摩、調(diào)查研究、參加生產(chǎn)實踐等活動，撰寫見習、研習和實習報告；而創(chuàng)業(yè)實踐可以貫穿大學學習的始終，進行創(chuàng)業(yè)模擬、調(diào)查研究和實質(zhì)性創(chuàng)業(yè)活動，一般可以和“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽或“創(chuàng)青春”全國大學生創(chuàng)業(yè)大賽活動聯(lián)合進行。5)科研訓練、創(chuàng)新制作、學科競賽等。對于在某些方面特別突出或有興趣的同學，由指導教師進行一對一的個性化培養(yǎng)，強化某一方面的實踐能力，有效促進部分學生的個人興趣發(fā)展和實踐能力。6)畢業(yè)設(shè)計。是一項綜合性項目實踐的實踐教學活動，由學生利用專業(yè)知識和技術(shù)，借鑒相關(guān)方案或方法，進行自主創(chuàng)新設(shè)計，給出相對完整的解決方案，解決所在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)復雜工程問題，由校內(nèi)或校外指導教師指導，在大學四年級結(jié)束前完成。這些實踐教學環(huán)節(jié)在傳統(tǒng)的實踐教學活動中，已經(jīng)形成了相對成熟的運行及管理模式。

然而，傳統(tǒng)的實踐教學運行和管理模式因2020 年初發(fā)生的新冠肺炎疫情而遇到諸多困難。理論課程線上教學如火如荼地開展，而實踐教學活動卻因新冠疫情基本擱置，無論是國外的Coursera、Udacity、edX等平臺，還是國內(nèi)的愛課程、學堂在線、慕課網(wǎng)、超星爾雅、e會學等平臺，鮮有能夠有效運行和管理的新工科在線實踐課程，這極大影響了學生的實踐動手能力培養(yǎng)以及后續(xù)課程學習。

2 面向新工科實踐教學環(huán)節(jié)的線上教學問題分析

目前，面向新工科實踐教學環(huán)節(jié)線上教學存在的問題有如下幾個方面：

一是新工科實踐教學環(huán)節(jié)的在線教學運行和管理缺乏系統(tǒng)性和科學性規(guī)劃。新工科實踐教學活動離不開實踐教學三要素——實驗環(huán)境、指導教師和實踐學生，實驗環(huán)境需要配備實驗設(shè)備(儀器)和材料，既離不開指導教師的當面指導、示范，也需要學生動手操作，在線實踐教學首先在為不同專業(yè)的實踐課程提供實驗環(huán)境方面存在較為明顯的困難。如何與線下實踐教學相輔相成？教師怎么在線教？學生怎么在線學？目前尚未形成行之有效的規(guī)劃和指導性意見。

二是實踐教學教師隊伍的在線實踐指導能力和現(xiàn)代教育信息技術(shù)運用能力需要提高。新工科專業(yè)實踐教學的指導教師對于傳統(tǒng)線下教學方式較為熟悉，當實驗環(huán)境從實驗室或?qū)嵺`基地搬到互聯(lián)網(wǎng)上時，教師對于如何教方面存在的最大困惑是應該運用哪些信息技術(shù)手段。實踐教學指導教師因為不適應線上實踐教學，存在較大抵觸，將導致線上實踐教學無法有效開展。

三是虛擬實驗環(huán)境和遠程實驗環(huán)境配置不夠完備，資源奇缺，無法滿足突發(fā)性的大體量線上實踐教學需求。線上實踐教學的實驗環(huán)境有虛擬的，也有真實的。近年來，各高校對工科應用型專業(yè)虛擬仿真實驗室建設(shè)投入了大量的人力、物力和財力，部分專業(yè)已經(jīng)可以通過互聯(lián)網(wǎng)借助虛擬仿真實驗環(huán)境開展部分實驗課程的虛擬仿真實驗，一大批利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)開發(fā)的生物類、化學類、物理類、計算機類實驗教學環(huán)境被開發(fā)出來，滿足了部分實驗課程的在線教學需要。但是，在面對突發(fā)性大體量線上實踐教學的需求時顯得力不從心。另外，對口的有利于開展線上教學的專業(yè)實習和實訓基地總量也不足。

四是缺乏科學的線上實踐教學考核和評價方法。線上實踐課程教學存在與線上理論課程教學類似的學習監(jiān)管方面的難度，一方面是教師無法及時了解和解決學生在實踐學習中存在的問題，更難對學生做出科學、合理、準確的實踐學習評價和考核；另一方面是學生們對于線上實踐教學的困惑，無法及時獲得教師的指導，缺乏完整、規(guī)范的實踐學習材料，在學習上敷衍了事，實踐結(jié)果抄襲現(xiàn)象時有發(fā)生。在線實踐教學缺乏行之有效的評價標準和機制。

3 新工科實踐課程線上教學方法改革與創(chuàng)新

針對新工科實踐教學環(huán)節(jié)線上教學運行和管理的迫切需求和目前存在的問題，研究實踐教學環(huán)節(jié)在線教學的運行和管理機制，保障實踐教學環(huán)節(jié)的線上教學質(zhì)量，提高線上實踐教學運行管理的效率，具體方案對策如圖2所示。

圖2 新工科實踐課程線上教學方法改革與創(chuàng)新方案

3.1 新工科實踐教學環(huán)節(jié)的線上教學體系構(gòu)建

1)搭建虛擬或仿真實驗平臺。讓系統(tǒng)為每個學生提供一個可供自己操作的虛擬實驗室，同時也排除了實驗室的限制和一些不定因素。通過網(wǎng)絡虛擬實驗軟件平臺，完成驗證性基礎(chǔ)實驗項目，采用學生分散預約和教師集中演示相結(jié)合的實驗模式，學生可以提前通過“虛擬仿真實驗室”預演實驗內(nèi)容，也可以在教師集中演示講授之后完成實驗過程，填寫好實驗報告，對實驗調(diào)試過程、出現(xiàn)的問題、解決方法、實驗結(jié)果及分析等部分進行總結(jié)。其中包括如“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計實驗”等軟件類實驗、“模擬電路與數(shù)字電路實驗”等可以通過電子設(shè)計自動化軟件完成的實驗和“計算機組裝與維護”等可以借助虛擬仿真軟件平臺在線完成的硬件類實驗。同時，還需要不斷完善實驗資源。

2)實踐環(huán)節(jié)的教師在線教與學生在線學。擬構(gòu)建“驗證→設(shè)計→創(chuàng)新→創(chuàng)業(yè)”逐層遞進的線上線下混合式實踐教學體系。以“產(chǎn)+學+研+用”為人才培養(yǎng)目標，研究實驗課程、實踐課程、實訓課程、課程設(shè)計、科研訓練、創(chuàng)新制作、學科競賽、社會實踐、畢業(yè)設(shè)計、專業(yè)見習研習實習和創(chuàng)業(yè)實踐等線上和線下相互支持的多元實踐能力培養(yǎng)路徑。同時，鼓勵學生及時總結(jié)，找出不足，查缺補漏，以強化實踐實習的作用。將實訓課程的線下教學向線上引入，可以延長實訓及操作時間，培養(yǎng)解決問題和溝通管理等能力，真正做到線上集中學習操練和線下自主實訓有效結(jié)合的雙層混合式實踐教學[5]。

3)促進校企之間的實踐合作。為推動學校實踐課程教學與企業(yè)需求接軌，加強校企之間的實踐合作是當務之急。2020年疫情期間，我校2016級計算機科學與技術(shù)、軟件工程和物聯(lián)網(wǎng)工程三個專業(yè)80 余名同學的實習計劃調(diào)整為在線實訓，利用智慧教輔平臺，組建項目小組，在線開展“網(wǎng)易云音樂項目實戰(zhàn)”等多個實訓項目，實訓教師線上與同學們進行行業(yè)信息分享和技術(shù)交流，指導學生開展項目設(shè)計和編程開發(fā)。此外，另有90 余名同學與實習單位開展線上實習，開展企業(yè)方安排的實習工作。

3.2 實踐教學教師隊伍的在線指導和現(xiàn)代教育信息技術(shù)運用能力提高

研究新工科專業(yè)實踐在線指導教師隊伍的建設(shè)方案，開拓以培訓和實踐相結(jié)合的在線實驗教學師資隊伍建設(shè)途徑。

一方面，在線學習是涉及教師、學生和媒體三個層面的交互過程，教師在線指導需要使學生更好地適應在線實踐學習的環(huán)境[6]。實踐環(huán)節(jié)的線上教學不應只是教師在單純演示和講解實踐操作流程，教師應當格外加強教學互動以調(diào)動學生的學習積極性；有效開展教學討論等多樣化教學組織形式，例如投票、主題討論、學生發(fā)言和分享屏幕等；關(guān)注網(wǎng)絡和移動學習環(huán)境下學生們的自主、合作與探究學習；鼓勵表現(xiàn)優(yōu)異的同學發(fā)揮團隊核心作用，給予表現(xiàn)欠佳的同學更多的關(guān)注和情感激勵；積極組織學生互相觀摩和評析，引導學生以提高實踐能力為目標，提供量化指標供學生評測自己的在線學習效果。

另一方面，在線教學實踐不僅要求教師了解信息化教學環(huán)境與工具，更應學會并熟練使用相關(guān)工具與軟件。培養(yǎng)實踐教學教師運用云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實、多媒體等技術(shù)開發(fā)在線實踐教學資源的能力，培養(yǎng)運用超星爾雅、學習通、騰訊課堂、釘釘、e會學等平臺工具在線組織和管理班級、實踐課程的能力，培養(yǎng)運用移動終端、數(shù)位屏、虛擬仿真實驗設(shè)備、電子教鞭等終端系統(tǒng)開展實踐教學環(huán)節(jié)的在線教學能力，優(yōu)化線上課堂教學形式，轉(zhuǎn)變學生的學習方式。

3.3 實踐教學環(huán)節(jié)的線上教學資源和平臺建設(shè)

共建共享的實踐教學平臺建設(shè)方案是實踐環(huán)節(jié)線上教學有效運行的重要支撐。將所有實踐課程的資源和實踐學生信息入庫，可以極大方便師生的實踐教學，任課教師基于該平臺能夠隨時隨地掌控分散在各地學生的實驗、實習和實踐情況，增量存儲學生在實踐學習過程中的記錄和評價，對實習教學十分有益[3]。

共享虛擬仿真實驗資源，包括線上平臺和仿真軟件使用方法、安裝包及操作方法，便于學生進行實驗仿真和參數(shù)測試。詳細的實驗內(nèi)容課件及相關(guān)文檔是線上授課順利進行的重要保障，為了達到在線實踐教學的要求，實驗課件不能只包含實驗內(nèi)容的簡要圖文，需要將所有實驗過程分步操作并講解，同步拍攝關(guān)鍵步驟及參數(shù)測試照片，融入適應線上教學的實驗課件中，使實驗內(nèi)容能夠更加真實、清晰地呈現(xiàn)[7]。

同時，指導教師制作優(yōu)質(zhì)數(shù)字視頻教育資源，針對每個獨立知識點和技能操作點，制作一系列時長5-10分鐘的微課，幫助學生快速學習并掌握實驗原理和操作技能。為了應對2020年特殊時期的線上教學，安徽師范大學通過超星爾雅等一系列教學平臺建設(shè)線上課程資源，包括新工科專業(yè)理論課程和部分實驗課程的線上視頻、作業(yè)、實驗指導材料等，并充分利用QQ群、釘釘群、學習通交流、答疑輔導平臺多樣化的學習平臺，實現(xiàn)班級管理、課程管理、作業(yè)管理。老師們結(jié)合了線上教學的特點調(diào)整了教學方案，及時在超星平臺上向?qū)W生公布了最新的教學進度、參考學習資源，確保線上線下無縫對接。

3.4 線上實踐教學管理和考核評價

傳統(tǒng)的實踐教學以總結(jié)性評價為主，不能很好地反映學生在整個過程中所做的努力。過程評價比結(jié)果評價更重要，教師通過線上教學平臺了解學生的出勤、課程資源閱讀量、在線測試情況、參與課堂討論情況、實訓報告完成質(zhì)量、項目作品展示情況等，把這些內(nèi)容根據(jù)比重納入考核范圍，開展過程性評價。同時，學生將對每堂課的教學情況進行評價和反饋。評價的結(jié)果越有利于教學改進，此項考核賦分越高。如此，既激發(fā)了學生的主人翁意識，又有利于教師根據(jù)反饋情況及時調(diào)整教學策略[8]。

1)開發(fā)程序設(shè)計類實踐課程的交互式作業(yè)管理平臺。包含作業(yè)布置、作業(yè)批改、作業(yè)成績查看、優(yōu)秀作業(yè)展示和作業(yè)完成情況分析等主要功能，其中作業(yè)批改模塊針對編程類題目采用機器自動判分與教師主觀評價相結(jié)合的方式，提升教師的反饋效率和學生的自主編譯調(diào)試能力。在實驗指導和考評方面，教師在線上布置實驗并在線檢查實驗結(jié)果，優(yōu)秀的實驗結(jié)果通過線上屏幕分享的方式可以提供給所有學生觀摩學習，并改進設(shè)計，有一定的便捷性和即時性，起到了較好的實驗效果。

2)加強實踐教學考評。開發(fā)開放式網(wǎng)絡化考試系統(tǒng)，以適應高等院?！洞髮W計算機應用基礎(chǔ)》《程序設(shè)計基礎(chǔ)》《數(shù)據(jù)庫原理及應用》等課程改革的需要。該系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)構(gòu)成，如題庫系統(tǒng)、考務系統(tǒng)、組卷系統(tǒng)和智能考試管理系統(tǒng)、答題系統(tǒng)、人工評閱系統(tǒng)等?？梢詾閷嵺`類課程教學改革和學生能力培養(yǎng)提供一個高效、可靠、通用的無紙化評測平臺。開發(fā)本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)管理系統(tǒng)，為教學管理職能部門、畢業(yè)論文指導老師和學生提供一種畢業(yè)設(shè)計(論文)進程管理平臺，支持本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)的題目申報、選題、任務下達、開題報告審核、中期檢查、初稿審查、終稿審查、論文評閱等過程管理功能。

綜上，新工科實踐課程線上教學方法改革需要從多個方面并發(fā)進行。學習現(xiàn)代教學信息技術(shù)，共享教學資源，更新教學內(nèi)容，加強實踐教學，通過教師的教學預警、講解演示和課堂激勵，以及學生的動手實驗、分析總結(jié)、撰寫報告等方式改進在線實踐課程的教與學，拓展學生的創(chuàng)新思維能力和動手能力。

4 結(jié)束語

為改革完善適應新工科實踐能力培養(yǎng)需求的在線實踐教學體系和教師在線實踐教學能力培養(yǎng)路徑，本文主要針對新工科實踐課程線上教學的有效運行及管理進行研究，就建立健全新時代共享式實驗、實訓和實習等在線實踐平臺給出解決方案，并設(shè)計規(guī)范化、多元化、過程化的在線實踐教學運行及管理機制，提升新工科專業(yè)學生專業(yè)實踐能力。