黃贊武　戴勝華　孫緒彬 崔勇

［摘 要］新工科課堂存在3個教學(xué)痛點：專業(yè)教學(xué)與思政教育融合不自然、創(chuàng)新探究外延拓展不夠、師生互動氣氛不活躍。針對這些痛點，文章提出構(gòu)建思政教育與專業(yè)教學(xué)融合鏈、項目任務(wù)驅(qū)動鏈、教學(xué)情感互動鏈、知識能力考核鏈，通過這“四鏈”協(xié)同教學(xué)提升課程思政效果、拓展創(chuàng)新探究外延、豐富專業(yè)知識積累、細(xì)化教學(xué)綜合考評。“四鏈”協(xié)同教學(xué)模式通過中國大學(xué)MOOC、國家級軌道交通通信與控制虛擬仿真實驗教學(xué)中心、全國軌道交通信號與控制專業(yè)虛擬教研室、軌道交通信號專業(yè)產(chǎn)教融合聯(lián)盟4大平臺輻射，MOOC選課人數(shù)超12萬，聯(lián)合了14家企業(yè)，輻射到48個高等院校，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用推廣前景。

［關(guān)鍵詞］新工科；教學(xué)創(chuàng)新；課程改革；課程思政；項目任務(wù)驅(qū)動

［中圖分類號］ G642 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）22-0045-06

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在重構(gòu)全球創(chuàng)新版圖、重塑全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)。為主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，自2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”[1] ，具有戰(zhàn)略性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)化、開放式的特征[2]。

我國高等教育步入大眾化發(fā)展階段后，提高本科教育質(zhì)量已成為當(dāng)前我國高教界的重要課題[3]。長期以來，高校在一定程度上存在思想政治教育處于“孤島”困境[4]以及課外實踐拓展與課內(nèi)理論教學(xué)脫節(jié)等現(xiàn)象[5-6]，“課堂沉默”現(xiàn)象較為普遍[7]。

推動教學(xué)創(chuàng)新是實現(xiàn)教育高質(zhì)量發(fā)展、全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的根本途徑。2018年6月21日，教育部召開新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議，提出要堅持“以本為本”，推進(jìn)“四個回歸”，加快建設(shè)高水平本科教育、全面提高人才培養(yǎng)能力，造就堪當(dāng)民族復(fù)興大任的時代新人。為此，《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》進(jìn)一步將指導(dǎo)形成中國特色、世界水平的一流本科課程體系作為教學(xué)改革成果的切入點與落腳點[4]。

本文以計算機(jī)原理與接口技術(shù)課程為例，針對課程教學(xué)過程存在的主要問題，提出構(gòu)建新工科“四鏈”協(xié)同教學(xué)模式，提升課程思政效果、拓展創(chuàng)新探究外延、豐富專業(yè)知識積累、細(xì)化教學(xué)綜合考評。多年的教學(xué)實踐證明“四鏈”協(xié)同教學(xué)模式實施效果明顯，具有一定的參考價值和推廣意義。

一、新工科“四鏈”協(xié)同教學(xué)模式總體結(jié)構(gòu)

新工科“四鏈”協(xié)同教學(xué)模式總體結(jié)構(gòu)以“一核心、雙驅(qū)動、三目標(biāo)、四提升”的核心教學(xué)理念為基石，即以學(xué)生發(fā)展為核心，線上教學(xué)線下教學(xué)混合雙驅(qū)動，承載知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造三個教學(xué)目標(biāo)，實現(xiàn)學(xué)生意志品格、專業(yè)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和家國情懷水平的提升（見圖1）。教師在教學(xué)實踐中針對教學(xué)痛點，通過優(yōu)化教學(xué)大綱、出版新型教材等措施重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，采用“四鏈”協(xié)同教學(xué)模式，通過成效監(jiān)測對三個教學(xué)痛點進(jìn)行對比分析，形成閉環(huán)反饋，實現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)，最后進(jìn)行創(chuàng)新探究成果應(yīng)用推廣。

二、新工科課堂存在的三大教學(xué)痛點

（一）專業(yè)教學(xué)與思政教育融合不自然，課程思政效果不佳

教育部于2020年5月頒布了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》。課程思政已經(jīng)成為當(dāng)前我國高校教育教學(xué)改革特別是課程建設(shè)與改革的重要內(nèi)容。受長期以來思政教育與專業(yè)教學(xué)獨自開展慣性思維的影響，專業(yè)課程思政實踐中仍然存在專業(yè)教學(xué)和思政教育融合不自然，導(dǎo)致專業(yè)課程思政效果不佳，直接影響專業(yè)課程價值塑造目標(biāo)的實現(xiàn)[8]。

（二）創(chuàng)新探究外延拓展不夠

在國家“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”號召下，創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識、 創(chuàng)新能力已經(jīng)成為新工科課程的人才培養(yǎng)質(zhì)量評價重要指標(biāo)，教師在課程教學(xué)中通過創(chuàng)新思想的灌輸、創(chuàng)新思維的訓(xùn)練、創(chuàng)新實踐的開展來鍛造學(xué)生的創(chuàng)新品質(zhì)和創(chuàng)新能力[9]。但是在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，由教師主導(dǎo)先進(jìn)行理論教學(xué)，再去實驗室完成實驗以驗證理論，學(xué)生無論是理論課還是實驗課都是通過課后作業(yè)和實驗報告來內(nèi)化吸收專業(yè)知識，學(xué)生創(chuàng)新思維和探究能力未能得到充分鍛煉和培養(yǎng)，影響專業(yè)課程能力培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

（三）師生互動氣氛不活躍，學(xué)生的專業(yè)知識留存率不高

部分大學(xué)課堂師生互動氣氛不活躍的問題依然存在，就像張楚廷先生所說的，大學(xué)課堂原本是一個能激起大腦風(fēng)暴的地方，但是它寂靜得令人害怕[10]。新工科課程一般專業(yè)知識內(nèi)容繁多，受課時緊張等原因影響，課堂的師生互動氣氛往往不活躍，學(xué)生主體地位未能得到充分體現(xiàn)，這種被動學(xué)習(xí)的方式使學(xué)生的專業(yè)知識留存率不高，導(dǎo)致專業(yè)課程知識傳授目標(biāo)大打折扣。

三、課程內(nèi)容重構(gòu)

北京交通大學(xué)的計算機(jī)原理與接口技術(shù)課程基于“品德優(yōu)秀、基礎(chǔ)寬厚、思維創(chuàng)新、能力卓越、專業(yè)精深”的人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合軌道交通工程人才特點，以培養(yǎng)“面向未來、服務(wù)國家、引領(lǐng)行業(yè)、世界一流”的軌道交通創(chuàng)新人才為目標(biāo)，對課程體系進(jìn)行了重構(gòu)，使課程內(nèi)容更能適應(yīng)面向“交通強(qiáng)國”、基于復(fù)雜工程問題范式的新工科教育。這門課程建立了知識圖譜，重構(gòu)了課程教學(xué)內(nèi)容，將課程思政案例、創(chuàng)新探索項目、國產(chǎn)自主技術(shù)、學(xué)科研究進(jìn)展融合到教學(xué)內(nèi)容中，將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)科研究新進(jìn)展、實踐發(fā)展新經(jīng)驗、社會需求新變化聯(lián)系起來。

四、“四鏈”協(xié)同教學(xué)模式創(chuàng)新

計算機(jī)原理與接口技術(shù)課程采用“四鏈”協(xié)同教學(xué)舉措來應(yīng)對上述三大教學(xué)痛點，即通過構(gòu)建思政教育與專業(yè)教學(xué)融合鏈、項目任務(wù)驅(qū)動鏈、教學(xué)情感互動鏈、知識能力考核鏈，提升課程思政效果，拓展創(chuàng)新探究外延，豐富專業(yè)知識積累，細(xì)化教學(xué)綜合考評。

（一）構(gòu)建思政教育與專業(yè)教學(xué)融合鏈，提升課程思政效果

據(jù)調(diào)查，大學(xué)生學(xué)習(xí)的動力主要來自“提高素質(zhì)實現(xiàn)自身價值”（占42.8%），而將“為國家富強(qiáng)貢獻(xiàn)自己的力量”作為第一學(xué)習(xí)目的的學(xué)生僅占12.6%[11]，因此需要重視引導(dǎo)學(xué)生將個人理想和中華民族偉大復(fù)興目標(biāo)緊密聯(lián)系在一起，基于此構(gòu)建思政教育與專業(yè)教學(xué)融合鏈。從專業(yè)背景和課程內(nèi)容中挖掘思政元素，構(gòu)建思政鏈，并將課程思政案例與專業(yè)鏈連接融合， 以專業(yè)鏈為主鏈、思政鏈為副鏈，形成類似DNA的螺旋雙鏈結(jié)構(gòu)，將思政元素像DNA一樣融入教學(xué)過程中，讓改變自然發(fā)生，讓價值自我生長。通過構(gòu)建思政教育與專業(yè)教學(xué)融合鏈，開展基于案例的教學(xué)，變專業(yè)學(xué)習(xí)為全面學(xué)習(xí)，實現(xiàn)從知識課堂到知識與價值課堂的轉(zhuǎn)變。

計算機(jī)原理與接口技術(shù)課程通過挖掘思政案例（見表1），以講故事的形式潤物細(xì)無聲地開展價值塑造。比如結(jié)合美國芯片“斷供”的社會熱點進(jìn)行中國“芯”痛的課堂專題討論；在講并行接口時引入CBTC系統(tǒng)案例，講述本校師生如何突破國外技術(shù)封鎖并最終實現(xiàn)國際領(lǐng)跑的故事。

（二）構(gòu)建項目任務(wù)驅(qū)動鏈，拓展創(chuàng)新探究外延

計算機(jī)原理與接口技術(shù)課程團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，只有7.9%的學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，而自己能把課余時間安排得清清楚楚的學(xué)生也只占22.6%，其原因中“老師講課沒有吸引力”“對課程沒有興趣”排在前兩位[11]。課程團(tuán)隊基于此學(xué)情構(gòu)建了項目任務(wù)驅(qū)動鏈（見圖2）。

橫鏈為項目鏈。課程團(tuán)隊按照課程教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)目標(biāo)層次由簡至難遞進(jìn)式地設(shè)置四個項目即屏幕畫圓項目、電子時鐘項目、鋼琴演奏項目和自由探索項目，根據(jù)課程教學(xué)時間線，每個項目歷時四周，學(xué)生開展分組探究、組內(nèi)分工合作、組間公平競爭。

縱鏈為任務(wù)鏈。將每個項目設(shè)置為六個課內(nèi)/課外任務(wù)，按照項目研發(fā)階段將教學(xué)環(huán)節(jié)定為“討論→設(shè)計→編程→調(diào)試→報告→答辯”，任務(wù)環(huán)節(jié)和課程進(jìn)度同步依次進(jìn)行。

橫鏈與縱鏈構(gòu)成項目任務(wù)矩陣，人人都在矩陣中，每個學(xué)生在每個學(xué)習(xí)階段都分配有具體任務(wù)，給學(xué)生施加學(xué)習(xí)壓力，傳遞學(xué)習(xí)動力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生興趣時，教育就自然發(fā)生了。構(gòu)建以學(xué)生為主體并由遞進(jìn)式項目驅(qū)動的教、學(xué)、做一體化的實踐教學(xué)模式，實現(xiàn)理論與實踐的融會貫通，完成學(xué)生自主探究的學(xué)習(xí)過程[12]。通過構(gòu)建項目任務(wù)驅(qū)動鏈，開展基于項目的教學(xué)，體現(xiàn)新工科“金課”“兩性一度”的要求，激發(fā)學(xué)生興趣，銜接課內(nèi)課外、聯(lián)通線上線下，讓學(xué)生在做中學(xué)、在學(xué)中做，通過實踐積累“暗默知識”，拓展創(chuàng)新探究外延，變知識學(xué)習(xí)為創(chuàng)新學(xué)習(xí)，實現(xiàn)從封閉課堂到開放課堂的轉(zhuǎn)變。

（三）構(gòu)建教學(xué)情感互動鏈，豐富專業(yè)知識積累

教育科學(xué)研究表明，如果學(xué)習(xí)者將所學(xué)知識外化于行，通過交流表達(dá)自己正在形成的認(rèn)識，將會取得更好的學(xué)習(xí)效果[13]。大量的研究結(jié)果顯示，傳統(tǒng)的講授法對于促進(jìn)學(xué)生深層學(xué)習(xí)、改變態(tài)度或價值觀、培養(yǎng)批判性思維、掌握操作技術(shù)、提高交流能力等諸多方面存在明顯的不足[3]。

學(xué)情調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生認(rèn)為教師講課沒有吸引力的占55.9％，其中，教學(xué)方式單調(diào)和教師缺乏調(diào)節(jié)課堂氣氛的能力分別占56.7%和62.6%[11]。2014年，《中國教育報》發(fā)表了《大學(xué)課堂為何“有問無答”》一文，揭示了“安靜”的大學(xué)課堂里“有問無答”的現(xiàn)象，我們稱這樣的課堂為“油膩課堂”。

按照學(xué)習(xí)金字塔理論，聽講這種被動學(xué)習(xí)方式的知識留存率僅為5%，基本上是“聽完—寫完—背完—考完—忘完”，而討論、實踐、教他人等主動學(xué)習(xí)方式的知識留存率可分別達(dá)到50%、75%、90%[14]?；诖?，課程團(tuán)隊為提升學(xué)生的知識留存率構(gòu)建教學(xué)情感互動鏈（見圖3）。

按課程教學(xué)時間構(gòu)建時間鏈即課前→課中→課后，按照“起點→熱點→重點→難點→疑點→亮點”的講授順序構(gòu)建教學(xué)鏈，通過問題鏈驅(qū)動教學(xué)鏈有序進(jìn)行“求問→設(shè)問→互問→反問→追問→結(jié)問”，環(huán)環(huán)相扣。教學(xué)互動鏈?zhǔn)敲麈?，情感互動鏈?zhǔn)且粭l暗鏈，隱含在各個互動環(huán)節(jié)之中，推動互動中的情感交流，提升互動的效果。

在課前預(yù)習(xí)階段，學(xué)生利用線上資源自學(xué)基礎(chǔ)知識（起點），學(xué)生在自學(xué)中“求問”，師生在線上平臺互動。課中部分，通過暖場提問、翻轉(zhuǎn)課堂、對分教學(xué)、課堂小結(jié)分別以設(shè)問、互問、反問、追問的方式，解決學(xué)生在課前自學(xué)過程中存在的帶有共性的熱點問題、重點問題、難點問題、高階問題。問題可延伸到課外，通過微信平臺進(jìn)行師生課外互動，解答課堂問題，形成閉環(huán)，總結(jié)提煉出亮點。

翻轉(zhuǎn)課堂適用于課程重點內(nèi)容教學(xué)，分三步完成：（1）課前線上自學(xué)，向線上資源要時間。（2）課中研討講學(xué)，向線下課堂要效率。（3）課后探究互學(xué)，向課外學(xué)習(xí)要積累。通過翻轉(zhuǎn)課堂，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣、 探究式學(xué)習(xí)的方法與能力、團(tuán)隊協(xié)作的意識與能力、問題意識與問題提出能力[15]。

對分教學(xué)[16]適用于課程難點內(nèi)容，同樣分三步完成：（1）教師精講留白。（2）學(xué)生內(nèi)化吸收。（3）師生互動研討。注重教學(xué)留白，給學(xué)生留出進(jìn)一步主動生成的空間和進(jìn)一步深入探索的窗口。

通過構(gòu)建教學(xué)情感互動鏈，開展基于問題的教學(xué)，讓學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，實現(xiàn)從“油膩課堂”到活力課堂的轉(zhuǎn)變。

（四）構(gòu)建知識能力考核鏈，細(xì)化教學(xué)綜合考評

大三第一學(xué)期是學(xué)生爭取保研資格的關(guān)鍵時期，不少學(xué)生對于每個教學(xué)環(huán)節(jié)的得分都比較關(guān)心、在意。為保證教學(xué)創(chuàng)新舉措得到順利實施，保證對所有學(xué)生公平公正，課程團(tuán)隊構(gòu)建了知識能力考核鏈。

知識能力考核鏈采用知識考核與能力考核相結(jié)合的模式，以學(xué)生綜合能力評價為核心，內(nèi)鏈為三大考核手段，即研究討論、實驗測試、考試測驗，外鏈為九部分考核，包含屬于考試測驗的課程作業(yè)、期中考試、期末考試，屬于研究討論的研討提問、研討主講、研究報告，以及屬于實驗測試的實驗報告、實驗創(chuàng)新、實驗結(jié)果，既注重知識的考核也注重能力的考核，既考核測試結(jié)果也考核研討過程。

五、創(chuàng)新探究效果及成果應(yīng)用推廣

（一）課程思政效果明顯

計算機(jī)原理與接口技術(shù)課程于2020年獲評為學(xué)校課程思政示范課程，2021年獲批為華為智能基座建設(shè)教改項目；課程團(tuán)隊所教的班級獲得多個班集體榮譽(yù)，比如“校十佳團(tuán)支部”“北京市先進(jìn)班集體”“首都先鋒杯優(yōu)秀基層團(tuán)支部”等，信號1703班在參加第二十屆“周恩來班”評選時獲得北京市優(yōu)秀基層組織獎；也培養(yǎng)出很多優(yōu)秀的學(xué)生代表，其中，全國、北京市“青馬工程”各1人，“本專科生國家獎學(xué)金優(yōu)秀代表”“北京市三好學(xué)生”各1人，校“五四”青年獎?wù)?人次，校本科生最高榮譽(yù)即知行獎學(xué)金7人次，1名學(xué)生曾當(dāng)選“北京市學(xué)生聯(lián)合會駐會執(zhí)行主席”。

（二）創(chuàng)新探究成果豐碩

通過項目任務(wù)驅(qū)動鏈，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣被激活、學(xué)習(xí)激情被點燃，課堂和課外探究活動氛圍明顯改善，具有挑戰(zhàn)度的項目完成得也非常好。課外科創(chuàng)活動如火如荼開展，自2010年開始組織實施“國創(chuàng)計劃”，截至2021年底，學(xué)生累計立項1351項，結(jié)題900項（其中國家級203項），參與學(xué)生達(dá)到3513名。近5年年均立項約134項，年均國家級項目約18項，年均參與學(xué)生約400名。學(xué)生榮獲大量獎項 ，如全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)年會國家一等獎、全國高校電子信息實踐創(chuàng)新作品評選特等獎、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽二等獎等。2022年，獲“挑戰(zhàn)杯”國家級一等獎、三等獎和“互聯(lián)網(wǎng)+”國家級主賽道銀獎各1項。

（三）考核成績提升顯著

課程團(tuán)隊通過監(jiān)測“四鏈”協(xié)同教學(xué)模式實踐實驗班級和其他班級的成績發(fā)現(xiàn)，在本專業(yè)所有的6個自然班中，前者在平均成績、優(yōu)秀率、良好率、及格率等指標(biāo)上都超過其他班級，其中優(yōu)秀率達(dá)到20.69%，及格率達(dá)到100%，這說明“四鏈”協(xié)同教學(xué)模式對促進(jìn)學(xué)生提升知識留存率效果明顯。

（四）應(yīng)用推廣前景廣闊

計算機(jī)原理與接口技術(shù)課程被評為“國家級一流本科課程”、全國首批百門“拓金計劃”示范課程，課程團(tuán)隊被評為“北京高校本科優(yōu)秀育人團(tuán)隊”，相關(guān)成果獲北京市教學(xué)成果二等獎，出版了北京高等教育精品教材和高等教育出版社數(shù)字課程。

“四鏈”協(xié)同教學(xué)模式通過中國大學(xué)MOOC、國家級軌道交通通信與控制虛擬仿真實驗教學(xué)中心、全國軌道交通信號與控制專業(yè)虛擬教研室和軌道交通信號專業(yè)產(chǎn)教融合聯(lián)盟四大平臺輻射。課程自2017年12月上線MOOC平臺以來，共開設(shè)了11期，選課人數(shù)超過12萬，在同類課程中名列前茅。虛擬仿真實驗網(wǎng)站訪問人數(shù)達(dá)53685人次，通過全國軌道交通信號與控制專業(yè)虛擬教研室和軌道交通信號專業(yè)產(chǎn)教融合聯(lián)盟，輻射到全國48所高等院校和聯(lián)合了14家企業(yè)。2021年，《中國教育報》通過《一場深刻的信息化教學(xué)改革》一文對北京交通大學(xué)計算機(jī)原理與接口技術(shù)課程及課程團(tuán)隊進(jìn)行了報道。

六、結(jié)語

新時代對新工科建設(shè)提出了新的要求，然而新工科課堂還存在諸多教學(xué)痛點，本文以計算機(jī)原理與接口技術(shù)課程為例，針對課程的三大教學(xué)痛點，實施了“四鏈”協(xié)同教學(xué)模式。實踐表明該模式實施效果良好，能在一定程度上解決課程教學(xué)痛點問題。新工科“四鏈”協(xié)同教學(xué)模式結(jié)構(gòu)簡單、可操作性強(qiáng)、創(chuàng)新效果明顯，可以在同類課程中借鑒復(fù)制：建立課程專屬的課程思政案例庫，形成適合課程本身的項目任務(wù)矩陣，將案例庫和矩陣嵌入到相應(yīng)課程的鏈條中，教學(xué)模式即可運(yùn)轉(zhuǎn)。這個教學(xué)模式探索對新工科課程改革具有一定的參考意義。

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［責(zé)任編輯：林志恒］