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信息技术背景下的课程建设思考与实践

2021-03-31 19:38:00 中国大学教学 2021年2期

詹亚力 王赫名 陈春茂

摘 要:在人工智能、虚拟技术、大数据等新技术日益融入高等教育的新形势下,如何开展课程建设是高等教育面临的重要任务。本文从课程内容优选、教学方式改革、课程质量评估和信息化平台建设四个维度对课程建设的未来发展趋势进行思考,提出优选课程内容的五项原则,分析大规模开展混合式教学和建设一体化教学平台的可能性,探讨注重过程评价的课程考核方式和五位一体评教方式的思路,并分享环境监测课程建设的实践经验。

关键词:课程建设;教学评估;教学平台;环境监测

当前,以人工智能、虚拟技术、大数据、云计算等为代表的第四次技术革命浪潮迎面而来,正在与各行各业深度融合,教育行业也不例外,信息技术正在推动包括课程建设在内的教育教学各环节发生改变,而新冠疫情的爆发则加快了这种转变。本文以环境科学与工程类专业的专业基础课“环境监测”为例,从课程内容优选、教学方式改革、课程质量评估和信息化平台建设四个维度探讨课程建设的发展趋势。

一、瞄准课程定位,优选教学内容

(1)锚定课程目标定位。课程目标定位是选择和组织课程内容的依据,是统领课程建设各个环节的,课程目标不明确,课程建设就失去了灵魂。课程目标定位受专业目标定位、学科建设基础、师资队伍、实验实践条件等多种因素的影响,因此,不同学校对同一门课程的目标定位略有差异。当前正在深入推进的专业认证的一项重要工作就是推动参与认证的专业在长期实践基础上对专业目标和课程目标进行系统梳理,一体化重新设计。如中国石油大学(北京)的环境工程专业培养目标确定为:以适应国家能源与环境战略需求为导向……能够在相关领域(特别是石油、石化和化工企业)从事环境监测、环保管理和规划、技术开发、工程设计和运营管理以及科学研究等工作的优秀专门人才和创新人才。为此,对应的环境监测课程通过近20年的实践确定了四条核心教学目

标:一是通过课程学习和训练,使学生能够针对真实环境或环境工程问题,具备编制区域环境及污染源监测方案的初步能力,能够识别影响环境质量或污染物排放质量的关键污染物。二是能准确理解不同环境介质污染物指标内涵,掌握其采样、保存、分析测试、数据处理和结果表示方法,熟悉应用现代分析测试工具,能根据监测结果正确评价和描述环境质量,熟悉环境监测过程中的质量保证要求。三是能熟练应用与环境质量和污染物排放相关的法律、法规、标准、规范。四是具有团队协作完成监测任务和解决实际问题的意识和初步能力。四项目标既是专业培养目标分配给本课程的任务,也是环境监测课程自身长期建设的经验总结。

(2)保证学科体系的完整性。课程建设既要保证相关学科体系的完整性,基本原理、原则和常识在逻辑上的连贯性,还要不断完善教育教学活动的系统性[1]。环境监测是用物理、化学、生物等方法对影响环境质量因素的代表值测定,确定环境质量(或污染程度)及其变化趋势的一门学科,可以从三个维度来认识其体系框架:一是环境要素维度,包括水、气、声、固体废物、土壤、生态等。二是环境监测流程维度,包括监测目的确定、现场采样、保存、预处理、分析测试、数据处理、结果表达等。三是质量保证维度,包括环境监测质量的准确度、精密度、完整性、代表性、可比性等。三个维度综合起来就是,在质量保证体系的框架下,确保各要素、各环节环境监测质量的可信。“环境监测”作为一门课程应保证其学科体系的完整性,奚旦立先生的《环境监测》教材比较好地反映了这种完整性,但是由于环境监测领域涉及的面非常宽,而教学课时有效,因此在教学过程中可以根据专业特色对教学内容进行适当删减。如按环境要素维度组织课程体系时,不同要素的分析测试方法一致的问题可以一次性讲解清楚,同时在不同要素监测中不断重复强调监测流程和质量保证的基本要求。

(3)融入学科发展最新成果。一门专业基础课程经过长期积累,多数教学内容已经成为经典,但随着外在形势的发展变化,对研究对象的认识在不断深入。基本理论相对稳定,但新的应用领域在不断扩展,相应形成了系列新的成果,课程应该积极引入相关领域的新发展,并将最新科研成果转化为教学内容,固化到教材中。环境监测是环境科学与工程学科领域发展比较迅速的分支学科,近年来,随着美丽中国建设的加速,其内容主要有两大显著变化:一是在环境监测政策、法规、标准体系方面,2015年以来国家连续发布了三份与环境监测直接相关、影响深远的文件——《生态环境监测网络建设方案》《关于省以下环保机构监测监察执法垂直管理制度改革试点工作的引导意见》《关于深化环境监测改革提高环境监测数据质量的意见》,分别从生态环境监测网络、行政管理体系、监测数据质量等层面对环境监测进行具体规范。同时,作为环境监测重要教学内容的环境标准每年都有更新,教材落后于标准更新成为环境监测课程建设的常态,因此需要在每年教学实践中给予重点关注并即时更新。二是在环境监测技术方面,越来越多的新技术得到应用,有效支撑了环境质量监测网络建设,如检测速度更快、监测范围更广的光学技术,具有高灵敏、 高选择性、仪器简便等特点的化学发光法,以及反映未来发展趋势的颠覆性技术,如基于大数据融合的多介质环境与生態系统感知技术、 基于新材料与器件的微型智能化环境要素传感技术、基于光谱质谱的环境痕量污染物快速在线监测技术以及基于卫星遥感的区域/全球生态环境要素的高分辨率遥感技术[2]。

为了将这些最新变化反映到教学中,需要拿出专门的时间讲授这些最新变化,如设专章专门先容相关技术的最新进展,或者引导学生自学,并撰写读书报告,使学生了解最新进展, 或者邀请行业专家为学生作专题讲座,先容相关技术在环境监测中的具体应用。

(4)做好与前后修课程的合理衔接。每门课程都有自身的常识体系,不同课程之间相互衔接,构成专业课程体系。目前反映较多的问题是课程之间的内容重复。对此,大家应理性分析,不能一刀切完全不能重复,也不能放任课程间内容重复,浪费教学时间。内容重复不外乎以下几种情况:一是前修课程讲过的内容在后修课程中再提及,为后修课程内容展开作铺垫。二是前修课程的内容在后修课程中以不同的角度来讲授并赋予新的应用。三是前修课程的内容在后修课程中重复讲授,重点难点基本一致。由此可见第一种重复是有效的课程衔接方式,第二种重复是基于自身学科体系和必要的前后内容连贯而设置的新内容,第三种内容重复才是大家必须避免的。但无论哪一种形式的重复,不同课程之间都应该做好相互之间的沟通和衔接。环境监测课作为第一门专业基础课,首先必须处理好与前修化学课程之间的衔接关系,特别是无机与分析化学及实验课程,如pH值、电导率、硬度、氧化还原电位等基本概念,容量分析、重量法实验、分光光度法实验等,在概念的理解和实验要求上,尽可能与前修课保持一致。前修的化学课在讲到这些内容时,如能提及这些参数是水环境质量指标的话,对后修专业课程学习都是很好的铺垫。其次,还要处理好与后续专业课程的关系,尽可能地为后续课程打好基础。如对各项水质指标的解析是选择合适的废水处理工艺的前提,因此环境监测课程中适当先容相关废水处理案例,不仅有助于学生综合理解水质指标的理解,也为后续水污染控制工程课程的学习做好准备。

(5)强化课程特色。行业特色型高校的专业建设都会强调行业特色,而要真正实现行业特色最终都要落实到课程层面。从课程层面体现特色,关键要从两个方面着手:一是加大特色案例的收集与整理,二是加大课程相关特色实验实践环节建设。我校为加强石油行业特色教育,从环境标准到水质指标测定,均重点先容石油相关案例。在先容污染物排放标准时,以石油炼制工业污染物排放标准作为行业标准的实例与综合排放标准进行对比,说明排放标准的发展变化。在先容COD指标时,通过对比分析含油废水和城镇污水的组成差别,使学生深入理解在等COD情况下不同类别废水水质特征的差别,说明水质特征分析的重要性,并将本课题组关于含油废水水质特征综合诊断方案的最新研究成果引入课堂;在先容石油类指标时,结合本科研团队完成的实际工程案例,说明现有石油类指标定义的片面性,等等。

二、借助新教育技术,推动教学方法改革

完整的课程教学过程应包括课前预习、课中授课和课后实践三个阶段,教学方法设计应是针对教学全过程的,是系统性的设计。赵炬明等提出了以具体课程为对象的教学设计研究的四步模型(分析—设计—实施—反思),对于教师开展课程教学方法设计很有引导意义[3]。

(1)课堂教学手段的演变。近30年来,不断涌现的信息技术推动了教育技术的变革,为教师提供了更加丰富的教学工具。如虚拟仿真技术,使曾经难以理解的过程更加形象化,加快了对复杂理论的理解;20世纪90年代PPT的广泛应用使得课堂板书变成了教学内容展示。2016年,基于微信和PPT开发的雨课堂辅助教学工具进入课堂,将课堂问答方式从“一问一答”变成了“一问都答”,从而大大增加了师生互动机会,无论班型大小,教师都可以实时精准掌控每一位学生的课堂学习状态,进而大大提高了研讨式教学方式的可普及性。

(2)混合式教学方式的开展。进入21世纪,以Blackboard、超星泛雅等为代表的辅助教学平台的应用,MIT引领的大规模在线开放课程上线,QQ、微信等即时通讯工具的出现,改变了学生课后学习方式和师生互动的方式。结合雨课堂等课堂辅助教学工具的应用,为大规模开展混合式教学提供了可能。可以预期,在一体化教学平台的支撑下,混合式教学将得到广泛应用。

混合式教学是一种将课堂授课与课前预习融合在一起的教学方式。强化课前预习一直就受到重视,通常的预习方式是布置学生先自学教材内容,而MOOC的出现使得课前预习的内容和方式发生了根本转变。教师可以事先将课堂教学内容录制视频布置给学生预习,将原本应在课堂讲解的内容前置到课前学习。通常,视频录制的内容多采用启发式教学,结合后期剪辑在关键节点添加提问,帮助学生掌握本门课程的基本概念、基本理论。课堂上重点针对预习内容进行检查,或者针对重点难点进行研讨等,大大增加了课堂上师生互动的频率和深度,提高了课程的挑战度。如果将这些录制的视频内容放到MOOC平台上,并按照课程教学要求按时发放给学生学习,再补充完善其他教学材料,就成了MOOC。所以,翻转教学实际上是基于预习MOOC或者自录制视频内容的教学方式。我校环境监测课程以疫情为契机将所有教学内容都实施翻转教学,录制了全部教学视频布置学生课前预习,并在相关教学内容后布置练习题,辅助学生理解相关概念,由此将原来课堂学习的内容全部前移。课堂授课时则针对重点难点概念设置相关测验题,发给学生现场解答,而后随机向学生提问说明作答的原因,引导学生深入思考。此外,还大量引进真实案例,并进行综合分析、讨论,提高了课程的深度。通过匿名问卷调查,本课程84%的学生对这种混合式教学方式表示认同。

(3)课后实践的互动。课后实践是课程教学必不可少的环节,传统的习题作业可看成课后实践的一种形式,而需要同学之间配合才能完成的小型调研、文献阅读、实验、设计等是教师要积极开发的课后作业类型,这些实践类作业有利于学生进一步消化吸取课堂内容,甚至达到综合研究的程度。在学生实践过程中,教师应加强引导和检查,帮助学生形成高质量的实践报告,要避免以最后一考或一次性成果来对学生的学习效果进行评估,使学生失去了在错误中学习提高的机会。在环境监测课程的教学实践中,布置了两道实践类作业:一道是引导学生通过文献阅读,了解监测技术的发展趋势,同时要求学生以团队的形式准备PPT,在课堂上汇报,培养学生团队协作意识和专业表达能力;另一道是“為调查自己家乡的地表水水质状况,编写环境监测方案”,以培养学生调查研究和应用标准规范的能力。本次作业给了学生两次提交报告的机会,在学生第一次按时提交作业后,教师提出修改意见,并打回重做,学生根据修改意见,决定是否需要再修改。教师根据最后修改的版本,给予作业成绩。这种对大作业的两次批改,对学生进行了很好的综合训练,提升的不仅是标准规则的应用能力,还有学生学查阅文献、学术写作的能力。

三、评学与评教协同,一体化开展课程评估

(1)注重过程评价的课程考核。当前课程考核存在的主要问题是“一考定终身”,即以期末考试为主要形式,较少考查学生的平时学习效果,即使计算了平时成绩,也仅是考查出勤情况,作业完成情况等,导致学生平时投入学习的动力不足,考前突击应付,与“成果导向”的教学理念不匹配。因此,加强过程考核,探索不同形式的过程考核方式成了当今课程教学改革的重要课题[4]。很多学校已经在强化过程考核管理以推动教师开展教学方式改革——提交专业认证申请时,要求提交“课程考核内容方式合理性审核表”应是切中要害。环境监测课程坚持“让学生动起来”的教学理念,采用“预习作业+课程测验+实践活动+结课考试”四位一体的结课考核方式,其中结课考试成绩比例降到了60%,有效引导学生参与课程教学的全部过程,取得了一定成效。“预习作业”重在督促学生按时完成课前翻转教学的预习任务。“课程小测验”重在考核学生阶段性学习成效,并根据学生学习成效及时调整教学安排和教学方法。“实践活动”重点训练和考核学生实践能力、团队协作能力、文献查阅能力和语言表达能力。“结课考试”全面考核学生对课程基本概念掌握程度和基本应用能力。

(2)五位一体的教学评价。为帮助教师持续提高课程教学质量,优化改进教学方式,首当其冲应改变教师教学质量评估方式,综合发挥学生评教、督导评教、领导评教、同行评教、教师自评等各种评价的作用,实现评学与评教的联动。学生评教重在调查而不是教学水平高低评价,应更多地从学生对课程的认识、学生自我获得、教师的教学方式等方面进行问卷设计。学生评教问卷应分为学校发放和教师发放两种方式。学校发放的问卷可以笼统提问学生对教师教学态度的问题,但不宜过细,重点在于通过对问卷结果进行综合分析,对课程教学方式、教学效果进行评价,为教师持续改进提供参考。任课教师应在课程进行过程中发放学生问卷,及时了解学生对课程的学习状况,及时发现教学中的问题,以利于及时调整教学安排。目前在课程进行过程中发放问卷征求意见的教师还不多。本课程针对课程教学目标和教学过程设计了一个教学调查问卷,要求学生按照课程教学过程中自己的真实感受来填写问卷,包括板书方式、教学内容的选择、课堂互动方式、课后作业情况、对课程的建议等。通过问卷调查,不仅了解了学生对课程混合式教学方式的认可,也发现了教学过程中预习任务多等问题,还与学生之间建立了很好的互动关系,使自己对课程改革充满了信心。

督导评教是督导专家通过查看教师的教学文件、历年试卷和随堂听课等环节对教学质量作出的综合评估,相对客观、全面,在对教师的教学质量评估中发挥重要作用,其评教结果对教师进一步改进教学具有更强的可操作性。同行评教是相同学科专业的教师根据随堂听课情况作出的评估,可以为任课教师对内容的理解和表达提出参考意见。领导评教重在通过听课发现教学过程中存在的共性问题,为服务教师提供第一手的资料。教师自评是教师通过综合分析学生各环节学习情况和各种形式的评教反馈,为进一步改进教学方式打下基础。

四、统合教与学的需要,建设一体化教学平台

信息技术的发展推动了信息化平台的建设,进而为教学改革提供了强有力的支撑。2020年春季新冠疫情的爆发推动了在线实时教学的广泛开展,在线教学平台、数字教材等信息化教学平台的作用功不可没,同时其自身也借势有了进一步的更新和升级。

(1)在線教学平台的发展。在线教学平台大致可分为MOOC平台和辅助教学平台两种类型,二者均提前将录制好的教学视频和相关资料部署到平台上,由教师按照教学进度实时发布。二者不同之处在于,MOOC平台需要平台服务商协助,将教师的授课视频、教学资料上传平台,由教师团队负责教学运行。国内影响力比较大的平台有中国大学MOOC、学堂在线、智慧树、尔雅等。辅助教学平台是一种教师自建课平台,课程全部由教师及团队负责建设和维护,如blackboard、超星泛雅等。雨课堂、学习通、蓝墨云等属于课堂教学辅助工具,重点是辅助老师课堂授课,实现师生的实时互动。这些工具开发商都在积极开发网页端,使之具备了部分在线教学平台的功能,如作业布置与批改,课堂教学视频的回放等。期待未来的课程建设将依托一种新的一体化教学平台来推进,这种平台能整合课堂教学辅助功能和收集课堂教学数据,全方位融合课程教学的各个环节,是教师的备课平台、教学资源的展示平台、授课平台、学生学习平台和师生互动平台,也是学生自主学习和个性化学习的导向台。目前,超星正在将旗下的泛雅平台和学习通进行整合,学堂在线正在整合雨课堂优势开发学堂云教学平台,目标都是打造由教师主导、能融合课内外教学活动的一体化教学平台。

(2)数字教材的兴起。教材是传授、继承常识的载体,是教师备课、授课的基本依据和参考,其建设与选用是课程建设的重要组成部分。当前,以文字、图片为主要形式的纸质教材,正快速向融合富媒体资源的纸质教材、数字教材等新型教材方式转变。融合富媒体资源的纸质教材是以现有纸媒教材作为内容主体,通过二维码连接到各出版商自建的服务平台,共享编辑开发的模拟试题、课件、图片、音视频及动画等其他形式的资源,大大拓展了教材的资源边界。奚旦立主编的《环境监测》教材第五版就是这种新形式教材[5]。数字教材则是将纸质教科书的内容直接数字化,同时以图文、音视频等富媒体形式呈现部分教学内容,全部在互联网上发布。高等教育出版社正在基于中国大学MOOC平台积累的大量优质MOOC资源出版这类型教材。数字教材不仅比纸质教材内容更为丰富,吸引力更强,而且可根据政策更新、教学实际,以及师生的使用反馈对教学资源持续进行更新,更好地为师生的高效教与学服务。可以预料,未来的教材将兼具“客观化教材”“开放性索引”和“研究性资料”的功能,为教师提供的更好的服务[6]。也期待高等教育出版社等高水平出版社能参与开发一体化教学平台,为教师开展教学活动提供更好的平台和体现最新科研成果的教学资源。

教学一体化平台的应用,将从根本上改变教师的角色定位。教师不再仅仅是课程的讲授者,只要熟练掌握教学内容,探索合适的教学方法就可以了,未来的教师必将是专家、编辑和主持人多种角色融合的多面手,这样才能应对未来教学形态的变化。总之,课程建设作为专业建设的核心任务,应在精选课程内容的前提下,借助新技术优势,搭建一体化教学平台,根据课程内容需要,不断优化课程教学方式,通过系统全面的教学改革,提高教学质量。

参考文献:

[1]潘懋元,王伟廉. 高等教育学[M].福州:福建教育出版社,2013.

[2]刘建国,孟德硕,桂华侨,等. 环境监测领域颠覆性技术的发展与展望[J]. 中国工程科学,2018(6).

[3]赵炬明,高筱卉. 论大学教学研究的科学化、学科化与专业化[J]. 中国高教研究,2018(11).

[4]陈建峰,李羚芷,叶为民.大类培养模式下小专业课程考试方式方法改革[J].高等建筑教育,2019(3).

[5]奚旦立.环境监测:第五版[M].北京:高等教育出版社,2019.

[6]王军. 新时代大学教材出版与高校人才培养[J].出版广角,2019(20).

[责任编辑:陈立民]

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