“互聯(lián)網(wǎng)+”智能引領(lǐng)“新工科”教學(xué)課件設(shè)計(jì)制作理念及應(yīng)用

張海涵 陳勝男 朱陸莉 韓蕓 楊生炯

[摘 要]隨著教育部“雙一流”重大戰(zhàn)略的實(shí)施，在“互聯(lián)網(wǎng)+”智能引領(lǐng)驅(qū)動(dòng)下，我國高等教育的發(fā)展面臨新的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在工程學(xué)科領(lǐng)域，“新工科”為學(xué)科發(fā)展注入了新鮮血液。在工程學(xué)科的教學(xué)過程中，教學(xué)課件作為驅(qū)動(dòng)學(xué)科發(fā)展與傳遞知識(shí)的有機(jī)細(xì)胞，對(duì)于提升我國高等教育發(fā)展水平、保持發(fā)展活力具有重大意義?；诙嗄杲虒W(xué)實(shí)踐，課題組凝練出“1個(gè)中心、2種途徑、8個(gè)策略”的課件設(shè)計(jì)制作思路。以學(xué)生為中心是課件設(shè)計(jì)制作的靈魂。課件制作強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)突出、圖文結(jié)合、簡潔清楚、教學(xué)用具合理運(yùn)用、巧用動(dòng)畫、引用典型案例、互動(dòng)恰當(dāng)、習(xí)題鞏固。該設(shè)計(jì)與制作理念已成功應(yīng)用于環(huán)境工程專業(yè)核心課程環(huán)境工程微生物學(xué)的教學(xué)改革和實(shí)踐，為我國“互聯(lián)網(wǎng)+”智能引領(lǐng)“新型環(huán)境工程”專業(yè)人才培養(yǎng)過程提供科學(xué)指導(dǎo)。

[關(guān)鍵詞]“互聯(lián)網(wǎng)+”； 智能教學(xué)； “新工科”； 課件設(shè)制； “雙一流”

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）07-0074-03

在“互聯(lián)網(wǎng)+”經(jīng)濟(jì)時(shí)代，我國高等教育應(yīng)該做到與時(shí)俱進(jìn)，發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，基于“互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代教育”，躋身世界“一流大學(xué)、一流學(xué)科” [1][2][3]。目前，“智能技術(shù)”、“云計(jì)算”和“大數(shù)據(jù)”等新興領(lǐng)域促進(jìn)了個(gè)性化的教育和學(xué)習(xí)形式就是基于網(wǎng)絡(luò)的教育和學(xué)習(xí)[4]。在網(wǎng)絡(luò)教育和學(xué)習(xí)過程中，教師是教學(xué)過程的設(shè)計(jì)者、在線學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者，教學(xué)課件則是開展教育教學(xué)的關(guān)鍵因子。課件 （Courseware） 是指具有高效教學(xué)功能的多媒體軟件集成，是教師日常教學(xué)過程必不可少的部分，通過“教師—學(xué)生—多媒體”交互式的教學(xué)形式輔助并強(qiáng)化課堂教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)。

在我國高等教育與學(xué)科發(fā)展體系中，工科門類全國75所高校的188個(gè)學(xué)科躋身“雙一流”建設(shè)名單，其中材料科學(xué)與工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、環(huán)境科學(xué)與工程等學(xué)科入選“雙一流”高校數(shù)量最多。2016年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，工科本科在校生538萬人，畢業(yè)生123萬人，專業(yè)布點(diǎn)17037個(gè)，工科在校生約占高等教育在校生總數(shù)的三分之一[5]，由此可見大學(xué)工科專業(yè)發(fā)展尤為重要。基于此，教育部頒布了《教育部高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實(shí)踐的通知》，希望各類高校開展“新工科”的教育教學(xué)研究實(shí)踐活動(dòng)，以深化工程教育改革，培養(yǎng)更多新型工程科技人才。目前，針對(duì)“新工科”（Emerging Engineering Education，3E）沒有明確的定義，筆者認(rèn)為3E更加強(qiáng)調(diào)工程學(xué)科的應(yīng)用性與交叉性，尤其注重互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、生物技術(shù)、新能源等新技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)的緊密結(jié)合，從而培養(yǎng)大學(xué)生解決復(fù)雜工程科學(xué)問題的技能和能力[6]。

隨著我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)快速發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、綠色經(jīng)濟(jì)等成為人們生活的主旋律，同時(shí)也產(chǎn)生了新的復(fù)雜環(huán)境問題，并且對(duì)環(huán)境污染控制工藝提出了更高的要求，多學(xué)科交叉與發(fā)展為有效解決復(fù)雜環(huán)境問題和構(gòu)建新的工藝注入了新鮮的血液。在該背景下，為推動(dòng)工程教育改革創(chuàng)新，高等院校作為工程技術(shù)人才培養(yǎng)的主陣地，在“復(fù)旦共識(shí)”、“天大行動(dòng)”等新工科建設(shè)研討會(huì)基礎(chǔ)上，面向新工科背景的多學(xué)科交叉驅(qū)動(dòng)環(huán)境工程人才培養(yǎng)模式構(gòu)建與實(shí)踐研究迫在眉睫[7][8][9]，必須構(gòu)建“新型環(huán)境工程”專業(yè)人才培養(yǎng)模式（見圖1）。

當(dāng)前，如何讓“互聯(lián)網(wǎng)+”智能引領(lǐng)“新工科”的高效發(fā)展成為我國高等教育教學(xué)領(lǐng)域亟待解決的問題。作為一名普通的大學(xué)專業(yè)課教師，如何實(shí)現(xiàn)這一過程？傳授知識(shí)的輔助手段——課件就成為該過程的核心因子。“互聯(lián)網(wǎng)+”智能驅(qū)動(dòng)教學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了“雨課堂”、“MOOC”、“微課”、“翻轉(zhuǎn)課堂”等新的教育、教學(xué)手段與方式[10]。然而，無論采取哪種方式，課件制作的思路和質(zhì)量都將影響我們的教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。尤其對(duì)于基于信息技術(shù)的網(wǎng)上平臺(tái)、MOOC教學(xué)影響顯著。

環(huán)境工程作為“新工科”發(fā)展的重要組成部分，在我國大力整治環(huán)境污染問題、恢復(fù)藍(lán)天綠水的背景下，為“新型環(huán)境工程”專業(yè)人才的教育培養(yǎng)提出了新的要求[11][12]。西安建筑科技大學(xué)是我國西部地區(qū)擁有環(huán)境工程國家重點(diǎn)學(xué)科的院校，為我國西部地區(qū)培養(yǎng)了大批環(huán)境工程領(lǐng)域的人才。在國家“新工科”計(jì)劃實(shí)施的背景下，西安建筑科技大學(xué)“新型環(huán)境工程”專業(yè)的發(fā)展將為我國“一帶一路”沿線的環(huán)境保護(hù)工程技術(shù)提供智力支撐和人才保障。為了有效實(shí)現(xiàn)該過程，基于長期的教學(xué)實(shí)踐，我們凝練、設(shè)計(jì)出基于“1個(gè)中心+2種途徑+8個(gè)策略”的課件設(shè)計(jì)制作思路（見圖2），強(qiáng)化并實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)過程，為“新型環(huán)境工程”專業(yè)人才培養(yǎng)過程保駕護(hù)航。

一、重點(diǎn)突出

課件是教學(xué)重要的輔助手段、課件在制作過程中要重點(diǎn)突出。每節(jié)課的課件是本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)的體現(xiàn)，并不是將教材上的內(nèi)容完全的拷貝在多媒體課件中，而是要經(jīng)過任課教師的理解、加工，將深?yuàn)W難解的知識(shí)點(diǎn)用簡單通俗的語言或圖形表示出來，幫助學(xué)生理解和識(shí)記。因此，在這個(gè)過程中，就要對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行深入的剖析和加工。

二、圖文結(jié)合

制作課件應(yīng)該圖文結(jié)合，常用的軟件有PowerPoint、Authorware、Director和FLASH等。Authorware 是基于圖標(biāo)的多媒體創(chuàng)作工具。PowerPoint使用最多、最容易掌握。一張幻燈片不能全部是文字，也不能全部是圖形，應(yīng)該圖文并茂、文字不宜過多，過多的文字在視覺上會(huì)產(chǎn)生困倦感，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和注意力的集中程度。

三、簡潔清晰

課件制作應(yīng)該簡潔清晰，尤其是一節(jié)課中最后一張片子的設(shè)計(jì)和制作尤為重要，同時(shí)也是難點(diǎn)，這也是課件制作體現(xiàn)藝術(shù)性的地方。例如，微生物的生長繁殖部分課件制作，總結(jié)部分簡潔清晰，將本節(jié)課的主要內(nèi)容用“一個(gè)生長過程，三種繁殖方式，四種測定方法，四個(gè)生長時(shí)期”共24個(gè)字進(jìn)行總結(jié)，并配以具有邏輯關(guān)系的動(dòng)畫展示（見圖3）?？偨Y(jié)部分采用有限字?jǐn)?shù)的口訣展示是一種好方法。這樣，學(xué)生下課后可能不記得具體的講授內(nèi)容，但是只要將這張片子理解加記憶了，就會(huì)對(duì)后面復(fù)習(xí)起到提綱挈領(lǐng)的作用，有助于學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)點(diǎn)。

四、教學(xué)用具合理運(yùn)用

課件制作應(yīng)該結(jié)合教學(xué)用具的使用，例如在環(huán)境工程微生物課程講解中，可以將微生物培養(yǎng)的接種物試管或培養(yǎng)皿帶到課堂，有利于學(xué)生直觀的看到微生物的菌落形態(tài)和培養(yǎng)基的特征，不但提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，而且對(duì)后面講授培養(yǎng)基或培養(yǎng)基制作的實(shí)驗(yàn)起到拋磚引玉的作用。另外，智能教學(xué)用具的發(fā)展為我們課堂教學(xué)注入了新鮮血液。清華大學(xué)研發(fā)的“雨課堂”就是其中高效的現(xiàn)代教學(xué)用具（見圖4）。通過線上互動(dòng)、提問和回答問題，教師可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，學(xué)生也可以給老師反饋，實(shí)現(xiàn)師生有效互動(dòng)，強(qiáng)化了有效教學(xué)過程。

五、巧用動(dòng)畫

在教學(xué)課件的制作過程中，可以借助網(wǎng)絡(luò)GIF動(dòng)畫體現(xiàn)講授內(nèi)容，使得課件內(nèi)容生動(dòng)有趣，以提高學(xué)生聽課的積極性和專注度。百度圖片庫中有大量的動(dòng)態(tài)圖可以利用。另外，國外網(wǎng)站的GIF圖更加豐富。例如，可以在查找部分輸入“細(xì)菌.GIF”，就會(huì)顯示眾多細(xì)菌的動(dòng)態(tài)圖片，然后將圖像保存為GIF格式，插入需要的PPT中。同時(shí)，可以使用動(dòng)畫加語音的方式，增加音效過程，使課件更加生動(dòng)，從而提高學(xué)生注意力，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在這里需要注意，課件制作中不是動(dòng)畫越多、效果越好，任課教師應(yīng)該做到適度。筆者建議，針對(duì)某些枯燥的知識(shí)點(diǎn)，要是能結(jié)合動(dòng)畫進(jìn)行講授展示，教學(xué)效果會(huì)顯著提升。

六、引用典型案例

課件制作過程中應(yīng)該大量引入典型案例分析，這些案例可以來自于生產(chǎn)生活或者教師自身的科研領(lǐng)域，但一定要讓學(xué)生易懂、易接受。針對(duì)環(huán)境工程專業(yè)而言，可以將當(dāng)前熱點(diǎn)的環(huán)境問題作為典型案例，也可以將生活中一些普遍的環(huán)境污染現(xiàn)象作為典型案例，輔助學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行理解。例如：霧霾顆粒中隱藏的大量致病微生物，污水處理廠活性污泥中功能微生物的種群結(jié)構(gòu)與水質(zhì)的關(guān)系。通過引入日常大家熟知的一些現(xiàn)象提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，例如，為什么將食材放在冰箱中可以短時(shí)保鮮？這就是溫度對(duì)微生物生長產(chǎn)生的影響，低溫可以抑制普通微生物的滋生，從而達(dá)到保鮮的效果。為什么水燒開后可以飲用？這就是高溫使得水體中菌體細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)發(fā)生了不可逆失活。

七、互動(dòng)恰當(dāng)

師生互動(dòng)是需要任課教師對(duì)整個(gè)課堂有高度的把控力，時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的反饋特征。因此，在課件中應(yīng)該設(shè)置互動(dòng)的環(huán)節(jié)或思考題。例如，在講到環(huán)境微生物的“代時(shí)”概念之后，可以安排一個(gè)小問題：某細(xì)菌在2小時(shí)內(nèi)繁殖了5代，請(qǐng)問該菌的代時(shí)是多少？互動(dòng)過程，一方面可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，老師可以檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果；另一方面，對(duì)于課堂上思想開小差、注意力不集中的學(xué)生，也是藝術(shù)性提醒和隱蔽性監(jiān)督的過程。關(guān)于何時(shí)互動(dòng)，可以在一節(jié)課的開始進(jìn)行短暫的互動(dòng)，通過簡單問題，讓學(xué)生盡快進(jìn)入課堂角色。比如，在講授病毒章節(jié)，上課伊始，課件的第一張幻燈片就是一組“禽流感病毒”的動(dòng)畫和一個(gè)小問題：哪位同學(xué)可以舉例說明，你所知道的環(huán)境中病毒都有哪些？讓學(xué)生立即參與到課堂教學(xué)過程中來，互動(dòng)效果顯著。

八、習(xí)題鞏固

課件設(shè)計(jì)中需要根據(jù)大綱的要求，針對(duì)本節(jié)課的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容設(shè)計(jì)2～3道思考題。在課件總結(jié)之后，應(yīng)該設(shè)計(jì)出合理、難度適中的思考題，并且可以通過智能教學(xué)軟件——“雨課堂”推送給學(xué)生，進(jìn)行線上師生互動(dòng)和線下答疑解惑，以有效鞏固課堂上講授的知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生對(duì)習(xí)題的作答情況反饋，可以提醒教師反思這節(jié)課程內(nèi)容的講授方式是否合理、效果是否良好，并指導(dǎo)教師進(jìn)一步優(yōu)化課堂教學(xué)進(jìn)程與過程。

九、結(jié)語

隨著教育部“雙一流”建設(shè)高校和學(xué)科的公布，我國高等教育進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期，同時(shí)也面臨新的發(fā)展機(jī)遇。在“互聯(lián)網(wǎng)+”經(jīng)濟(jì)時(shí)代，高等教育模式發(fā)生著巨大變化。多元化智能教學(xué)手段的有效滲入，使課堂教學(xué)方式出現(xiàn)了多樣化和信息化。在學(xué)科發(fā)展領(lǐng)域，工科的發(fā)展成為新焦點(diǎn)，“復(fù)旦共識(shí)”和“天大行動(dòng)”促使“新工科”應(yīng)運(yùn)而生，為工程學(xué)科發(fā)展指明了方向。在教學(xué)過程中，教學(xué)課件作為驅(qū)動(dòng)學(xué)科發(fā)展的有機(jī)組成部分，對(duì)于提升我國高等教育發(fā)展水平具有十分重要的意義。作者基于多年的課堂教學(xué)實(shí)踐，在本文中提出了“1個(gè)中心+2種途徑+8個(gè)策略”的課件設(shè)計(jì)制作理念，并成功應(yīng)用于西安建筑科技大學(xué)環(huán)境工程國家重點(diǎn)學(xué)科環(huán)境工程專業(yè)（卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃）的教學(xué)改革與實(shí)踐過程，為我國“新型環(huán)境工程”專業(yè)人才培養(yǎng)過程提供科學(xué)指導(dǎo)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]