高校新興交叉學科課程構建的探索

仲于姍 余慶軍 李婷婷

摘 ?要：隨著交叉學科在高校中的興起，如何順利開展新興交叉學科課程的構建也成為當前高校教學改革的研究熱點。本文以《增強現(xiàn)實技術》課程的構建實施為例，探索了交叉學科課程構建過程中的機遇與挑戰(zhàn)，并基于OBE+混合式教學模式的相關理論，結合具體的教學實踐，針對交叉學科課程中知識點繁多、知識更新速度快、考核評定難的問題，提出了一系列解決方案。

關鍵詞：交叉學科;教學改革;增強現(xiàn)實技術;OBE;混合式教學

中圖分類號：TP399 ? ? 文獻標識碼：A

1 ? 引言（Introduction）

隨著智能化和信息化的快速發(fā)展，知識的充分交流和充分競爭已成為這個時代的特征，為解決人類面臨的重大復雜科學問題、社會問題和全球性問題，實現(xiàn)科學技術領域更大自由度的創(chuàng)新，在新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的推動下，形成了一批新型的、綜合性的、跨界融合的高新科技產(chǎn)業(yè)。隨著該產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，具備知識體系跨學科、多元化的人才也備受青睞。2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等，新工科的內(nèi)涵中提到的交叉與融合正是工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的著力點[1]。2018年《關于高等學校加快“雙一流”建設指導意見》明確指出，“雙一流”高校要打破傳統(tǒng)學科之間的壁壘，在前沿和交叉學科領域培植新的學科生長點。時代的變化、教育的變革，促使交叉學科逐漸引入高校的教育教學，為高校教育教學改革注入了新鮮活力[2]。但目前在我國高校學科建設“保守化”“傳統(tǒng)化”“求簡化”的背景下，要實現(xiàn)學科的交叉融合，構建交叉學科課程并非易事。本文以《增強現(xiàn)實技術》課程的構建實施為例，探索研究了交叉學科課程構建中遇到的問題及解決方案。

2 ?新興交叉學科課程構建的背景（Background for the construction of emerging interdisciplinary curriculum）

前沿交叉學科技術的快速發(fā)展，以及交叉學科技術帶來的前景廣闊的市場，是開設新型交叉學科課程的重要條件。進入21世紀，增強現(xiàn)實技術（AR）與虛擬現(xiàn)實技術（VR）成為人們關注的熱點。我國《虛擬（增強）現(xiàn)實白皮書》的數(shù)據(jù)顯示，2018年全球虛擬現(xiàn)實市場規(guī)模將超過700億元人民幣，同比增長126%，其中，VR整體市場超過600億元，AR整體市場超過100億元，預計2020年全球虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過2000億元，其中VR市場1600億元，AR市場450億元，預計2017—2022年全球虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)規(guī)模年均復合增長率超過70%，VR為占據(jù)主體地位，AR增速顯著[3]。與此同時，虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實已被列入“十三五”信息化規(guī)劃、互聯(lián)網(wǎng)+等多項國家重大文件中，工信部、發(fā)改委、科技部、文化部、商務部也相繼出臺多項相關政策，鼓勵技術的創(chuàng)新與發(fā)展。此外，各省市地方政府從政策方面積極推進產(chǎn)業(yè)布局。整體上來看，增強現(xiàn)實技術與虛擬現(xiàn)實技術引入高校教育是大勢所趨。

增強現(xiàn)實技術是對現(xiàn)實信息進行加工處理，以提高人們獲取現(xiàn)實信息效率為目的技術，也是一項需要計算機科學與技術、軟件工程、數(shù)字藝術與設計等不同領域知識共同支持的跨學科的綜合技術。2017年D校數(shù)字媒體技術專業(yè)開設了《增強現(xiàn)實技術》交叉學科課程。課程介紹了增強現(xiàn)實的相關理論、增強現(xiàn)實項目的開發(fā)方式方法，要求學生從計算機的角度理解增強現(xiàn)實技術，熟悉增強現(xiàn)實項目的設計文檔，并最終基于Unity游戲引擎的C#編程技術，以及動畫、視頻、特效制作技術完成一款增強現(xiàn)實APP的制作，課程主要培養(yǎng)學生設計和開發(fā)增強現(xiàn)實應用的能力。

3 ?多領域的先修課程是交叉學科課程建設的基礎（Prerequisite courses in multiple fields are the basis for interdisciplinary curriculum development）

交叉學科課程所授的教學內(nèi)容是由多個學科交叉融合形成的，課程基礎知識的覆蓋面非常廣，為了保證良好的授課效果，在開設交叉學科課程的前期，高校應適當開設與交叉學科課程內(nèi)容相關的跨領域?qū)W科的先修基礎課程。這種課程體系的設置在跨學科專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中比較常見，因此，交叉學科課程更適合開設在跨學科專業(yè)的高年級。

《增強現(xiàn)實技術》是數(shù)字媒體技術專業(yè)大三學年開設的課程，數(shù)字媒體技術專業(yè)是由計算機科學和數(shù)字藝術設計兩個學科交叉融合形成的，目前該專業(yè)在低年級開設了數(shù)字藝術設計類基礎課程，如《界面設計》《設計基礎》《三維軟件基礎》等。技術類基礎課程，如《面向?qū)ο蟮某绦蛟O計》《數(shù)據(jù)結構與算法》《計算機圖形學》等，以及《產(chǎn)品創(chuàng)意設計》和《用戶體驗設計》等產(chǎn)品設計類課程。這些先修課為后續(xù)大三年級開設的《增強現(xiàn)實技術》交叉學科課程奠定了扎實的理論基礎和實踐依據(jù)，保證了交叉學科課程教學的順利實施，如圖1所示。

4 構建新型交叉學科課程的機遇與挑戰(zhàn)（Opportunities and challenges in building a new interdisciplinary curriculum）

交叉學科課程構建不僅需要多學科領域先修課程的支撐，還需要在課程的設計與實施上下功夫。本文以《增強現(xiàn)實技術》課程為例，分析、歸納、整理了交叉學科課程構建中的機遇與挑戰(zhàn)。

4.1 ?新型交叉學科課程的知識種類“多”帶來的機遇與挑戰(zhàn)

交叉學科課程的內(nèi)容涉及多個學科領域，知識點繁多。以實現(xiàn)一款增強現(xiàn)實APP應用為例，在開發(fā)應用的過程中至少需要軟件工程、產(chǎn)品創(chuàng)意設計、UI設計、計算機程序設計等多個領域技術的支持。

機遇：不同種類學科知識的融合，拓展了學生的視野，培養(yǎng)學生學習熱情。在《增強現(xiàn)實技術》課程中的案例往往是技術和藝術相結合的，學生不僅能夠掌握編程技術還可以接觸到三維動畫、動作捕捉、影視后期編輯等領域的內(nèi)容，這讓本身較為傳統(tǒng)的程序開發(fā)課程變得生動有趣，極大的豐富了學生的知識體系，激發(fā)了學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，鼓勵學生在新的領域中尋求自我的優(yōu)勢。例如，學生將編程技術、視頻制作技術與平時喜愛的動畫內(nèi)容相結合，設計制作了AR動漫手賬，如圖2所示。在興趣和愛好的促使下，不僅作品的效果和完成度俱佳，學生還充分掌握了相關的技術。

挑戰(zhàn)：交叉學科課程知識點的種類繁多，知識點與知識點之間相互的關聯(lián)較為復雜，如何梳理知識點，將不同學科知識緊密的聯(lián)系起來，是設計規(guī)劃課程體系的關鍵。

4.2 ? 新型交叉學科課程的知識“新”帶來的機遇和挑戰(zhàn)

交叉學科課程的重要特點就是內(nèi)容前沿性強，知識更新速度快，研究熱點不斷變化[4]。增強現(xiàn)實技術就是一門快速發(fā)展的高新技術，在《科學美國人》發(fā)布的2018十大新技術榜單中，增強現(xiàn)實技術排在首位。

機遇：（1）緊跟新時代步伐：將交叉學科課程的新技術引入到教學內(nèi)容中，使學生的培養(yǎng)與行業(yè)的發(fā)展趨勢緊密結合，無論是對學生個人職業(yè)發(fā)展還是對于急需新技術人才進行創(chuàng)新發(fā)展的企業(yè)來說，都是非常有益的。從增強現(xiàn)實技術來看，根據(jù)當前美國分析師們的預估，AR技術現(xiàn)在的市場規(guī)模大約是15億美元，而到了2020年，這個數(shù)字將變成1000億美元。也就是說，兩年左右的時間，這個市場的規(guī)模會擴大將近70倍。蘋果、谷歌、微軟這些科技巨頭，都正在把大量的資金和人才投入到AR領域里去。（2）更大自由度的創(chuàng)新：交叉學科領域是前人探索較少的領域，該領域的不成熟和競爭的不激烈，使創(chuàng)造和挖掘新知識有了更大的自由度。在《增強現(xiàn)實技術》課程中，AR基礎案例可以與體育、音樂、歷史、文化等領域相結合，構造出全新的小而實用的AR應用。例如，將AR技術與歷史文化相結合，設計實現(xiàn)的AR故宮應用，使用戶能夠用手機掃描歷史課本中的故宮圖片，穿越時空游覽3D故宮博物院，如圖3所示。

挑戰(zhàn)：知識的更新速度快，使傳統(tǒng)固定的教學模式無法充分滿足教學的需要。《增強現(xiàn)實技術》課程開發(fā)工具選用的是Unity游戲引擎和Vuforia插件，從2018年到2019年，僅一年的時間Unity更新了30個版本，Vuforia也增加了水平面和半空中的AR識別新功能，這些應用平臺的變化，也會對課程內(nèi)容的設計產(chǎn)生一定的影響。

4.3 ? 新型交叉學科課程的考核“難”帶來的機遇與挑戰(zhàn)

課程考核是高校教學活動的重要環(huán)節(jié)，交叉學科課程的考核不僅要重視知識要點的掌握，還要注重學生綜合應用各領域?qū)I(yè)知識的能力、創(chuàng)新研發(fā)的能力、產(chǎn)品創(chuàng)意設計的能力，以及作品科技轉化能力的評價。

機遇：通過優(yōu)化交叉學科課程考核體系，促進創(chuàng)新型、小而實用的作品產(chǎn)出，為高校課程成果的科技轉化，校企合作奠定基礎。目前，消費者需求的變化速度越來越快，為了適應現(xiàn)實需要，大量易上手的開發(fā)軟件出現(xiàn)，產(chǎn)品的生命周期不斷縮短，應用類產(chǎn)品的開發(fā)也趨于大眾化，這使在《增強現(xiàn)實技術》一門課程的學習周期內(nèi)實現(xiàn)一個較完整，且能符合消費者需求的產(chǎn)品變得可能。為此，《增強現(xiàn)實技術》的考核方式也由傳統(tǒng)的知識點考察，改革為綜合、多元化地評價學生開發(fā)的一款完整應用，這種考核形式將有利于科技成果轉化，促進學生自主學習。

挑戰(zhàn)：由于學生作品的內(nèi)容涉及的學科領域較多，不同學科領域評判標準略有不同，如何公正、公平的考核學生在不同學科領域的工作量和作品的價值是需要解決的問題。

5 ?理論聯(lián)系實際解決交叉學科課程面臨的挑戰(zhàn)（Theories and practical solutions to the challenges of interdisciplinary curriculum）

5.1 ?基于OBE教育模式解決交叉學科課程知識種類“多”的挑戰(zhàn)

OBE（Outcome-Based Education）又稱為“成果導向教育”理念，它興起于20世紀八九十年代的美國，是以預期學習產(chǎn)出為中心來組織、實施和評價教育的結構模式[5]。在交叉學科課程體系的構建中，由于課程涉及的各個學科知識點繁多，需要梳理一條目標明確的、清晰的、關聯(lián)不同領域?qū)W科知識點的綜合體系脈絡。根據(jù)成果為導向的OBE教學模式，預期的學習效果是課程建設的核心，它可以作為脈絡的主干，指引、規(guī)劃、梳理交叉學科課程中不同領域的知識點。在《增強現(xiàn)實技術》課程中，根據(jù)OBE教學模式，首要任務是制定該門課程預期目標清單，如表1所示，為達到預期目標，在教學設計環(huán)節(jié)，課程負責人將影視領域中視頻剪輯的部分內(nèi)容、動畫領域中2D/3D動畫制作的部分內(nèi)容、人際交互領域中觸控交互的部分內(nèi)容、游戲開發(fā)領域中粒子特效的部分內(nèi)容，按照預期目標的需要，依次加入課程的知識體系脈絡里，如圖4所示。這種以預期目標為導向的課程梳理，可以有側重地把不同領域的知識點，有序、快速地組合入課程體系的構建中。

5.2 ?混合式模塊化教學解決交叉學科課程知識“新”的挑戰(zhàn)

應對交叉學科課程知識“新”的挑戰(zhàn)，首先要解決兩個問題。一是如何學習跨不同領域的“新”知識。二是如何面對在科技軟件更新速度極快，帶來的交叉學科部分知識“過時”的情況。本文基于《增強現(xiàn)實技術》課程的設計實施，提出如下解決方法。

（1）靈活的模塊化課程體系設計

交叉學科課程的授課內(nèi)容是由不同領域的知識組成的，如同模塊化組件的拼裝。每一個領域的知識形成一個模塊，不同領域的模塊可以在實踐項目中靈活組合。同時，根據(jù)不同領域知識難易程度的不同，將每一領域的模塊再細分成多個小模塊，使學生可以根據(jù)自己的能力，有選擇性地，靈活掌握跨專業(yè)領域的新知識。

《增強現(xiàn)實技術》課程中根據(jù)不同的專業(yè)領域設置了六個教學模塊，如圖5所示，每個模塊又細分為基本模塊、進階模塊、拓展模塊三個小模塊。以“AR動畫技術”模塊為例，它的基本模塊要求學生能夠完成幾秒鐘的2D/3D簡單動畫的制作，并完成AR動畫項目案例。這一模塊涉及的是基礎知識和技術，要求所有學生必須掌握的。如果學生可以輕松掌握基本模塊的內(nèi)容，則可以進一步學習進階模塊里動畫狀態(tài)機的相關知識。有興趣、有能力的同學還可以自主學習拓展模塊中基于動作捕捉制作3D動畫的擴展內(nèi)容。

為完成教學預期目標，在所有的教學模塊中，基礎模塊的內(nèi)容是學生必須掌握的，其他模塊的內(nèi)容學生有主動的選擇權，可以自己規(guī)劃學習不同領域新知識的時間和內(nèi)容的深度。這種方式，提高了課程體系的靈活度。

（2）基于混合式教學，培養(yǎng)“自動更新”知識的能力

混合式教學是指在適當?shù)臅r間，通過應用適當?shù)拿襟w技術，提供與適當?shù)膶W習環(huán)境相契合的資源和活動，讓適當?shù)膶W生形成適當?shù)哪芰?，從而取得最?yōu)化教學效果的教學方式[6]。交叉學科課程知識點“多”“新”，如果僅靠一位教師將所有的知識，面面俱到的傳授給學生是不現(xiàn)實的，所以教學上應采用適當?shù)幕旌鲜浇虒W，促進學生線上線下深度學習，獲取不同學科領域的新知識、新技能，培養(yǎng)學生“自動更新”知識的能力，使知識體系與時代的發(fā)展保持同步[7]。

教師在實施混合式教學的過程中，將課程項目預期成果作為目標，依據(jù)教學的經(jīng)驗和知識的難易程度，將教學任務劃分為線上教學和線下教學。目前，線下教學還是以課堂為主，線上教學則可以采用網(wǎng)課、微信公眾號、交流討論群等基于新媒體的方式進行教學知識的分享?！对鰪姮F(xiàn)實技術》課程的線上與線下混合式教學是圍繞項目產(chǎn)品的成果物的實現(xiàn)進行開展的，如圖6所示。目前，該課程設置了四個實踐項目，要求學生在規(guī)定的時間內(nèi)設計并開發(fā)四個基于Unity的AR應用產(chǎn)品，在產(chǎn)品的設計與實現(xiàn)的過程中，既需要掌握專業(yè)知識與技能，又需要具備一定的創(chuàng)新思維、自學能力、設計分析能力、解決問題的能力。僅靠課上的時間不足以完成這些知識的傳授和能力的培養(yǎng)，因此，課程將項目背景的調(diào)研、產(chǎn)品主題創(chuàng)意的選取、不同領域知識的拓展、產(chǎn)品與先進技術的融合等方面的內(nèi)容納入線上教學環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮線上教學的時間和空間的優(yōu)勢，基于網(wǎng)課、新媒體進行知識的傳授、分享和交流。鼓勵學生主動的線上學習，獲取前沿科技領域知識，實現(xiàn)所學知識的“自動更新”。介于目前，線下教學相對成熟，教師更容易在課堂上與學生實時的交流互動，把握學生對知識的掌握情況，課程將產(chǎn)品的整體開發(fā)流程的分析設計、產(chǎn)品實施過程中所需要的基礎關鍵知識和關鍵技術以及產(chǎn)品最終的考核測評，納入線下教學環(huán)節(jié)。由教師在課堂內(nèi)與學生面對面的實驗、講解、監(jiān)管、指導、考核，確保每一位學生能夠掌握一定的基礎知識，完成實踐項目。

5.3 ? 多元化考核方式解決交叉學科考核“難”的挑戰(zhàn)

通過實施多元化考核，把考核有機地融入交叉學科課程的教學全過程，實施“教、學、考”結合，形成“教、學、考”互動。以項目成果為導向，調(diào)動學生學習積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，消除部分學生平時松懈、考前突擊、考后遺忘的不良現(xiàn)象，促進教學成果物的科技轉化。

《增強現(xiàn)實技術》課程的考核以項目成果為導向，考核滿分為100分，分數(shù)由50分的形成性成績和50分的終結性成績構成。在形成性成績中，平時的課堂表現(xiàn)占10分，課程中三個實踐項目共占40分，其中前兩次實踐項目分別占10分，第三次項目占20分。為防止“抱大樹”現(xiàn)象的發(fā)生，保證每位學生都學有所獲，第一次和第二次項目考核規(guī)定了作品的考核主題，并要求單人單組，課內(nèi)限時完成。第三次項目考核采用主題自擬，分小組完成的大作業(yè)形式，鼓勵學生創(chuàng)新思維，培養(yǎng)團隊合作的能力。第四次項目作為終結性考核的最終成果物涉及的知識領域廣、工作量大，為保證考核的公正、公平，采用課內(nèi)答辯的形式，邀請藝術系動畫專業(yè)、影視專業(yè)、數(shù)字媒體技術專業(yè)教師混搭組成答辯評委，根據(jù)答辯評分的要求，對最后的作品進行全方位的測評，如表2所示。與傳統(tǒng)的答辯評分構成相比，課程答辯評分構成中新增了成果轉化一項，占比20%，鼓勵學生將所學知識向?qū)嵱玫目萍汲晒D化?！对鰪姮F(xiàn)實技術》課程授課八周，平均兩周進行一次項目考核，實時跟蹤考察了學生對課程知識的掌握情況。

6 ? 結論（Conclusion）

綜上所述，交叉學科是目前科學研究的熱點領域，開展新型交叉學科課程教學對于強化學生的學科交叉意識，提高學生的創(chuàng)新能力和自主學習能力，適應社會發(fā)展的需要具有重要作用。本文以《增強現(xiàn)實技術》課程為例，分析了當前新興交叉學科課程的機遇與挑戰(zhàn)，并結合自身課程的特點，基于OBE+混合式教學模式的相關理論，對交叉學科課程面臨的知識點“多”、知識點“新”，評分“難”三個方面進行了理論聯(lián)系實踐的教學方法的探索。未來，我們將進一步規(guī)范和優(yōu)化課程設計，推進專業(yè)課程教學改革，為未來復雜多變的世界提供智力支撐和人才保障。

參考文獻（References）

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[2] Elisabeth J.H.Spelt，Harm J.A.Biemans，Hilde Tobi，Pieternel A.Luning，Martin Mulder.Teaching and Learning in Interdisciplinary Higher Education： A Systematic Review[J].Educational Psychology Review，2009，21（4）：10-11.

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[7] Silke Vanslambroucka，Chang Zhua，Bram Pynooa，et al.A latent profile analysis of adult students' online self-regulation in blended learning environments[J].Computers in Human Behavior，2019（99）：126-136.

作者簡介：

仲于姍（1988-），女，碩士，講師.研究領域：數(shù)字游戲開發(fā)，交互裝置，增強/虛擬現(xiàn)實.

余慶軍（1973-），男，博士，教授.研究領域：軟件開發(fā)，信息研究，增強/虛擬現(xiàn)實.

李婷婷（1985-），女，碩士，副教授.研究領域：數(shù)字游戲開發(fā)，交互裝置，增強/虛擬現(xiàn)實.