新工科背景下柔性課程體系及虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系探究

譚敏生 陳虹 饒婕

摘? ? 要：柔性教育是一種可組合、可選擇、可持續(xù)發(fā)展的一種培養(yǎng)模式，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)方案、內(nèi)容及方式的彈性與靈活性。文章從新工科背景下國(guó)內(nèi)外柔性教育發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，以計(jì)算機(jī)類專業(yè)為切入點(diǎn)，提出了柔性課程體系的設(shè)置及實(shí)施方法，分析了柔性課程體系的特點(diǎn)，探討了柔性虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建思路。

關(guān)鍵詞：新工科;柔性教育;課程體系;實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2020）01-0001-02

新工科是在傳統(tǒng)工科對(duì)工程人才素質(zhì)培養(yǎng)質(zhì)量不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展的前提下提出的。新工科內(nèi)涵十分豐富，不能孤立理解，不能脫離工科的本性去定義新工科。新工科融合其他學(xué)科和技術(shù)，引入如信息化、智能化、大數(shù)據(jù)等新概念。人工智能（AI）是一門極富挑戰(zhàn)性且內(nèi)容豐富的學(xué)科，在不同的領(lǐng)域有越來越重要的應(yīng)用，這將促進(jìn)計(jì)算機(jī)學(xué)科與其他工學(xué)學(xué)科的深度融合。高校應(yīng)在培養(yǎng)模式上與時(shí)俱進(jìn)，對(duì)課程體系及實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行研究和改革。

柔性是能夠根據(jù)環(huán)境變化而進(jìn)行響應(yīng)的一種能力，它的特征是彈性和適應(yīng)性。可將柔性劃分為外部變化但系統(tǒng)內(nèi)部繼續(xù)有效運(yùn)行的狀態(tài)柔性和為了適應(yīng)外部新情況而采取新行動(dòng)的行動(dòng)柔性。柔性教育是一種具有可組合、可選擇、可持續(xù)發(fā)展的培養(yǎng)模式，它強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)方案、培養(yǎng)內(nèi)容、培養(yǎng)方式的彈性和靈活性。柔性教育以高度適應(yīng)性來應(yīng)對(duì)外部環(huán)境的變化，既強(qiáng)調(diào)教育一慣性的狀態(tài)柔性同時(shí)也注重教育的適應(yīng)變化的行為柔性。因此，新工科背景下柔性教育的目標(biāo)是培養(yǎng)滿足科技和經(jīng)濟(jì)社會(huì)變化發(fā)展的個(gè)性、創(chuàng)新性及適應(yīng)性的工學(xué)人才。

一、國(guó)內(nèi)外柔性教育研究動(dòng)態(tài)

國(guó)際上比較流行的教育機(jī)制主要有加拿大的 CBE機(jī)制、德國(guó)的FH機(jī)制及英國(guó)的“三明治” 機(jī)制。加拿大CBE（Competency Based Education）機(jī)制是以實(shí)際崗位能力為教學(xué)出發(fā)點(diǎn)，制定出市場(chǎng)需求的專業(yè)培養(yǎng)和專業(yè)課程體系，實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是職業(yè)能力的培養(yǎng)，該機(jī)制現(xiàn)已應(yīng)用于美國(guó)、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家[1]。德國(guó)FH機(jī)制實(shí)施的是“3+1”式的人才培養(yǎng)模式，其課程分為基礎(chǔ)課、專業(yè)課和專長(zhǎng)課三種，F(xiàn)H機(jī)制的顯著特點(diǎn)是以實(shí)用性為主導(dǎo)，理論課內(nèi)容大多聯(lián)系企業(yè)案例，實(shí)踐課內(nèi)容緊緊圍繞地方需求[2]。英國(guó)的三明治（sandwich courses）機(jī)制是從理論—實(shí)踐—理論的人才培養(yǎng)機(jī)制，根據(jù)所需的專業(yè)能力來安排課程內(nèi)容，并將課堂教學(xué)和企業(yè)訓(xùn)練分段交替進(jìn)行，特別強(qiáng)調(diào)其內(nèi)容本身的實(shí)用新穎，使得培養(yǎng)過程具有較強(qiáng)的職業(yè)針對(duì)性[3]。從以上幾種模式可以看出，國(guó)外的柔性教育主要以培養(yǎng)職業(yè)能力為目標(biāo)，理論是基礎(chǔ)，實(shí)踐和能力是核心。其柔性主要體現(xiàn)在課程與時(shí)俱進(jìn)，學(xué)制靈活，與企業(yè)需求結(jié)合緊密。

我國(guó)學(xué)者對(duì)柔性教育機(jī)制也有不少研究。陸振華等認(rèn)為柔性教育的核心是在研究師生心理和行為規(guī)律的基礎(chǔ)上，采用個(gè)性化選擇方式，把教育者、領(lǐng)導(dǎo)者的意志變?yōu)閹熒淖杂X行動(dòng)。其主體是師生，其職能也轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝越逃?jì)劃、柔性協(xié)調(diào)、柔性激勵(lì)、柔性互補(bǔ)四個(gè)職能區(qū)域[4]。陳步云等提出教育工作者不僅要正確認(rèn)識(shí)和把握教育方法的柔性，而且還要善于進(jìn)行教育機(jī)制的柔性運(yùn)行[5]。薛玉香等認(rèn)為高校學(xué)生具有多樣性、復(fù)雜性，并將“柔性管理”理念應(yīng)用于教育工作中[6]。鄭力等提出了基于柔性教育理念的柔性課程體系， 強(qiáng)調(diào)以人為本，人才培養(yǎng)的科學(xué)性與尊重學(xué)生的個(gè)性化結(jié)合起來[7]。陳培麗等在大學(xué)化學(xué)課程教學(xué)中，針對(duì)不同專業(yè)學(xué)生采取以人為本的柔性方法，以期達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和動(dòng)手能力的目的，使實(shí)踐教學(xué)更具目的性和規(guī)范性[8]。我國(guó)的柔性教育主要體現(xiàn)在以人為本，強(qiáng)調(diào)師生的主動(dòng)性、融合性，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)為主體。從柔性教育的角度來看，無論是學(xué)生的學(xué)還是教師的教都非常重要，學(xué)生和教師的主觀能動(dòng)性能促進(jìn)教與學(xué)，體現(xiàn)人的柔性。

二、新工科下柔性課程體系的設(shè)置及實(shí)施

工科是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，它既注重理科的基礎(chǔ)知識(shí)，又兼顧理論知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用，也就是我們通常所說的專業(yè)及職業(yè)能力。智能社會(huì)所提倡的新工科是工程學(xué)科與其他學(xué)科綜合而形成的新型工科，其他學(xué)科不僅包含與工科結(jié)合緊密的理學(xué)、管理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等，更包含傳統(tǒng)工科建設(shè)中一直欠缺的人文學(xué)科，它是培養(yǎng)具有正確價(jià)值觀的“工匠精神”新型人才的基礎(chǔ)。

（一）柔性課程體系的設(shè)置

柔性課程體系以“厚基礎(chǔ)、寬口徑、細(xì)方向、重應(yīng)用、強(qiáng)適應(yīng)、明個(gè)性”為原則，堅(jiān)持以學(xué)生為本，確定與培養(yǎng)目標(biāo)相對(duì)應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，并以此為基礎(chǔ)設(shè)置相應(yīng)的課程。課程體系的柔性主要體現(xiàn)在課程數(shù)量豐富、課程層次多元、課程領(lǐng)域廣泛等方面。在課程體系中始終貫徹課程以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，以綜合素養(yǎng)、知識(shí)與能力的提高為核心，以職業(yè)需求為目標(biāo)的思想。形成學(xué)校、學(xué)生和企業(yè)三方面的良性互動(dòng)，以提高課程體系的適應(yīng)性。課程結(jié)構(gòu)必須靈活，便于根據(jù)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求快速調(diào)整;專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)該使學(xué)生具備各種知識(shí)儲(chǔ)備，既滿足學(xué)生的個(gè)性和特長(zhǎng)，也滿足市場(chǎng)的差異化和多樣化需求。

以計(jì)算機(jī)類專業(yè)為例來研究新工科背景下的柔性課程體系。柔性課程體系設(shè)置為2+1課程模塊，“2”為專業(yè)基礎(chǔ)模塊及專業(yè)特色模塊，“1”為外向知識(shí)儲(chǔ)備模塊。專業(yè)基礎(chǔ)模塊包括公共基礎(chǔ)課模塊（必修）、學(xué)科基礎(chǔ)課模塊（必修和選修）。專業(yè)特色模塊按照專業(yè)方向劃分，計(jì)算機(jī)類各專業(yè)的學(xué)生對(duì)應(yīng)課程模塊為必修，其他模塊為選修，實(shí)現(xiàn)組合式課程結(jié)構(gòu)。外向知識(shí)儲(chǔ)備模塊包括職業(yè)認(rèn)證課程模塊、定向?qū)I(yè)課程模塊、人文及語言課程模塊。認(rèn)證模塊為學(xué)生職業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力打基礎(chǔ)，可以跟國(guó)內(nèi)的知名企業(yè)合作，在學(xué)習(xí)之后能夠拿到職業(yè)認(rèn)證證書。定向?qū)I(yè)課程模塊則可以根據(jù)學(xué)生自己的興趣愛好選修，了解其他學(xué)科和專業(yè)的知識(shí)，新工科的發(fā)展必定會(huì)弱化各專業(yè)各學(xué)科之間的界限，知識(shí)將會(huì)是一種融合的狀態(tài)。人文及語言課程模塊是為了加強(qiáng)學(xué)生的人文修養(yǎng)及國(guó)際化所需的語言能力。

（二）柔性課程體系的主要特點(diǎn)

1.強(qiáng)化學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)。課程體系必須有牢固充實(shí)的基礎(chǔ)，才能使學(xué)生有較好的基礎(chǔ)知識(shí)鋪墊。課程體系中大學(xué)1—2年級(jí)的學(xué)習(xí)主要是牢固基礎(chǔ)階段，與計(jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)的數(shù)學(xué)、英語、電子信息等基礎(chǔ)課程占很大比重。通過基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，能夠讓學(xué)生迅速掌握計(jì)算機(jī)學(xué)科的重點(diǎn)知識(shí)及思考未來專業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)知識(shí)。

2.選修課程模塊靈活多樣。選修模塊的目標(biāo)是讓學(xué)生在力所能及的情況下盡可能多儲(chǔ)備知識(shí)，注重的是彈性、靈活性、多樣性。選修模塊內(nèi)容的設(shè)置也應(yīng)該緊跟社會(huì)、行業(yè)及市場(chǎng)發(fā)展和需求，為學(xué)生提供較大的自主選擇空間。學(xué)生可以依據(jù)自身的能力、時(shí)間、經(jīng)濟(jì)等因素組合各種選修課程，形成個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案。

3.注重教師合作與資源共享。課程設(shè)置的靈活性和多樣性要求課程資源共享和教師之間的通力合作，在學(xué)生多樣化的課程選擇中完成教學(xué)，保證教學(xué)內(nèi)容緊跟時(shí)代要求。在學(xué)院內(nèi)組成教學(xué)團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)一門或者幾門課程，各課程之間可能相互關(guān)聯(lián)和支撐。

（三）柔性課程體系的實(shí)施

柔性課程體系按照“2+1+1”的方式實(shí)施，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力、領(lǐng)導(dǎo)能力以及適應(yīng)能力，知識(shí)儲(chǔ)備課程貫穿整個(gè)大學(xué)期間。（1）在大學(xué)前“2”年完成全部基礎(chǔ)課程，包括公共基礎(chǔ)課、學(xué)科基礎(chǔ)課（必修和選修）以及部分專業(yè)特色課。在這2年中，牢固學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，學(xué)生可根據(jù)時(shí)間和能力選修一些知識(shí)儲(chǔ)備課程。（2）在大學(xué)的第三年的“1”年中，學(xué)生除學(xué)習(xí)本專業(yè)的特色課程之外，也可以根據(jù)自己的興趣愛好和職業(yè)前景規(guī)劃選修其他專業(yè)特色課程和部分知識(shí)儲(chǔ)備課程。（3）在大學(xué)第四年的這“1”年，加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)和實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，提升實(shí)踐教學(xué)比例，著重培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力和素養(yǎng)，突出個(gè)性。在“2+1+1”整個(gè)過程中，學(xué)生根據(jù)自己的職業(yè)規(guī)劃和興趣愛好，學(xué)習(xí)一些專業(yè)認(rèn)證課程、外語課程以及其他專業(yè)知識(shí)，體現(xiàn)新工科人才的培養(yǎng)注重?cái)?shù)學(xué)、人文社科、工程科學(xué)等多學(xué)科的知識(shí)。

三、新工科下柔性虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建思路

柔性虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的目標(biāo)是讓學(xué)生成為主動(dòng)學(xué)習(xí)的主體，成為具有創(chuàng)新思維的學(xué)習(xí)者。目前高校實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新速度難以跟上科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度。由于多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬技術(shù)的迅速發(fā)展，構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系已經(jīng)成為可能。柔性虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系應(yīng)打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在地域空間和時(shí)間上的約束，學(xué)生無論何時(shí)何地，只要能連接網(wǎng)絡(luò)，即可通過虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教師也無須在限定的時(shí)間和空間內(nèi)去教學(xué)，大大增加了教與學(xué)的時(shí)間，能在較大程度上激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的新工科背景下，工學(xué)教育處于改革的十字路口，如何緊跟科技及時(shí)代步伐，促進(jìn)工科專業(yè)的改革，是越來越緊迫的課題和挑戰(zhàn)。本文以計(jì)算機(jī)類專業(yè)為切入點(diǎn)，提出了柔性課程體系的設(shè)置及實(shí)施方法，分析了柔性課程體系的特點(diǎn)，探討了柔性虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建思路。

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