以“互聯(lián)網(wǎng)+”為核心的系統(tǒng)工程多元化教學(xué)改革

梁雪春，王飛虎

（南京工業(yè)大學(xué) 電氣工程與控制科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 211816）

系統(tǒng)工程是以有人參加的復(fù)雜大系統(tǒng)為研究對象，按照特定目的對系統(tǒng)進行分析管理以達(dá)到總體效果最優(yōu)的理論與方法。系統(tǒng)工程在專業(yè)課程體系中起到承上啟下的作用，因此其教學(xué)效果的改善與提升備受學(xué)者的關(guān)注。

邵書義等在信息化背景下提出基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的系統(tǒng)工程教學(xué)改革，成功依靠信息化教學(xué)平臺建立了系統(tǒng)工程智慧課堂。張茜等以慕課為基礎(chǔ)推進“互聯(lián)網(wǎng)+”課程改革，成功解決了線下系統(tǒng)工程教學(xué)內(nèi)容多、課時少、難度大等問題。然而“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的課程教學(xué)難免存在監(jiān)督不便、理論與實踐脫離的問題，課程效果仍有較大的提升空間。李宗帥等將翻轉(zhuǎn)課堂理念用于系統(tǒng)工程教學(xué)改革，建立了以學(xué)生為中心的趣味課堂，成功激發(fā)了學(xué)生的主觀能動性。尹小貝等將案例教學(xué)法融入系統(tǒng)工程課堂，將理論知識與現(xiàn)實工程相結(jié)合，避免了理論學(xué)習(xí)與工程實踐相脫離。

基于上述研究及自身教學(xué)經(jīng)驗，筆者充分利用網(wǎng)絡(luò)信息平臺，讓互聯(lián)網(wǎng)與系統(tǒng)工程教學(xué)深度融合，打造以“互聯(lián)網(wǎng)+”為主線，集成翻轉(zhuǎn)課堂與案例教學(xué)優(yōu)勢的多元化系統(tǒng)工程教學(xué)模式。旨在提高教學(xué)效率，推動教學(xué)改革。

一、“互聯(lián)網(wǎng)+”教育改革的必要性

隨著信息化、數(shù)字化的發(fā)展，誕生了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新形態(tài)——“互聯(lián)網(wǎng)+”。“互聯(lián)網(wǎng)+”是指“互聯(lián)網(wǎng)+傳統(tǒng)行業(yè)”，通過利用互聯(lián)網(wǎng)平臺高效率、高精準(zhǔn)，實時便捷、互聯(lián)互動的優(yōu)勢，帶動傳統(tǒng)行業(yè)轉(zhuǎn)型、優(yōu)化、升級。“互聯(lián)網(wǎng)+教育”實現(xiàn)了教育資源共享、教育創(chuàng)新、因材施教、有教無類，有助于提升知識社會創(chuàng)新力和發(fā)展力。

（一）系統(tǒng)工程傳統(tǒng)課堂教學(xué)存在的問題

首先，系統(tǒng)工程在專業(yè)課程中屬于承上啟下的關(guān)鍵一環(huán)，雖然理論自成一體，但諸多應(yīng)用場景滲透在眾多學(xué)科中。同時，系統(tǒng)工程前導(dǎo)知識包括高等數(shù)學(xué)、矩陣論、概率論、運籌學(xué)等，因此具有很強的學(xué)科交叉性。而其具體教學(xué)內(nèi)容涉及線性規(guī)劃、敏感性分析、系統(tǒng)建模、目標(biāo)規(guī)劃、層次分析法等，并要求學(xué)生運用系統(tǒng)理論與系統(tǒng)方法，借助運籌學(xué)、控制論、信息論和計算機等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，處理各類系統(tǒng)并使其達(dá)到總體最優(yōu)。因此，課程總體理論抽象復(fù)雜、難以直觀感知應(yīng)用場景。這些因素不僅增加了學(xué)習(xí)難度，同時也造成學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性受挫，導(dǎo)致課堂效果不夠理想。

其次，系統(tǒng)工程面對知識點多、課時偏少的矛盾。教師授課時除了要思慮如何突出當(dāng)前課程的重心，還要花費時間與精力回顧之前的知識點。因此，經(jīng)常造成授課內(nèi)容的冗余及不必要的課時浪費。

最后，許多教師選擇采用多媒體教學(xué)以期提高教學(xué)效果，然而PPT中的大量文字、圖片、表格在短時間內(nèi)一齊給出，對學(xué)生形成了“信息轟炸”。最終教學(xué)演變成“填鴨式”，課堂演變成“一言堂”，學(xué)生被動接受知識，學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動力不強。

（二）“互聯(lián)網(wǎng)+”教育改革的優(yōu)勢

在社會層面上，“互聯(lián)網(wǎng)+”教育有助于教育平權(quán)，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的全網(wǎng)、全民共享，讓學(xué)歷不再成為接受優(yōu)質(zhì)教育資源的限制，讓每一個熱愛學(xué)習(xí)的人都能夠找到適合自己的課程，有助于實現(xiàn)有教無類、因材施教，引導(dǎo)全民熱心向?qū)W，推動社會進步。

在教師層面，“互聯(lián)網(wǎng)+”教育有助于解決知識點多、課時偏少的矛盾。往期課程重放功能的存在，避免了教師花費時間與精力回顧之前的知識點，可以讓教師全身心地集中于新的重點。教師還可以通過互聯(lián)網(wǎng)平臺大數(shù)據(jù)分析學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱點，并進行針對性講解，進一步提升教學(xué)效果。

在學(xué)生層面，“互聯(lián)網(wǎng)+”教育有助于推動課堂的互聯(lián)互動，減少學(xué)生上課討論時的拘謹(jǐn)。智能算法和知識圖譜使學(xué)生系統(tǒng)化地學(xué)習(xí)知識，幫助學(xué)生通過一片“樹葉”看見整片“森林”，進一步提升教學(xué)質(zhì)量。

（三）順應(yīng)時代的“互聯(lián)網(wǎng)+”教育改革

2020年初新冠肺炎疫情暴發(fā)以來，各地被迫將傳統(tǒng)教育升級換代?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”教育順應(yīng)教育部“停課不停教，停課不停學(xué)”的號召，迎來了發(fā)展高峰。當(dāng)前全國的疫情風(fēng)險總體可控，但仍不能松勁懈怠，因此在未來相當(dāng)長的時間內(nèi)，“互聯(lián)網(wǎng)+”教育仍然是主流。然而機遇與挑戰(zhàn)并存，若簡單地將教育移植至互聯(lián)網(wǎng)平臺也會面臨課堂狀況監(jiān)督不便、理論教學(xué)與實際應(yīng)用脫節(jié)等問題。因此，需要探索“互聯(lián)網(wǎng)+”與教育的深度融合，推動“互聯(lián)網(wǎng)+”教育改革。

二、以“互聯(lián)網(wǎng)+”為核心的多元化教學(xué)模式

（一）教學(xué)模式的設(shè)計

以“互聯(lián)網(wǎng)+”為核心的多元化教學(xué)改革基于筆者2020—2021學(xué)年的系統(tǒng)工程教學(xué)實踐。教學(xué)模式改革以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，把“互聯(lián)網(wǎng)+”作為核心，依靠信息化平臺，輔以翻轉(zhuǎn)課堂、案例教學(xué)的教學(xué)理念；將理論與實踐有機統(tǒng)一，形成了學(xué)生內(nèi)在驅(qū)動向?qū)W為主，教師引導(dǎo)方向為輔的多元化教學(xué)模式。其中課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)置如下。課程目標(biāo)1：理解系統(tǒng)工程的概念、特性，掌握使用系統(tǒng)工程方法論處理復(fù)雜工程問題的一般方法與步驟；課程目標(biāo)2：掌握從系統(tǒng)總體角度尋求系統(tǒng)最優(yōu)解的數(shù)學(xué)工具，包括數(shù)學(xué)規(guī)劃、圖與網(wǎng)絡(luò)；課程目標(biāo)3：根據(jù)實際問題，考慮決策的微觀環(huán)境和宏觀環(huán)境，進行科學(xué)的決策分析；課程目標(biāo)4：了解安全、環(huán)境、經(jīng)濟等影響系統(tǒng)方案的因素，采用科學(xué)的方法進行方案的擬定和評價。

（二）多元化教學(xué)模式的實施

1.“互聯(lián)網(wǎng)+”模式?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”是本次教改的核心內(nèi)容，其顛覆了傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，充分利用大數(shù)據(jù)、云技術(shù)使教學(xué)監(jiān)督延伸至課前碎片時間，擴展了教學(xué)的時間和空間。通過網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建線下自學(xué)、線上教學(xué)的模式。線下自學(xué)模式：通過中國大學(xué)MOOC平臺的優(yōu)質(zhì)課程幫助學(xué)生預(yù)習(xí)簡單易懂的知識點，同時要求學(xué)生在課前登錄南京工業(yè)大學(xué)超星學(xué)習(xí)通平臺及時補充學(xué)習(xí)資料并明了重難點。線上教學(xué)模式：教師通過騰訊會議增加互動環(huán)節(jié)，鼓勵知識反向傳播；要求學(xué)生帶著好奇心探索、帶著知識點實踐。

2.案例教學(xué)模式。為優(yōu)化學(xué)生線下自學(xué)的效果，在該環(huán)節(jié)引入案例教學(xué)模式。該模式將案例作為知識點的承載物，圍繞一定的知識內(nèi)核將真實案例典型化、細(xì)則化、有趣化，從而激活學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)驅(qū)動力，讓他們懷著好奇與思考進行自學(xué)，潛移默化地接受案例中的知識。以都江堰水利工程、阿波羅登月計劃等系統(tǒng)工程杰出應(yīng)用案例加強學(xué)生對系統(tǒng)工程總體最優(yōu)思想的理解，拓寬學(xué)生的視野；以設(shè)備更新計劃、石油管網(wǎng)的鋪線加強學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)模型建模的理解與應(yīng)用；以安排生產(chǎn)計劃還是設(shè)備出租這一問題加強學(xué)生對線性規(guī)劃問題與對偶問題的理解。這些案例彌補了教材知識點的晦澀難懂與單調(diào)枯燥，注重理論與實踐相結(jié)合，具有明確的目的性、導(dǎo)向性、代表性、完整性及啟發(fā)性。

3.翻轉(zhuǎn)課堂模式。為提高線上教學(xué)效果，在該環(huán)節(jié)引入翻轉(zhuǎn)課堂模式。該模式顛覆了傳統(tǒng)課堂教師占據(jù)主導(dǎo)地位，學(xué)生被動接受的“填鴨式”教學(xué)現(xiàn)況。翻轉(zhuǎn)課堂在一定程度上顛倒了教師與學(xué)生的角色定位，學(xué)生在線下自學(xué)環(huán)節(jié)完成知識積累之后在線上課堂提出問題、互動討論，在教師答疑與同伴討論中深化對知識的理解和掌握。階段性學(xué)習(xí)完成后，要求學(xué)生用系統(tǒng)建模、層次分析的思維分享人生經(jīng)歷過的決策。這本質(zhì)上是讓學(xué)生占據(jù)教學(xué)的主動權(quán)，讓學(xué)生在“教”中“學(xué)”。學(xué)生為了在分享過程中表現(xiàn)良好，勢必會在“備課”過程中主動提問互動、精心查閱資料，從而更好地理解并掌握知識。

（三）科學(xué)評價體系的建立

完備的“互聯(lián)網(wǎng)+”多元化教學(xué)改革需要建立一套科學(xué)的評價體系。通過建立科學(xué)的評價體系，力爭客觀、公平地量化教學(xué)效果，提高教學(xué)效率。傳統(tǒng)教學(xué)大多注重期末考試而輕視平時成績，考核方式過于單一。這種評價體系即“一考定所有”，學(xué)生多使用突擊復(fù)習(xí)的策略來應(yīng)對考試，這對知識的掌握沒有任何益處。在科學(xué)的成績評價體系中，過程性評價與結(jié)果性評價同等重要。

1.結(jié)果性評價。本次教改設(shè)置的結(jié)果性評價占總評的50%，主要依靠期末考試衡量，其中考試題目的設(shè)置緊扣五大課程目標(biāo)，分別各給予12.5%、12.5%、5%、7.5%、12.5%的權(quán)重。

2.過程性評價。本次教改設(shè)置的過程性評價占總評的50%，分別在線下自學(xué)、線上教學(xué)、決策分享三個環(huán)節(jié)給予10%、20%、20%的比重。線下自學(xué)環(huán)節(jié)的評價由課件預(yù)習(xí)及知識點答題兩部分構(gòu)成；線上教學(xué)環(huán)節(jié)的評價主要由課堂發(fā)言及網(wǎng)課出勤率兩部分構(gòu)成；決策分享環(huán)節(jié)除了教師評價以外，引入學(xué)生自評及同伴綜合互評。這種評價方式是多維度、多層次、多角度展開的，可以保證評價的公開、公平、公正，讓每份評價有理可依，有據(jù)可查。

（四）以“互聯(lián)網(wǎng)+”為核心的系統(tǒng)工程多元化教學(xué)改革成果

以“互聯(lián)網(wǎng)+”為核心的系統(tǒng)工程多元化教學(xué)改革成果如表1，學(xué)生評價反饋如圖1。

圖1 學(xué)生評價與反饋

由表1可知，2020年受新冠肺炎疫情的影響，系統(tǒng)工程教學(xué)模式被迫轉(zhuǎn)型為“互聯(lián)網(wǎng)+”，倉促間將傳統(tǒng)課程生搬硬套入互聯(lián)網(wǎng)平臺，教學(xué)質(zhì)量不可避免地出現(xiàn)了下滑，其中學(xué)生的平均成績、優(yōu)良率、及格率相較2019年的傳統(tǒng)課堂均出現(xiàn)不同幅度的下降。而經(jīng)過教改后的2021年，系統(tǒng)工程的教學(xué)成果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)課堂及未進行教改的“互聯(lián)網(wǎng)+”模式，取得了較好的教學(xué)成果。

表1 近三年系統(tǒng)工程教學(xué)成果對比

從圖1三屆學(xué)生對于不同教學(xué)模式的評價與反饋可以看出，2020年未教改的“互聯(lián)網(wǎng)+”模式相較于傳統(tǒng)課堂模式教學(xué)互動相對豐富、教學(xué)模式相對新穎，更受學(xué)生的喜愛；但是由于網(wǎng)課監(jiān)督不便及純理論教學(xué)脫離實踐，教學(xué)效果并不能使所有學(xué)生滿意。2021年的“互聯(lián)網(wǎng)+”多元化教改模式相較于前兩年的教學(xué)模式，課堂互動更為豐富、教學(xué)模式更為新穎，在兼顧學(xué)生課堂收獲的同時，也得到了他們的喜愛。

通過上述對比分析可知，“互聯(lián)網(wǎng)+”教育模式因其新穎的教學(xué)手段及豐富的課堂互動受到學(xué)生的喜愛；然而生硬的將傳統(tǒng)課堂移植入互聯(lián)網(wǎng)平臺也帶來了諸如課堂監(jiān)督不便、理論教學(xué)與實踐脫離的問題，這導(dǎo)致了教學(xué)效果的下降。因此，以“互聯(lián)網(wǎng)+”為核心的多元化教學(xué)改革勢在必行，這樣既能充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”模式帶來的諸多優(yōu)勢，同時也能兼顧教學(xué)效果的提升。

結(jié)語

新冠肺炎疫情背景下，筆者以“互聯(lián)網(wǎng)+”為核心在系統(tǒng)工程教學(xué)中開展多元化教學(xué)模式改革，“互聯(lián)網(wǎng)+”、翻轉(zhuǎn)課堂、案例教學(xué)三種模式各具特色、相互補充，有效保證了本次系統(tǒng)工程教改的成功。本次教改不僅順應(yīng)了時代的發(fā)展，同時也激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動力，做到了理論教學(xué)與生活實踐相統(tǒng)一，實現(xiàn)了“學(xué)生為主體，教師為導(dǎo)向”的教學(xué)理念。