整合式理論下化工虛擬教研室建設(shè)的挑戰(zhàn)及實(shí)現(xiàn)路徑

史春薇，王嬋，伍永福，毛迪銳，王衛(wèi)強(qiáng)，楊占旭

1 遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001

2 內(nèi)蒙古科技大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014017

3 北華大學(xué)林學(xué)院，吉林 吉林 132013

黨的二十大首次將“推進(jìn)教育數(shù)字化”寫進(jìn)黨代會(huì)報(bào)告，標(biāo)志著教育數(shù)字化已經(jīng)成為普遍共識(shí)、共同任務(wù)。虛擬教研室建設(shè)是教育部深入貫徹全國(guó)教育大會(huì)精神和《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》的有力舉措，為廣大一線教師打破時(shí)空限制開展高質(zhì)量教研活動(dòng)提供平臺(tái)，為破解高?；鶎咏虒W(xué)組織發(fā)展的瓶頸、激發(fā)基層教學(xué)組織活力帶來(lái)積極影響。

2023年，懷進(jìn)鵬部長(zhǎng)在第23屆中國(guó)國(guó)際教育年會(huì)講話中提及：全面深化數(shù)字教育合作，推動(dòng)教育現(xiàn)代化。虛擬教研室正是利用現(xiàn)代化、信息化手段有效擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋面，合作提升師生數(shù)字素養(yǎng)和能力，能夠更好地實(shí)現(xiàn)教育高質(zhì)量發(fā)展。謝勁等[1]從智慧平臺(tái)建設(shè)、教師素養(yǎng)提升、資源共建共享、制定保障機(jī)制等角度提出虛擬教研室的建設(shè)路徑。戰(zhàn)德臣等[2]以計(jì)算思維導(dǎo)論虛擬教研室(CTV)為例，介紹了基于協(xié)同教研的虛擬教研室建設(shè)案例，認(rèn)為虛擬教研室建設(shè)必將對(duì)高校教師教學(xué)和研究水平以及高校教學(xué)管理與專業(yè)建設(shè)水平的提升產(chǎn)生重要的影響。

積極探索虛擬教研室的發(fā)展規(guī)律、發(fā)展機(jī)理及如何發(fā)揮虛擬教研室的最大功效，成為現(xiàn)階段虛擬教研室發(fā)展和研究的重要任務(wù)。

1 整合式理論

1.1 理論的提出與發(fā)展

整合式理論屬于心理學(xué)范疇，由美國(guó)著名心理學(xué)家加涅提出，將其應(yīng)用到教學(xué)中是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)將教學(xué)內(nèi)容拆解成不同主題，把原本獨(dú)立的課程資源整合在一起[3]。本文依據(jù)化學(xué)工程、材料化學(xué)、化工材料等專業(yè)重實(shí)踐的特點(diǎn)[4,5]，側(cè)重學(xué)科之間的跨區(qū)域、跨行業(yè)、教學(xué)資源、教學(xué)方法等的“整合”。

1.2 理論的內(nèi)涵

整合式教學(xué)可以打破學(xué)科、專業(yè)和課程之間的壁壘，以虛擬教研室為載體將化工類教學(xué)研究進(jìn)行教研模式、指導(dǎo)方式、平臺(tái)資源的整合式創(chuàng)新，構(gòu)建虛擬教研室的有序結(jié)構(gòu)，發(fā)揮智慧教研在化工類應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的作用。

2 化工類整合式虛擬教研的挑戰(zhàn)

2.1 模式創(chuàng)新整合不足

傳統(tǒng)的教研模式是以“會(huì)議式”的匯報(bào)交流為主，直接將自己的教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)成果拿出來(lái)分享，而對(duì)于不同類型的學(xué)校、不同教學(xué)目標(biāo)的課程、不同基礎(chǔ)的學(xué)生應(yīng)該如何開展分層式教學(xué)，沒有進(jìn)行整合分析與總結(jié)。這就導(dǎo)致傳統(tǒng)教研活動(dòng)后，參與學(xué)習(xí)的教師采用“全選-復(fù)制-粘貼”的方式將其他學(xué)校的教育教學(xué)經(jīng)驗(yàn)直接照搬照抄地應(yīng)用到自己的課程中，效果很難盡如人意。

以培養(yǎng)適合“新工科”需要的應(yīng)用型化工人才為出發(fā)點(diǎn)，充分利用交叉學(xué)科的教研模式發(fā)展化工學(xué)科。這種整合依靠傳統(tǒng)教研的一人、一系之力，難以完成。因此，虛擬教研需要整合多學(xué)科教研模式，創(chuàng)新智慧化教研模式，提高參與教研活動(dòng)的教師共同體的整體教學(xué)能力，形成良性的教研團(tuán)體生態(tài)圈，達(dá)成共贏的局面。

2.2 師資配置整合不足

針對(duì)整合的工程任務(wù)的不同主題需要匹配多方師資給予指導(dǎo)，構(gòu)建包括高校思政教師(工程倫理意識(shí)培養(yǎng))、理論課教師(工程理論知識(shí)講授)、高校實(shí)訓(xùn)課教師(模型環(huán)節(jié)操作)、實(shí)踐基地工程師(真實(shí)工程操作)、研究院所導(dǎo)師(生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新)等在內(nèi)的多師共同體。同時(shí)，由于教師指導(dǎo)環(huán)節(jié)與工程任務(wù)匹配，因此參加相關(guān)大學(xué)生工程技能競(jìng)賽可以更直接地檢驗(yàn)學(xué)生工程實(shí)踐能力的提升，最終形成基于競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)的教師-學(xué)生-教學(xué)目標(biāo)的網(wǎng)狀鏈接。在傳統(tǒng)教研室中，單依靠一個(gè)專業(yè)、學(xué)院很難完成教學(xué)目標(biāo)，因此虛擬教研室需要整合思政教師、理論教師、實(shí)訓(xùn)教師、實(shí)踐工程師、科研導(dǎo)師等多維師資，構(gòu)建新型教學(xué)指導(dǎo)方式。

2.3 資源智能整合不足

化工涉及化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、機(jī)械、安全、計(jì)算機(jī)等學(xué)科，涵蓋內(nèi)容非常廣泛，典型特性就是多學(xué)科交叉融合。應(yīng)對(duì)新工科發(fā)展需求，化工領(lǐng)域正在發(fā)生翻天覆地的變化，與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)加速融合。

化工是工程性、操作性極強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科，傳統(tǒng)教研資源欠缺這些新技術(shù)的智能整合，各方面的智能資源由于不同單位平臺(tái)使用權(quán)限的限制，沒有真正發(fā)揮作用，教學(xué)研討只是展示圖片、演示視頻等，沒有整合到虛擬教研室平臺(tái)上，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)資源共享共建，難以推動(dòng)化工設(shè)計(jì)生產(chǎn)向智能預(yù)警、智能生產(chǎn)、智能安全的方向發(fā)展。因此，虛擬教研室平臺(tái)需要整合虛擬仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)、新形態(tài)教材等智能化教學(xué)資源。

3 整合式虛擬教研室的實(shí)現(xiàn)路徑

3.1 創(chuàng)建虛擬教研跨界模式——設(shè)計(jì)中心、有機(jī)融合

第一，開展多維教研活動(dòng)，發(fā)揮“傳幫帶”作用。

虛擬教研室要強(qiáng)化線上教學(xué)研究，利用更多智能化方式、打破時(shí)空限制開展多維度的教研活動(dòng)。例如塔里木大學(xué)牽頭建立的化工虛擬仿真教研室[6]，通過(guò)“院企合作”、共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等形式，采用直播、“線上+線下”等不同方式組織教學(xué)活動(dòng)。南京曉莊學(xué)院的高校無(wú)機(jī)化學(xué)虛擬教研室[4]，依托信息化技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)上交流論壇和教師個(gè)人空間，教師可將自己設(shè)計(jì)的教案、制作的課件、教學(xué)心得、教學(xué)隨筆等上傳發(fā)表并與團(tuán)隊(duì)成員討論，營(yíng)造活躍討論與和諧交流的氛圍。

第二，整合全產(chǎn)業(yè)鏈資源，構(gòu)建“課程群”圖譜。

遼寧石油化工大學(xué)，依托石油化工行業(yè)特色，整合現(xiàn)有石油開采、油氣儲(chǔ)運(yùn)、石油煉制、化工產(chǎn)品加工、高分子材料和復(fù)合材料制備等課程，構(gòu)建石化“全產(chǎn)業(yè)鏈”課程群[5]，繪制化工工程教育全過(guò)程的課程地圖，構(gòu)建課程群知識(shí)圖譜，充分挖掘石油化工領(lǐng)域大國(guó)工程、校友榜樣等思政元素融入知識(shí)圖譜，為化工行業(yè)一流本科人才培養(yǎng)提供強(qiáng)有力的保障。

3.2 構(gòu)建虛擬教研進(jìn)階指導(dǎo)——貫穿全程、層次遞進(jìn)

虛擬教研室成員來(lái)自于不同單位、不同專業(yè)、不同行業(yè)、不同行政區(qū)域，具有不同的年齡和特長(zhǎng)，因此整合教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)也必然存在差異，這就需要虛擬教研活動(dòng)貫穿課程教學(xué)的始終。

第一，協(xié)同多元教師團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建課程思政案例。

課前集體教研，由專業(yè)教師、思政教師和企業(yè)專家協(xié)同，將與教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系的工程項(xiàng)目融入思政元素。例如，遼寧石油化工大學(xué)“材料復(fù)合原理”虛擬教研室，教學(xué)團(tuán)隊(duì)由專業(yè)教師、思政教師、工程導(dǎo)師、實(shí)驗(yàn)教師和創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師組成。教學(xué)團(tuán)隊(duì)協(xié)同跨界挖掘西氣東輸工程管道材料由依賴進(jìn)口到國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中材料人銳意創(chuàng)新的事跡，構(gòu)建課程思政案例。在課堂上，結(jié)合西氣東輸工程材料應(yīng)用要求，學(xué)生分組利用國(guó)家級(jí)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完成由金屬材料到復(fù)合材料的設(shè)計(jì)，親身體會(huì)設(shè)計(jì)師的艱苦，基于“一塊磚”精益求精的雷鋒精神培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神。同時(shí)，科研導(dǎo)師通過(guò)到教室、真人出鏡、虛擬現(xiàn)實(shí)等形式講解管道材料設(shè)計(jì)的國(guó)際前沿內(nèi)容，讓學(xué)生了解材料國(guó)產(chǎn)化的道路任重道遠(yuǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)使命感[6]。課后將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、課后作業(yè)、工程訓(xùn)練、企業(yè)實(shí)踐等環(huán)節(jié)整合，教研團(tuán)隊(duì)通過(guò)虛實(shí)結(jié)合的練習(xí)鞏固提高學(xué)生課堂所學(xué)知識(shí)。

第二，貫通課內(nèi)課外設(shè)計(jì)，建立遞進(jìn)競(jìng)賽指導(dǎo)。

以課程設(shè)計(jì)為核心，整合化工專業(yè)相關(guān)課程鏈，以大賽為主線，建立遞進(jìn)式虛擬教研競(jìng)賽指導(dǎo)模式(圖1)。貫通一二課堂，虛擬教研團(tuán)隊(duì)教師參與到遞進(jìn)式競(jìng)賽指導(dǎo)中，做到各司其職，使每一位教師都真正參與到指導(dǎo)環(huán)節(jié)中，接觸學(xué)生、了解學(xué)生、指導(dǎo)學(xué)生，最終映射到每組的課程設(shè)計(jì)作品上。讓學(xué)生從“覺得什么都不會(huì)”到“材料設(shè)計(jì)我也行”最后到“國(guó)賽我參加，還想做得更好”。將學(xué)生作品納入教學(xué)資源庫(kù)，形成教學(xué)閉環(huán)，同時(shí)由創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目進(jìn)行創(chuàng)業(yè)實(shí)踐。目前已有多名學(xué)生創(chuàng)立科技公司，通過(guò)石油化工相關(guān)項(xiàng)目踐行科技報(bào)國(guó)理念。

圖1 雙課堂貫通的虛擬教研進(jìn)階指導(dǎo)方式

3.3 共享虛擬教研線上資源——高度集成、一鍵可達(dá)

第一，資源整合，協(xié)同使用。

成員單位的所有資源包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、虛擬現(xiàn)實(shí)模擬、新形態(tài)教材、慕課等，都整合在簡(jiǎn)教云、摩課云等平臺(tái)上，共享用戶權(quán)限，徹底打破校際、學(xué)科、行業(yè)間的壁壘。例如遼寧石油化工大學(xué)國(guó)家級(jí)虛擬實(shí)驗(yàn)加氫裂化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，目前已經(jīng)向虛擬教研團(tuán)隊(duì)成員單位開放了實(shí)驗(yàn)使用權(quán)限。三年來(lái)，2000余名外校學(xué)生使用了本實(shí)驗(yàn)并提高了實(shí)踐操作能力。相關(guān)授課教師也將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與課程內(nèi)容協(xié)同，獲得第3屆全國(guó)高校教師教學(xué)元宇宙數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)新大賽全國(guó)總決賽一等獎(jiǎng)。

第二，軟硬兼顧，輻射全國(guó)。

整合式理論下化工虛擬教研共享節(jié)奏清晰，混而不雜。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)教學(xué)資源一鍵可達(dá)；對(duì)教學(xué)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)后臺(tái)可以隨時(shí)分析數(shù)據(jù)、進(jìn)行教學(xué)研究[7]。例如西安交通大學(xué)與兄弟院校教師高頻次、創(chuàng)新性開展備課、研討、資源建設(shè)等合作交流，建設(shè)智慧教室710間，擁有全周期線上線下教學(xué)平臺(tái)、服務(wù)全國(guó)的高性能課程直播/點(diǎn)播平臺(tái)，支持全校課程在線觀摩、指導(dǎo)、交流和研討，幫助教師改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，為在線教研、評(píng)估提供軟硬件支持，保障各類虛擬教研室的教學(xué)研究活動(dòng)。

4 整合式虛擬教研室的建設(shè)成果

2018年，在遼寧省校際交流教研項(xiàng)目的組織框架下，遼寧石油化工大學(xué)石油化工學(xué)院聯(lián)合中國(guó)石化撫順石油二廠、內(nèi)蒙古科技大學(xué)、營(yíng)口理工學(xué)院、黑龍江科技大學(xué)等成立了專注于“化工類專業(yè)教育教學(xué)研究與改革”的教改協(xié)作小組，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教材建設(shè)、教學(xué)成果凝練等工作開展深入研究。為便于交流討論，2019年增設(shè)了微信研討群和QQ資源群。為提高運(yùn)行效率，虛擬教研室于2020年自主開發(fā)了基于云端平臺(tái)的學(xué)程導(dǎo)航系統(tǒng)?；ゎ愄摂M教研室以“多信息平臺(tái)”為支撐，圍繞“整合式”這一主體，基于產(chǎn)教融合的特色教研活動(dòng)打造虛擬教研室運(yùn)行生態(tài)，如圖2所示。

圖2 “整合式”虛擬教研室工作模式

“整合式”虛擬教研室工作模式包含了虛擬教研活動(dòng)需要涉及的技術(shù)支持、平臺(tái)集成、教學(xué)方式、組織架構(gòu)、進(jìn)階模式、智慧教學(xué)等多個(gè)層面，從技術(shù)整合到方式整合，為地方院校虛擬教研室的建設(shè)提供了可復(fù)制、可推廣的工作模式。

經(jīng)過(guò)三年多的系統(tǒng)運(yùn)行，虛擬教研室在培養(yǎng)理念、培養(yǎng)模式、培養(yǎng)環(huán)境等方面開展了積極探索，有效提升了化工類專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量。虛擬教研室協(xié)同教研成果獲得遼寧省本科教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲批教育部協(xié)同育人項(xiàng)目1項(xiàng)、省級(jí)教改項(xiàng)目20余項(xiàng)，發(fā)表教改論文8篇，獲得國(guó)家級(jí)教師教學(xué)競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)6項(xiàng)，1人獲評(píng)遼寧省本科教學(xué)名師、1人獲評(píng)遼寧省優(yōu)秀教師，指導(dǎo)學(xué)生參與各類競(jìng)賽獲得省級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì)50余項(xiàng)。2023年，材料專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革虛擬教研室獲批遼寧石油化工大學(xué)虛擬教研室建設(shè)項(xiàng)目。

5 結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)基層教學(xué)組織建設(shè)，全面提高教師教書育人能力，是推動(dòng)高等教育高質(zhì)量發(fā)展的必然要求和重要支撐，虛擬教研室是信息化時(shí)代新型基層教學(xué)組織建設(shè)的重要探索，整合式理論為虛擬教研室建設(shè)提供了很好的理論視角和實(shí)踐指導(dǎo)，必將為推動(dòng)基層教學(xué)組織改革、提升化工類應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量貢獻(xiàn)重要力量。