基于大數(shù)據(jù)的多維立體教學(xué)模式在城市軌道交通課程教學(xué)中的應(yīng)用

［摘 要］傳統(tǒng)以教師為中心的教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神方面存在明顯局限性。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，文章提出要將作業(yè)、測試、項目、討論課與考試整合到統(tǒng)一平臺，構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的教學(xué)過程透明化數(shù)據(jù)，為教師、學(xué)生提供信息支持，從而構(gòu)建基于項目驅(qū)動的案例分析和問題探究相結(jié)合的多維立體教學(xué)模式，并對城市軌道交通課程教學(xué)進(jìn)行了探索。該模式強(qiáng)調(diào)“教”與“學(xué)”的優(yōu)化組合和內(nèi)在互動，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率，并通過實(shí)際操作和互動討論等形式增強(qiáng)學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新能力。實(shí)踐結(jié)果表明，該模式顯著提高了學(xué)生的批判性思維和問題解決能力等綜合素養(yǎng)，最終促進(jìn)了教與學(xué)的良性發(fā)展。

［關(guān)鍵詞］多維；大數(shù)據(jù)；項目教學(xué)；過程產(chǎn)出

［中圖分類號］G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）03-0075-05

隨著城市的飛速發(fā)展，城市軌道交通作為公共交通體系的重要組成部分，承擔(dān)著城市通勤重任。城市軌道交通不僅涉及復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，還包括運(yùn)營管理、安全監(jiān)控等多個方面，對從業(yè)人員的專業(yè)知識和操作技能提出了高標(biāo)準(zhǔn)、高要求。因此，高效和創(chuàng)新的教育模式對于培養(yǎng)該領(lǐng)域的專業(yè)人才至關(guān)重要。

多維立體教學(xué)是一種新興的教學(xué)理念，其利用多種信息資源，結(jié)合多媒體教學(xué)、案例分析、習(xí)題講解、項目研究實(shí)操、專題分組討論、項目教學(xué)法等多維立體化教學(xué)手段展開教學(xué)活動[1]，促使學(xué)生從不同角度學(xué)習(xí)和應(yīng)用相關(guān)知識點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)通過視覺、聽覺和觸覺等多種感官的綜合運(yùn)用，以及理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，來提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)效果[2]。該模式尤其適用于對技術(shù)和操作要求較高的專業(yè)性課程[3]，如城市軌道交通等。

習(xí)近平總書記多次在講話中強(qiáng)調(diào)了大數(shù)據(jù)在教育中的重要性和應(yīng)用方向。利用大數(shù)據(jù)可以掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)模式[4]，提供有針對性的指導(dǎo)，合理配置教學(xué)資源[5]，減輕教師和學(xué)生的負(fù)擔(dān)，并提升教育質(zhì)量[6]，這已經(jīng)成為當(dāng)下教育改革的重要方向[7-8]。

本文旨在探討大數(shù)據(jù)及多維立體教學(xué)模式在課程中的應(yīng)用，并結(jié)合具體案例展示該教學(xué)模式的實(shí)際效果和潛在優(yōu)勢，期望能為工程領(lǐng)域的教育提供新的思路和方法，為培養(yǎng)更多高素質(zhì)的專業(yè)人才提供參考。

一、存在的問題

傳統(tǒng)的教學(xué)模式通常側(cè)重于對理論知識的講授和考核，但在應(yīng)用知識分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)上較為缺乏。這種教學(xué)方法在理論與實(shí)踐之間存在斷層，所培養(yǎng)的人才無法滿足城市軌道交通復(fù)雜多變的工作環(huán)境需求。因此，探索更為有效的教學(xué)模式成為教育改革的重要方向。同時，課堂教學(xué)中會產(chǎn)生大量的教學(xué)數(shù)據(jù)，例如學(xué)生的知識點(diǎn)掌握程度、教師授課手段的實(shí)際效果等，但在傳統(tǒng)的教學(xué)模式特別是線下傳遞紙質(zhì)版信息的模式（例如紙質(zhì)版作業(yè)批閱、紙質(zhì)版平時測試）中，相關(guān)數(shù)據(jù)由于時滯性和難以收集而被忽視。

傳統(tǒng)教學(xué)模式主要存在的問題如下：

第一，教學(xué)方法單一。傳統(tǒng)的講授方式缺乏足夠的互動和教學(xué)方法創(chuàng)新，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)習(xí)參與度。教學(xué)過程過于理論化，缺少與實(shí)際工作場景的結(jié)合，使學(xué)生難以將所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際工作中。

第二，評估體系不完善。教學(xué)評估多依賴于傳統(tǒng)的考試和作業(yè)，缺乏多樣化的評估方式，不注重對學(xué)生解決問題能力的評估，如項目式學(xué)習(xí)能力。

第三，無法快速獲得學(xué)生反饋，授課無針對性。對于傳統(tǒng)紙質(zhì)版載體（作業(yè)、測試等）的信息傳遞模式來說，其收集、批閱、進(jìn)行數(shù)據(jù)整理的周期較長，已無法適應(yīng)當(dāng)今高效、海量、快速的信息傳遞速度，使教師難以在下次授課前及時獲得學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況，也無法滿足教師和學(xué)生的碎片化時間利用需求，不能實(shí)現(xiàn)高效工作和學(xué)習(xí)。

第四，更新滯后。課程內(nèi)容和教材更新不及時，無法跟上行業(yè)技術(shù)的發(fā)展和變化，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容過時，學(xué)生聽課不積極、不認(rèn)真。

第五，學(xué)生與教師互動性差。由于課程內(nèi)容的復(fù)雜性和抽象性，學(xué)生往往難以長期保持學(xué)習(xí)興趣和精力的高度集中，且教師忙于講授教材內(nèi)容，在課堂上與學(xué)生互動較少。

第六，課程靈活性不足。課程知識結(jié)構(gòu)和內(nèi)容較為固定，無法根據(jù)行業(yè)發(fā)展或?qū)W生學(xué)習(xí)需求做出快速調(diào)整。

二、教學(xué)探索

通過圖1所示的電子作業(yè)、平時測試、實(shí)物項目、討論課、期末考試五個環(huán)節(jié)，構(gòu)建如表1所示的完整的大數(shù)據(jù)教學(xué)過程，使教學(xué)活動圍繞知識點(diǎn)和項目展開，以知識的最終掌握為目標(biāo)。

（一）電子作業(yè)提交—奠定知識基礎(chǔ)—建立知識點(diǎn)大數(shù)據(jù)

教師主要講授基礎(chǔ)理論，以虛擬項目為主線，幫助學(xué)生掌握課程的理論體系和相關(guān)領(lǐng)域知識，旨在奠定知識基礎(chǔ)。每次課后布置以基本知識點(diǎn)為主的課外作業(yè)，讓學(xué)生在QQ群或者雨課堂提交，鞏固所學(xué)知識，且便于教師及時批閱，實(shí)現(xiàn)第一類的學(xué)習(xí)反饋。電子作業(yè)可以彌補(bǔ)以往紙質(zhì)版作業(yè)的不足——批閱和保存不便、數(shù)據(jù)生成周期長、數(shù)據(jù)統(tǒng)計煩瑣，同時能夠生成各個知識點(diǎn)的掌握率曲線圖，以及各個學(xué)生對不同知識點(diǎn)的掌握率曲線圖。這些數(shù)據(jù)有助于教師在下次授課時有針對性地進(jìn)行回顧或講解，便于學(xué)生進(jìn)行針對性復(fù)習(xí)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)以及往年的歷史數(shù)據(jù)，形成授課知識點(diǎn)大數(shù)據(jù)，做到對應(yīng)每個知識點(diǎn)，教師都能夠有針對性地進(jìn)行備課、課件設(shè)計、授課、多媒體拓展，學(xué)生在預(yù)習(xí)、聽課、復(fù)習(xí)時有針對性地學(xué)習(xí)。每個人的精力是有限的，這樣能使教師和學(xué)生將有限的精力放在重點(diǎn)、難點(diǎn)上，從而降低授課、學(xué)習(xí)的難度。在不增加甚至減輕教師、學(xué)生負(fù)擔(dān)的前提下，自動做到了整個授課過程、學(xué)習(xí)過程的數(shù)據(jù)透明化。

（二）平時測試—知識反饋—補(bǔ)充知識點(diǎn)大數(shù)據(jù)

進(jìn)行適當(dāng)次數(shù)的基本知識點(diǎn)平時測試，例如城市軌道交通課程每2周一次，每次10分鐘，并通過平臺完成測試—提交（無印刷成本）。測試環(huán)節(jié)極其簡單，教師通過手機(jī)、平板、電腦即可在平臺上完成形式多樣的題目設(shè)置，讓學(xué)生在規(guī)定時間（上課開始的10分鐘）內(nèi)完成，避免了拖延、丟失等問題。教師在課下完成批閱，如果是選擇題等客觀題甚至不需要批閱，學(xué)生提交作業(yè)后即可自動完成批閱，教師立即就會得到反饋信息如每個學(xué)生的知識點(diǎn)掌握情況等，實(shí)現(xiàn)第二類學(xué)習(xí)反饋。在此基礎(chǔ)上，將測試與作業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，進(jìn)一步完善和補(bǔ)充大數(shù)據(jù)。這些都是通過平臺自動完成的，大大減少了教師的工作量。

（三）實(shí)物項目—實(shí)戰(zhàn)能力提升—檢驗知識點(diǎn)大數(shù)據(jù)

教師結(jié)合授課內(nèi)容、知識點(diǎn)和學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，提出實(shí)物項目。例如教師根據(jù)所講授的“軌道交通信號控制”內(nèi)容，提出“車站檢測及火車自動啟?？刂啤表椖?，包括項目啟動（課內(nèi)1課時，在開課后第二周進(jìn)行）、項目實(shí)施（課外4課時，包括技術(shù)指導(dǎo)、實(shí)物制作、照片拍攝、視頻錄制與剪輯、報告撰寫、PPT制作等）和答辯（在結(jié)課前1周，課內(nèi)3課時）。學(xué)生以小組（5人）形式共同制作PPT及進(jìn)行匯報，根據(jù)各自的工作分工，撰寫不少于3000字的研制報告（每人分別完成）。研制報告是對小組項目中內(nèi)容分析、參數(shù)計算、控制算法設(shè)計、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、電路設(shè)計、傳感器連接分析、程序編制等工作的全面總結(jié)，同時加入自己的體會與思考，同一小組不同成員的報告應(yīng)根據(jù)各自的分工有所區(qū)別。項目具體制作要求為：設(shè)計電路結(jié)構(gòu)，通過傳感器檢測到火車進(jìn)入車站，然后停止2秒，模擬等待乘客上下車，之后火車啟動離開車站。通過這些過程來鍛煉學(xué)生利用控制芯片編程、設(shè)計控制算法、連接外圍電路的能力，提高學(xué)生分析問題、解決問題、團(tuán)隊分工與合作、撰寫報告的能力。特別是PPT答辯，要求全部學(xué)生參加，并著正裝，從而大幅度提升學(xué)生的心理素質(zhì)和自我展現(xiàn)能力，為后面的比賽答辯、工作面試、研究生面試奠定基礎(chǔ)。

在整個項目過程中，教師需要控制好項目進(jìn)程時間節(jié)點(diǎn)，讓學(xué)生通過平臺做好階段性成果匯報，克服自身惰性，及時完成任務(wù)。這樣教師和學(xué)生都可以清楚項目的進(jìn)度，并對存在的問題及時進(jìn)行討論、解決，幫助學(xué)生消化理論知識，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動手能力，從而推動項目的開展，促進(jìn)相關(guān)知識的學(xué)習(xí)。

項目成績=實(shí)物制作30%+研究報告30%+答辯40%。教師在答辯環(huán)節(jié)對學(xué)生的肢體動作、儀表、PPT設(shè)計、報告撰寫等進(jìn)行綜合評價，并以現(xiàn)場口頭測評與系統(tǒng)線上打分相結(jié)合的方式對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)和評價，二者的劃分要特別注意學(xué)生的心理素質(zhì)和接受程度，即以產(chǎn)生正面影響為目的。最終成績在平臺提交，形成第三類反饋，并與前面環(huán)節(jié)的大數(shù)據(jù)一起合成，自動形成知識點(diǎn)及單個學(xué)生的實(shí)物研究評測分析。

當(dāng)項目完成時，教師和學(xué)生要及時進(jìn)行成果可行性和創(chuàng)新性的評價，從而推動下一步成果如論文、專利的產(chǎn)出。這一步對教師團(tuán)隊的科研素質(zhì)有一定的要求，需要以教師為主導(dǎo)，指導(dǎo)學(xué)生對項目進(jìn)行完善，最終形成論文和專利。學(xué)校相關(guān)的激勵性政策會促使教師和學(xué)生產(chǎn)出更多的成果，而這些成果也會對學(xué)生的就業(yè)和考研起到良好的推動作用。

（四）討論課—思維發(fā)散—檢驗知識點(diǎn)綜合運(yùn)用情況，完善大數(shù)據(jù)

教師結(jié)合課程內(nèi)容、專業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)發(fā)展前沿，在結(jié)課前4周提出討論課題目，例如“車站三維規(guī)劃設(shè)計”，目的是提升學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力，滿足創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求。具體過程包括討論實(shí)施（課外2學(xué)時的項目啟動、方案設(shè)計、技術(shù)指導(dǎo)、非實(shí)物研討）、討論課答辯（在結(jié)課前2周，課內(nèi)2學(xué)時的答辯與討論課），鍛煉學(xué)生檢索資料、分析影響因素、評價規(guī)劃方案等綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力。學(xué)生以小組形式，根據(jù)各自的分工，利用SketchUP軟件進(jìn)行車站三維設(shè)計，對尺寸分析、客流分析、場景渲染、動畫漫游等方面進(jìn)行總結(jié)。每人分別完成不少于3000字的討論報告。具體要求為：分析某車站當(dāng)前存在的問題，對比分析當(dāng)前方案優(yōu)缺點(diǎn)并提出具體的設(shè)計內(nèi)容，根據(jù)所學(xué)內(nèi)容提出對應(yīng)的車站內(nèi)外各種設(shè)施的布局方案及布局依據(jù)，附參考文獻(xiàn)，協(xié)作制作PPT，進(jìn)行小組討論匯報，并在平臺提交。

討論課成績=方案設(shè)計30%+討論報告30%+“PPT+專業(yè)技術(shù)討論講解”40%。在討論過程中，教師要注意讓學(xué)生充分表達(dá)觀點(diǎn)和碰撞思維，培養(yǎng)資料查找、多媒體制作、口頭表達(dá)、合作精神和組織協(xié)調(diào)能力；探討專業(yè)前沿技術(shù)，形成獨(dú)立判斷、分析和解決問題的能力；進(jìn)行方案合理性分析，培養(yǎng)專業(yè)知識的敏銳感和細(xì)節(jié)處理能力。同時，利用虛擬試驗平臺進(jìn)行實(shí)踐，使學(xué)生在討論過程中掌握和理解知識點(diǎn)，學(xué)以致用。特別是對一些前沿的知識，不要輕易否定學(xué)生的想法，要給學(xué)生留有發(fā)揮的空間。最終成績在平臺提交，形成第四類反饋，并與前面環(huán)節(jié)的大數(shù)據(jù)一起合成，自動形成知識點(diǎn)及單個學(xué)生的討論課測評分析。

（五）期末考試—最終考核—完成知識點(diǎn)大數(shù)據(jù)

期末考試采用線上智慧閱卷平臺進(jìn)行評分，教師批閱結(jié)束后平臺自動生成每個題的得分率以及學(xué)生的成績，形成第五類反饋。將試卷成績與前面的各分項成績結(jié)合，可得到學(xué)生的最終成績。教師根據(jù)該數(shù)據(jù)與往年的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，對自己的教學(xué)模式、知識點(diǎn)的講解方式、課時分配等進(jìn)行有針對性的調(diào)整。

由于上述前四個環(huán)節(jié)是實(shí)時生成的，因此學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中，可以及時發(fā)現(xiàn)自己成績較差和知識點(diǎn)掌握較薄弱的部分，進(jìn)而及時采取措施進(jìn)行提升。這種注重過程的成績考核方式，避免了傳統(tǒng)考試“一考定成績”的問題，并且實(shí)時的成績評價也可以促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

在整個教與學(xué)的過程中，這種基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)透明化實(shí)施及全方位實(shí)時反饋，可促進(jìn)教師和學(xué)生對自己所做工作的充分了解，即教師可以及時知道自己的授課效果、學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和對知識點(diǎn)的掌握程度，并通過學(xué)生能力提升的反饋獲得成就感，進(jìn)而主動采用新手段教學(xué)；學(xué)生可以及時知道自己掌握了多少知識點(diǎn)、自己與其他同學(xué)的差距、自己的知識運(yùn)用能力，并通過項目完成、討論方案可行性等收獲運(yùn)用知識成功解決問題的喜悅與成就感，進(jìn)而促進(jìn)主動學(xué)習(xí)，甚至進(jìn)行拓展性學(xué)習(xí)。

三、實(shí)踐效果

城市軌道交通課程引入新教學(xué)模式后的效果對比如表2所示。平臺的自動化促使教師和學(xué)生減少了投入時間。信息的反饋使教師能夠及時把握學(xué)生知識點(diǎn)掌握的情況，講課更有針對性，降低了授課難度。另外，每個學(xué)生根據(jù)知識掌握情況的反饋，能夠有針對性地開展學(xué)習(xí)，提升了學(xué)習(xí)效率和成績。期末考試比重的降低，使學(xué)生有更多的精力進(jìn)行課外能力提升，促進(jìn)了成果產(chǎn)出。

四、結(jié)語

本文深入探討了基于大數(shù)據(jù)的多維立體教學(xué)模式在教學(xué)中的應(yīng)用，證實(shí)其在提升學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐技能及團(tuán)隊協(xié)作能力方面的有效性。通過整合現(xiàn)代信息技術(shù)與互動教學(xué)策略，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，顯著提高了教學(xué)效果，并滿足了不同學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求，促進(jìn)了學(xué)生的能力提升，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。

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［責(zé)任編輯：劉鳳華］