“磁法勘探”线上线下混合式教学模式探索与实践.pdf

中国地质教育CHINESE GEOLOGICAL EDUCATION1162023年第 2 期随着新经济的兴起和新产业革命的到来，传统工程教育面临严峻挑战，新工科建设应运而生。中国的工程教育必须抓住新产业发展和新技术创新的机遇，兼顾工程领域近期与远期的发展需求，借助新工科建设的契机，大力推动人才培养模式改革，培养大批高素质的新兴工科人才，占据世界人力资源的战略制高点，才能实现中国从工程教育大国向工程教育强国的历史性转变1。2017年教育部启动新工科研究与实践、实施“卓越工程师教育培养计划 2.0”计划以来，新工科建设已步入深化阶段。面向新工科人才需求进行培养目标迭代，支撑培养目标进行毕业要求调整，支撑毕业要求达成进行课程体系重构、实施课程建设，是专业新工科建设与升级改造的必由之路。专业课程作为深化专业新工科建设的基础工程，直接影响新工科人才培养的落地成效。传统专业课程的新工科改造是深化新工科建设的难点，针对传统专业课程教学定位与目标、内容与资源、方法“磁法勘探”线上线下混合式教学模式探索与实践李淑玲，郑元满中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院，北京 100083摘要：“磁法勘探”是中国地质大学（北京）勘查技术与工程专业的一门核心课程，在新工科和一流课程建设项目推动下，开展了线上线下混合式教学模式探索和实践。本课程建设以新工科人才培养需求为导向，以线上线下相融合的教学模式为主线，在重塑教学目标、优化教学内容、丰富课程资源、研发实践教学仿真平台、构建多元化评价体系等方面开展探索与实践，取得阶段性成果。以成果为导向构建的线上线下混合式课程教学模式，使教学目标聚焦高质量工程人才培养，教学资源更加优化和丰富，教学模式更为融合高效，教学评价更为多元客观且覆盖教学全过程，对课程目标达成与新工科人才培养具有更好的支撑作用。关键词：新工科；一流课程；磁法勘探；线上线下混合教学模式中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1006-9372（2023）02-0116-05Title:Exploration and Practice of Online and Offline Blended Teaching Mode of the Course of Magnetic ProspectingAuthor(s):LI Shuling,ZHENG YuanmanKeywords:emerging engineering;first-class courses;magnetic prospecting;online and offline blended teaching mode收稿日期：2022-09-08；修回日期：2023-01-21。基金项目：中国地质大学（北京）线上线下混合式课程建设项目磁法勘探（HHSKE202015）。作者简介：李淑玲，女，副教授，主要从事地球物理专业重磁方向的教学与科研工作。投稿网址： 联系邮箱：引用格式：李淑玲，郑元满.“磁法勘探”线上线下混合式教学模式探索与实践 J.中国地质教育，2023，32（2）：116-120.与模式、考核与评价等方面与新工科一流课程建设不相适应的问题，遵循“学生中心、产出导向、持续改进”理念，提出需求与产出导向、技术与非技术融合驱动的传统专业课程新工科建设的路径2。随着大数据、人工智能等互联网信息技术的迅猛发展，2019 年教育部为提升高等学校本科教育质量，开始实施一流课程建设“双万计划”，线上线下混合式教学模式成为“互联网+”时代高校一流课程探索与实践的重要模式3-4。在新工科人才培养与一流课程建设的共同驱动下，不同课程由于涉及学科与专业领域不同，在人才培养与教学模式方面开展了差异化的探索与实践5-9。“磁法勘探”作为中国地质大学（北京）地质资源与地质工程“双一流”学科的传统工科课程，在新工科与一流本科课程建设项目的推动下，以OBE（Outcome-based Education，成果导向教育）为主，开展了线上线下混合式教学模式的探索与实践，取得良好的建设成效。课程与教学李淑玲等：“磁法勘探”线上线下混合式教学模式探索与实践117总第 126期一、以新工科人才培养需求为导向，重塑课程教学目标新工科作为一种新的工程教育改革方向，新经济背景对新工科人才培养提出了新的要求。新工科人才培养目标必须面向工程发展所需，实现从科学导向向需求导向的超越。从注重科学知识的培养提升到对“品格+知识+能力”全方面素质的重视，以培养满足未来新兴产业和新经济需要的、拥有全方位高素质和可持续性发展能力的新工科人才1。新工科人才要具有良好的品格素养，拥有全方位完备的专业知识与技能，既要“术业有专攻”，又要具有“学科交叉融合”特征，能够解决现实复杂工程问题，在技术产业领域起到引领作用。新工科人才培养需要新模式，要以面向未来、面向工程发展需求为前提，更新人才培养理念，重构知识结构和培养目标，转变培养方式。工程类专业的一流本科课程作为新工科人才培养的重要载体，其改革与建设应聚焦于新工科人才培养目标，采用以学生为中心的 OBE 培养理念，遵循反向设计、正向实施、评价与持续改进的原则探索新的培养模式10。为适应新工科人才“品格+知识+能力”的培养需求，课程教学目标的确定要采用反向设计原则，以教学目标的产出为导向，对接课程所支撑的毕业要求来重塑课程教学目标。遵循如上原则，更新后的“磁法勘探”教学目标是：使学生系统掌握磁法勘探基本理论和方法技术，具有熟练操作专业仪器、规范开展野外磁测工作的实际工作技能，具备分析和解决复杂工程问题的能力，成为地球物理勘查领域专业理论基础扎实、实践技能强、拥有良好品格和持续性发展能力的创新型工程技术人才。二、以学生为中心，构建线上线下混合式教学模式传统工科课程的教学模式往往是以教材为导向，教师选教材、讲教材和考教材9，这种仅注重知识传授的传统教学模式无法满足新工科人才培养的需求。以 OBE 为导向、以学生为中心构建线上线下混合式教学模式的改革举措是破解传统教学模式问题、支撑新工科人才培养需求的有效途径，也是 OBE 进课堂的重要支点。“磁法勘探”作为工科类专业课程，对理论知识的理解和实践技能要求高，具有理论抽象、方法众多、异常复杂、手段烦琐、结果多解、讲授难点多和耗时长等特点。教师以公式推导、文字表述、图片展示等形式进行传统授课，学生以单向被动接受的方式进行学习，单一传统的教学模式往往不能取得满意的教学效果。这种传统教学模式存在的主要教学问题体现在：教师很难在有限时间内把知识点讲解全面和透彻，授课时缺少交互式教学平台，学生们在课前预习、课堂学习和课后复习的诸多环节除教材和课件外没有可供自主学习的平台，学生普遍反映对专业知识点理解困难、课程学习难度大，缺乏有效手段实时追踪、考核和检验学生的学习效果，教与学有脱节现象。传统教学中暴露的如上问题便是本课程线上线下混合式教学模式探索要解决的重点问题。新冠疫情下的全国高校普遍开启了线上教学模式，利用腾讯、钉钉等网络平台开展直播教学，或利用各类教育平台（如超星学习通）自主建设线上课程，或利用教育部推荐的教育资源平台上的线上课程资源等。线上教学模式在特殊时期发挥了重要作用，也体现出线上教学的独特优势。比如：线上教学为学生提供了新鲜有趣的即时教学方式，增加了教师授课期间的师生互动性（签到、提问、即时消息或讨论）；线上课程资源丰富，不仅有电子版教材和课件，还增加了具有回放功能的直播或录播视频，方便学生自主学习和反复使用；同时线上模式具有对学生完成学习任务、课堂讨论、作业、测验、考试等的统计示踪功能，方便教师随时掌握学生的学习情况和学习效果。因此，探索以传统教学与线上教学适度融合、充分发挥各自优势的线上线下混合式教学模式，对提升教学效果大有裨益。为达成新工科课程教学目标，本课程建设路径是以 OBE 理念为指引，以线上线下相融合的教学模式为主线，通过优化教学内容、丰富教学资源、建设虚实结合的实践教学仿真平台、构建多元化考核评价体系，使混合式教学模式落地见效。三、“磁法勘探”线上线下混合教学模式的建设成效“磁法勘探”课程建设以线上线下混合教学模式为主线，串联起教学内容优化、教学资源完善、实践教学仿真平台建设、多元考核评价体系建设四项主要内容。目前，磁法勘探课程已全面上线超星平台，实践教学仿真平台也可远程在线操作，为线上线下混合式教学提供了有力保证。118中国地质教育CHINESE GEOLOGICAL EDUCATION2023 年第 2 期1.支撑教学目标达成，优化教学内容“磁法勘探”课程的前身为“应用地磁学”，多年的课程建设积累了较为系统的教学内容和多媒体课件。但随着近年来教育部新工科专业调整，“应用地磁学”调整为“磁法勘探”，课程调整后对培养目标提出了新要求。为适应新工科人才培养需求，需要紧跟磁法勘探技术与信息技术的进步，对教学内容进行优化。为达成“磁法勘探”新的教学目标，在原有课件的基础上，通过内容优化形成一套比较系统、完善的高质量多媒体教学课件。本课程教学内容优化是从新、广、深三个维度入手的。“新”是指增加新的内容，要吸纳该领域技术变革相关的新理论、新技术、新方法与新应用。“广”是指拓展内容广度，针对工程需求与实践普遍具有的技术与非技术融合特点，增加技术和非技术性教学内容。如强化社会责任与职业规范，培养工程系统观、批判性思维和综合设计能力，分析工程技术与实践对社会、经济、环境、安全、健康等多维度影响。“深”是指提升教学内容深度，培养学生的高阶能力。利用专业领域的工程问题与需求开展项目设计与案例分析，培养学生分析、研究和解决专业领域复杂问题的思辨性、探究性。2.支撑教学模式实施，丰富教学资源为支撑线上线下混合教学模式实施，利用先进的网络技术和现代化教育手段，对线上教学资源进行建设，构建了网络课堂，形成系统、丰富、可重复播放的线上学习资源。线上教学资源均为数字化形式，类型丰富多样，资源发布与获取便捷，易迭代更新，方便学生在线学习。我们利用超星学习通教育平台，借鉴翻转课堂、MOOC 等新教学形式，采用录屏和录像相结合的方式，按照课程大纲和教学进度安排，制作了系统、丰富的线上教学资源（图 1）。录制视频 82个、多媒体课件 24 个、动态素材 18 个、WEB 端实践教学仿真平台 1 个、电子教材 3 本、试题库 1套、作业库 1 套。此外，为学生提供多种在线专业文献查阅资源。这些线上资源可供学生随时随地自主学习，包括课前预习、课堂讨论、课后复习等。学生可独立自主按内容编排顺序完成整个课程的学习，也可选择性重复强化某个知识重点或难点。3.支撑实践技能培养目标，研发实践教学仿真平台磁法勘探是一门实践性强的方法，为强化新工科人才实践技能培养，采用虚实结合的虚拟仿真技术研发实践教学仿真平台，为线上线下融合式实践教学提供支持。该平台提供丰富的可视化和互动性强的实验教学模块，可用于磁测仪器仿真操作、磁异常正演、磁异常处理与转换、磁异常反演等实践教学内容。利用仪器仿真操作模块，学生可在线学习仪器面板的功能和使用（图 2），了解如何操作仪器来进行地磁场和日变场的测量。利用数据处理和正反演实验模块，学生可自行设置和改变实验参数，实时观察计算结果，增强了实验的互动性和生动性。仿真模拟技术有助于学生对课程中抽象问题、难点问题的理解，培养学生的自主学习和抽象思维能力。尤其在疫情期间无法开展线下仪器操作实验时，学生利用该平台可以完成相关实验，成为“磁法勘探”线上线下混合式实验教学的有利支撑。图 1“磁法勘探”线上课程资源主界面图 2 仪器操作仿真实验界面李淑玲等：“磁法勘探”线上线下混合式教学模式探索与实践119总第 126期4.促进目标达成，优化教学评价体系教学考核评价是 OBE 培养理念中的一项核心内容，是衡量和考查教学目标达成度的重要手段，也是进行持续性改进的基础。考核评价用于学生过程性学习，可以起到激励与约束作用；用于阶段性学习检查，可了解学生的学习状况及存在的问题；用于课程结束时，可评判教学目标的达成状况，为剖析及教学改进提供依据。建立客观公正、多元立体的教学评价体系，对考查教学目标达成、真实考核学生培养质量及持续改进课程教学至关重要。“磁法勘探”课程利用线上线下资源建立了多元化、全过程的学业监督与教学评价体系，包含学生学业评价与教师教学效果评价。首先，利用超星网络课程和虚拟仿真平台构建了线上学习的全过程监督与多元化考核机制。在线上课程资源建设时，充分考虑到线上教学过程监督与多元化考核评价需求，在每个章节后均设置了在线作业库和试题库，学生可在课前通过浏览章节作业提前了解需要掌握的知识要点，带着问题去学习，也可供学生在课后自检知识的掌握情况，对照答案查漏补缺，起到知识梳理并小结的作用。此外，设计了具有一定难度和挑战度的课程大作业和实验（或实践）项目，引导学生独立或合作开展调研与实验，通过研讨或汇报等形式进行评价，评价采用教师评价、同学互评、分组互评、自我评价等多种方式，丰富教学评价手段。该方式可有效拓展学生的知识面并检查学生对专业知识的理解和掌握情况，引导学生自主学习，培养学生具有思辨能力、分析问题和解决实际问题的能力。教师利用超星平台的线上课程资源，可实现对学生全人员、全过程的学业监督与评价。教师可随时查看每个学生线上资源的学习情况，如视频观看时长和次数、学生各章节作业的完成情况，可组织线上讨论或答疑等。教师可根据需要设置成绩组成及占比，将考勤、线上资源学习、平时作业、课堂讨论、测验、期（中）末考试等纳入总评成绩，更为多元和客观地进行学业评价。“磁法勘探”实践教学虚拟仿真平台具有 Web端操作的便捷性与可评价性，是训练和考核学生实践技能的一个重要途径。该平台运用最新的MATLAB Web App 技术和 HTML5 技术，将实验教学与其同步的演示操作封装成 MATLAB Web App 在 Web 端进行远程操作（图 3）。“磁法勘探”课程的实验教学大都需要学生自己利用编程语言编写磁异常正反演和处理转换的程序，利用程序进行实验计算与分析。学生可利用该平台提供的仿真教学资源，通过参数设置及实时计算结果的呈现来对比检验和评价自我编程及实验成果的正确性，丰富和增强了自我学习与自我评价的便捷性。此外，教师可通过平台访问数据了解学生的平台操作情况，有助于了解实验教学的学生参与度与完成度。图 3 实践教学虚拟仿真 Web 平台在学生完成课程学习后，教师可通过线上线下发放课程学习调查问卷，对教学效果进行评价，为课程的持续性改进提供建议与意见。四、认识与思考（1）“磁法勘探”课程教学以新工科人才培养为目标，以 OBE 理念为指引，围绕线上线下混合教学模式探索这一主线，在重塑教学目标、优化教学内容、丰富教学资源、建设虚实结合的实践教学仿真平台、构建多元化考核评价体系等方面进行探索和实践，取得阶段性成果。后续有很多工作需要深化、完善和改进，如持续优化课程内容和资源、提升仿真平台的在线运行速度和稳定性等。（2）本课程线上线下混合式教学模式自 2022年起开展实践应用。实践发现，以 OBE 为导向的混合式课程建设使教学目标更加聚焦高质量工程人才培养，教学资源更加优化和丰富，教学模式更为融合高效，教学评价更为多元客观且覆盖教学全过程，对课程目标达成与新工科人才培养具有更好的支撑作用。（3）新工科一流课程建设之路没有终点，需要紧跟科学技术与工程技术发展，聚焦人才培养需求，坚持以 OBE 为导向、以学生为中心，持续不断地进行课程内容优化、教学模式改进、评价体系完善等系列建设，以达到培养高质量工程人才的目标。120中国地质教育CHINESE GEOLOGICAL EDUCATION2023 年第 2 期参考文献：1 姜晓坤，朱泓，李志义.新工科人才培养新模式 J.高教发展与评估，2018，34（2）：17-24.2 徐嬴颖，施晓秋.传统专业课程新工科改造的路径、方法与实践 J.高等工程教育研究，2023（3）：47-52.3 杨晓宏，郑新，田春雨.线上线下混合式一流本科课程的内涵、建设目标与建设策略 J.现代教育技术，2021，31（9）：104-111.4 高磊，李东凯，梅康健.“互联网+”背景下高校线上线下融合教学模式的理论与实践 J.山西青年，2021（4）：26-27.5 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