钟丹，马文成，南军
摘 要：突发公共卫生事件对传统的高校教学形态产生了强烈的冲击，尤其对工科实践教学环节影响巨大。文章以新冠疫情突发时期哈尔滨工业大学给排水科学与工程专业的毕业实习为切入点，探索了线上工程实践教学模式的创新性构建和实施方略，深入反思了疫情时期应急性教学的不足，及疫情常态化背景下线上实践教学模式系统性重构策略，以期为推动高等工程实践教学改革和面临突发事件干扰时的实践教学保障提供思路。
关键词：高等工程教育；
突发公共卫生事件；
线上实践教学
中图分类号：G641 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2023）04-0021-05
伴随中国高等教育的发展，我国已经形成了世界最大规模的高等工程教育体系，工学本科在读人数占本科生总数的34%，占全球工程教育总规模的35%，近30年工科毕业生规模已达1 715余万人。在新一轮科技革命和产业变革方兴未艾的新时代，高等工程教育肩负着立德树人、服务国家战略需求、培养创新型工程科技人才、支撑和引领国家未来发展的重要使命，而深化高等工程教育改革，推進其高质量发展更是我国从“工程教育大国”迈向“工程教育强国”的关键环节和必由之路。实践性是高等工程教育的根本属性，是区别于传统科学教育的显著特征，因此，强化和改进实践教学始终都是高等工程教育改革的重点。近年来，我国相关部门相继出台了《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》《关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》《中国教育现代化2035》《加快推进教育现代化实施方案（2018—2022年）》等系列指导性文件，彰显出推进实践教学改革的重要性和紧迫性。2018年全国教育大会更是明确指出要突出学生创新意识和实践能力培养[1]。
实践教学是内化理论知识，达成能力和素质培养目标的必要途径。经过不断地拓展，高等工程教育的实践教学不仅包括实验、实习、实训、设计、工程测绘等传统环节，更囊括了创新性实验项目、学科竞赛和社会实践活动等综合性和创新性内容，学分约占总学分的30%。围绕实践教学的理论阐述、体系构建、模式探索、方法创新等方面，国内外相关学者均开展了大量的理论和实践研究工作，形成了丰硕的研究成果，而无论何种实践教学理论或形式，均强调“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，即学生均需进入实践现场，在教师或导师的指导下开展个人或团队的实践性学习[2]。尽管已有部分高校借助信息化技术手段，开展了部分实践教学环节改革的初步探索，但大多针对实验课程，只有少部分提及课程设计和实训，且均将其定位于对实际操作内容的补充，大多关注技术本身与传统教学内容的相容性，尚未形成囊括全部教学内容的系统性实践教学体系。
2020年初突然暴发并快速蔓延全球的新冠疫情作为典型的全球突发公共卫生事件，不仅对世界经济、政治、文化、社会等多个领域造成了强烈的系统性冲击，更对高校传统教学模式产生了深刻的影响。在跨地域人群聚集型教学活动被阻断、“教学主体”和“教学空间”被物理性隔离的情景下，为理顺被“封闭校园”“延迟开学”等原因严重干扰的教学秩序，积极响应教育部“停课不停教，停课不停学”的号召，各高校开展了历史上规模最大的线上教学。相比线上教学基础好、可利用优质教学资源丰富、硬件设施相对齐备、保障度高的理论课教学，工科专业的实践教学，因其对教学场所依赖度强，几乎没有线上教学资源和经验，所受到的影响和冲击更大，从而使得本就在人才培养过程中相对薄弱的实践教学环节的完成和质量保障面临着更为高阶的挑战。受相关理论、方法和资源等基础储备不足的制约，大部分实践教学的开展只能简单采取依托“互联网+技术”的方式进行“理论式”授课或“演示式”授课，出现教学模式由“以学生为中心”向“以课程为中心”逆转的现象，学生无法通过体验式实践学习达成既定的教学目标，参与度低且获得感差，直接影响高等工程教育的人才培养质量。
面对难以预计的突发公共卫生事件风险和深化工程教育改革与发展的需求，如何构建高等工程教育线上实践教学新模式，提高教学效率、保证教学质量、保障学生培养目标达成是高校面对的共性问题，也是需要探究和创造性解决的问题。
一、突发公共卫生事件背景下线上实践教学模式的探索
文章针对突发公共卫生事件的特殊情境，以哈尔滨工业大学给排水科学与工程专业（以下简称给排水专业）线上毕业实习为例，探索基于成果导向（简称OBE）理念的线上实习模式构建策略[3-4]，并对该模式的具体实施方式进行解析。
（一）线上实践教学目标的修订与学习成果的设定
首先，线上实践教学可借鉴传统实践教学的相关理论，同时，依据以学生为中心、学习产出成果为导向的理念，设定可具体化的教学目标，并兼具可操作性和可量化评价性，且充分重视学生个性化发展需求，确保每个学生均能达成教学目标。给排水专业依据《工程教育认证标准（2017版）》要求，于2018年修订了专业培养目标和课程教学目标。其中毕业实习的教学目标可分为知识目标和能力目标两个层面：知识目标——巩固和丰富专业知识，了解工程设计程序及各设计阶段的设计深度及要求；
能力目标——具有综合运用专业知识解决工程实际问题的能力。为使上述目标具体化和可评价化，又进一步拆分为若干细化的课程目标，以支撑专业培养目标的达成。突发公共卫生事件期间，在既有细化课程目标的基础上，结合线上教学资源特征和国家及行业发展需求，增加“具有终身学习能力”和“具有国际化视野”等培养目标（表1）。
其次，学习成果的达成可依据课程模块的任务目标进行设计。在知识目标和能力目标达成层面，对于“巩固和丰富专业知识”的知识目标达成，设计“设计院/企业专家直播讲座+交流讨论+心得体会”模块；
对于“具有综合运用专业知识解决工程实际问题的能力”的能力目标达成，设计“虚拟仿真运行操作实训+小组演示”模块；
对于“具有终身学习能力”的能力目标达成，设计“网络学习资源探索+设计作品展示”模块；
对于“具有国际化视野”的能力目标达成，设计“国外专家在线讲座+网络资源研讨”模块（图1）。同时，在各教学模块中设置多项具有可操作性和可量化评价性的目标任务（图2）。
（二）线上实践教学活动的实施
线上实践教学活动的实施不同于常规线上理论课，如仅简单地依托网络MOOC资源、网络录像等形式，势必造成学生的参与度、体验度和获得感降低，更难以有满意的学习成果产出。因此，在教学活动实施过程中，教师可以采用如下策略：（1）梳理网络教学平台及信息通讯软件，使其能实现设定的教学方式；
（2）甄选网络教学资源（并不仅限于MOOC和微课等），并按照模块化原则进行有机整合，使其服务于具体课程教学目标；
（3）利用信息化手段打破教学情景与教学主体的物理性隔阂，既要将专家“请进来”，又要使学生“走出去”；
（4）以“任务驱动式个人成果+团队合作成果获取”为导向，嵌入虚拟仿真运行操作实训模块和利用行业主流软件完善实验和实训模块；
（5）动态收集和整理学生提出的关于理论知识和工程实践知识的问题，组织毕业设计指导教师、课程主讲教师、实习指导教师和企业导师进行“会诊”，并做出解答，同时达到教师持续改进教学方法及内容的目的。
新冠疫情期间，线上毕业实习教学方式主要采用互联网、雨课堂、腾讯会议、微信、城市给水/污水处理3D虚拟仿真软件等方式进行信息化技术保障教学内容的推送和反馈信息的收集。为提升实习学生的参与度和获得感，在开始实习前一周，指导教师通过微信小程序收集汇总全体学生依据自身情况自行梳理的毕业设计和专业知识的问题，并对问题进行分类，然后有针对性地推送给设计院/企业的授课专家、专业课教师、毕业设计指导教师，在汇总答案后进行点对点反向推送。此外，实习指导教师和授课专家在了解学生知识需求取向后，可更有针对性地调整授课内容和考评环节，以检视学生学习成果是否达成。得益于
MOOC、微课、行业公众号直播等在线教育平台的快速发展，网络教学资源体量迅速扩大。然而，鉴于在线实习的实践属性，指导教师既不能简单依托网络课程教学资源，也不能简单采用直播授课的方式，而需要对教学资源进行拓展和整合。例如，传统毕业实习，学生进入水厂现场，可直接接触到构筑物、仪器和设备等，直观感强，学生的参与度高。在线上实习中，对于上述内容的原理性介绍一般可见于中国大学MOOC、学堂在线等在线教育平台，而实物展示和3D结构说明等内容，往往是企业网站、行业公众号平台或虚拟仿真平台上的资源更为翔实和丰富。因此，指导教师可对水厂参观的“必修环节”进行梳理，有针对性地搜索和编辑视频资源，构建资料库，并在每日线上实习前和实习中向学生推送，以弥补学生无法“眼见为实”的不足。同时，亦可让学生以小组为单位，以某一具体设备资料的搜索和编辑为任务，在微信平台进行展示和交流。
教学内容以教学目标为导向进行重构，即各教学模块内容的配置需支撑各具体课程教学目标的达成，并在教学模块中嵌入多元目标任务。例如，针对“课程教学目标1”，毕业实习中“请进来”国外水务集团设计总监、城市规划勘测设计研究院总工、建筑设计研究院总工、市政工程设计研究院总工等资深专家，在腾讯会议平台进行直播授课，采用工程案例与设计图纸展示相结合的方式，分别对给排水专项规划、管网及水厂常规设计、深度净化工艺比选等多个方面进行介绍，拓展学生专业视野、深化学生专业认知、解析设计要点、规范设计步骤，并在交流环节详细解答学生提出的规划设计类问题；
该模块的任务目标设置为“交流心得”，其体现形式为实习日志。针对“課程教学目标5”，毕业实习中引入北京欧倍尔软件技术开发有限公司研发的城市给水/污水处理3D虚拟仿真软件，让学生以第一视角全方位感知水厂整体运行流程、处理单元布置、构筑物内外部结构等细节。学生可通过设备参数主动设定，进行单元调控和工艺联控，以获得稳态运行下的目标水质，大幅度提高了学生参与度和体验感，实现学生对专业知识和设计图纸的可视化解读。该模块的任务目标设置为以小组（3人或4人）为单位的“净水/污水厂的3D虚拟实景演示”“设备/构筑物单元调控”或“水厂工艺联控”等，其体现形式为录制视频和虚拟仿真软件的自动打分系统。为支撑“课程教学目标7”的实现，设置了契合行业信息化标准建设发展趋势的建筑信息模型技术（简称BIM），直播讲授内容。一方面，通过实际案例演示使学生了解BIM在给排水工程设计、施工工作中的巨大优势，激发学生学习兴趣，培养自主学习意识；
另一方面，从BIM软件的模板设置开始分步骤详细演示讲解给排水图纸的BIM绘制方法。该模块的任务目标设置为以小组为单位，完成简单检查井和管道的绘制。此外，为弥补线上实习无法使学生“身临其境”的不足，分别选择6个城市的代表性市政/工业污水厂、地上/地下净水厂、取水厂作为线上毕业实习场地，配置水处理厂录播+直播解说、移动式直播解说等方式，实现学生“走出去”实习，以保证学生对课程内容的“新鲜感”，提高自主学习意识。
（三）线上实践教学效果的评价体系
基于OBE理念的线上实习教学评价，使得学生成绩并非单纯由指导教师依据“考勤+实习日志+实习总结报告”的综合成绩来评定，而是聚焦学生学习成果的达成，即“教得怎么样”要通过“学得怎么样”来评价。评价体系构建需确定评价主体、评价标准与评价方法。其中评价主体采用多元化设置，包括实习指导教师、企业导师、学生个体、已毕业校友及虚拟仿真平台评分系统；
评价标准的确定基于知识目标和能力目标细化后的具体课程教学目标，并通过学院教学委员会的研讨，综合考量其对教学目标达成支撑的重要程度确定各指标权重的赋值；
评价方法采用直接评价法[式（1）]。
式中：Dm ——编号为m的指标点对应的课程分目标达成度。
Pmi ——编号为m的指标点对应的第i个考核环节的考核分值。
Ami ——编号为m的指标点对应的第i个考核环节的考核平均值。
在线上毕业实习教学效果的评价中，不仅要采用基于上文所述的直接评价法以检视学生学习成果的达成情况，同时还应构建教学效果实时反馈系统，兼顾寓教于评，以学生、专家及校友评价为导向，及时梳理问题并动态调整教学方案，实现实践教学质量的持续改进。
在新冠疫情期间，哈尔滨工业大学给排水专业线上毕业实习教学案例的实施取得了积极的反响，并于2020年获得中国教育智库网“教育科技‘战疫优秀创新应用案例”。然而其毕竟是在突发公共卫生事件应急情境下的成果，在实施的过程中暴露出来的不足需要深度反思，而如何将其与高等工程教育的改革趋势深度融合，避免线上实践教学出现“华而不实”或“昙花一现”的问题是值得研究的课题。
二、疫情期间高等工程教育线上实践教学的反思
线上实践教学的主要特点在于可借助先进的信息化技术实现实践教学环节物理空间的极大拓展，提升实训与实验教学环节的时效性、安全性和“容错性”，改善教学设计的滞后性和低效性。在实际教学中，指导教师在着眼于体现上述特性的同时，仍需开展多路径内涵式建设，着力突破线上实践教学“实践性不足”的原生问题。
（一）注重线上实践教学的系统性设计
高等工程教育的实践教学囊括多个教学环节，而各环节之间的人才培养规律具有有机的逻辑关系。线上实践教学亦要避免因以教学资源为中心的“各自为战”而导致的教学内容重叠、训练项目重复的问题。指导教师应以人才培养目标导向为前提，有针对性地梳理各环节的具体教学目标，整合相关教学内容和选择适宜的教学方式，进而构建具有系统性特征、层次清晰的线上实践教学体系。
（二）持续完善线上实践教学的支撑体系
高等工程教育线上实践教学支撑体系不健全，尤其是教学资源匮乏的问题尤为突出，直接导致线上实践教学活动“难为无米之炊”，教学质量难以保障。在线上实践教学资源的充实和拓展方面，应以产教融合项目为载体，充分发挥校企合作育人优势，快速推进以丰富教学资源为目的的项目实施，研发基于增强现实、虚拟现实、混合现实等技术的虚拟实践教学平台，着力提升线上实践教学的实践性、仿真性和交互性，突出“做中学”的本质特征。此外，要注重线上实习实训基地的内涵建设。例如，线上实习基地的数字化资料库建设，不能仅限于实际运行场景的录制，更要汇集不同阶段的数字化资料，如项目建设期的文件、图片和影音资料（使学生可视化理解项目建设程序和施工内容），设计书和施工图纸（深化学生对工程设计的理解，培养学生绘制和解读图纸的能力），项目运营期间，尤其是运行异常情况及处置措施的影音资料等（实际问题驱动引发学生深度学习和主动内化理论知识），以此满足不同阶段线上实践教学对于教学资料的差异化需求。
教学设施是保障线上实践教学活动开展的基础条件，高校应面向国家和行业的人才专业能力需求和开展教学活动的配套条件要求，持续完善基于信息化技术的软硬件设施建设，保证必要的台套数量，并进行动态更新。对于由于教育资源分配不均而导致的教学设施不匹配的情况，可考虑采取灵活的教学设施配置策略，如线上虚拟实践教学平台的多院校联合研发与共享、可穿戴教学设备的共享流轉等。
完善的线上实践教学管理体系是维护教学平台良性运行、教学资源优化配置、指导教师积极性调动和教学质量持续提升的必要条件。高校在既有传统实践教学管理体系的基础上，应以学生学习成果为导向，以培养目标达成分析为方法，依托互联网和大数据技术构建囊括全部线上实践教学环节的管理平台，并制定相应的管理制度和考核方法，从管理层面保障线上实践教学活动的顺畅运行和高质量发展。
高素质、专业化、创新型师资队伍是实施线上实践教学活动的基础条件。为契合线上实践教学需求，在保持高等工程教育既有校企“双师制”、校内“导师制”的基础上，高校应以制度化推行教师的信息化应用技术培训和工程实践培训项目，不断提升其工程素养、技术应用能力和实践教学水平。此外，着眼于培养学生具备“国际化视野”的目标，线上实践教学指导教师队伍亦可吸纳国外优秀企业和项目的设计师和管理者，利用网络平台让实践学习与国际职业实训接轨，使学生学习国际工程项目的设计方法及运行管理的先进经验。
（三）着力发挥线上实践教学“隐性”课程思政功能
落实立德树人，深入挖掘线上实践教学育人内涵和思政元素，发挥实践育人功能，践行思想政治教育与工程教育的协同推进是线上实践教学的根本任务。线上实践教学的特殊教学形式使其更适于“隐性”融入思政元素，教师在教学中可偏重采取学生喜闻乐见或现下主流的网络沟通方式。例如，以学生为主体制作虚拟线上共唱经典红色歌曲的视频，并在课前或课间进行播放，引发学生共鸣；
利用视频剪辑技术将生态文明建设等国家发展战略的影音资料植入教学内容；
选择我国超级工程作为工程案例，增强学生民族自信心和自豪感；
以字幕、弹幕、画外音等方式使“名言金句”在数字化资料库和虚拟实践教学平台成为“热词”等。
（四）兼顾工程伦理素质和团队协作精神的培育
在线上实践教学中，指导教师可通过引入引发广泛思考的典型工程案例，以网络投票、在线辩论、社会调查实践等互动式学习方式，培养学生正确的工程道德观、社会责任观，提升学生工程伦理素质。在团队协作精神培育方面，既可通过在校内教学环节中多角度设置需团队合作完成的任务目标，又可通过组织或参与地域性和全国性的线上实践竞赛等形式来进行。
（五）拓展教学路径，优化教学内容
教育部倡导的“智能+教育”新途径与线上实践教学具有天然的契合性，因此，在利用虚拟仿真技术进行实践教学时，应注重教学内容设置的创新性、差异性、高阶性和挑战度。例如，引入严肃游戏增加实训趣味性和提升参与度的同时，还应考虑进阶性（认识—操作—设计—调控—优化、简单—复杂）、多元化（个人完成—团队协作、人机交互—人人交互）目标任务设置；
还应设置后台数据智能分析系统，全面客观评价学生学习成果达成情况，主动干预学生的学习行为，提升教学效率。又如，在设计教学环节注重传统技术与信息模型技术、数值模拟技术的结合，以信息化、智能化手段实现学生设计程序规范、设计错误智能化判别与修正、设计结果模拟与呈现等。
突发的公共卫生事件在严重冲击高等工程教育实践教学传统模式的同时，亦给其改进和变革提供了历史性机遇。从“线下”走到“线上”，实践教学探索不应仅停留在教学空间和教学形式变化后的“系统微调”上，更应着眼于多目标导向的“系统重构”，着力凝聚高校、行业、政府合力，通过政策引导、制度保障、智力支持和资金投入等方式，在教学资源拓展、教学平台构建、师资队伍建设、管理制度完善、评价机制完善、教学方法改进等层面全面发力、多点突破，构建相对于传统实践教学“实质等效”，甚至“提质增效”的线上实践教学新模式和新体系。此外，线上实践教学模式亦可与传统实践教学模式相融合，以契合新时代国家发展战略对高水平工程技术人才培养的要求。
参考文献：
[1] 易丽，王秀秀. 跨界·融合·创新：工程教育的实践与变革：汇博高等工程教育国际论坛综述[J].中国高等教育，2018（22）：42.
[2] 余建潮.构建面向创新人才培养的实践教学体系[J].中国高等教育，2015（5）：54.
[3] 李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014（17）：8.
[4] 赵继，谢寅波.疫情倒逼寻找高等教育教学改革突破口[J].中国高等教育，2020（6）：23.
编辑∕陈晶
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