面向新工科的“三贯通”教学改革
乔建永
［摘要］本文在剖析第四次工业革命挑战的基础上，阐述了新工科建设向课堂层面延伸的紧迫性和必要性；提出构建以学生为中心的教学组织模式，以及构建这一模式的 “三贯通”教学改革的基本思路和实践路径；简要介绍了北京邮电大学聚焦立德树人根本任务，推动教学质量提高的“三贯通”改革实践情况。
［关键词］新工科；高新课程；智慧教室；教师教学能力；“三贯通”
当前，第四次工业革命正在持续演进，世界已经进入以信息产业为主导的经济发展时期。“十三五 ”以来，我国积极推进新工科建设，力图在新形势下探索出中国工科教育的新模式。在形成共识、把握指南、积极行动的过程中，我们必须清醒地认识到，我国新工科建设还处于起步阶段，既存在理念引领、结构优化和模式创新不足的问题，更存在落地不实的问题，其中迫在眉睫的工作是夯实深入到课堂层面的新工科建设基础。本文以北京邮电大学为例，阐述面向新工科的高新课程、智慧教室、教师教学能力 “三贯通”教学改革的基本思路和实践路径。
以学生为中心的教学组织模式
物联网和人工智能等第四次工业革命的驱动性技术已经全面改变了人类的生产生活方式，这种改变正在倒逼人类重塑社会的一切活动方式，这是今天高等教育改革必须面对的现实。毋庸置疑，这些新技术给高等教育发展带来了前所未有的红利，但必须看到，传统教育理念、教学内容和教学模式与新技术之间，必然要经历从冲突、博弈到融合发展的复杂演变过程。
新工科建设就是置身于这一复杂演变过程之中高等教育的主动应对之策。当前，首先要按“四为”方针确立正确的教育教学改革方向；要善于以教学组织模式改革为杠杆，“撬动”教育理念、教学内容和课程体系的全方位改革。回顾当前大学不同时期的教学组织模式，虽然侧重点各有不同，但共同点是“以教师为中心，以教材为中心，以教室为中心”的三中心模式。长期以来，教材的稳定性和权威性、教室的封闭性和规范性、教师的知识积累和教学经验一直被高度重视，是各级各类教学评估的刚性指标。然而，今天这些指标可能已经成为制约教育教学质量提高的关键因素。
众所周知，高等工程教育是随工业文明进步不断发展演化的教育。新工科是一个代际的概念，任何人都无法主观地预先定义新工科专业，那些在新一轮科技革命的大潮荡涤下转型、升级、换代后的工科专业才是我们期待的新工科专业。尽管如此，新工科专业一定是新技术赋能的专业，其中物联网和人工智能的赋能最为显著。 2017年 4月的“天大行动 ”明确了新工科建设既是当务之急，也是长远之策。其中特别强调：问产业需求建专业，构建工科专业新结构；问技术发展改内容，更新工程人才知识体系；问学生志趣变方法，创新工程教育方式与手段。
显而易见，面对上述新要求，传统的 “三中心”模式已经难以为继，必须转换为“以学生为中心”的教学组织模式。大学运行最为重要的三个条件为师资队伍、教学计划、教学基础设施，这三大条件各由一系列因素汇聚而成，其中最重要的因素为：教师、课程、教室。毫无疑问，要实施上述转换必须从这三个重要办学支撑因素中寻找改革突破点。正是基于这样的认识，北京邮电大学提出了高新课程开发、智慧教室建设、教师教学能力提升“三贯通”教学改革的思路。学校力图用强有力的改革举措促进这三要素的快速融合，在新的信息技术赋能下，支撑起“以学生为中心”的教学组织模式。
“三贯通”教学改革
北京邮电大学提出的 “三贯通”教学改革方案是在课堂层面的改革尝试。希望用物联网和人工智能等新科技为传统教室赋能，把理论讲解、实验实习、师生互动等功能融为一体，变传统教室为教学智能综合空间，建设面向新工科的智慧教室；把传统教材的概念拓展到电子文献、各类网站、智能系统等资源，构建立体化的知识智能搜索、分析和理解系统，与智慧教室功能协调起来开发面向新工科的高新课程；面对第四次工业革命的需要，引导教师主动更新知识储备，提升信息化教学能力，强化梳理和整合知识点关系的思辨能力和讲解能力，变 “表演型教师 ”为 “导演型教师”。在这一过程中，三要素的同步提升和贯通推进尤为重要。
1.高新课程开发是基础
当前新工科建设的当务之急是教学知识内容要跟上工业革命的步伐，坚持科教融合、产教融合，推进学科、专业、课程一体化建设。面对新工科建设，课程内容必须强化应用之新和原理之高，这是学校高新课程的核心标准。
大学最重要的功能是育人，这就决定了教师既要从事专业学术研究，更要开展教学学术研究。课程开发应当是“教学的学术”最为核心的课题。北京邮电大学于 2018年按照“高在原理、新在应用”的标准制定了高新课程建设规划，明确了未来五年建设 500门 “高新课程 ”的目标，从质量标准、经费保障、考核评价、奖惩激励等多方面入手，广泛动员教师、特别是高水平教师投入到高新课程开发的研究工作中来。目前高新课程建设分为六大类，包括基础课程类、专业课程类、学科交叉课程类、线上课程类、虚拟仿真实验类、创新创业实践类。按照“注重理工融合、坚持科教融合、提升高阶性、突出创新性、增加挑战度”的建设理念，在课程内容上体现前沿性和创新性，同时兼顾传承性和基础性。
2.智慧教室建设是抓手
新工科建设要求改变传统的满堂灌的知识传授方式，鼓励学生自己发现问题，在师生互动协作下自己动手去解决问题，体会和把握解决问题的过程。在当今进入的 5G时代，为构建智慧教室、克服困难提供了技术可能性。新冠肺炎疫情的蔓延和冲击，使传统的课堂教学受到了根本挑战，线上教学实现更为明显的快速发展，线上教学与线下教学相结合逐步成为一种教学新常态。这也为学校基于教学云平台的智慧教室建设提供了难得的经验借鉴。
学校早在 2014年教学工作会议上就明确提出：用教学模式的改革来撬动教学理念、教学内容和课程体系的全方位改革。智慧教室作为教学环境是智慧教学大变革的重要技术手段。 2019年学校制订了 100间智慧教室的建设规划，探索新型教学环境下的教学模式改革。智慧教室建设突出“四同步”原则，即与高新课程建设同步，与教学模式改革同步，与教学云平台建设同步，与教师信息化能力培训同步。有效提升了“三贯通”教学改革的整体性。
3.教师教学能力提升是关键
高新课程开发和智慧教室使用，有赖于教师的理论水平、工程实践能力以及教学信息化素养。大学的技术核心是教师如何教和学生如何学，“三贯通”教学改革的关键任务是促进教师角色的转变，以此构建新工科时代的新型师生关系。师生关系与教学组织模式紧密相关。上世纪初，杜威提出了以学生为中心的教育思想，主张“教育即生长”“教育即经验的不断改造” “从做中学”，这些教育主张在全世界掀起了新教育。杜威的教育理论并没有否认教师的作用，在“以学生为中心”的教育理念下，教师将从传播者转变为对话者，从管理者转变为引导者，从表演者转变为导演。师生之间将形成共同学习、相互启发的伙伴关系。
在高新课程、智慧教室、教师教学能力这三要素中，教师能力的提升是首要任务。新一轮科技革命推动了教师角色重构、教学内容重整、教学方法转型、教学环境重组等变革，引发了人工智能、虚拟现实、仿真实验等新技术在教学中的应用。面对这样的变化， 2018年，中共中央、国务院印发了《关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》，对新时代教师队伍建设作出了顶层设计，提出实施 “教师教育振兴计划”，使教师“主动适应信息化、人工智能等新技术变革”，“推动信息技术与教师培训的有机融合”。新时代高校教师必须成为优秀的信息化教学设计者，寻求符合信息化时代教育教学规律的教学方法，体现践行 “四为”方针的教育价值取向。
4.三要素贯通推进是重点
首先，三要素的贯通推进是科技发展的必然要求。当今世界以互联网、大数据、人工智能等为代表的全方位科技革命与产业变革正在引发世界格局的深刻调整，催生大量新产业、新业态、新模式，给经济社会发展和人民生活带来重大而深远的影响，其中一部分影响甚至是颠覆性的，展示出了变革社会并帮助人们创造美好生活的巨大潜能。高校的人才培养目标、专业结构和课程内容都应随之调整，推动教学方式互动化、智能化，推动培养模式个性化、特色化，以适应科技发展的新变化。传统的教室和课程的功能已经不能满足学习方式多样性的客观需要，甚至制约了学习效果和学习效率的有效提升。
其次，三要素的贯通推进是经济建设的必然要求。进入后疫情时代，随着以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局的形成，高等教育必将从原来对经济社会发展起基础支撑作用向支撑引领并重发展。经济发展从依靠资本转向依靠人才，这将要求高等教育提供最为需要和最为可靠的智力支撑；经济发展从靠资源转向靠创新，这将要求高等教育发挥在国家创新体系中的主体作用，教师的知识储备和教材内容必须与时俱进，主动同产业前沿需求对接，满足经济社会快速发展的客观需要。
最后，三要素的贯通推进是“以学生为中心”的教学组织模式的必然要求。在三要素中，高新课程开发是基础，智慧教室建设是抓手，教师教学能力提升是关键。这三者是一个相辅相成的整体。一方面，任何一个因素的提升都必然会关联另外两个因素，按系统科学的观点，只有它们协同协作好才能实现事半功倍的效果。另一方面，“三贯通”教学改革的目标是打破原有的 “三中心”模式，建立“以学生为中心”的教学组织模式。新的中心模式自然要求其中的各个因素高效协同起来，实现系统集成效应。物联网和人工智能等新技术的发展，使得“三贯通”改革设计成为可能。
“三贯通”教学改革实践
近年来，北京邮电大学在新工科建设中，以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，积极探索构建以学生为中心的教学组织模式，大力推动 “三贯通”教学改革，人才培养质量得到有效提升。
1.用高新课程推动人才培养能力再提升
学校注重高新课程的顶层设计，按照试点先行，有序推进，分批分类建设的原则，2019年全校范围内首先建设 “通信原理”“现代工程设计表达方法学”等 15门高新标杆课程，发挥示范辐射作用。高新课程建设作为本科人才培养的重要工作，为一流专业建设、教学模式改革和教师教学能力提升提供了真实场景和难得机遇。学校 2021年版本科专业培养方案中 “高新课程”全面覆盖重要基础课程和专业核心课程，构建起以高新课程为牵引的多类型、多维度、多样化的课程体系。
通过高新课程建设与培育，一批课程获评教育部一流课程和北京高校优质本科课程。与华为有限公司合作建设高新课程 35门，实现了突出的产教融合效应。通过高新课程建设，学校培育了一批课程思政典型案例。
2.用智慧教室助力高新课程教学模式改革
学校通过建设基于教学云平台的智慧教室，积极推动智慧教学。教师们在高新课程教学中，积极开发应用互动研讨型、VR型、5G全息远程互动型、5G虚拟演播直播型、示范教学型等智慧教室的科技功能，探索理工类、经管类、人文类、艺术类等“学科特色型”的智慧教学，有效推动了以学生为中心的教学组织模式的改革。
学校教学云平台以整合现有各类教学类应用软件为基础，按建立数据互联互通、资源开放共享、业务协同联动机制，打造“课程中心—学习中心—资源中心—数据中心”信息一体化平台。
3.用常态化培训提升教师教学能力
学校将“三贯通”培训作为高新课程建设项目结题验收必要条件。教师教学发展中心精心设计专题培训内容包括：做一名好老师——我的教师生涯感悟，课程思政与混合式教学的相互促进，北邮智慧教室特色，基于北邮智慧教室的高新课程课堂教学设计，分组研讨、设计和实践等。培训考核要求包括，参训教师提交一节课的教案，突出基于智慧教室的高新课程教学设计，并以说课或授课片段进行培训成果展示。考核专家组依据教案和成果展示进行成绩评定。考核通过的教师由教师教学发展中心颁发培训结业证书，该证书作为教学能力证明存入教师培训档案。学校以“三贯通”教学改革为牵引，以培养优秀骨干教师为重点，打造一支在教学能力上发挥示范带头作用的教师队伍，科学有序地促进新工科时代教师教学能力的不断发展。
新工科建设需要理念，更需要脚踏实地的探索。中国改革开放四十多年的成功历史告诫我们，新工科建设一定要从最基本、最基层的教育教学环节中寻求突破。时代在发展，第四次工业革命依然在演进，唯有牢牢把握教育教学规律和新时代的客观要求，才能在大浪淘沙中不断前行，探索和构建起中国工科教育的崭新模式。
