类型a：学术研究报告

作者及机构
本研究的核心作者包括Jorge Membrillo-Hernández（第一作者兼通讯作者）、Elsy G. Molina-Solís、Vianney Lara-Prieto和Rebeca M. García-García，均来自墨西哥蒙特雷理工学院（Tecnológico de Monterrey）的工程学院与科学学院（Escuela de Ingeniería y Ciencias）。研究团队还得到该校写作实验室（Writing Lab）的技术支持。论文发表于2020年的Springer系列丛书《ICL 2019》中（AISC 1135卷，页码306–315），标题为《Designing the Curriculum for the 4IR: Working the Case of Biology and Sustainable Development in Bioengineering Courses》。

学术背景
研究领域聚焦于第四次工业革命（4IR, Fourth Industrial Revolution）背景下高等教育课程改革的紧迫性。4IR技术（如人工智能、生物技术、可持续材料）的快速发展对工程教育提出了新需求，但传统课程体系未能及时响应。世界经合论坛（WEF）等机构已多次强调，高等教育需培养具备跨学科能力（如生物技术、数据科学、可持续发展）的工程师。本研究以蒙特雷理工学院的TEC21教育模型为框架，设计了一门名为“生物学与可持续发展”（Biology and Sustainable Development）的跨学科课程，旨在通过挑战式学习（CBL, Challenge-Based Learning）和项目式学习（PBL, Project-Based Learning）提升学生的综合能力。

研究流程
1. 课程设计与实施
- 课程内容：整合生物学基础（如细胞呼吸、光合作用）与可持续发展概念（如仿生学、工业生态学），并嵌入4IR相关技术（如基因组学、纳米材料）。
- 教学模式：对比传统面对面教学（Classroom）与同步在线教学（FIT课程，Flexible/Interactive/Technology），后者通过Zoom平台实现实时互动，所有课程资料上传至Canvas学习管理系统。
- 研究对象：共439名工程专业本科生（18–21岁），分为15个班级（10个面对面班级、5个FIT班级），覆盖6个校区。

1. 数据收集与评估

   • 学业表现：通过三次考试（期中、期末）和每周作业评分，量化学生对生物学与可持续发展概念的掌握程度。
     
   • 满意度调查：采用匿名问卷（ECOA）评估学生对教师指导、课程内容及自我学习成效的反馈，分两次（第4周和第15周）收集数据。
     
   • 语言影响分析：部分班级采用英语授课，以评估非母语教学对学习效果的影响。
     

2. 数据分析

   • 使用标准差（SD<20%）验证数据稳定性，比较面对面与FIT班级的平均分、通过率（≥70%）及退课率。
     

主要结果
1. 学业表现
- FIT班级在三次考试中平均分显著高于面对面班级（如第一次期中考试：FIT 92 vs. 面对面83），且通过率接近100%。
- 英语授课班级与西班牙语班级无显著差异，表明语言非学习效果的关键障碍。

1. 学生反馈

   • 面对面班级更认可教师互动（ECOA评分9.40 vs. FIT 9.11），但FIT班级对技术工具的满意度更高（如Zoom录播功能）。
     
   • 可持续发展议题的实践项目（如电磁光谱与光合作用挑战）最受学生欢迎，且跨校区协作未影响团队表现。
     

2. 长期影响

   • 毕业生反馈显示，课程内容（如仿生学、气候变暖）对其后续研究（如毕业论文选题）具有直接指导意义。
     

结论与价值
本研究证实，4IR驱动的跨学科课程能有效提升工程学生的综合能力，尤其在在线教学场景下表现更优。其科学价值在于为高等教育课程改革提供了实证案例，证明灵活性（如FIT模式）和跨学科整合（生物学+可持续发展）是关键成功因素。应用价值则体现于TEC21模型的推广潜力，可为其他院校应对4IR挑战提供参考。

研究亮点
1. 方法创新：首次在工程教育中系统比较面对面与同步在线教学的4IR课程效果。
2. 跨学科整合：将传统生物学与新兴可持续发展议题结合，填补了工程教育的知识空白。
3. 技术工具应用：利用Zoom、Canvas等平台实现多校区协同教学，验证了技术赋能的可行性。

其他发现
研究还指出，教师培训（如沉浸式课程设计工作坊）和标准化评估工具（如ECOA问卷）是保障课程质量的核心要素。