信息技術驅動下的智能化儀器課程改革

張朋 劉娜 常靜 焦岳超 瞿博陽 范福玲 林漫漫 趙啟鳳

摘要：智能化儀器課程知識點豐富，重點、難點多，實踐、綜合性強，工程應用廣泛。在《中國制造2025》綱要中，智能制造有著至關重要的地位，它是一種基于智能化儀器的自動化控制系統。本文在總結已取得的教學成果的基礎上，利用信息技術，在課程教學內容信息技術模式，基于多技術的復合教學方法，基于信息技術的新型教學實踐管理系統和課程專業化教師隊伍建設方面進行全面改革。通過該課程的學習，學生既可掌握智能化儀器的基礎理論，又增強了利用理論知識解決實際問題的能力，促進了學生自主學習、創新學習意識和習慣的形成。

關鍵詞：信息技術；智能化儀器；教學改革；自主學習；創新學習

中圖分類號：G642.0；TP13 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）08-0254-03

引言

技術、教育和社會三者的關系在2017高等教育版《新媒體聯盟地平線報告》得到了充分體現[1]，該報告指出，技術發展將極大地促進教育和社會的改革進步。國家2015年頒布的《中國制造2025》綱要，明確信息技術等9項任務與十大重點領域[2]，這些任務與重點領域都急需大量精通智能控制、智能化儀表的高技術人才，這也為測控技術與儀器類工科專業的智能化儀表及相關課程建設指明了革新的方向[1，3，4，5]。本文對信息技術驅動下的工科課程《智能化儀表》的教學變革進行研究，提出了一整套教學實踐應對方案，取得了較好的效果。

一、智能儀器課程教學現狀

智能化儀器是工科自動化類、信息類、電氣類等專業核心類課程，該課程實踐性、綜合性強，講授知識點、重點難點多，學習難度大。通過對智能化儀器課程的學習，使學生具有智能化儀器和儀表的設計、分析和應用能力，以及獨立科研攻關的能力。在以往的教學中，往往只傳授基本概念、基礎理論和基礎方法，工程應用重視不夠，從而導致存在以下幾個方面的問題：

1.教學內容與工業實際緊密度不夠。教學內容偏重理論，不能將工程實際中的典型智能化儀表、典型應用案例與課堂教學緊密結合起來，難以充分調動學生的學習積極性，也不能較好地引導和激發學生的創新意識和創新能力的培養。

2.課堂教學、實踐方法缺乏系統性模式。在人工智能、移動技術、互聯網+、物聯網等技術推動下，高等教育領域出現了手機移動接入教學、互聯網在線學習、虛擬實驗室、網上慕課、創客等教學新手段，但針對具體智能化儀器課程教學和實踐還沒有形成高效的面向這些新技術的教學實踐管控體系。

3.以學生為中心，以培養學生掌握有用技術和形成真實能力的教學模式還沒形成。現有智能化儀器課程教學中，教與學還不能真正做到以學生為中心，還存在一定程度的脫節。

4.課程教學的專業化和學生學習的深度化、終身化引領不夠。目前智能化儀器課程教學，還不能提供足夠豐富的教學資源，還不能做到課堂學習和課下（在線學習，移動接入學習等）學習的充分融合，課程還不能提供足夠充分的學習空間和學習環境。課程對使學生具備未來職場所需的技能，了解課程與真實世界間的聯系，鼓勵學生“批判性思考、解決問題、互相協作、自主學習，掌握學習內容”，實現深層學習的引領不夠[1，3，6，7]。

二、信息技術驅動下的智能化儀器課程教學改革

在總結智能化儀器課程教學已取得教學成果和典型應用實例效果的基礎上，結合信息技術、人工智能等技術支持，開展智能化儀器課程教學改革工作。具體包括，課程教學內容的多形態化劃分模式改革，基于多技術支持的復合教學方法改革，基于信息技術的新型教學實驗管理系統研究，以及課程專業化授課隊伍建設改革。

（一）課程教學內容的多形態化劃分模式

現階段，大部分高校采用一刀切的傳統教學方法和統一的教材。同時，物聯網技術、移動終端接入技術、互聯網技術、人工智能技術提供了多種多樣的教學解決方案，這將深深影響著高等教學過程。鑒于此，將智能化儀器課程的內容進行了多形態化劃分，具體劃分為：課堂講授內容，在線講授內容；基礎理論內容，技術應用內容，綜合應用技術內容；必講內容，選講內容，自主學習內容；專項技術內容，綜合應用內容等。

（二）基于多技術支持的復合教學方法

傳統的教育模式，老師講、學生聽，無法充分調動學生的積極性，學生依舊處在被動接受知識的狀態。由于智能化儀器課程具有工程實踐性強的特點，基于物聯網技術、互聯網+技術、智能計算技術等，在課堂教學和實踐中引入了基于問題導向的教學方法，基于項目的教學方法，基于就業導向的教學方法，以社會和學生未來職場需要為引導，教授學生真正有用的知識，使學生掌握有用的技能。

（三）基于信息技術的新型教學實驗管理系統研究

信息技術的迅猛發展，為智能化儀器課程的教學和實驗管控提供了新的解決方案[1，2，3]。基于信息技術的重要組成或者應用技術，例如，物聯網技術、智能計算技術、自適應學習技術、大數據等技術設計開發了智能化儀器的新型教學實驗管理系統，該系統包括智能化儀器在線綜合課程評測系統，智能化儀器視頻公開課系統，智能化儀器創新創業網絡實驗室，智能化儀器在線仿真實驗室，智能化儀器遠程錄課授課系統，智能化儀器教學網絡論壇，智能化儀器移動教學系統等，如圖1所示。

（四）課程專業化授課隊伍改革

在信息技術推動下，社會和教育環境不斷變化，教師角色也隨之發生改變。教育者已經遠遠超越了“傳道，授業，解惑”的職能，而逐漸成為學習過程的管理者和推動者[1，2，6]。為此，信息技術推動下，課程授課教師必須向專業化方面發展。

1.面向職場需求的動態課程組。整個社會和未來職場對人才的要求折射到教師專業發展領域，深刻影響教育者的角色：除了能及時發現教學中的突發事件，教師還必須應對人口結構轉變、入學率變化和來自利益相關者的壓力，為畢業生提供全球視野下21世紀工作環境所需要的技能[1，7，8，9]。教師在授課過程中，不但要關注社會和職場的相關專業和技能需求，而且要設計相應的教學內容，使學生獲得這些技術和技能。這樣給授課教師提出了很大的挑戰，為了應對這種挑戰，我們為智能化儀器課程設立了面向職場需求的動態課程組，課程組有3-5人組成，分別為：基礎理論技術教師，負責基礎理論技術研究和講授，主要由智能化儀器課程專任教師擔任，講授智能化儀器設計所需的基本理論、基本技術和設計方法；基礎技能實踐教師，負責基本實驗實踐項目研究和講授，主要有控制類、電氣類、信息類、儀表類等多個學科的實踐能力強的教師組成，以引導學生應用所學多學科技術知識進行簡單項目開發的技能和能力；工程綜合創新實踐教師，負責工程綜合創新項目研究和講授，此類型教師主要聘任來自企業、研究所等一線市場的專家、技術骨干，最大限度地拉近教學和市場、職場的距離。

2.教師隊伍的信息素養建設。21世紀環境下，提高數字素養是對所有人的要求，它不僅指能夠使用數字化工具，還包括利用特定的數字化技術解決具體情境中的問題[1，2，10，11]。為了提高智能化儀器課程組教師的信息技術素養，采取了如下改革措施：1）設立了“信息化教學獎金”，獎勵教師采用信息技術開展教學創新，獲獎的教師積極探索各種前沿信息化教學技術和方式，如自適應學習、視頻訪問、數字檔案、混合式學習模式[1，10]等；2）設立教師信息化進修培訓基金，為課程組老師進行信息化應用技術進修和培訓提供資金支持。

三、課程改革的特色與創新

本研究提出的信息技術驅動下的智能儀器課程教學改革，較現有的一些課程教學模式有諸多特色與創新之處，主要體現在以下幾個方面。

（一）多種教學模式有機融合

多種教學方式結合，對于實踐性、綜合性較強的智能化儀器課程需引入基于問題導向的教學模方法，基于項目的教學方法，基于就業導向的教學方法等，不設置固定的教學項目、實踐步驟，教師只規定合理項目范圍和要求，由學生主動去查詢資料，自行設計方案、步驟，再與老師同學互相探討，完成學習過程，以學生為中心，面向職場和培養有用能力為目標，促進學生自主學習、創新學習和終生學習意識和習慣的形成。

（二）專業化課程教師隊伍建設

設立專項獎勵和基金，制定培養計劃，加強教師個人能力的培養、提高，鼓勵教師不斷學習，并且深入實踐，做項目、做課題，根據社會實際和職場工作需求，選擇合理項目融入教學，激發學生興趣，提高學生學習主動性。聘請企業工程師作為兼職教師，豐富課程組教師組成，在課程實施過程中，校內專任教師與兼職企業教師一直處于交流與合作中，校內專任教師走進企業得到學習鍛煉，企業工程師的協助教學提高了課程教學的實用性。

（三）有效整合正式學習和非正式學習

基于物聯網、云計算、自適應學習技術、大數據等技術進行基于信息技術的新型教學實驗管理系統的研究，從新構建了智能化儀器課程的學習空間，實現了課堂教學、在線教學、在線實驗、網絡化仿真、校內教學實驗室、企業教學實踐基地、大學生學科競賽等教學資源的融合，整合了課堂、學校正式學習和網上在線學習，視頻遠程教學，企業工程實踐等非正式學習模式，大力推動了學生移動學習、自主學習、自適應學習、創新學習意識和習慣的形成。

四、結論

在信息技術的推動下，對智能化儀器課程進行了全面的教學改革，尤其在信息技術下的教學內容模式，基于多技術的復合教學方法，基于信息技術的新型教學實踐管理系統和課程專業化教師隊伍建設等方面，取得了顯著的成效。在新的教學模式下，通過對智能化儀器課程的學習，學生既可掌握智能化儀器的基礎理論，又增強了基于所掌握理論知識解決實際問題的能力，促進了學生自主學習、創新學習意識和習慣的形成。

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