教育信息化2.0時代下新工科專業課教育改革探索與實踐

彭昕昀 韓竺秦 陳錦儒 劉文秀 李婉

摘要：隨著中國制造2025和教育信息化2.0的推進，各高校積極建設基于“互聯網+教育”的智慧校園。本項目組深入研究教育信息化2.0的目標，以單片機原理及應用課程為例，對新工科專業課進行教育改革和實踐。通過單片機課程的教育改革探索和實踐，強化了新工科建設理念在地方高校的深入，推進了教育信息化2.0時代的“新工科+智慧校園”的建設。

關鍵詞：單片機;專業課教育改革;新工科;教育信息化2.0

中文分類號：TN702? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）21-0126-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： With the advancement of Made-in-China 2025 and Education Informatization 2.0， colleges and universities are actively building a smart campus based on Internet + education. This project group has made a thorough study of the goal of Education Informatization 2.0， taking the course of Microcontroller Principle and Application as an example， educational reform and practice of new engineering professional courses. Through the exploration and practice of the educational reform of SCM course， the concept of new engineering construction has been strengthened in local colleges and universities， and the construction of “new engineering + smart campus” in the era of educational informatization 2.0 has been promoted.

Key words： Micro Control Unit; Professional Course Education Reform; New Engineering; Educational Informatization 2.0

1 研究背景

2015年5月，國務院《中國制造2025》提出，堅持“創新驅動、質量為先、綠色發展、結構優化、人才為本”的基本方針[1]。自2017年2月以來，教育部結合中國制造2025的方針，組織教育專家深入研討，探索以互聯網和工業智能為核心，針對新興產業的專業，包括云計算、大數據、人工智能、智能科學等相關工科專業，培養高校新工科人才，助力中國智能制造[2]。2018年4月，教育部正式發布《教育信息化2.0行動計劃》[3]，（以下簡稱“《行動計劃》”），到2022年基本實現“三全兩高一大三變三新”的發展目標（如圖1所示），其內在邏輯關系是以“三全一大”建設為基礎，推動“三變”，形成“三新”，最后達到“兩高”[4]。

在教育信息化2.0時代，新工科專業人才培養可以從5個方面設計和實踐（如圖2所示），一是以學生為中心;二是以促進深度思維為重點，以深度思維能力培養為主軸;三是關注智慧學習環境的建設;四是強調數據的應用;五是重視教師深度學習能力的培養。本文以韶關學院的新工科專業自動化專業建設為例，以專業必修課程《單片機原理及應用》（以下簡稱“單片機”）教學改革實踐為例，探索在教育信息化2.0行動中高校新工科專業課的改革模式、實踐、效果和思考。

2 新工科專業課教育改革探索

2.1 探索信息技術的教學新模式

本項目組在單片機課程的教育改革中，分析1995后大學生的學習認知特點。1995后的新工科大學生思維靈活，獲取信息能力強，善于使用電腦和智能手機搜集資料，學習能力強，但是自控能力不足，工程實踐能力弱，信息化素養不夠專業。

項目組對專業課的教學組織包括個體學習和小組學習，小組學習采用項目驅動方式，學生自由組合，由3-5人為準，每個小組組成一個學習團隊，基于網絡學習平臺和移動手機平臺開展協作學習，共同完成實驗項目和實踐項目。根據大學生的特點，對單片機課程的教育管理和教學模式進行3個階段的教育改革設計，包括課前知識傳授設計、課中知識內化設計、課后拓展提升設計。在3個階段再分別具體進行多個項目的設計（如圖3所示），包括：教學內容設計、教學環節設計、實驗項目設計、實踐項目設計和階段考核設計。

項目組對單片機課程的教學評價采取綜合性多維度的方式進行評價，評價由3種成績來計算，包括有平時成績占20%、實驗成績20%和期末成績60%。單片機課程的平時成績包括網上考勤和課堂考勤;實驗成績包括網上實驗評價、實踐操作評價和實踐報告評價;期末成績包括卷面成績和上機操作成績。

在單片機課程教學過程中進行多方面跟蹤和監測教學評估過程，本項目組在電腦端通過對分易網站和超星網站，手機端通過微信“對分易”公眾號和學習通APP，追蹤和監測學生學習和教師教學的多種數據，隨時進行學情分析，通過多種數據分析，盡量準確全面地評估單片機課程的教學和學習效果。基于兩個平臺建設的移動端界面截圖如圖4和圖5所示。

2.2 發展基于互聯網的教育服務新模式

韶關學院和2家公司合作，分別是上海領培信息科技（上海）有限公司和北京世紀超星信息技術發展有限責任公司，2家公司為韶關學院提供基于互聯網的教育服務。本項目組優化利用這2家公司的信息技術，分別在微信中的“對分易”公眾號平臺和學習通APP平臺建立了單片機課程的數字教育資源，在單片機課程的教學改革實踐中，整合課程的線上線下資源，為新工科自動化專業的大學生提供豐富的教育資源。單片機課程資源有多種，包括3大類：課前資源、課中資源和課后資源。這3類資源也有很多種類，包括圖書資料、教學課件、微課視頻、程序資料、仿真電路資料、實驗指導資料、實踐指導資料。在學習通平臺的電腦端課程資料截圖如圖6所示。

單片機課程的學習資源多，對新工科學生學習服務模式和教師的教學服務模式需要不斷地創新探索，課前采用知識傳授模式，課中進行知識內化模式，課后進入拓展提升模式。在學生的個人學習空間中，把單片機課程的各種學習工具、學習資源、學習活動、學習共同體、學習評價等整合形成了不同學生個體的基于互聯網+智慧教室的云空間。學習通平臺提供了單片機課程線上學習的統計分析，如圖7所示。

2.3 探索信息化時代的教育治理新模式

在教育信息化2.0時代背景下，韶關學院教務處積極指導和推進各二級學院的新工科專業建設，教務處目前有2個科室來指導和構建教育信息化環境，分別是教學質量管理科和教師教學發展中心。2個科室分別是教學質量管理科主要推進對大學生的教育教學改革，教師教學發展中心主要負責提高教師的信息化技術能力。本項目組教師在教師教學發展中心的指導下，參加了復旦大學的對分易團隊、華南師范大學教育技術學院、北京大學的教育技術中心和香港理工大學的教育工作室等多種短期培訓，提高了本團隊教師的教育信息化水平和教育信息化理念;項目組在教學質量管理科的組織指導下，參加了超星學習通APP的短期培訓，申報了多個教育改革的項目，建立了《單片機原理及應用》《電子與單片機課程設計》《數字電路》《專業技能訓練》《計算機基礎》《工業機器人初級培訓》等多門基于“互聯網+”的新工科專業課程，推進了韶關學院基于大數據的教育治理方式變革，積極構建韶關學院科學有序的教育信息化環境。

3 新工科專業課教育改革效果分析

在新工科人才培養中，本項目組不斷探索新工科專業課程改革與教育信息化2.0時代的“三全兩高一大”發展目標相結合。基于“互聯網+”的單片機課程的教學改革項目于2017年開始啟動，對新工科專業的自動化、機械設計制造及自動化專業的大二和大三學生進行了專業課程的教學改革和實踐，以下是對單片機課程的教學改革的效果進行分析和總結。

3.1 數字資源覆蓋效果

教育信息化2.0的基本目標之一即教學應用覆蓋全體教師、學習應用覆蓋全體適齡學生、數字校園建設覆蓋全體學校。本項目組教師樹立以大學生為中心，以互動、開放、共享、規范為主要特征的資源觀。 優化利用“超星”平臺和“對分易”平臺，建設了新工科的多門專業課數字資源，大學生可以通過電腦端和智能手機端登錄課程資源，成為數字資源的貢獻者和受益者。2個平臺分別提供了數字網絡資源的線上服務，通過平臺的統計和分析，數字資源的覆蓋效果如表1所示。

3.2 高校師生信息素養效果

教育信息化2.0的基本目標之二是提高信息化應用水平、提高師生信息素養。本項目組在新工科課程教學改革中，大部分教師參加了學校教師發展中心組織的培訓3次以上，教師的信息化應用水平顯著提高，團隊教師的信息素養也大幅提高，目前本團隊教師任課的課程大部分采用了信息化建設方式，建設了多門專業課程的數字資源。

在新工科專業課程改革實施后，本項目組對大學生的信息技術學習態度、學習能力、學習潛力進行采集，改革后班級學生的信息化應用能力提高，信息化素養提升，學生的學習態度、學習積極性、學習能力和學習潛力都呈現數量增加和質量提高的趨勢，尤其是新工科大學生參與工科專業學科競賽的人數大量增加，學生的信息化素養的具體表現在大學生專業項目申報、專業競賽、學生考研的方面，改革效果對照如表2所示。

3.3 智慧校園建設效果

教育信息化2.0的基本目標之三是建設一個“互聯網+教育”大平臺，開展智慧校園的建設，具體落實在開展智慧教育創新示范、構建智慧學習支持環境、加快面向5G網絡的高校智能學習體系建設、加強教育信息化學術共同體和學科建設。

本項目組的單片機教學改革，分別在2個信息科技公司的平臺上進行建設，2個平臺把學生在平臺學習的學習活動、學習資源、學習共同體、學習評價、學習工具進行統計，形成學生的個人學習空間，形成教師的教學空間，從而形成智慧校園的大數據。

但是目前信息科技公司還不能提供大數據、人工智能和智慧化的技術支持。目前智慧校園的建設只是處于數據積累的初級階段，還需要信息科技公司提高信息化設備、技術和服務，才能有效地建設智能化和智慧化的“新工科+智慧校園”。

4 結論

本項目組結合高等學校新工科建設要求，參加信息化技術的培訓，進行新工科專業課教育改革和實踐，探索新時代背景下新工科的教育新模式、基于互聯網的教育服務新模式、教育治理新模式。以單片機原理及應用課程為例，對新工科專業課教育改革效果進行分析，分析數字資源覆蓋效果、高校師生信息素養效果和智慧校園建設效果。項目組的教育改革探索和實踐，促進了教育信息化2.0行動計劃的實施，強化了新工科建設理念在地方高校的深入，提高了新工科專業師生的信息化素養，推進了教育信息化2.0時代的“新工科+智慧校園”的建設。

參考文獻：

[1]國務院.關于印發《中國制造2025》的通知[EB/OL].（2015-5-19）.http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9784.htm.

[2]吳愛華.以“新工科”建設引領高等教育創新變革[J].高等工程教育研究，2019（1）： 1-7.

[3]中國教育報.加快推進教育信息化2.0 行動計劃落地生效—— “教育信息化2.0行動計劃專題解讀”[J/OL].（2018-5-15）.http：//www.ict.edu.cn/news/jrgz/xxhdt/n20180515_50050.shtml.

[4]祝智庭，魏非.教育信息化2.0：智能教育啟程，智慧教育領航[J].電化教育研究，2018（9）：5-15.

【通聯編輯：梁書】