“物聯網+”背景下高校新工科專業課教學實踐研究
——以傳感器技術課程為例

趙 亮

（寶雞文理學院 電子電氣工程學院，陜西 寶雞 721016）

0 引 言

隨著互聯網的普及與發展，當今世界已經進入萬物互聯的時代，物聯網孕育而生。物聯網技術在帶動數字經濟發展的同時，推動了全球產業布局和商業模式的變革[1-2]。在物聯網技術飛速發展的時代背景之下，如何把握新科技、新經濟發展的脈搏，推動我國新工科專業的建設，是我國目前教育改革的重要任務，也是教育部提出“新工科”建設的出發點[3-4]。縱觀我國社會發展的不同時期，始終堅持“教育為重、教育優先”的教育發展方針。在專業課教學中如何將理論知識和新科技、新技術緊密結合，培養學生的工程意識、實踐創新精神、理論聯系實際的能力成為當前新工科專業課教學過程中需要探索的課題。傳感器是構建優良物聯網系統的基礎，而傳感器技術是與物聯網技術緊密相關的一門新工科專業課程。面對“物聯網+”時代的變革，高校新工課專業課程的教學也應順應時代潮流，以學生發展為中心，以培養學生創新能力驅動課程改革，以學生實際獲得感為目標，探索“物聯網+”背景下高校新工科專業課教學方法，特別是實現傳感器技術課程教學的內涵式發展。

1 “物聯網+”背景下高校新工科專業課教學內涵建設

目前，我國正從工業大國向工業強國邁進，工業領域正在進行不同層面的轉型、升級。物聯網技術和工業領域相結合形成的工業物聯網為正在進行的工業變革提供了創新源動力。工業物聯網是傳感器技術、信息技術、計算機技術等多學科技術的交叉、融合，通過多源信息獲取和融合，借助大數據云計算對感知信息進行動態分析和智能處理，以達到對工業領域各要素的全面感知和智慧處理，進而實現無線自動化和控制。

在“物聯網+”時代，智能電網、智能交通、人工智能、智能控制等應用領域都是新工科涉及的專業方向，作為地方應用型高校，應該緊跟時代發展脈搏，注重培養服務地方經濟和社會發展的復合型創新人才，而在教學實踐中改進教學方法是培養學生知行合一、提高學生運用理論知識解決實際問題能力的一條有效途徑。作為工科專業的學生，應該具備較強的動手實踐能力、良好的團隊溝通和協作能力、運用理論知識解決實際工程問題的能力，這也是《中國制造2025》對工科人才培養提出的明確要求[5]。

傳感器技術是新工科專業與物聯網技術緊密相關的一門理論和工程應用相結合的本科高年級專業課程，學生通過學習典型傳感元件的基本工作原理、測量電路以及工程應用，具備根據工程應用需要選擇合適傳感器類型的能力，能夠正確使用傳感器滿足實際工程開發需求[6-7]。教師在課程講授過程中，應該根據目前“物聯網+”發展的現實背景，通過開展深入的學情分析，合理設置專業課程教學大綱，優化教學內容，讓學生在掌握專業理論知識的同時，更重要的是理解如何運用所學的專業知識解決實際的工程問題。

2 “物聯網+”背景下高校新工科專業課教學設計

教學設計是面向教學對象、解決教學問題的一種特殊設計活動，需要分析教學中潛在的問題和需求，設計解決方法，并對方法的實施進行有效評價，進而在教學實踐中加以改進，最終形成一套行之有效的教學理念和方法。簡言之，教學設計是系統的教學認知過程。按照史密斯和雷根的“教學系統設計理論”，整個教學過程應該包括四個部分：知識導入階段、教學主體部分、教學結論部分以及教學評價階段[8]。

在實際的教學過程中，根據所授課程和授課對象的不同，教師可以采用不同的教學設計，總的來說有三種教學設計模式：教師主導以“教”為主的教學設計模式、學生為中心以“學”為主的教學設計模式以及“主導-主體”的教學設計模式[9-10]。這三種教學設計模式各有特色，在教育發展的早期階段，教師主要采用以“教”為主的教學設計模式，通過教師的教帶動學生的學，在整個教學活動過程中，教師處于主導地位，學生為知識的被動接受者。這種模式有利于教師掌控整個教學過程，但需要解決諸如學生如何學、能夠學到什么程度、如何評價教學效果等問題，否則學生的實際知識獲得很難保證。隨著基于學習產出教育（OBE）理念的引入，以學生“學”為主的教學設計模式得到推廣，該教學設計模式以學生的學為“主”，教師的教為“輔”，充分發揮學生的學習能動性，變學生被動的接受知識為主動的探究知識。該模式需要教師合理地設置教學情境，提出問題，引導學生在探尋問題答案的過程中獲取知識。在探究學習的過程中，學生除了要自主學習之外，還需要相互協作，共同達到學習目標。教師在整個教學過程中除了做好引導之外，還需要幫助學生通過實踐檢驗理論的正確性，同時輔助學生進行學習總結，反思問題，提升學生運用知識解決實際問題的能力。在前兩種教學設計模式的基礎上，出現了“主導-主體”的融合教學設計模式，該模式可以根據課程特點、教學內容以及教學對象（即學生）對知識認知程度靈活選擇“探究式”或“傳遞-接受式”的教學方法，即“探究式”和“傳遞-接受式”可以單獨使用，也可以融合使用。

綜合以上三種教學設計模式，結合“物聯網+”背景下的新工科專業特點，傳感器技術課程在教學中，踐行OBE理念，引導學生開展探究式學習的同時注重培養學生的動手實踐能力；在充分發揮學生學習主動性的同時，教師做好知識傳授和引導。具體來講，在授課前進行學生學習需求分析，該過程可以通過學生座談或在線問卷調查的形式進行；在明確學生的需求之后，需要對學生的學情和特征展開分析，合理安排教學內容，確定教學目標，制定教學策略。考慮到傳感器技術課程的特點，在實際授課中采用“案例”引領的“項目式教學法”，將課程涉及的專業知識融入到具體的案例中，案例設計由淺及深，通過案例提出問題，學生分組探究問題的答案，自主設計實驗驗證結論，同時開展組間交流、互評，共同提高。在教學過程中，教師要根據具體的學情適時開展“傳遞-接受式”教學，掃清學生知識盲點，提升學生自主探究問題答案的信心；在教學過程進行中，教師還要適時組織學生開展教學評價，反饋意見，幫助教師不斷改進教學設計。

3 “物聯網+”背景下高校新工科專業課教學實踐

在傳感器技術課程教學實踐過程中，根據不同時期的授課對象，采用“主導-主體”的融合教學設計模式，合理設置授課內容，開發項目案例，同時依托隸屬寶雞文理學院的“寶雞市工業智能傳感器控制和信號處理研究中心”下設的“傳感器技術實驗室”輔助學生自主開展實驗研究，具體實施方法如下。

3.1 做好學生需求分析和學情分析，為授課內容提供依據

在科技飛速發展的今天，學生獲取知識的途徑不只局限于課堂學習，互聯網已經成為學生獲取知識，解答疑問的主要途徑。因此，學生希望在課堂學到從其他途徑無法直接獲取的知識。此外，傳感器技術課程是一門綜合性很強的新工科專業課程，學生需要具備模擬電子線路、數字電子線路、微機原理、大學物理以及聲學、光學、熱學、電學等學科的知識。教師在授課之前，要充分了解學生的學習意愿、學生的專業背景、學生的現有基礎和知識儲備，從而合理開展課程的教學設計。以傳感器技術“測量誤差分析”一節的教學內容為例，傳感器可以實現對不同非電量的測量，如：溫度、速度、位移、壓力等，既然是測量肯定會存在測量誤差，因此對測量數據進行誤差分析，其是評價傳感器性能的重要技術指標。在授課之前，通過對學生的調研發現，學生對這一部分內容存在畏難心理，究其原因，是這部分內容涉及概率統計的知識，學生存在不同程度的知識缺陷。因此，在教學過程中采用“教師講授為主，案列解析為輔”的教學設計，通過課堂多媒體教學，讓學生理解和掌握誤差的表達方式和計算方法，輔以案例解析，讓學生掌握對工程測量數據進行誤差分析的流程以及評價方法。

3.2 梳理課程知識要點，融合案例教學，引導學生探究式學習

通過調研確定授課內容之后，需要開發融合課程知識要點的問題和案例。案例的設置要能合理地導入課程知識，引起學生的求知欲，讓學生樂于嘗試、勇于探索；案例設置切忌讓學生感覺無趣或高不可攀。以傳感器技術“溫度傳感器”的教學為例，熱電偶是一類廣泛應用于工業領域的溫度傳感器，熱電偶的三大定律是教學重點也是教學難點。授課伊始，教師播放課前制作的“工業物聯網中的溫度”微課視頻，引發學生的討論和共鳴；接著，教師拋出教學案例“在一個工業物聯網系統中實時監測一個工業熔爐的溫度，要求使用K型熱電偶測溫”，案例的求解勢必引導學生從案例中提出問題（學生自主聯系熱電偶三大定律）、探究問題的答案（學生思考熱電偶三大定律解決什么問題、如何應用）、驗證答案（學生開展熱電偶測溫實驗）、總結提升（學生反思如何成功的；如果失敗了，原因何在）。在整個學習的過程中，教師充當輔助角色，一是答疑解惑，糾正錯誤知識認知；二是輔助學生分組開展實驗驗證。在學生完成案例之后，教師要對學生的案例解析進行評價，指出存在的問題，不論學生成敗與否，教師都要鼓勵學生勇于探索的精神，最后教師要對知識要點進行強調和總結。

3.3 開展教學設計評價和教學反思，改進教學設計適應不斷變化的學情

教學設計的評價采用學生匿名評課和教師聽課評價法。在授課過程中，教師可以根據教學內容，按照知識點分類評價，為了更加客觀地反應教學設計的真實情況，避免學生產生思想負擔，可以讓學生采用匿名的方式進行評價。同時，任課教師可以邀請同專業教師或教學督導參與教學設計評價，通過同行教師隨堂聽課、學生隨訪，給任課教師反饋建設性的意見和建議。以傳感器技術課程為例，課程知識可以按照傳感器類型分類，在講授完一種傳感器類型后，隨堂通過“雨課堂”向學生發送教學評價問卷或其他形式的匿名問卷，收集學生的學習感受，通過反饋的意見改進教學設計。

4 結 語

教師課堂教學的成敗，很大程度上取決于課程的教學設計，教學設計反映了教師對于授課內容和授課主體（學生）的認知程度。在“物聯網+”時代背景之下，以傳感器技術課程為例，探討高校新工科專業課程的教學設計方法和實施策略，是順應新工科專業改革的需要。對于優化課程教學內容，提升教學質量，培養具有工程意識、具備工程實踐和創新能力的學生具有重要意義。