新工科背景下物聯網專業電子技術課程教學創新改革實踐

鄒津婷 張啟美 李秋月 劉治齊

（長春大學旅游學院，吉林 長春 130000）

1 引言

新工科的產生和發展，源于新興產業、新興技術對創新性、具有國際競爭力的復合型人才的迫切需求。新工科主要指針對新興產業的專業，以互聯網和工業智能為核心，包括大數據、云計算、物聯網工程、人工智能等相關工科專業。物聯網產業隨著5G技術商用進程的逐步深入，物聯網產業將迎來爆發式增長。在高校育人過程中，專業需要培養能夠系統地掌握物聯網的相關理論、方法和技能，具備傳感技術、網絡通信技術、應用開發技術等信息領域寬廣的專業知識的高級工程技術人才。如何打破傳統教學中重理論輕技能、教與學相脫節、德育與智育融合深度不夠等問題，為創新型人才培養提供一個強有力的學科環境尤為重要[1]。

2 新工科背景下物聯網工程專業課程教學創新改革思路

物聯網工程專業是一項具有多個獨立的學科相互融合形成的新工科，新工科的建設需要保留自身的獨特性，要完全區分于傳統的工科專業。教學創新改革的主要目的是提高物聯網專業人才的專業實踐能力、創新創業能力和強化工程思維[2]。

圖1 物聯網工程專業教學創新改革研究思路

3 物聯網工程專業課程教學改革中的教育基礎理論

3.1 基于OBE教育理念的教學模式

成果導向教育是指基于學習產出的教育模式，重點突出“學生中心、成果導向、持續改進”的工程教育理念。OBE教學理念既重視基礎和專業能力培養，又重視與科學前沿、工程實際和社會應用實踐的密切關系，旨在使課程規劃與教學符合產業需求，形成學習產出驅動整個教學活動和學生學習產出評價的結構與系統，以解決教學問題[3]。

3.2 基于混合式教學理念的教學模式

混合式教學是指在教學中使用兩種以上的教學模式進行教學，通常是指線上課程和線下教學混合使用。在新工科建設背景下的物聯網專業教學實施中，各專業課程均可采用課內課外、線上線下混合教學模式，其優勢在于打破空間、時間、知識界限。

3.3 CDIO教學理念的實踐教學模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表產品生產過程中的構思、設計、實現和運作過程。在課程的實踐教學改革中，以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習物聯網電子設計相關工程。

4 物聯網工程專業電子技術課程教學改革實踐實施

4.1 教學內容與數字化資源建設

課程教學內容根據物聯網工程專業需求進行分層設計，對電子技術基礎、數字電子技術和電工電子技術等課程的內容進行整合，構建了基礎、進階、挑戰三個層次多類別的課程體系[4]。在多元教學模式中突出在線學習特點及學習規律，打破課程章節限制，以“項目任務+工程實例”“思維導圖”等形式進行脈絡重構，保障了線上線下學習的無縫對接，既實現了“知識碎片化組織”，又實現“知識網絡化鏈接”，從而形成了完整的電子工程應用知識體系。數字化資源庫的建設，依托網絡教學平臺，從前導學習資源、線下課程資源、技能提升資源、工程實例資源等模塊展開建設，以注重培養學生職業素養和職業能力為目標，使學生的學習“破空間、破時間”限制。

4.2 教學過程設計

圖2 電子技術課程混合式教學過程設計

課程以多元化教學模式設計為主線，深入推進智慧教學進課堂，運用現代技術把散碎的校園學習環境“無縫”銜接起來，結合OBE教學理念、混合式教學模式和CDIO工程實踐教學方法，設計智慧學習空間，構建了一個知識分享型課堂。教學過程中，先導部分學生接收任務，經過線上自學，獲得基礎知識和預備任務；在線下教學階段，采用以電子設計競賽為主線的“知識資源、項目應用、自主實踐、創新思維”四層教學資源體系，結合多元化考核評價體系完成以學生為主體的教學過程設計。

4.3 課程思政融合建設

在課程思政的建設中，結合每個章節重要知識點，深度挖掘思政元素，把社會主義核心價值觀的要求，把實現民族復興的理想和責任融入到課程教學之中，實現“價值引領、知識傳授、能力培養”同頻共振，達成“三位一體”教學目標，培養學生的科學、嚴謹、誠信、互助、友愛、奉獻、協作等大國工匠精神，全方面增強學生的社會責任意識，潛移默化中引導學生樹立為社會進步及發展、為實現民族強大的夢想而不懈奮斗的遠大理想[5]。

4.4 教學模式改革

線上線下混合式教學模式中，線上采用學校自主建設的電子技術課程資源，包括有前導學習資源、線下課程資源、技能提升資源、工程實例資源四個大模塊，每個模塊分別包括：課前知識導引、課程視頻、多媒體課件、實踐資源、項目作業、思維導圖、課后測試、章節測試、重點難點解析、知識拓展、主題討論區等內容，將學生的工程能力、創新創業能力培養貫穿于每個模塊中；線下課程教學模式以OBE教育理念指導下，以課程學習產出的項目任務驅動整個教學活動和學生學習活動，最終通過混合式教學模式解決課堂教學問題。

4.5 以CDIO工程教育理念為指引的實驗教學體系改革

課程實踐教學體系改革中，通過綜合性實驗項目的設計，達成知識、能力、素質和思政等教學目標，使學生具備逆向的工程設計思維、嚴謹的科學思維，以及新工科復合型人才所要求的分析問題能力、問題推理與建模能力、實驗的設計和操作能力、口頭表達和寫作能力及團隊合作管理五種能力。

圖3 結合CDIO工程教育理念的電子技術課程實踐教學設計

由淺入深、由點到面構建了三個層次的綜合性實驗項目，在基礎任務中結合教學內容進行任務下達，學生通過教學資源及線下課程學習，獨立完成基礎學科知識的驗證和學習，在實操中探尋知識，并使工程推理能力得到提升；進階任務為基礎任務的能力拓展訓練，通過增加任務難度，循序漸進使學生在實踐中獲得核心工程知識，從而獲得解決實際工程問題的能力；挑戰任務為項目的工程應用實例，任務以課后團隊完成為主，增加工程設計的多項應用要求，最終作品以市場應用為最終目的，學生的創新實踐思維和職業技能再次提升。整體三個任務均以系統CDIO工程項目的構思—設計—實現—運作過程為背景，引導學生“做中學、學中做”，養成嚴謹的工程思維及創新的實踐能力。實驗教學中，充分利用Multisim虛擬仿真平臺，將理論—仿真—實踐教學三位一體，有效結合，引導學生由被動學習轉向主動學習，并突出實踐應用，從而有效促進教學目標的達成。

4.6 教學評價改革

在電子技術的“金課”教學創新改革中，改變傳統的“期末試卷+平時成績”的評價體制，增大了學習過程考核比例，結合創新項目任務，建立動態評價機制，提升教學效果。充分利用線上平臺的智慧工具，把學生學習過程的各項考核作為考核核心，將課堂表現、隨堂測試、互動答疑等環節納入考核指標，學生由“被動學習”向“主動探索”轉變，學生綜合素質和綜合能力得到提升，課程的高階性、挑戰度得到增強。

4.7 課程教學改革實踐的創新之處

（1）構建三個層次多類別的電子技術課程體系

根據物聯網工程專業對應的不同職業崗位需求，對電子技術、數字電子技術和電工電子技術等課程的內容進行了整合，構建了三個層次多類別的課程體系。緊密結合工程實際和學科前沿，對知識點逐層分解，以問題探究+項目驅動式為主進行教學，使學生多維度獲得成長[6]。

（2）“課程思政”元素融合

課程有機融入中國電子電路發展歷程及矚目成就、國家戰略規劃中的電子芯片發展背后的故事、核心知識點蘊含的偉大思想、結合實際解決問題的專業思維等，課題組教師共同打磨思政元素，形成課程思政案例集。

（3）以學生競賽促進創新能力培養

課程組組織學生參加全國大學生電子設計大賽、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽和中國“互聯網+”大學生創新創業大賽等學科競賽項目，以此為平臺，全面提升學生的創新實踐能力，全方位鍛煉學生的邏輯思維能力，利于應用型、創新型人才培養[7]。

5 結語

我校物聯網工程專業開設于2018年，經過電子技術課程教學創新改革的實踐與探索，課程的教學內容更加符合新工科人才能力需求，實踐教學效果顯著提升，學生參加學科競賽及創新創業項目成果明顯，學生的工程實踐能力得到一定強化。通過實踐驗證，多元化的教學創新改革模式適合新工科背景下的物聯網工程專業課程建設，可以更好實現培養專業實踐能力強、創新創業素質高和工程思維嚴謹的高素質新工科人才的目標。