新工科背景下綜合設計類課程教學模式探索實踐
——以物聯網工程專業為例

趙 鑫，朱啟兵，陶洪峰

（江南大學 物聯網工程學院，江蘇 無錫 214122）

新工科建設是我國高等工程教育主動應對新一輪科技與產業革命的戰略行動［1］。物聯網工程專業是新工科建設的主要專業之一，具有學科跨度大、綜合性與實踐性要求強等特點［2-3］。由于這些特點，單純的理論學習很難將多學科融合在一起。綜合設計類課程作為物聯網專業人才培養過程中的重要方法，與課堂教學或實驗教學相比，它不再局限于書本知識的傳授，而是通過為學生營造實踐情境，引導他們面對各種現實問題，從中培養實踐能力，獲得解決現實問題的經驗；能夠將物聯網專業涉及的多個學科有機結合在一起，使學生融會貫通地學習和應用各領域專業知識，從而提高創新能力［4］。“綜合設計”課程在培養學生綜合素質、實踐創新等方面具有不可替代的作用。

本文以江南大學物聯網工程專業的“綜合設計”課程為例，介紹課程的教學改革實踐經驗，實施開放式選題機制，構建多指導的教學共同體和多元化考核方式，改革后的“綜合設計”課程培養方案取得了良好的教學效果。

一、現有“綜合設計”課程存在的問題

新工科的提出賦予了物聯網工程專業培養學生新技術、學科交叉融合、創新實踐及終身學習等方面能力的新使命和高要求。“綜合設計”課程開設在第六學期，培養學生綜合使用數學、自然科學、工程基礎和專業知識對物聯網工程問題進行系統架構設計及功能分解和分析軟硬件功能的能力。為了更好地支撐物聯網工程專業工程認證，提出了如表1所示“綜合設計”課程目標及其支撐的畢業要求。

目前物聯網工程專業“綜合設計”選題上過多注重項目能否覆蓋教學大綱中的知識點，與現實需求嚴重脫離。由于缺乏綜合設計選題階段的評價，學生在選題階段參與度不高，“綜合設計”課程教學模式大多沿用傳統的課堂教學模式，指導和評價標準相對單一，缺乏對能力培養的教學資源支撐。而且“綜合設計”課程主要的考核方式還是對學生最終提交的項目報告或設計進行終結性考核，忽略了對設計過程的考核。過程性評價的缺乏，對培養目標的達成難以客觀度量。考核內容也只關注學生對知識技能的掌握情況，沒有對學生的綜合能力和素質進行全面考核，單一的考核模式無法適應新工科對交叉復合能力工程人才培養的更高要求［5］。

二、綜合設計類課程改革總體思路

針對當前綜合設計類課程存在的問題，經過深入調研，結合實際情況，提出課程改革的總體思路：通過開放式選題，積極引導學生通過技術創新解決生產生活中的具體問題，關注社會經濟發展的現實需求；結合多學科優勢資源，建立以多個學科的教師、實驗室教師及企業導師為主體的教學共同體；建立過程性考核與終結性考核相結合、知識技能與能力素質并重的多元化考核模式。

（一）與現實需求緊密結合的開放式選題機制

物聯網行業技術日新月異，通常都是先出現需求，而后出現相應的技術及產品。眾多物聯網企業研發出的創意產品，如智能音響、小型家政機器人等，都是為了解決隨著經濟技術發展涌現出的新需求，這些產品應用了最新的物聯網相關技術，有著巨大的應用場景和市場前景［6］。發現問題和需求是新工科人才需要具備的重要能力之一，因此提出開放式選題機制，并引入選題評價制度。為了極大地激發學生學習和鉆研的熱情，鼓勵學生自主出題，引導學生主動觀察、思考，培養學生獨立發現和分析問題的能力；同時，教師對選題進行考核，引導學生去尋找物聯網技術的實際需求，讓學生切實感到自己做的項目是有實用價值的。綜合設計選題要切合實際問題，強化校企合作，通過專業學科與產業應用的雙重驅動，推動綜合設計項目成果向產業應用的轉化，形成共建、共享、共生的良性循環，建立綜合學術性、實用性、創新性、挑戰性、可完成的評價制度。

（二）兼顧理論知識與實踐能力的跨學科教學共同體

物聯網技術涵蓋了信息從感知、傳輸、處理到應用四個層次的專業理論與技術體系，教師往往只熟悉自己的研究領域，欠缺實踐經驗，很難將物聯網專業涉及的所有技術融會貫通，并在實踐性很強的綜合設計過程中給予學生充分的指導［7］。針對這一問題，可以充分調動整合現有資源，將“綜合設計”課程教學和指導工作交給多學科教師、實驗室教師和企業導師共同組成的教學共同體。在選題階段，由工作在行業一線、了解當前前沿技術與最新研究現狀的企業導師進行指導，不僅可以拓寬學生的視野，還能保持綜合設計選題的創新性和實用性。在設計階段，根據選題所涉及的專業知識，從教師庫中選擇對應專業的教師進行針對性指導，使學生在各個專業領域都能有一定的深入探索和研究。在實現階段，由實踐能力較強的實驗室教師進行指導，當遇到技術瓶頸時，可尋求企業導師的幫助。對于一些較為復雜的底層技術，行業中通常會有封裝好的解決方案，使學生掌握這些技術并應用到自己的設計中，以激發其興趣，產生學習動力。由此使學生自頂向下地學習所需知識，并與在設計階段中學習到的理論知識相互印證，學以致用。

（三）過程性考核與終結性考核相結合的多元化考核模式

新工科建設要培養卓越工程人才，提升學生的工程意識、實踐能力、創新精神和工匠精神。與傳統課程不同，綜合設計類課程的目標不是定位于知識體系，而是定位于能力體系；對目標的實現要有明確支撐，同時要以目標達成評價為基礎展開考核，并進行反饋和持續改進。因此，提出如圖1所示的多元化考核模式，從評價主體、評價內容和評價方式進行改革，同時與培養目標達成度相結合，形成“評價—反饋—改進”的閉環式綜合設計質量保障體系。圍繞對學生綜合能力的培養目標，將綜合設計的過程分解為課題調研、方案設計、方案實現三個階段，制定小組考核內容和評價指標，對各階段中每個環節的研究過程進行過程性考核，對各階段的輸出內容做終結性考核。

圖1 多元化考核方式改革

新的考核方案以工程認證為目標，可以客觀度量課程目標的達成度，根據能力培養目標將指標分解到各個環節。最終，綜合設計小組需要提交支撐整體設計的所有材料，以2021年某小組的“基于樹莓派人臉識別門禁系統”為例，提交的材料包括網頁前后端實現代碼、整個設計方案實現的軟硬件代碼、匯報報告、展示視頻。同時引入組內學生互評，細化每個學生的成果和貢獻，使得個人成績最終評價更加多元化，包括每個人的日常工作量、項目演示匯報、設計材料整理等。

三、實踐效果分析

江南大學物聯網專業承擔了教育部首批新工科研究與實踐項目，構建了以“知識—能力—素質”為主線的“綜合設計”課程改革。基于無錫物聯網產業聚集優勢，用校企共建、卓越工程師計劃等形式構建“校內—校外”聯動的師資隊伍；依托物聯網學院多學科交叉優勢，打造學科交叉的教學指導團隊；以指導、討論、答辯等多種形式，形成“課中—課外”協同的育人模式。

開放式選題機制使得學生的積極性和主動性被充分調動起來，學生的獨立創新意識和實踐能力明顯增強，發現和分析問題的能力在自主選題過程中得到了鍛煉。加入的自主出題和選題評價能更好地支撐課程目標6和7。學科背景交叉、知識結構互補的教學共同體在學生綜合設計的各個階段的緊密配合，更好地支撐了課程目標1和5，學生不僅掌握了各交叉學科的專業理論知識，提高了創新意識，同時鍛煉了實踐動手能力，能夠更好地適應新工科對于人才的新要求。過程性與終結性考核相結合的多元化考核模式，更好地支撐了課程目標2、3、4、8，實現對學生能力多維度、多層面的考查，引導學生在注重結果的同時，也要注重對過程的計劃與控制；在注重專業知識學習的同時，也能不斷提升團隊協作能力、項目管理能力、溝通表達能力等軟技能，成為高素質復合型的新工科人才。表2給出了改革前后的物聯網專業學生課程達成度平均值，課程目標1、6、8的達成度有較大提升。

表2 改革前后“綜合設計”課程達成度

通過課后評教和調研，學生對于新模式的“綜合設計”課程評價普遍很好，認為加強過程管理，更能強化學生的團隊意識和時間節點意識，保證課程設計質量。“綜合設計”課程很好地提升了學生的綜合素質，包括知識應用能力、方案比較和選型能力、創新能力、動手實踐能力，以及團隊溝通寫作能力。該課程的選題更貼切實際，整體創新性有所增加，項目成品設計、項目書匯報和課程達成度都有了明顯改善。

結語

針對現有物聯網工程專業“綜合設計”課程存在的不足，從選題、教學資源、考核方式等方面入手，進行改革探索，以培養新工科人才為目標，通過開放式選題機制，采用能力互補的學習共同體和跨學科的教學共同體作為教學資源支撐，創新考核模式，使學生通過綜合設計類課程接受到良好的工程實踐鍛煉，提高了物聯網工程專業學生的綜合能力與創新意識，對提高物聯網工程專業建設水平、服務物聯網行業對人才的迫切需求、實現國家戰略具有積極意義。