基于“新工科”理念的“現場總線與工業網絡”課程教學改革探究

穆宜敏，王曉榮，孫冬梅，張卿

（南京工業大學電氣工程與控制科學學院，江蘇 南京 211816）

1 前言

近年來，隨著科技的高速發展，測控技術與儀器在各個行業中的應用越來越廣泛。在新工科的背景下，為了培養適應未來工業發展需求的人才，教育界開始關注如何改革工科教育。“現場總線與工業網絡”課程是測控技術與儀器專業的一門專業必修課程，是計算機網絡、通信技術與自動控制技術相結合的產物，綜合了電子、儀器儀表、計算機技術和網絡技術的最新發展成果。主要學習總線通訊技術的發展和應用概況、現場總線控制網絡的通信基礎、支持現場總線控制網絡的核心技術以及控制網絡的開發過程等。目的是使學生了解現場總線的基本結構與基本組成，掌握現場總線的基本工作原理、基本分析方法和基本實驗技能。“現場總線與工業網絡”是面向本科四年級的學生，他們具有扎實的專業基礎課的知識和完備的專業知識體系。但是，本科四年級的學生，除了要學習本專業的知識外，還要面對考研升學、找工作實習、出國留學等壓力，學生的學習熱情不高、投入的精力和時間很少，課堂教學反饋不佳，是專業核心課程需要解決的特殊問題。因此，開展“現場總線與工業網絡”課程教學的改革勢在必行，這將有助于激發學生學習的熱情和動力。通過教學改革，將專業知識與工程項目實踐相結合，培養學生獨立思考、解決實際問題的能力，建立學生創新思維的意識，同時加強學生的工程實踐技能，全面提高在系統設計和解決復雜工程問題上的能力。

2 “新工科”理念的概述

“新工科”理念起源于美國，旨在將傳統的工科教育與現代科技、信息技術、創新思維等領域進行跨學科融合，培養具備工程實踐能力、創新能力和團隊合作精神的工程師，這一理念倡導將工程學科與計算機科學、人工智能、材料科學等學科相結合，通過項目驅動的教學模式培養學生解決實際復雜工程問題的能力。“新工科”理念的核心要素包括跨學科融合、項目驅動、實踐教學和創新思維。跨學科融合是指將不同學科的知識和研究方法進行整合，培養學生具備多學科交叉融合的專業知識和分析復雜綜合問題的能力。項目驅動的教學模式通過與企業合作，讓學生實際參與到工程項目中，在實踐中學會應用理論知識。實踐教學注重培養學生獨立思考和全局分析的科學素養，通過理論學習和工程實踐項目結合的形式提高學生解決實際問題的能力。創新思維則強調培養學生的創新意識和創新能力，鼓勵學生勇于嘗試和創造。

“新工科”理念的實施已經在全球范圍內得到了廣泛關注和推廣，許多高校和教育機構紛紛進行教學改革，引入“新工科”理念，在實施過程中，一些高校開設了與“新工科”相關的選修課程，提供更深入的專業知識和技能培訓，加強實踐環節的評估和反饋機制，提高學生的實踐能力和創新思維，一些高校還與工業界合作，開設實習項目，讓學生在真實的工程環境中得到實踐鍛煉。

3 “現場總線與工業網絡”課程教學改革的必要性

3.1 提高學生的學習興趣和學習效果

傳統的課堂教學以教師講授書本上的理論知識為中心，學生則被動地接受知識，缺乏運用知識解決實際問題和獨立思考的環節，而通過教學改革，可以采用工程項目案例分析、小組討論、產教融合等多種教學方法，讓學生參與到教學進程中，激發學生的學習興趣，培養學生獨立思考問題的能力，學生通過實際操作和實踐應用，能夠更好地理解和掌握現場總線和工業網絡的知識。

3.2 培養學生的實踐能力和創新思維

現場總線和工業網絡是實際工程中的重要技術，學生在課堂上只靠理論知識是難以真正理解和應用的。通過教學改革，可以增加實踐環節，讓學生親自動手制作雙絞線、利用ModBus總線協議和CAN總線協議解決嵌入式系統數據傳輸數據量與數據傳輸相互沖突等問題，了解其實際應用場景，通過開展如開發部數據與云端數據互傳等創新設計項目，鼓勵學生通過查閱文獻提出全新或改進的解決方案，建立學生的創新思維和解決工程實際問題的能力。

3.3 提高學生的綜合素質和就業競爭力

現場總線和工業網絡的應用已經廣泛存在于各個行業，特別是工業制造領域，掌握這一技術，對于學生未來的就業起到了重要的推動作用，通過教學改革，學生能夠全面了解現場總線和工業網絡的原理和應用，具備相關的實踐經驗和技能，這將有助于學生在就業市場中脫穎而出，提高就業競爭力。

4 基于“新工科”理念的“現場總線與工業網絡”課程教學改革策略

4.1 課程目標和教學目標的設定

在進行課程目標和教學目標設定時，應了解當前工程領域對現場總線與工業網絡技術人才的需求，分析行業發展趨勢，從而明確課程目標，可以參考行業報告、專業協會的研究和企業的需求反饋，確保課程目標與行業需求緊密契合，充分考慮學生的知識背景和學習能力，設定適合他們掌握的課程目標，可以通過問卷調查、個別面談等方式獲取學生的信息，確定目標的難易程度和深度，以便更好地引導學生的學習。將現場總線與工業網絡技術與實際應用相結合，設定能夠培養學生實踐能力和解決實際問題的課程目標，可以引入實驗、項目案例等實踐環節，讓學生能夠將所學知識應用到實際生活中，提高學習的實效性。將課程目標分解為具體的教學目標，明確學生應該掌握的知識、技能和能力。可以根據課程大綱和教學內容，將課程目標細化為每個教學單元的具體目標，以便更好地組織教學。根據教學大綱和課程目標，不斷優化教學策略和教學方法。采用工程項目案例分析、多小組討論、企業導師交流分享真實項目等多種教學方法，激發學生學習的興趣和主動性，增強教學效果。不斷調整優化教學目標，建立相應的評估體系，通過課下與學生溝通交流，及時掌握學生的學習進展，給予及時的反饋。可以采用考試、作業、實驗報告等方式對教學效果進行評估，幫助學生及時發現和糾正問題，提高學習效率。在設定課程目標和教學目標的過程中，教師起著重要的角色和責任。教師應該具備行業前沿和工程實踐的經驗，不斷更新自己的知識、教學方法和授課技巧，以適應現場總線與工業網絡技術的快速發展。同時，教師還需要隨時關注學生的學習情況和就業需求，根據學生不同的學習興趣及潛力，制定差異性的個性化教學計劃。

4.2 教學方法和教學資源的優化

可以通過將現場總線與工業網絡技術與實際的工程項目相結合，讓學生在實踐中學習，可以組織學生參與到真實的工程項目中，讓他們利用自己所學習的專業基礎課、專業核心課的理論知識，親身體驗實踐操作和解決問題的全過程，提高學習的實效性和應用能力。要鼓勵學生進行小組討論學習，通過分配調研任務，組員間小組交流，小組組會匯報以及撰寫學習報告等方法，建立學生的團隊合作理念，培養學生高效溝通交流的能力。可以利用多媒體技術，如PPT、視頻等輔助教學，可以通過多媒體展示實驗過程、案例分析、行業應用等，提高學生對知識的理解和記憶，激發他們的學習興趣。需要根據現場總線與工業網絡領域的最新發展，及時更新教材內容，確保教材與行業需求保持一致，可以邀請業界專家參與教材編寫，融入最新的技術和應用案例，提高教材的實用性和權威性。可以加強實驗室建設，提供先進的設備和環境，讓學生能夠親自動手進行實驗操作。同時，可以帶領學生到企業工廠實習，讓學生了解目前最前沿的生產設備、技術和方法，并將理論知識與最新的生產成果相結合，在生產實習中加深對理論知識的學習，并將書本知識反饋到實際生產中，提高實踐能力和應用能力。建設和利用信息化教學資源庫，如網絡課程、在線學習平臺等，可以提供在線課程資料、教學視頻、輔助學習材料等，方便學生自主學習和深入了解相關內容，教師也可以通過在線平臺進行作業布置、學習指導等，提供更加個性化的教學服務。

4.3 評價體系的完善

評價體系是幫助教師全面掌握學生學習情況的有效手段，可以及時發現他們在學習中出現的問題和不足。此外，教師可以調整教學方內容、改進教學方法，提高教學的效果以及學生的學習成績。評價體系作為學生學習目標的反饋，使學生學習更具有方向性，可以不斷促使學生查缺補漏，調整學習方法。學生通過評價了解自己的學習情況，知道自己在哪些方面需要努力改進，從而更加主動地參與學習。提高學生的參與度可以激發他們的學習興趣。通過引入互動式教學、翻轉課堂以及項目調研式學習等方法，讓學生更加主動地參與到課堂活動中，積極思考問題，提高學習主動性。學生參與度的提高可以增強他們學習的主動性。當學生積極參與課堂活動并取得好的成績時，會有一種成就感，形成一種良性循環的正反饋學習機制，建立起對學習知識和解決問題的信心和熱情。可采用多種評價方式，包括課堂表現、作業完成水平、項目實踐效果等，不僅注重學生的知識掌握程度，還要關注他們的實際操作能力、創新思維和團隊合作能力等方面，綜合評價學生學習的掌握情況。教師應及時對學生的學習情況做出評價反饋，并根據學生情況進行個性化的指導，并提供相應的改進建議，以便讓學生更好地調整學習策略，增強學習效果。鼓勵學生進行自我評價和同學互評，讓他們參與到評價過程中，反思自己的問題，并對其他同學出現的問題提出建議，提高評價的客觀性和準確性。可采用互動式的教學方法，例如，案例調研、文獻閱讀、小組交流、工程實例分析等，讓學生積極地參與課堂活動。此外，還可以通過學習互助，讓學生可以更好地理解和應用“現場總線與工業網絡”的知識。還可以引入項目式學習，讓學生在企業中參與實際項目的設計與實施，與企業工程師溝通交流，在實踐中深化理論知識的學習，并對學習過程作為自我評價和總結。除此之外，授課老師應創設積極、互動和鼓勵合作的學習環境，讓學生感到愉悅和自信，鼓勵學生提問、思考和表達，激發他們的學習動力和參與意愿。

5 結語

面對大學四年級學生非學習因素（如考研升學、找工作實習、出國留學等）對課程教學的負面影響，本文對“現場總線與工業網絡”課程教學改革進行了探索。以課程目標和教學目標的設定、教學方法和教學資源的優化以及評價體系的完善等方面為切入點，充分考慮學生的知識背景和學習能力，設定適合他們掌握的課程目標。利用多媒體技術，如PPT、視頻等輔助教學，借助多媒體展示實驗過程、案例分析、行業應用等，提高學生對知識的理解和記憶，激發學生的學習興趣。采用多種評價方式，包括課堂表現、作業完成水平、項目實踐效果等，注重學生的知識掌握程度，并根據學生情況進行個性化的指導。通過基于“新工科”理念的教學探索，不斷優化教學效果，提高學生的實踐能力和創新思維，培養適應未來工業發展需求的人才和優秀的工程師，為工業自動化技術的發展做出貢獻。