新工科和工程教育認(rèn)證背景下的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程教學(xué)模式改革與實(shí)踐

李祝強(qiáng)

摘 要： 在新工科理念和工程教育認(rèn)證背景下，對機(jī)械電子工程 專業(yè)新興專業(yè)課程——“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，將產(chǎn)出導(dǎo)向教學(xué)理念和人才培養(yǎng)要求相結(jié)合，針對課程存在的問題進(jìn)行課程教學(xué)改革探究，主要從課程目標(biāo)與教學(xué)大綱、教學(xué)過程與實(shí)踐教學(xué)方法，以及構(gòu)建可持續(xù)改進(jìn)的課程考核與評價(jià)體系等方面展開一系列的改革，旨在保障“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程教學(xué)效果的提升，最終達(dá)到學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞： 工程教育 “工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程 產(chǎn)出導(dǎo)向教學(xué) 教學(xué)改革

中圖分類號： G63文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）06-0098-03

Reform and Practice of the Teaching Model of the "Industrial Internet" Course Under the Background of New Engineering and Engineering Education Accreditation

LI Zhuqiang

School of Mechanical Engineering， Chongqing Technology and Business University， Chongqing， 400067 China

Abstract： In the context of the new engineering concept and engineering education accreditation， this article in‐troduces an emerging professional course "Industrial Internet" in the mechatronic engineering major， and analyzes its teaching status. By combining the output-oriented teaching concept with talent cultivation requirements， the article explores the teaching reform of the curriculum according to its existing problems， focusing on carrying out a series of reforms from the aspects of course objectives and syllabuses， teaching processes and practice methods， and the construction of a sustainable improvement curriculum assessment and evaluation system， aiming to ensure the im‐provement of the teaching effect of the "Industrial Internet" course and ultimately achieve the application ability of students to solve complex engineering problems.

Key Words： Engineering education； "Industrial Internet" course； Output oriented teaching； Teaching reform

伴隨信息科技的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的深刻變革，高校的工程教育和工程科技人才的培養(yǎng)也迎來了新的挑戰(zhàn)。新工科教育對工程人才的培養(yǎng)提出了明確的要求，這為工程教育適應(yīng)新時(shí)期復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問題和產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革大背景下的專業(yè)人才培養(yǎng)指明了方向[1]。工程教育認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，核心目的是提高工程教育質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工程教育的國際對接。專業(yè)課程是實(shí)現(xiàn)工程教育理念的載體，無論是新工科還是工程教育認(rèn)證，其實(shí)施目標(biāo)都是依托課程建設(shè)和課程改革來達(dá)到新的要求。同時(shí)，課題體系和課程革新也是實(shí)現(xiàn)新工科和工程教育理念的“最后一公里”[2]。

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程是智能制造專業(yè)和機(jī)械電子工程專業(yè)的核心課程，主要涉及通信、傳感、網(wǎng)絡(luò)、軟件和設(shè)備等諸多的學(xué)科門類，是一門交叉性、工程性、實(shí)踐性強(qiáng)的綜合類課程[2]。本文分析了教學(xué)中存在的問題，以新工科和工程教育認(rèn)證理念為核心抓手，對“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程進(jìn)行以學(xué)生為主、結(jié)果為導(dǎo)向的持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)改革研究。

1 “ 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題

目前“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程里新工科及工程教育認(rèn)證的要求，在教學(xué)過程中主要存在以下問題。

1.1 新興科目重內(nèi)容泛闊、輕應(yīng)用

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程是一門隨著信息科技發(fā)展新興的綜合類課程，其基礎(chǔ)知識隨著信息科技不斷的發(fā)展也在更新，內(nèi)容涉及面比較廣，目前的教學(xué)重點(diǎn)是對學(xué)生基礎(chǔ)知識的一個(gè)全面了解和應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決簡單的問題能力的培養(yǎng)，對學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力的培養(yǎng)重視不夠[3]。目前，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程體系在內(nèi)容設(shè)計(jì)與實(shí)踐的指導(dǎo)上沒有系統(tǒng)的與社會(huì)需求進(jìn)行對接，導(dǎo)致學(xué)生對課程的社會(huì)認(rèn)同度低，綜合應(yīng)用解決工程問題的能力弱。

1.2 課堂上學(xué)生聽為輔、教師講解為主

傳統(tǒng)的授課過程中，教師主要通過PPT、黑板及動(dòng)畫模擬等方式，依據(jù)課前制定的教學(xué)大綱展開講解。“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”涉及諸多的基礎(chǔ)知識點(diǎn)，如通信原理、傳感器基礎(chǔ)、物聯(lián)網(wǎng)等，外加機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生前述課程的欠缺，導(dǎo)致在有限的課時(shí)范圍內(nèi)主要是以教師講解為主，學(xué)生只能認(rèn)真聽，做好筆記，被動(dòng)地接受知識。這種基礎(chǔ)知識之間缺乏關(guān)聯(lián)的教學(xué)方法使學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性降低，很難激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

1.3 實(shí)踐上指導(dǎo)為主、弱化自主實(shí)踐

目前，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”關(guān)聯(lián)的課后教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)“嵌入式開發(fā)實(shí)踐”主要是以實(shí)驗(yàn)演示和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為主。其中，實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置依據(jù)的是教學(xué)指導(dǎo)書，按照指導(dǎo)書的要求一步一步地完成接線和程序設(shè)計(jì)，學(xué)生并不能完全理解接線端之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系。真正與工程實(shí)踐接軌的綜合性、研究內(nèi)的實(shí)踐內(nèi)容較少，學(xué)生的綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決問題的能力沒有得到鍛煉。最終，學(xué)生學(xué)完后感覺知識點(diǎn)多，難以掌握，面對工程問題時(shí)總是“有心無力”。

1.4 考核方式重期末筆試、輕實(shí)踐過程

在期末考核的方式上，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”還是以傳統(tǒng)的期末考試為主，主要考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握情況，并輔以簡單的綜合應(yīng)用書面方案設(shè)計(jì)。針對這種新穎且實(shí)踐性強(qiáng)的課程，這種考核方式不但單一，而且缺乏全面性。部分學(xué)生通過考前的“死記硬背”就能取得較好的成績，這就很難界定學(xué)生是否真正掌握這部分知識，且能開展應(yīng)用。對于實(shí)踐能力強(qiáng)的學(xué)生，這種考核難以激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，其實(shí)踐能力也無法得到體現(xiàn)。

2“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程教學(xué)改革設(shè)計(jì)

針對新興的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程存在的上述問題，課程分別從教學(xué)課程安排、教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容的層次、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及考核方式上進(jìn)行教學(xué)改革，通過這些方面的改革來提升學(xué)生對該課程的“歸屬感”和后續(xù)的可持續(xù)發(fā)展能力，也是對“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程的重塑和教學(xué)質(zhì)量提高的促進(jìn)。

2.1 構(gòu)建課程新目標(biāo)與新體系

自2016年我國成為《華盛頓協(xié)議》正式成員，隨著工程教育專業(yè)認(rèn)證的專業(yè)拓展及深入，暴露出一些新的問題[4]。為此，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”任課教師定期組織研討會(huì)，針對教學(xué)大綱、教學(xué)目標(biāo)、體系等進(jìn)行討論與修訂，貫徹落實(shí)“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的教育理念，使新的教學(xué)理念形成課程新目標(biāo)與新體系。

2.1.1 結(jié)合工程教育認(rèn)證，構(gòu)建新教學(xué)目標(biāo)

將基礎(chǔ)設(shè)計(jì)模塊、模塊化單元設(shè)計(jì)和綜合設(shè)計(jì)的三連貫進(jìn)階思想作為課程的核心指導(dǎo)目標(biāo)要素，完成多項(xiàng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際與設(shè)定情景條下的實(shí)踐任務(wù)，以鞏固和強(qiáng)化基礎(chǔ)知識為根本目標(biāo)，通過強(qiáng)化實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，結(jié)合本專業(yè)對學(xué)生本科階段的專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，完成對本課程結(jié)束后實(shí)踐性、綜合性應(yīng)用能力的生成，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)能力，以及綜合解決相關(guān)工程技術(shù)問題的能力。

2.1.2 結(jié)合工程教育認(rèn)證，構(gòu)建新教學(xué)內(nèi)容

對照上述教學(xué)目標(biāo)，在符合新工科和工程教育認(rèn)證理念的前提下，在教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建上與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，適當(dāng)增加課內(nèi)實(shí)踐操作或者演示操作課程。如RFID原理、云數(shù)據(jù)的應(yīng)用、總線的應(yīng)用等，引導(dǎo)學(xué)生從抽象的圖形到實(shí)物圖之間的聯(lián)系來掌握理論知識，做到學(xué)以致用，使學(xué)生在學(xué)習(xí)效率上提升和增強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力。

2.2 采用多元混合式教學(xué)模式

采用多元混合的教學(xué)模式開展教學(xué)模式，利用“雨課堂“”智慧樹”等在線教育平臺(tái)，與線下教師PPT講授相結(jié)合，形成多元教學(xué)模式。通過教案修訂和授課PPT的優(yōu)化與順序的調(diào)整，將部分銜接不當(dāng)或者不合理的部分進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)完善內(nèi)部實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，以此來形成課前有線上預(yù)習(xí)、課中的問題解答與課后的知識點(diǎn)加強(qiáng)，形成帶任務(wù)進(jìn)課堂、不留問題出課堂及課后線上檢驗(yàn)的三步教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)有的放矢的去學(xué)習(xí)與檢驗(yàn)。此外，利用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法，針對先導(dǎo)問題歸納出不統(tǒng)一問題，然后針對這些問題，逐一進(jìn)行講解。

2.3 引入PBL實(shí)踐教學(xué)方式

基于問題的學(xué)習(xí)（Problem Based Leaming，PBL）教學(xué)法最早由加拿大霍華德·巴羅斯教授提出，其核心教育思想是“以學(xué)生為中心，講求教材、課堂與教師有機(jī)結(jié)合”，使教師從“知識的傳授者”轉(zhuǎn)變成“學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者”和“學(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)者”[4]。這種以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考的積極性，其獨(dú)立思考和獨(dú)立分析問題的培養(yǎng)要求與“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目標(biāo)是契合的。因此，教師需要圍繞知識點(diǎn)設(shè)計(jì)問題，構(gòu)建層次分明的教學(xué)提綱，鼓勵(lì)學(xué)生查閱資料來理解相關(guān)知識內(nèi)容[5]。例如，第一章主要圍繞感知與識別技術(shù)進(jìn)行講解，在案例中可以設(shè)計(jì)如下問題：（1）一個(gè)全玻璃會(huì)議廳如何依據(jù)光照的特點(diǎn)來調(diào)節(jié)燈光亮度與幕布的開度？（2）在高溫的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片上，如何實(shí)時(shí)監(jiān)測葉片的溫度？（3）地震前，地震波的傳播與檢測、預(yù)警？第五章《人機(jī)交互與通信》的內(nèi)容中可以設(shè)計(jì)問題：人體生命特征監(jiān)測是通過儀器設(shè)備正向獲取特征數(shù)據(jù)，如何通過人的意識與特征的結(jié)合提取？在教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生分析、思考并回答問題[6]。在設(shè)計(jì)教學(xué)問題上，需要依據(jù)每節(jié)課的內(nèi)容制定相應(yīng)的問題，如自動(dòng)消防噴淋的工作原理、煙霧報(bào)警器的觸發(fā)機(jī)制等。這種方式增強(qiáng)了課上的師生互動(dòng)，帶動(dòng)了課堂氣氛，拉近了師生距離，幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，從而更好地進(jìn)行教學(xué)反思[7]。

2.4 構(gòu)建可持續(xù)改進(jìn)的課程考核與評價(jià)體系

可持續(xù)改進(jìn)的考核與評價(jià)體系是課程教學(xué)實(shí)施的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這既檢驗(yàn)學(xué)生的和教學(xué)的完成和達(dá)成度情況，同時(shí)也為教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)明確方向。以產(chǎn)出導(dǎo)向?yàn)槔砟疃嘣恼n程評價(jià)體系，有助于激發(fā)學(xué)生的主體學(xué)生動(dòng)力。教師可依據(jù)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程的特點(diǎn)，結(jié)合混合多元的教學(xué)模式，采用線上30%、線下30%及課堂行為40%的分比例、分層次的考核模型。線上考核主要依據(jù)前述教學(xué)方法中的后臺(tái)數(shù)據(jù)，來考核學(xué)生的學(xué)習(xí)情況；線下考核主要通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告、作業(yè)及自主創(chuàng)新實(shí)踐中的設(shè)計(jì)來考核學(xué)生的掌握情況；課堂行為主要是通過上課提問發(fā)言、學(xué)習(xí)態(tài)度、期末測試等來考核知識點(diǎn)的積累。

3 結(jié)語

作為一門隨著信息技術(shù)發(fā)展而新興的專業(yè)基礎(chǔ)課程，“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”有其獨(dú)特性，知識點(diǎn)更新較快，內(nèi)容廣泛，實(shí)踐性強(qiáng)。該門課程的教師應(yīng)該緊跟信息與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢，做到與社會(huì)需求同頻共振，才能培養(yǎng)符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展和社會(huì)需求的人才。本文基于新工科和工程教育認(rèn)證對“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程的新要求，分別從教學(xué)課程內(nèi)容安排、教學(xué)大綱、教學(xué)目標(biāo)層次、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及考核方式上進(jìn)行教學(xué)改革，對課程體系進(jìn)行重塑。通過產(chǎn)出導(dǎo)向和PBL教學(xué)理念，結(jié)合“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程特點(diǎn)，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為改革目標(biāo)，建立了基于產(chǎn)出導(dǎo)向理念的課程考核與評價(jià)體系。

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