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

李祝強

摘 要： 在新工科理念和工程教育認證背景下，對機械電子工程 專業(yè)新興專業(yè)課程——“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程教學現(xiàn)狀進行分析，將產(chǎn)出導向教學理念和人才培養(yǎng)要求相結(jié)合，針對課程存在的問題進行課程教學改革探究，主要從課程目標與教學大綱、教學過程與實踐教學方法，以及構(gòu)建可持續(xù)改進的課程考核與評價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)”課程教學效果的提升，最終達到學生解決復雜工程問題的應(yīng)用能力。

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

中圖分類號： G63文獻標識碼： 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)新時期復雜現(xiàn)實問題和產(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，實現(xiàn)工程教育的國際對接。專業(yè)課程是實現(xiàn)工程教育理念的載體，無論是新工科還是工程教育認證，其實施目標都是依托課程建設(shè)和課程改革來達到新的要求。同時，課題體系和課程革新也是實現(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)備等諸多的學科門類，是一門交叉性、工程性、實踐性強的綜合類課程[2]。本文分析了教學中存在的問題，以新工科和工程教育認證理念為核心抓手，對“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程進行以學生為主、結(jié)果為導向的持續(xù)改進的教學改革研究。

1 “ 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程教學現(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證的要求，在教學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，目前的教學重點是對學生基礎(chǔ)知識的一個全面了解和應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決簡單的問題能力的培養(yǎng)，對學生的應(yīng)用實踐能力的培養(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)計與實踐的指導上沒有系統(tǒng)的與社會需求進行對接，導致學生對課程的社會認同度低，綜合應(yīng)用解決工程問題的能力弱。

1.2 課堂上學生聽為輔、教師講解為主

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

1.3 實踐上指導為主、弱化自主實踐

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

1.4 考核方式重期末筆試、輕實踐過程

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。針對這種新穎且實踐性強的課程，這種考核方式不但單一，而且缺乏全面性。部分學生通過考前的“死記硬背”就能取得較好的成績，這就很難界定學生是否真正掌握這部分知識，且能開展應(yīng)用。對于實踐能力強的學生，這種考核難以激發(fā)其學習興趣，其實踐能力也無法得到體現(xiàn)。

2“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程教學改革設(shè)計

針對新興的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程存在的上述問題，課程分別從教學課程安排、教學大綱、教學內(nèi)容的層次、教學方法和實驗內(nèi)容以及考核方式上進行教學改革，通過這些方面的改革來提升學生對該課程的“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)”課程的重塑和教學質(zhì)量提高的促進。

2.1 構(gòu)建課程新目標與新體系

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，針對教學大綱、教學目標、體系等進行討論與修訂，貫徹落實“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”的教育理念，使新的教學理念形成課程新目標與新體系。

2.1.1 結(jié)合工程教育認證，構(gòu)建新教學目標

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

2.1.2 結(jié)合工程教育認證，構(gòu)建新教學內(nèi)容

對照上述教學目標，在符合新工科和工程教育認證理念的前提下，在教學內(nèi)容的構(gòu)建上與工程實踐緊密結(jié)合，適當增加課內(nèi)實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，引導學生從抽象的圖形到實物圖之間的聯(lián)系來掌握理論知識，做到學以致用，使學生在學習效率上提升和增強實踐動手能力。

2.2 采用多元混合式教學模式

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

2.3 引入PBL實踐教學方式

基于問題的學習（Problem Based Leaming，PBL）教學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“以學生為中心，講求教材、課堂與教師有機結(jié)合”，使教師從“知識的傳授者”轉(zhuǎn)變成“學生學習的指導者”和“學生學習的促進者”[4]。這種以問題為導向的教學方法，激發(fā)學生獨立思考的積極性，其獨立思考和獨立分析問題的培養(yǎng)要求與“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程培養(yǎng)學生綜合能力的目標是契合的。因此，教師需要圍繞知識點設(shè)計問題，構(gòu)建層次分明的教學提綱，鼓勵學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)進行講解，在案例中可以設(shè)計如下問題：（1）一個全玻璃會議廳如何依據(jù)光照的特點來調(diào)節(jié)燈光亮度與幕布的開度？（2）在高溫的飛機發(fā)動機葉片上，如何實時監(jiān)測葉片的溫度？（3）地震前，地震波的傳播與檢測、預警？第五章《人機交互與通信》的內(nèi)容中可以設(shè)計問題：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？在教學過程中，教師要引導和啟發(fā)學生分析、思考并回答問題[6]。在設(shè)計教學問題上，需要依據(jù)每節(jié)課的內(nèi)容制定相應(yīng)的問題，如自動消防噴淋的工作原理、煙霧報警器的觸發(fā)機制等。這種方式增強了課上的師生互動，帶動了課堂氣氛，拉近了師生距離，幫助教師了解學生的學習效果，從而更好地進行教學反思[7]。

2.4 構(gòu)建可持續(xù)改進的課程考核與評價體系

可持續(xù)改進的考核與評價體系是課程教學實施的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這既檢驗學生的和教學的完成和達成度情況，同時也為教學的持續(xù)改進明確方向。以產(chǎn)出導向為理念多元化的課程評價體系，有助于激發(fā)學生的主體學生動力。教師可依據(jù)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程的特點，結(jié)合混合多元的教學模式，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)前述教學方法中的后臺數(shù)據(jù)，來考核學生的學習情況；線下考核主要通過實驗報告、作業(yè)及自主創(chuàng)新實踐中的設(shè)計來考核學生的掌握情況；課堂行為主要是通過上課提問發(fā)言、學習態(tài)度、期末測試等來考核知識點的積累。

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)”有其獨特性，知識點更新較快，內(nèi)容廣泛，實踐性強。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，做到與社會需求同頻共振，才能培養(yǎng)符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展和社會需求的人才。本文基于新工科和工程教育認證對“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程的新要求，分別從教學課程內(nèi)容安排、教學大綱、教學目標層次、教學方法和實驗內(nèi)容以及考核方式上進行教學改革，對課程體系進行重塑。通過產(chǎn)出導向和PBL教學理念，結(jié)合“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”課程特點，以學生自主學習為改革目標，建立了基于產(chǎn)出導向理念的課程考核與評價體系。

參考文獻

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