新工科背景下“多層次+智慧化”教學模式的探索

在新工科背景下，我國高等教育日漸注重創新型、專業型以及高級應用型人才的多元化培養。為深入貫徹這一培養理念，提出一種新的教學模式，將“理論”位、“實踐”位、“創新”位三者有機統一。復合型人才培養并非通過相關課程的簡單拼湊和堆砌就可以實現，而是需要融合各個學科之間的交匯點。以核心課程為主構建多層次教學模式，并與實踐應用、智慧創新形成三條改革路徑。在此基礎上，總結該教學模式所取得的成效，并提出未來的目標規劃。

電氣工程及其自動化專業涵蓋的學科種類多且復雜，包括計算機技術、電力電子技術、電機電氣技術等領域。電氣工程及其自動化屬于多科目交叉且綜合性較強的學科，其能夠將各個相關學科相互融合發揮更大的價值，更好地服務社會發展。為適應教育部對新工科發展提出的要求，需要在教學過程中融會貫通相關課程的知識點，指導學生以工程實踐為背景提升實驗操作能力，積極構建新工科背景下的創新型工程技術人才培養模式，并通過多舉措提高創新型人才培養質量。

1 電氣工程及其自動化專業培養模式現狀

1.1 當前就業形勢存在的問題

各行各業對電氣專業人才的需求也日益增大，但電氣專業畢業生仍較難找到合適的企業。傳統模式培養出的電氣專業畢業生就業后容易停留于重復性、機械化的工作內容，不能適應高要求的工作狀態，也無法與時俱進學習新知識、新技術，或者說缺乏學習各種新技術的能動性。這是由于學生在高校學習過程中對所學知識理解不夠深入，實踐操作過于死板且無法與工程實際相結合，同時沒有充分培養接受新技術、新知識的能動性。目前電氣自動化專業畢業生就業的概況，充分說明了有效就業率與總體就業率之間存在巨大偏差，也就是說，真正企業與畢業生之間雙選的實現率實際上很低。這種情況導致了企業無法找到合適的人才，從而限制了發展，而畢業生也會面臨找不到工作或者頻繁跳槽的處境。

1.2 專業理論課程之間關聯性較弱

電氣工程及其自動化開設的專業課基本都是以獨立學習的形式完成，也就是說沒有將所學課程的相關知識點融合。與此同時，無法將一些輔助學習的技能很好地利用起來。以電氣測量技術課程為例，其在學習過程中需要很強的專業知識作為基礎，同時這門課程的很多知識點也能夠應用于后續專業課程的學習。然而，在傳統的教學過程中沒有形成一個完整的體系。因此，每門課程在學習過程中都有可能遇到基礎知識不理解，同時不明白該課程所學知識將如何應用于實際中的問題。造成學不深入、學不會用的局面。以電氣工程及其自動化專業英語課程為例，在傳統教學過程中沒有充分發揮出該課程的培養價值。這門課程開設的目的是希望通過學習與專業相關的英語知識，為畢業論文（設計）或今后從事專業研究打下堅實的基礎。然而，在實際教學過程中沒有將這門課與電氣自動化專業其他核心課程緊密關聯，實現讓學生通過學習專業英語提升其他課程的學習能力，以及在電氣專業領域的創新能力。圖1直觀地描述了目前課程培養模式所存在的問題。

1.3 實踐教學體系缺乏將專業性與實際化相結合

針對電氣工程及其自動化專業實踐教學的探究與思考，是各高校十分關注的重要教學內容之一。目前，電氣專業的培養模式中實踐教學體系過于單一，沒有以工程實際為背景鍛煉學生的應用能力，從而使得實驗教學內容與實際環境下的操作相差很大。與此同時，實踐教學內容不能與科學技術發展緊密相隨。以電氣測量技術為例，該課程面向電氣工程領域，旨在研究或解決電氣工程中的信號檢測問題，且實際操作內容必須符合測量系統的關鍵技術。在傳統的實驗教學中，大部分實踐內容都被設計成基于虛擬儀器的實驗。比如，差動電感式傳感器位移特性實驗、智能調節儀轉速控制實驗等。這些實驗更關注的是數據采集與信息處理，容易忽略電氣工程領域的信號調理及工程環境等問題，形成對電氣工程測量技術實驗內容理解上的簡單化或片面化現象。

1.4 缺乏對學生創新能動性的培養

當前培養的電氣自動化專業人員大多數在實際工作中缺乏一定的創新能力，他們似乎更愿意投入到重復性、機械化的工作中，因而無法滿足市場對高級專業型人才的需求。在創新教育模式下，現代化的專業型人才是高等教育改革的重要方案。為此，提出了“新工科”背景下電氣工程及其自動化專業人才創新能力的培養方案。如何培養學生的創新能力，怎樣讓學生能夠最大程度地發揮創新能動性，成為當前教學改革的重要課題之一。

2 多元化教學模式的建設

2.1 實施課程“分體系”+“公共性輔助課程”的理論教學改革模式

為進一步提升專業課程的融合度與關聯性可將某一門課程作為核心課程，并圍繞它將具有一定聯系的相關課程構建為一個“分體系”，其中包括核心課程的上層基礎課程、核心課程、下層應用課程。每個“分體系”中的所有課程通過課前滲透、課中拓展、課后討論的方式將關聯知識點貫穿在一起。與此同時，將專業英語等課程創建為電氣專業的“公共性的輔助課程”，以此將科技英語更好地應用于專業領域。不僅可以對學科最新發展動態緊密跟蹤，還能夠充分地展現出自身的想法與思路。

2.2 構建三層實踐教學改革體系

三層實踐教學改革體系也就是將工程基礎實踐平臺、專業技能應用實踐平臺、科技創新綜合平臺相結合，建立以鍛煉專業實驗技能為基礎、依托工程實際背景為核心、提升創新協同作業能力為目標的專業性、多元化、復合型的實踐教學體系。這種實踐教學體系主要分為以下三個部分：①基礎平臺。使學生掌握電氣專業相關學科的實驗基礎知識，并培養相應的實驗動手能力；②專業平臺。以實際工程背景為依托培養學生的應變能力（例如，對與工程實踐相關的設備儀器進行裝配與調試、校內外生產實習等）；③科技創新綜合平臺。掌握與學科發展密切關聯的先進實驗方法，通過創新設計、科技競賽來激發學生的創新熱情，增強學生團隊協作的意識。圖2描述了實踐教學體系的整體改革路線，通過基礎平臺、專業平臺、科技創新綜合平臺共同實現實驗實踐教學的不斷提升與完善。

2.3 突出智慧輔助教學平臺，深化“教—學—研”相結合的創新能力培養模式。

創新培養模式從傳統的以教學模式為重心轉變為教師授課、自主學習、科教結合三個方面。通過智慧教室、學習通、雨課堂、MOOC等線上教學平臺，積極開展教學方法與考核機制的改革，從而突出以學生為根本的個性化教學培養目標。使用“雨課堂”軟件進行線上輔助教學能夠全方位地對學生情況進行打分，并根據這些線上數據將課程考核機制設置為更加科學合理的模式。例如，平時成績包含線上考勤、期中測試、隨堂習題、投稿、彈幕、課程討論、視頻及課件觀看閱讀情況等。與此同時，將教師最新的研究成果融入教學內容中，轉化成有特色、有深度、有新意的教學內容和創新性實驗項目。以科研成果和科研課題促進學生的實踐能力，指導大學生科研活動，吸引本科生參加課題研究。例如，通過科教結合實現“人工智能+電氣自動化流程優化”。這個課題是利用行為優化算法來對電氣自動化領域的相關流程進行完善。圖3中描述了一個電氣測量流程的模型實例。初始模型與事件日志當前記錄的共同行為、事件日志當前記錄的特有行為、初始模型中的特有行為。由此可以看出，初始模型與當前運行的行為之間存在差異。

通過下面偽代碼編寫的算法解決了這一問題。算法首先利用對齊檢測偏差元素，然后使用修復操作對初始模型進行修復。最終輸出的模型既可以回放當前記錄的行為，同時又保留了原先的行為（見表1）。

3 電氣工程及其自動化創新教學模式的特色

打造具有關聯性的課程體系，實現專業知識的相互促進與深入理解。構建實踐教學“基礎平臺+專業平臺+科技創新綜合平臺”的新體系，在特定工程背景下鍛煉學生的實驗操作能力，加強實驗教學內容與實際應用的結合。針對電氣工程及其自動化專業學生實踐創新能力培養存在的問題，提出以下三條途徑：①充分利用智慧平臺豐富教學內容并完善考核制度，實現個性化教學，激發學生的自主學習能力；②依托科研背景，更好地將“教—學—研”相結合；③加強師資隊伍建設，提高教師自身教研水平。

4 教學效果的數字化分析

實際教學中所得數據充分反映了在教學改革過程中學生所取得的進步，主要是實現課程基礎知識掌握、課程知識應用、實驗基本技能、工程背景下實踐技能、創新綜合實驗技能五個方面的學生人數占比。如圖4所示，從第一階段到第三階段學生對于專業知識的掌握與應用情況明顯變好，也就是能夠達到上述五個教學目標的學生人數占比越來越大。例如，第一階段能夠掌握工程背景下實踐技能和創新綜合實驗技能的學生人數占比分別在40%和15%，然而到第三階段則提升到87%和77%。由此可以清楚地看出，本文提出的教學改革方法對復合型和創新型人才培養模式起到了推動作用。

5 結語

電氣工程及其自動化專業教學模式的探索與改革已經在實際應用中取得了很大的成效。淮南師范學院機械與電氣工程學院結合新工科背景下對電氣專業的實際需求，希望能夠培養出理論過硬、實踐能力強、具有自主創新能力的復合型專業人才。在理論研究的同時，加強教學改革的實踐，使理論研究和實踐探索密切結合。更新觀念形成新的有效的教學模式，激發學生的學習熱情和興趣。在未來的培養過程中，要努力以學生為本，開展個性化和多元化的教學模式，提升學生自主探究、學以致用、協同創新的能力。與此同時，在教學和科研方面教師應該努力提高自身的業務水平。

本文系2023年淮南師范學院校級質量工程教改類重點項目“基于‘三位一體化’的電氣工程及其自動化專業融合性教學模式研究”（2023hsjyxm19）；安徽省教育廳質量工程重點項目“新工科背景下電氣專業創新型實踐教學體系構建與實踐”（2022sx136）研究成果。