Wiki—思維導(dǎo)圖教學(xué)模式在光電測(cè)控類專業(yè)教學(xué)中的實(shí)踐探索

高旭 石利霞 王勁松

摘 要：在當(dāng)前工程教育認(rèn)證的大背景下，文章以光電測(cè)控類課程《傳感與檢測(cè)技術(shù)》的教學(xué)為實(shí)踐探索，提出了基于Wiki-思維導(dǎo)圖的教學(xué)模式，深入研究了新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)Wiki及教學(xué)工具思維導(dǎo)圖；從定性和定量?jī)煞矫胬碚摲治鰞烧吲c專業(yè)課程相結(jié)合的應(yīng)用方法及過(guò)程，論證其為達(dá)成課程目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的可行性；并給出了該教學(xué)模式下的教學(xué)案例，很好地解決了教師在理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研實(shí)踐結(jié)合中的矛盾問(wèn)題，充分發(fā)揮了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性及主動(dòng)性，提升了學(xué)生解決科學(xué)問(wèn)題的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造能力等，為課程評(píng)價(jià)體系提供了有效的數(shù)據(jù)支撐和平臺(tái)支撐。

關(guān)鍵詞：Wiki；思維導(dǎo)圖；光電測(cè)控類；傳感與檢測(cè)技術(shù)

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1673-8454（2018）18-0070-04

一、引言

隨著信息科學(xué)與通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化教學(xué)手段已逐漸打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，即由底層的信息硬件基礎(chǔ)建設(shè)逐步滲透到教育應(yīng)用層次。教育技術(shù)的推進(jìn)逐步改變了教師的教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式以及師生互動(dòng)交流的方式，為實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)、教研相長(zhǎng)的預(yù)期目標(biāo)提供了豐富多彩的環(huán)境和有力的工具。

為提高學(xué)生自主創(chuàng)新能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力、增強(qiáng)學(xué)生獲取新知識(shí)的能力，大多數(shù)高等院校都在不斷開(kāi)展專業(yè)課程的改革、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革、工程創(chuàng)新訓(xùn)練的改革、校門與廠門間實(shí)踐對(duì)接的改革等，但是鑒于測(cè)控類學(xué)科知識(shí)復(fù)雜、抽象、難度深的特點(diǎn)，尋找一種有效的思維工具，基于知識(shí)、問(wèn)題建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)策略，融合結(jié)構(gòu)化思考、邏輯思考、辨證思考以及追問(wèn)意識(shí)等思維方式，塑造學(xué)生理解并獲取新知識(shí)的能力、有效運(yùn)用知識(shí)的能力、解決新問(wèn)題的能力，以及融合不同專業(yè)課程間，比如精密測(cè)量測(cè)試技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制理論等知識(shí)的創(chuàng)新能力顯得更為必要。

結(jié)合我國(guó)新工科人才培養(yǎng)建設(shè)背景，以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式為特征的新經(jīng)濟(jì)呼喚新工科，國(guó)家一系列重大戰(zhàn)略實(shí)施呼喚新工科，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換呼喚新工科，提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)家硬實(shí)力呼喚新工科，因此準(zhǔn)確理解新工科內(nèi)涵，將應(yīng)用理科向工科延伸，對(duì)傳統(tǒng)工科升級(jí)改造并創(chuàng)新發(fā)展優(yōu)勢(shì)工科顯得尤為重要。同時(shí)把握新形勢(shì)，結(jié)合以工程教育認(rèn)證為抓手推動(dòng)專業(yè)建設(shè)的大背景，推動(dòng)專業(yè)發(fā)展進(jìn)入快車道，建設(shè)一流本科專業(yè)。本文聚焦專業(yè)認(rèn)證中“復(fù)雜工程問(wèn)題”的解決及課程評(píng)價(jià)策略，針對(duì)測(cè)控類專業(yè)的教學(xué)方法及教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)要求提出一種教學(xué)思想、一種教學(xué)模式。

綜上，在繼承傳統(tǒng)教學(xué)模式基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)、新興的教學(xué)思維工具與專業(yè)課教學(xué)有效結(jié)合，探索的研究成果無(wú)論對(duì)于信息技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)方式結(jié)合的教學(xué)理論研究，還是對(duì)于指導(dǎo)測(cè)控類專業(yè)課程的教學(xué)實(shí)踐，都具有一定的理論研究?jī)r(jià)值及實(shí)踐指導(dǎo)意義。以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為載體，為了使教學(xué)網(wǎng)站能真正服務(wù)于師生互動(dòng)的教學(xué)目的，需要選擇一種適合多人協(xié)作式的、方便、操作簡(jiǎn)單、可自由編輯的網(wǎng)絡(luò)溝通平臺(tái)，學(xué)生和教師通過(guò)網(wǎng)站可以隨時(shí)隨地溝通，學(xué)生可以將學(xué)習(xí)感想、問(wèn)題、課程引申的任何科研想法以及查閱的文獻(xiàn)資料上傳到網(wǎng)上，教師可以將教學(xué)心得以及相關(guān)學(xué)術(shù)研究、實(shí)驗(yàn)室資源發(fā)布到網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)真正的資源共享[1-6]。

本文以測(cè)控類學(xué)科專業(yè)課《傳感與檢測(cè)技術(shù)》為例，將抽象、難于理解的各類傳感器原理、特性、結(jié)構(gòu)以及傳感器實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域、具體的課題應(yīng)用等，通過(guò)在網(wǎng)站上師生共享了解的、查閱的案例，以文本、圖片、視頻等多樣化的形式展現(xiàn)出來(lái)，不僅令學(xué)生掌握了傳感器的理論知識(shí)，還明晰了傳感器的工程應(yīng)用，并進(jìn)一步拓展了眾多課程之外的新型傳感器。將信息技術(shù)與學(xué)科課程結(jié)合，可進(jìn)一步完善信息化教學(xué)體系，同時(shí)為工程教育認(rèn)證中對(duì)“復(fù)雜工程問(wèn)題”的解決提供了一種手段，為認(rèn)證支撐、培養(yǎng)目標(biāo)支撐、畢業(yè)要求支撐均提供了具體數(shù)據(jù)反饋論據(jù)。

二、基于Wiki-思維導(dǎo)圖的教學(xué)模式構(gòu)建

Wiki源于夏威夷語(yǔ)的“weekee weekee”，即“快點(diǎn)快點(diǎn)”的意思，中文翻譯為“維客”或“維基”，是一種多人協(xié)作式寫(xiě)作的超文本（hyper text），包含文字、圖片、視頻及相關(guān)鏈接等信息?；赪iki的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)具有開(kāi)放性、共享性、交互性、協(xié)作性和自主性等特點(diǎn)，補(bǔ)充了傳統(tǒng)教學(xué)中受時(shí)間、空間的限制和語(yǔ)言表達(dá)能力的不足。目前已被很多院校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中選用，例如復(fù)旦大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站即是基于Wiki技術(shù)建立的。

思維導(dǎo)圖是表征人們思維過(guò)程的一種圖式，是用圖的形式呈現(xiàn)人們的知識(shí)結(jié)構(gòu)和表征知識(shí)時(shí)的思維，是使知識(shí)結(jié)構(gòu)和思維過(guò)程形象化、可視化的圖形工具，也已被國(guó)內(nèi)外多所院校在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用。思維導(dǎo)圖的發(fā)散性可視化特點(diǎn)，能生動(dòng)地將教學(xué)內(nèi)容合理組織起來(lái)。

《傳感與檢測(cè)技術(shù)》課程作為測(cè)控類專業(yè)的典型課程，其課程特點(diǎn)是涉及到的學(xué)科種類繁多、知識(shí)密集、技術(shù)密集、綜合性比較強(qiáng)。若僅在課堂上對(duì)傳感器的原理、特性、構(gòu)成、類別、應(yīng)用等方面進(jìn)行單一講授和實(shí)驗(yàn)課堂上對(duì)各類傳感器進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，則對(duì)課程目標(biāo)達(dá)成效果不顯著。所以將Wiki、思維導(dǎo)圖與教學(xué)過(guò)程密切結(jié)合，如圖1所示。

借助Wiki網(wǎng)站，教師將課程主干進(jìn)行思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)并在Wiki上發(fā)布，同時(shí)發(fā)布一些相關(guān)的文獻(xiàn)資料、課題設(shè)計(jì)、傳感器應(yīng)用的實(shí)際場(chǎng)合等；學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中參與課程導(dǎo)圖設(shè)計(jì)、課題的設(shè)計(jì)、工程項(xiàng)目的討論，深化課程與傳感器應(yīng)用的理解，例如結(jié)合采用測(cè)控專業(yè)的基本概念和工程知識(shí)，對(duì)測(cè)控專業(yè)復(fù)雜工程問(wèn)題（新的傳感原理、測(cè)量方法、信號(hào)處理方法等不同方面的應(yīng)用）提出科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法；師生可以借助Wiki平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)討論，同時(shí)教師可以對(duì)真正參與項(xiàng)目研究的學(xué)生進(jìn)行分組管理，這種教學(xué)模式可達(dá)到更好的培養(yǎng)效果。

三、教學(xué)實(shí)施過(guò)程

利用各自理論課程與實(shí)驗(yàn)課程的思維導(dǎo)圖的構(gòu)建情況、Wiki討論情況，運(yùn)用質(zhì)性評(píng)價(jià)和量化評(píng)價(jià)，以及在理論課考試、實(shí)驗(yàn)課操作、Wiki平臺(tái)參與課題討論、設(shè)計(jì)中所表現(xiàn)出的創(chuàng)造力，考量學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容理解的準(zhǔn)確性和深刻性。并將這些反饋信息匯總，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，進(jìn)而評(píng)估該種教學(xué)模式的教學(xué)效果。

以光電傳感器為例，構(gòu)建大致思維導(dǎo)圖如圖2所示。

首先將光電傳感器大致的課程脈絡(luò)以導(dǎo)圖的形式向?qū)W生一目了然地展示，而學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中可以無(wú)限制地更改、增加、豐富導(dǎo)圖內(nèi)容。例如設(shè)置一個(gè)學(xué)科交叉融合的工程問(wèn)題：如何利用光學(xué)方法測(cè)量液體折射率。可以利用光纖位移傳感器設(shè)計(jì)液體折射率測(cè)量系統(tǒng)[7]，如圖3所示，采用激光干涉法設(shè)計(jì)液體折射率測(cè)量的光學(xué)系統(tǒng)，利用光纖位移傳感器測(cè)量線位移，用來(lái)計(jì)算光程，其測(cè)量分辨力達(dá)微米級(jí)。

若繼續(xù)采用激光干涉法的測(cè)量系統(tǒng)，還可以采用光柵尺式位移傳感器，拓展思路，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)。同時(shí)，這里通過(guò)位移測(cè)量這一研究問(wèn)題，可總結(jié)光電傳感器這部分內(nèi)容中針對(duì)位移測(cè)量這一物理量所有類型的傳感器，區(qū)分類型之間的區(qū)別，比如分辨力的高低、量程的大小（如電容式位移傳感器、變氣隙型電感式傳感器等）、結(jié)構(gòu)的差異等等。

根據(jù)長(zhǎng)春理工大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)要求，在測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的課程設(shè)置里，分別針對(duì)工程及專業(yè)基礎(chǔ)類課程，設(shè)置了機(jī)械類、電子類、光電類、測(cè)量控制類、數(shù)據(jù)分析處理類等課程；將先修數(shù)學(xué)及自然科學(xué)類課程的基礎(chǔ)知識(shí)運(yùn)用于工程和專業(yè)基礎(chǔ)課程中，建立數(shù)學(xué)或物理模型并進(jìn)行分析求解。在專業(yè)課程中，分別側(cè)重光電精密儀器的設(shè)計(jì)和測(cè)量、控制，設(shè)置了光電儀器設(shè)計(jì)、光學(xué)儀器裝配與調(diào)整、智能儀器、光學(xué)設(shè)計(jì)及CAD等方面的課程，對(duì)應(yīng)匹配課程為《測(cè)控系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)》《精密測(cè)量與計(jì)量技術(shù)》《數(shù)字圖像處理》《虛擬儀器》等，培養(yǎng)學(xué)生具有系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)及解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

所以，針對(duì)《傳感與檢測(cè)技術(shù)》這一綜合性較強(qiáng)的課程，上述的如“液體折射率測(cè)量”這類課題不僅可以在課堂講授、課程理解、Wiki平臺(tái)討論，還可以作為創(chuàng)新課題，令學(xué)生在課余時(shí)間搜索文獻(xiàn)調(diào)研折射率儀器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，動(dòng)手實(shí)踐，搭建光路調(diào)試。并從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，即針對(duì)某一復(fù)雜工程問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生光電精密儀器設(shè)計(jì)、測(cè)控技術(shù)及系統(tǒng)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、專門知識(shí)和專業(yè)技能，建立創(chuàng)新意識(shí)、國(guó)際視野，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感，例如設(shè)計(jì)具有國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能的折射率自動(dòng)測(cè)量?jī)x。這正好印證與符合專業(yè)認(rèn)證明確制定的12項(xiàng)畢業(yè)要求。

四、教學(xué)效果的質(zhì)性評(píng)價(jià)與量化評(píng)價(jià)

依據(jù)課程教學(xué)大綱中，課程目標(biāo)與畢業(yè)要求各指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系矩陣，依次通過(guò)相加求和，算出畢業(yè)要求各指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成度評(píng)價(jià)值，統(tǒng)計(jì)畢業(yè)要求達(dá)成度評(píng)價(jià)結(jié)果。

依據(jù)“評(píng)價(jià)機(jī)制”規(guī)定的合格標(biāo)準(zhǔn)，明確畢業(yè)要求評(píng)價(jià)結(jié)果是否“達(dá)成”，需對(duì)學(xué)生是否具備本專業(yè)人才培養(yǎng)需掌握的知識(shí)、能力和素養(yǎng)，進(jìn)行畢業(yè)要求達(dá)成度合理評(píng)價(jià)。以《傳感與檢測(cè)技術(shù)》課程為例，可采用兩種評(píng)價(jià)方法：

1.直接評(píng)價(jià)方法

直接評(píng)價(jià)法即課程考核成績(jī)分析法，具體評(píng)價(jià)方式包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)、課堂測(cè)試、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、考試成績(jī)等。

例如，每一教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)相應(yīng)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成值是依據(jù)教學(xué)大綱中“課程目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系”表中的矩陣計(jì)算的，公式如下：

2.間接評(píng)價(jià)方法

間接評(píng)價(jià)方法，即Wiki平臺(tái)討論。具體包括對(duì)課題的參與、討論、組內(nèi)參與、討論表現(xiàn)，通過(guò)此類反饋，以保證畢業(yè)要求的達(dá)成。

利用Wiki建立討論小組，利用思維導(dǎo)圖建立傳感器課程與實(shí)驗(yàn)的樹(shù)圖，鼓勵(lì)教師和學(xué)生共同參與到導(dǎo)圖的建立中來(lái)。

就“間接評(píng)價(jià)的達(dá)成度分析”進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用作業(yè)方式、討論結(jié)果、參與討論頻率等作為間接的質(zhì)性和量化評(píng)價(jià)方式。建立五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：5-非常積極；4-積極；3-基本積極；2-不積極；1-非常不積極。對(duì)調(diào)查結(jié)果按照公式4、公式5計(jì)算得到間接評(píng)價(jià)的達(dá)成值：

其中，AIi表示第i項(xiàng)畢業(yè)要求的間接評(píng)價(jià)值，AIij表示第i項(xiàng)畢業(yè)要求的第j個(gè)指標(biāo)點(diǎn)的間接評(píng)價(jià)值，SijK表示第k個(gè)畢業(yè)生對(duì)第i項(xiàng)畢業(yè)要求的第j個(gè)指標(biāo)點(diǎn)的評(píng)價(jià)值。

根據(jù)各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，分別對(duì)各個(gè)課程目標(biāo)、畢業(yè)要求具體指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成情況，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并展開(kāi)細(xì)化分析，歸納學(xué)生能力達(dá)成方面存在的問(wèn)題，明確改進(jìn)方向。

五、教學(xué)效果

《傳感與檢測(cè)技術(shù)》課程基于Wiki-思維導(dǎo)圖教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)與探索開(kāi)始于2017年，經(jīng)過(guò)一年從理論課程到實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)結(jié)合的教學(xué)模式探索，從課程理論與課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容密切相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課進(jìn)行結(jié)合性的Wiki-思維導(dǎo)圖教學(xué)模式探索，通過(guò)一年來(lái)的教學(xué)方式改革實(shí)踐，取得了較好的改革效果。特別是利用該思路，在本科教學(xué)層面又進(jìn)而指導(dǎo)了相關(guān)的比賽，例如挑戰(zhàn)杯比賽、光電設(shè)計(jì)大賽等等，使全體學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中從開(kāi)始不習(xí)慣、不接受到慢慢接受這種教學(xué)模式，對(duì)其專業(yè)發(fā)展的促進(jìn)具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①學(xué)生層面。學(xué)生積極參與課堂實(shí)踐活動(dòng)，更積極參與各類相關(guān)設(shè)計(jì)比賽，學(xué)習(xí)積極性和興趣加大；學(xué)生學(xué)習(xí)方法發(fā)生了轉(zhuǎn)變，學(xué)習(xí)更加主動(dòng)，對(duì)知識(shí)的掌握更加深入。從中也可以看出很多具有研究潛能的學(xué)生。②教師層面。學(xué)期開(kāi)學(xué)初期，無(wú)論是理論課、實(shí)驗(yàn)課，還是設(shè)計(jì)相關(guān)復(fù)雜工程問(wèn)題，教師更加集中備課，且教學(xué)過(guò)程中教學(xué)研討次數(shù)明顯增加；教研用于教學(xué)的投入增加，教學(xué)成果顯著。

Wiki-思維導(dǎo)圖的教學(xué)模式，對(duì)教師和學(xué)生提出了更高的要求。在工程教育認(rèn)證的大背景下，以復(fù)雜工程問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)的測(cè)控類專業(yè)教學(xué)，學(xué)生不僅學(xué)到了知識(shí)，更學(xué)到了如何運(yùn)用知識(shí)去解決問(wèn)題，培養(yǎng)了獨(dú)立學(xué)習(xí)能力。相對(duì)而言，更解決了教師對(duì)于教學(xué)、科研的有效融合，這種教學(xué)方式的變革在真正意義上促進(jìn)了教學(xué)相長(zhǎng)、教研相長(zhǎng)。

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（編輯：魯利瑞）