“物聯(lián)網(wǎng)+”背景下高校新工科專業(yè)課教學(xué)實踐研究
——以傳感器技術(shù)課程為例

趙 亮

（寶雞文理學(xué)院 電子電氣工程學(xué)院，陜西 寶雞 721016）

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及與發(fā)展，當(dāng)今世界已經(jīng)進入萬物互聯(lián)的時代，物聯(lián)網(wǎng)孕育而生。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在帶動數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的同時，推動了全球產(chǎn)業(yè)布局和商業(yè)模式的變革[1-2]。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的時代背景之下，如何把握新科技、新經(jīng)濟發(fā)展的脈搏，推動我國新工科專業(yè)的建設(shè)，是我國目前教育改革的重要任務(wù)，也是教育部提出“新工科”建設(shè)的出發(fā)點[3-4]?？v觀我國社會發(fā)展的不同時期，始終堅持“教育為重、教育優(yōu)先”的教育發(fā)展方針。在專業(yè)課教學(xué)中如何將理論知識和新科技、新技術(shù)緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、實踐創(chuàng)新精神、理論聯(lián)系實際的能力成為當(dāng)前新工科專業(yè)課教學(xué)過程中需要探索的課題。傳感器是構(gòu)建優(yōu)良物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而傳感器技術(shù)是與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)緊密相關(guān)的一門新工科專業(yè)課程。面對“物聯(lián)網(wǎng)+”時代的變革，高校新工課專業(yè)課程的教學(xué)也應(yīng)順應(yīng)時代潮流，以學(xué)生發(fā)展為中心，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力驅(qū)動課程改革，以學(xué)生實際獲得感為目標(biāo)，探索“物聯(lián)網(wǎng)+”背景下高校新工科專業(yè)課教學(xué)方法，特別是實現(xiàn)傳感器技術(shù)課程教學(xué)的內(nèi)涵式發(fā)展。

1 “物聯(lián)網(wǎng)+”背景下高校新工科專業(yè)課教學(xué)內(nèi)涵建設(shè)

目前，我國正從工業(yè)大國向工業(yè)強國邁進，工業(yè)領(lǐng)域正在進行不同層面的轉(zhuǎn)型、升級。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域相結(jié)合形成的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為正在進行的工業(yè)變革提供了創(chuàng)新源動力。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是傳感器技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)的交叉、融合，通過多源信息獲取和融合，借助大數(shù)據(jù)云計算對感知信息進行動態(tài)分析和智能處理，以達到對工業(yè)領(lǐng)域各要素的全面感知和智慧處理，進而實現(xiàn)無線自動化和控制。

在“物聯(lián)網(wǎng)+”時代，智能電網(wǎng)、智能交通、人工智能、智能控制等應(yīng)用領(lǐng)域都是新工科涉及的專業(yè)方向，作為地方應(yīng)用型高校，應(yīng)該緊跟時代發(fā)展脈搏，注重培養(yǎng)服務(wù)地方經(jīng)濟和社會發(fā)展的復(fù)合型創(chuàng)新人才，而在教學(xué)實踐中改進教學(xué)方法是培養(yǎng)學(xué)生知行合一、提高學(xué)生運用理論知識解決實際問題能力的一條有效途徑。作為工科專業(yè)的學(xué)生，應(yīng)該具備較強的動手實踐能力、良好的團隊溝通和協(xié)作能力、運用理論知識解決實際工程問題的能力，這也是《中國制造2025》對工科人才培養(yǎng)提出的明確要求[5]。

傳感器技術(shù)是新工科專業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)緊密相關(guān)的一門理論和工程應(yīng)用相結(jié)合的本科高年級專業(yè)課程，學(xué)生通過學(xué)習(xí)典型傳感元件的基本工作原理、測量電路以及工程應(yīng)用，具備根據(jù)工程應(yīng)用需要選擇合適傳感器類型的能力，能夠正確使用傳感器滿足實際工程開發(fā)需求[6-7]。教師在課程講授過程中，應(yīng)該根據(jù)目前“物聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展的現(xiàn)實背景，通過開展深入的學(xué)情分析，合理設(shè)置專業(yè)課程教學(xué)大綱，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生在掌握專業(yè)理論知識的同時，更重要的是理解如何運用所學(xué)的專業(yè)知識解決實際的工程問題。

2 “物聯(lián)網(wǎng)+”背景下高校新工科專業(yè)課教學(xué)設(shè)計

教學(xué)設(shè)計是面向教學(xué)對象、解決教學(xué)問題的一種特殊設(shè)計活動，需要分析教學(xué)中潛在的問題和需求，設(shè)計解決方法，并對方法的實施進行有效評價，進而在教學(xué)實踐中加以改進，最終形成一套行之有效的教學(xué)理念和方法。簡言之，教學(xué)設(shè)計是系統(tǒng)的教學(xué)認知過程。按照史密斯和雷根的“教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論”，整個教學(xué)過程應(yīng)該包括四個部分：知識導(dǎo)入階段、教學(xué)主體部分、教學(xué)結(jié)論部分以及教學(xué)評價階段[8]。

在實際的教學(xué)過程中，根據(jù)所授課程和授課對象的不同，教師可以采用不同的教學(xué)設(shè)計，總的來說有三種教學(xué)設(shè)計模式：教師主導(dǎo)以“教”為主的教學(xué)設(shè)計模式、學(xué)生為中心以“學(xué)”為主的教學(xué)設(shè)計模式以及“主導(dǎo)-主體”的教學(xué)設(shè)計模式[9-10]。這三種教學(xué)設(shè)計模式各有特色，在教育發(fā)展的早期階段，教師主要采用以“教”為主的教學(xué)設(shè)計模式，通過教師的教帶動學(xué)生的學(xué)，在整個教學(xué)活動過程中，教師處于主導(dǎo)地位，學(xué)生為知識的被動接受者。這種模式有利于教師掌控整個教學(xué)過程，但需要解決諸如學(xué)生如何學(xué)、能夠?qū)W到什么程度、如何評價教學(xué)效果等問題，否則學(xué)生的實際知識獲得很難保證。隨著基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出教育（OBE）理念的引入，以學(xué)生“學(xué)”為主的教學(xué)設(shè)計模式得到推廣，該教學(xué)設(shè)計模式以學(xué)生的學(xué)為“主”，教師的教為“輔”，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性，變學(xué)生被動的接受知識為主動的探究知識。該模式需要教師合理地設(shè)置教學(xué)情境，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生在探尋問題答案的過程中獲取知識。在探究學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生除了要自主學(xué)習(xí)之外，還需要相互協(xié)作，共同達到學(xué)習(xí)目標(biāo)。教師在整個教學(xué)過程中除了做好引導(dǎo)之外，還需要幫助學(xué)生通過實踐檢驗理論的正確性，同時輔助學(xué)生進行學(xué)習(xí)總結(jié)，反思問題，提升學(xué)生運用知識解決實際問題的能力。在前兩種教學(xué)設(shè)計模式的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了“主導(dǎo)-主體”的融合教學(xué)設(shè)計模式，該模式可以根據(jù)課程特點、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)對象（即學(xué)生）對知識認知程度靈活選擇“探究式”或“傳遞-接受式”的教學(xué)方法，即“探究式”和“傳遞-接受式”可以單獨使用，也可以融合使用。

綜合以上三種教學(xué)設(shè)計模式，結(jié)合“物聯(lián)網(wǎng)+”背景下的新工科專業(yè)特點，傳感器技術(shù)課程在教學(xué)中，踐行OBE理念，引導(dǎo)學(xué)生開展探究式學(xué)習(xí)的同時注重培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力；在充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的同時，教師做好知識傳授和引導(dǎo)。具體來講，在授課前進行學(xué)生學(xué)習(xí)需求分析，該過程可以通過學(xué)生座談或在線問卷調(diào)查的形式進行；在明確學(xué)生的需求之后，需要對學(xué)生的學(xué)情和特征展開分析，合理安排教學(xué)內(nèi)容，確定教學(xué)目標(biāo)，制定教學(xué)策略?？紤]到傳感器技術(shù)課程的特點，在實際授課中采用“案例”引領(lǐng)的“項目式教學(xué)法”，將課程涉及的專業(yè)知識融入到具體的案例中，案例設(shè)計由淺及深，通過案例提出問題，學(xué)生分組探究問題的答案，自主設(shè)計實驗驗證結(jié)論，同時開展組間交流、互評，共同提高。在教學(xué)過程中，教師要根據(jù)具體的學(xué)情適時開展“傳遞-接受式”教學(xué)，掃清學(xué)生知識盲點，提升學(xué)生自主探究問題答案的信心；在教學(xué)過程進行中，教師還要適時組織學(xué)生開展教學(xué)評價，反饋意見，幫助教師不斷改進教學(xué)設(shè)計。

3 “物聯(lián)網(wǎng)+”背景下高校新工科專業(yè)課教學(xué)實踐

在傳感器技術(shù)課程教學(xué)實踐過程中，根據(jù)不同時期的授課對象，采用“主導(dǎo)-主體”的融合教學(xué)設(shè)計模式，合理設(shè)置授課內(nèi)容，開發(fā)項目案例，同時依托隸屬寶雞文理學(xué)院的“寶雞市工業(yè)智能傳感器控制和信號處理研究中心”下設(shè)的“傳感器技術(shù)實驗室”輔助學(xué)生自主開展實驗研究，具體實施方法如下。

3.1 做好學(xué)生需求分析和學(xué)情分析，為授課內(nèi)容提供依據(jù)

在科技飛速發(fā)展的今天，學(xué)生獲取知識的途徑不只局限于課堂學(xué)習(xí)，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為學(xué)生獲取知識，解答疑問的主要途徑。因此，學(xué)生希望在課堂學(xué)到從其他途徑無法直接獲取的知識。此外，傳感器技術(shù)課程是一門綜合性很強的新工科專業(yè)課程，學(xué)生需要具備模擬電子線路、數(shù)字電子線路、微機原理、大學(xué)物理以及聲學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等學(xué)科的知識。教師在授課之前，要充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿、學(xué)生的專業(yè)背景、學(xué)生的現(xiàn)有基礎(chǔ)和知識儲備，從而合理開展課程的教學(xué)設(shè)計。以傳感器技術(shù)“測量誤差分析”一節(jié)的教學(xué)內(nèi)容為例，傳感器可以實現(xiàn)對不同非電量的測量，如：溫度、速度、位移、壓力等，既然是測量肯定會存在測量誤差，因此對測量數(shù)據(jù)進行誤差分析，其是評價傳感器性能的重要技術(shù)指標(biāo)。在授課之前，通過對學(xué)生的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對這一部分內(nèi)容存在畏難心理，究其原因，是這部分內(nèi)容涉及概率統(tǒng)計的知識，學(xué)生存在不同程度的知識缺陷。因此，在教學(xué)過程中采用“教師講授為主，案列解析為輔”的教學(xué)設(shè)計，通過課堂多媒體教學(xué)，讓學(xué)生理解和掌握誤差的表達方式和計算方法，輔以案例解析，讓學(xué)生掌握對工程測量數(shù)據(jù)進行誤差分析的流程以及評價方法。

3.2 梳理課程知識要點，融合案例教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)

通過調(diào)研確定授課內(nèi)容之后，需要開發(fā)融合課程知識要點的問題和案例。案例的設(shè)置要能合理地導(dǎo)入課程知識，引起學(xué)生的求知欲，讓學(xué)生樂于嘗試、勇于探索；案例設(shè)置切忌讓學(xué)生感覺無趣或高不可攀。以傳感器技術(shù)“溫度傳感器”的教學(xué)為例，熱電偶是一類廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的溫度傳感器，熱電偶的三大定律是教學(xué)重點也是教學(xué)難點。授課伊始，教師播放課前制作的“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的溫度”微課視頻，引發(fā)學(xué)生的討論和共鳴；接著，教師拋出教學(xué)案例“在一個工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中實時監(jiān)測一個工業(yè)熔爐的溫度，要求使用K型熱電偶測溫”，案例的求解勢必引導(dǎo)學(xué)生從案例中提出問題（學(xué)生自主聯(lián)系熱電偶三大定律）、探究問題的答案（學(xué)生思考熱電偶三大定律解決什么問題、如何應(yīng)用）、驗證答案（學(xué)生開展熱電偶測溫實驗）、總結(jié)提升（學(xué)生反思如何成功的；如果失敗了，原因何在）。在整個學(xué)習(xí)的過程中，教師充當(dāng)輔助角色，一是答疑解惑，糾正錯誤知識認知；二是輔助學(xué)生分組開展實驗驗證。在學(xué)生完成案例之后，教師要對學(xué)生的案例解析進行評價，指出存在的問題，不論學(xué)生成敗與否，教師都要鼓勵學(xué)生勇于探索的精神，最后教師要對知識要點進行強調(diào)和總結(jié)。

3.3 開展教學(xué)設(shè)計評價和教學(xué)反思，改進教學(xué)設(shè)計適應(yīng)不斷變化的學(xué)情

教學(xué)設(shè)計的評價采用學(xué)生匿名評課和教師聽課評價法。在授課過程中，教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，按照知識點分類評價，為了更加客觀地反應(yīng)教學(xué)設(shè)計的真實情況，避免學(xué)生產(chǎn)生思想負擔(dān)，可以讓學(xué)生采用匿名的方式進行評價。同時，任課教師可以邀請同專業(yè)教師或教學(xué)督導(dǎo)參與教學(xué)設(shè)計評價，通過同行教師隨堂聽課、學(xué)生隨訪，給任課教師反饋建設(shè)性的意見和建議。以傳感器技術(shù)課程為例，課程知識可以按照傳感器類型分類，在講授完一種傳感器類型后，隨堂通過“雨課堂”向?qū)W生發(fā)送教學(xué)評價問卷或其他形式的匿名問卷，收集學(xué)生的學(xué)習(xí)感受，通過反饋的意見改進教學(xué)設(shè)計。

4 結(jié) 語

教師課堂教學(xué)的成敗，很大程度上取決于課程的教學(xué)設(shè)計，教學(xué)設(shè)計反映了教師對于授課內(nèi)容和授課主體（學(xué)生）的認知程度。在“物聯(lián)網(wǎng)+”時代背景之下，以傳感器技術(shù)課程為例，探討高校新工科專業(yè)課程的教學(xué)設(shè)計方法和實施策略，是順應(yīng)新工科專業(yè)改革的需要。對于優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有工程意識、具備工程實踐和創(chuàng)新能力的學(xué)生具有重要意義。