關(guān)聯(lián)生活實例和課堂實驗的新工科教學(xué)探索

甘少君 王燕霞 賴見輝

摘要：《交通信息檢測與處理》課程是信息科學(xué)與交通學(xué)科的融合，包含大量編程、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能的內(nèi)容，是新工科建設(shè)的典型課程。如何引導(dǎo)傳統(tǒng)工科學(xué)生積極參與課堂討論、系統(tǒng)掌握課程內(nèi)容，成為傳統(tǒng)工科專業(yè)引入新工科課程的教學(xué)難點和創(chuàng)新探索的目標(biāo)。本文以《交通信息檢測與處理》為例，提出關(guān)聯(lián)生活實例和課堂實驗的新工科課程教學(xué)探索，引領(lǐng)學(xué)生從生活中的交通信息檢測器出發(fā)，了解不同種類交通信息檢測器的適用范圍進(jìn)而掌握其優(yōu)、缺點;另外通過在課堂引入趣味實驗，使得學(xué)生在輕松的學(xué)習(xí)氛圍下掌握各種檢測器背后的原理，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生對專業(yè)理論的研讀與思考，并促進(jìn)課程思政的達(dá)成。使理論教學(xué)從枯燥的概念記憶向高階理解掌握遞進(jìn)，為傳統(tǒng)工科專業(yè)引入新工科課程的課程質(zhì)量提升帶來啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：新工科;交通學(xué)科;課堂實驗;生活實例

一、問題導(dǎo)向

1.1教學(xué)痛點

隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)蓬勃發(fā)展和城市化的日新月異，交通類專業(yè)的建設(shè)取得了巨大的成就[1]。近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，交通行業(yè)在大數(shù)據(jù)、邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能快速發(fā)展的浪潮中也不斷革新，傳統(tǒng)的交通管理方式正在快速更新，交通技術(shù)正在擁抱大數(shù)據(jù)、智能化等新技術(shù)，《交通信息檢測與處理》等與信息科學(xué)深度融合的新工科課程應(yīng)運而生。然而，傳統(tǒng)工科專業(yè)學(xué)生編程基礎(chǔ)薄弱、缺乏人工智能等信息科學(xué)背景給新工科課程的學(xué)習(xí)和理解帶來巨大阻礙[2]。

教材全是字，學(xué)生不愛學(xué)，上課不積極，課后閱讀量難保障等現(xiàn)實問題使得新工科課程已經(jīng)成為傳統(tǒng)工科類專業(yè)課程質(zhì)量提升的痛點，《交通信息檢測與處理》正是該類新工科課程的典型代表[3]。如何以學(xué)生為中心，利用創(chuàng)新的教學(xué)理念、方式、方法，達(dá)成專業(yè)理論學(xué)習(xí)認(rèn)知升級的教學(xué)效果，并形成主動學(xué)習(xí)理論和良好的教學(xué)氛圍，成為此類課程教學(xué)創(chuàng)新探索的問題與目標(biāo)[4]。

1.2學(xué)情分析

本課程學(xué)生為北京工業(yè)大學(xué)2019級四年制交通類專業(yè)的大三學(xué)生。其中，1999年出生約70%，大城市生源近83%，鄉(xiāng)村生源約17%。隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程，青年學(xué)生們見識、興趣、愛好都很廣泛，大家都使用手機(jī)并熱衷信息類專業(yè)，但深度和高階的理論內(nèi)容卻成為很難開展的教學(xué)工作。在以往課堂教學(xué)中，低頭族、手游族、被動派成為現(xiàn)在常見的青年學(xué)生狀態(tài)。如何保護(hù)好學(xué)生們對信息化專業(yè)的興趣，引領(lǐng)學(xué)生積極、主動探索課程內(nèi)容，成為新工科課程的創(chuàng)新出發(fā)點[5]。

二、創(chuàng)新思路與舉措

2.1創(chuàng)新思路

《交通信息檢與處理》課程主要講授基于磁頻、波頻、射頻、視頻的車輛檢測器及其數(shù)據(jù)處理方法[6]。既包含大量的物理學(xué)、電學(xué)知識難點，也包含較多編程手段，成為傳統(tǒng)工科專業(yè)與信息科學(xué)融合的典型課程[7]。為更好的引導(dǎo)學(xué)生掌握課程要點，保護(hù)學(xué)生對新興信息技術(shù)的興趣，本文提出一種關(guān)聯(lián)生活實例和課堂實驗的課程教學(xué)方法，幫助學(xué)生們從生活中常見的現(xiàn)象出發(fā)，挖掘其中的物理學(xué)原理，進(jìn)而升華拓展到本課題的關(guān)鍵內(nèi)容。例如第四章，基于射頻的車輛檢測技術(shù)，課堂從校園卡的使用為切入點，使得學(xué)生理解校園卡同樣是應(yīng)用射頻原理，進(jìn)而拓展出射頻識別的通信距離、通信手段等高階內(nèi)容[8]。

2.2創(chuàng)新舉措

2.2.1引導(dǎo)學(xué)生探索日常生活中的交通信息檢測器

《交通信息檢測與處理》課程所涉及到車輛檢測技術(shù)在北京等大中城市均有廣泛應(yīng)用，考慮到本課程學(xué)生大部分為北京生源，在日常生活中接觸各種交通檢測器的機(jī)會較多。因此，課程在講授不同檢測器之前，首先引導(dǎo)學(xué)生找尋生活中的交通信息監(jiān)測器，分析其類型、安裝位置以及適用場景，對不同種類的交通監(jiān)測器有初步的認(rèn)識。

2.2.2引導(dǎo)學(xué)生思考具體場景中交通信息檢測器的設(shè)置依據(jù)

進(jìn)一步，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，探究安裝不同種類的監(jiān)測器的依據(jù)。例如，我校東南門車輛進(jìn)出口為什么布置的檢測器是線圈傳感器配合視頻攝像頭，而停車場內(nèi)則安裝的是地磁傳感器？通過引領(lǐng)學(xué)生探究不同場景下交通監(jiān)測器的布置方案，使得學(xué)生直觀的掌握各種監(jiān)測器的優(yōu)缺點，并且在課程結(jié)束后看到不同的檢測器時可以無意識的回想起課程內(nèi)容。

2.2.3增加課堂趣味實驗，抓住學(xué)生求知欲和探索欲

《交通信息檢測與處理》課程所講授的交通檢測器檢測原理較復(fù)雜，僅僅通過教材學(xué)習(xí)，很難掌握檢測器的檢測原理。通過分析，《交通信息檢測與處理》課程所涉及到的檢測器原理幾乎全部可以通過實驗的方式向?qū)W生展示。例如，第二章線圈檢測器通過電渦流原理檢測車輛，電渦流原理在生活中應(yīng)用廣泛;第四章RFID檢測器通過電磁感應(yīng)原理檢測，與學(xué)生們?nèi)粘Ｊ褂玫男@卡原理一致。

2.2.4增加信息科學(xué)隨堂編程演示，幫助學(xué)生消除對編程的恐懼

針對交通專業(yè)學(xué)生編程基礎(chǔ)薄的實際情況，引入可視化編程工具Node-Red對課程涉及的交通檢測手段及數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行演示，避免學(xué)生由于傳統(tǒng)編程方法難入門直接放棄對課程的探索。Node-Red為近年來產(chǎn)生的可視化編程方式，學(xué)習(xí)者無需專業(yè)編程基礎(chǔ)即可實現(xiàn)基本的操作。通過課堂演示，學(xué)生們了解到簡單數(shù)步即可實現(xiàn)通過超聲波傳感器檢測車輛速度、距離，并且能夠?qū)崿F(xiàn)超速信息語音提醒，郵件提醒。極大的消除了學(xué)生們對編程的恐懼。

三、教學(xué)評價

在本課程以往的教學(xué)評價中，對概念記憶，觀點理解，文字輸出較為關(guān)注。但在關(guān)聯(lián)生活實例和課堂實驗的教學(xué)探索中，在最初階段很難找到合適的教學(xué)評價方法，來客觀真實評價教學(xué)效果。但似乎在課程進(jìn)展中，大家的表現(xiàn)和課后在思考作業(yè)的表現(xiàn)還是具有個體差別的。為了將結(jié)果型評價向過程性評價延伸，本次探索采用了1）課后總結(jié)報告感悟，讓同學(xué)自評反思，同時評價課堂教學(xué)效果。2）教師結(jié)合課程目標(biāo)的達(dá)成和教學(xué)內(nèi)容的落實，在課后作業(yè)中評價學(xué)生。通過學(xué)生的教學(xué)評價，可以看出本次教學(xué)探索達(dá)到了預(yù)期目的。

四、課程思政

4.1思政點挖掘

當(dāng)前課程思政的內(nèi)容挖掘已經(jīng)成為課程建設(shè)的重要方面，尤其在技術(shù)性課程中較難找到對年輕人較有吸引力的思政點。通過在課前大量閱讀文獻(xiàn)，查閱資料，做到每一堂課都融入思政元素，潤物細(xì)無聲。例如在移動型車輛檢測器中，通過引入我國北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計過程，讓學(xué)生們了解到我國北斗系統(tǒng)如何打了一場漂亮的翻身仗，理解為何北斗系統(tǒng)對我國意義重大;在基于視頻的車輛檢測器中，通過講解華為、?？档纫慌褡迤髽I(yè)如何扛起科技創(chuàng)新的大旗，解決“卡脖子”問題，增強學(xué)生們的民族自豪感。

4.2引入方式挖掘

最后在課程思政內(nèi)容引入方面，從青年的視角，具有青年人喜歡的審美感和及時性，更能引起青年興趣，并不會帶來反感

五、教學(xué)探索總結(jié)

本次關(guān)聯(lián)生活實例和課堂實驗的《交通信息檢測與處理》課程調(diào)動了學(xué)生既有的經(jīng)驗、能力、認(rèn)知，通過教師引導(dǎo)，將生活實例導(dǎo)向課程內(nèi)容和目標(biāo)，讓同學(xué)自我建構(gòu)，而非強制灌輸。尤其對于專業(yè)理論課程，雖然有一定深度和難度，但正是切身體驗，才能激發(fā)學(xué)生思考、查詢、閱讀、批判等一系列更高階的學(xué)習(xí)行為，形成建構(gòu)式學(xué)習(xí)。

關(guān)聯(lián)生活實例和課堂實驗的新工科課程教學(xué)模式充分利用學(xué)生們的求知欲、探索欲，力圖消除傳統(tǒng)工科專業(yè)學(xué)生對編程等新型信息化專業(yè)課程的恐懼和抵制，結(jié)合課題演示實驗和可視化編程技術(shù)，達(dá)成專業(yè)理論學(xué)習(xí)認(rèn)知升級的教學(xué)效果，形成主動學(xué)習(xí)和探索的良好的教學(xué)氛圍，成為傳統(tǒng)工科專業(yè)講授新工科課程的有效探索。

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