新工科背景下物聯網專業(yè)電子技術課程教學創(chuàng)新改革實踐

鄒津婷 張啟美 李秋月 劉治齊

（長春大學旅游學院，吉林 長春 130000）

1 引言

新工科的產生和發(fā)展，源于新興產業(yè)、新興技術對創(chuàng)新性、具有國際競爭力的復合型人才的迫切需求。新工科主要指針對新興產業(yè)的專業(yè)，以互聯網和工業(yè)智能為核心，包括大數據、云計算、物聯網工程、人工智能等相關工科專業(yè)。物聯網產業(yè)隨著5G技術商用進程的逐步深入，物聯網產業(yè)將迎來爆發(fā)式增長。在高校育人過程中，專業(yè)需要培養(yǎng)能夠系統地掌握物聯網的相關理論、方法和技能，具備傳感技術、網絡通信技術、應用開發(fā)技術等信息領域寬廣的專業(yè)知識的高級工程技術人才。如何打破傳統教學中重理論輕技能、教與學相脫節(jié)、德育與智育融合深度不夠等問題，為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供一個強有力的學科環(huán)境尤為重要[1]。

2 新工科背景下物聯網工程專業(yè)課程教學創(chuàng)新改革思路

物聯網工程專業(yè)是一項具有多個獨立的學科相互融合形成的新工科，新工科的建設需要保留自身的獨特性，要完全區(qū)分于傳統的工科專業(yè)。教學創(chuàng)新改革的主要目的是提高物聯網專業(yè)人才的專業(yè)實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和強化工程思維[2]。

圖1 物聯網工程專業(yè)教學創(chuàng)新改革研究思路

3 物聯網工程專業(yè)課程教學改革中的教育基礎理論

3.1 基于OBE教育理念的教學模式

成果導向教育是指基于學習產出的教育模式，重點突出“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”的工程教育理念。OBE教學理念既重視基礎和專業(yè)能力培養(yǎng)，又重視與科學前沿、工程實際和社會應用實踐的密切關系，旨在使課程規(guī)劃與教學符合產業(yè)需求，形成學習產出驅動整個教學活動和學生學習產出評價的結構與系統，以解決教學問題[3]。

3.2 基于混合式教學理念的教學模式

混合式教學是指在教學中使用兩種以上的教學模式進行教學，通常是指線上課程和線下教學混合使用。在新工科建設背景下的物聯網專業(yè)教學實施中，各專業(yè)課程均可采用課內課外、線上線下混合教學模式，其優(yōu)勢在于打破空間、時間、知識界限。

3.3 CDIO教學理念的實踐教學模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表產品生產過程中的構思、設計、實現和運作過程。在課程的實踐教學改革中，以產品研發(fā)到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習物聯網電子設計相關工程。

4 物聯網工程專業(yè)電子技術課程教學改革實踐實施

4.1 教學內容與數字化資源建設

課程教學內容根據物聯網工程專業(yè)需求進行分層設計，對電子技術基礎、數字電子技術和電工電子技術等課程的內容進行整合，構建了基礎、進階、挑戰(zhàn)三個層次多類別的課程體系[4]。在多元教學模式中突出在線學習特點及學習規(guī)律，打破課程章節(jié)限制，以“項目任務+工程實例”“思維導圖”等形式進行脈絡重構，保障了線上線下學習的無縫對接，既實現了“知識碎片化組織”，又實現“知識網絡化鏈接”，從而形成了完整的電子工程應用知識體系。數字化資源庫的建設，依托網絡教學平臺，從前導學習資源、線下課程資源、技能提升資源、工程實例資源等模塊展開建設，以注重培養(yǎng)學生職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)能力為目標，使學生的學習“破空間、破時間”限制。

4.2 教學過程設計

圖2 電子技術課程混合式教學過程設計

課程以多元化教學模式設計為主線，深入推進智慧教學進課堂，運用現代技術把散碎的校園學習環(huán)境“無縫”銜接起來，結合OBE教學理念、混合式教學模式和CDIO工程實踐教學方法，設計智慧學習空間，構建了一個知識分享型課堂。教學過程中，先導部分學生接收任務，經過線上自學，獲得基礎知識和預備任務；在線下教學階段，采用以電子設計競賽為主線的“知識資源、項目應用、自主實踐、創(chuàng)新思維”四層教學資源體系，結合多元化考核評價體系完成以學生為主體的教學過程設計。

4.3 課程思政融合建設

在課程思政的建設中，結合每個章節(jié)重要知識點，深度挖掘思政元素，把社會主義核心價值觀的要求，把實現民族復興的理想和責任融入到課程教學之中，實現“價值引領、知識傳授、能力培養(yǎng)”同頻共振，達成“三位一體”教學目標，培養(yǎng)學生的科學、嚴謹、誠信、互助、友愛、奉獻、協作等大國工匠精神，全方面增強學生的社會責任意識，潛移默化中引導學生樹立為社會進步及發(fā)展、為實現民族強大的夢想而不懈奮斗的遠大理想[5]。

4.4 教學模式改革

線上線下混合式教學模式中，線上采用學校自主建設的電子技術課程資源，包括有前導學習資源、線下課程資源、技能提升資源、工程實例資源四個大模塊，每個模塊分別包括：課前知識導引、課程視頻、多媒體課件、實踐資源、項目作業(yè)、思維導圖、課后測試、章節(jié)測試、重點難點解析、知識拓展、主題討論區(qū)等內容，將學生的工程能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)貫穿于每個模塊中；線下課程教學模式以OBE教育理念指導下，以課程學習產出的項目任務驅動整個教學活動和學生學習活動，最終通過混合式教學模式解決課堂教學問題。

4.5 以CDIO工程教育理念為指引的實驗教學體系改革

課程實踐教學體系改革中，通過綜合性實驗項目的設計，達成知識、能力、素質和思政等教學目標，使學生具備逆向的工程設計思維、嚴謹的科學思維，以及新工科復合型人才所要求的分析問題能力、問題推理與建模能力、實驗的設計和操作能力、口頭表達和寫作能力及團隊合作管理五種能力。

圖3 結合CDIO工程教育理念的電子技術課程實踐教學設計

由淺入深、由點到面構建了三個層次的綜合性實驗項目，在基礎任務中結合教學內容進行任務下達，學生通過教學資源及線下課程學習，獨立完成基礎學科知識的驗證和學習，在實操中探尋知識，并使工程推理能力得到提升；進階任務為基礎任務的能力拓展訓練，通過增加任務難度，循序漸進使學生在實踐中獲得核心工程知識，從而獲得解決實際工程問題的能力；挑戰(zhàn)任務為項目的工程應用實例，任務以課后團隊完成為主，增加工程設計的多項應用要求，最終作品以市場應用為最終目的，學生的創(chuàng)新實踐思維和職業(yè)技能再次提升。整體三個任務均以系統CDIO工程項目的構思—設計—實現—運作過程為背景，引導學生“做中學、學中做”，養(yǎng)成嚴謹的工程思維及創(chuàng)新的實踐能力。實驗教學中，充分利用Multisim虛擬仿真平臺，將理論—仿真—實踐教學三位一體，有效結合，引導學生由被動學習轉向主動學習，并突出實踐應用，從而有效促進教學目標的達成。

4.6 教學評價改革

在電子技術的“金課”教學創(chuàng)新改革中，改變傳統的“期末試卷+平時成績”的評價體制，增大了學習過程考核比例，結合創(chuàng)新項目任務，建立動態(tài)評價機制，提升教學效果。充分利用線上平臺的智慧工具，把學生學習過程的各項考核作為考核核心，將課堂表現、隨堂測試、互動答疑等環(huán)節(jié)納入考核指標，學生由“被動學習”向“主動探索”轉變，學生綜合素質和綜合能力得到提升，課程的高階性、挑戰(zhàn)度得到增強。

4.7 課程教學改革實踐的創(chuàng)新之處

（1）構建三個層次多類別的電子技術課程體系

根據物聯網工程專業(yè)對應的不同職業(yè)崗位需求，對電子技術、數字電子技術和電工電子技術等課程的內容進行了整合，構建了三個層次多類別的課程體系。緊密結合工程實際和學科前沿，對知識點逐層分解，以問題探究+項目驅動式為主進行教學，使學生多維度獲得成長[6]。

（2）“課程思政”元素融合

課程有機融入中國電子電路發(fā)展歷程及矚目成就、國家戰(zhàn)略規(guī)劃中的電子芯片發(fā)展背后的故事、核心知識點蘊含的偉大思想、結合實際解決問題的專業(yè)思維等，課題組教師共同打磨思政元素，形成課程思政案例集。

（3）以學生競賽促進創(chuàng)新能力培養(yǎng)

課程組組織學生參加全國大學生電子設計大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽和中國“互聯網+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等學科競賽項目，以此為平臺，全面提升學生的創(chuàng)新實踐能力，全方位鍛煉學生的邏輯思維能力，利于應用型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[7]。

5 結語

我校物聯網工程專業(yè)開設于2018年，經過電子技術課程教學創(chuàng)新改革的實踐與探索，課程的教學內容更加符合新工科人才能力需求，實踐教學效果顯著提升，學生參加學科競賽及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目成果明顯，學生的工程實踐能力得到一定強化。通過實踐驗證，多元化的教學創(chuàng)新改革模式適合新工科背景下的物聯網工程專業(yè)課程建設，可以更好實現培養(yǎng)專業(yè)實踐能力強、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質高和工程思維嚴謹的高素質新工科人才的目標。