基于“新工科”理念的“現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)改革探究

穆宜敏，王曉榮，孫冬梅，張卿

（南京工業(yè)大學(xué)電氣工程與控制科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 211816）

1 前言

近年來(lái)，隨著科技的高速發(fā)展，測(cè)控技術(shù)與儀器在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在新工科的背景下，為了培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)工業(yè)發(fā)展需求的人才，教育界開(kāi)始關(guān)注如何改革工科教育。“現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)”課程是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，綜合了電子、儀器儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展成果。主要學(xué)習(xí)總線通訊技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用概況、現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)的通信基礎(chǔ)、支持現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)以及控制網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)過(guò)程等。目的是使學(xué)生了解現(xiàn)場(chǎng)總線的基本結(jié)構(gòu)與基本組成，掌握現(xiàn)場(chǎng)總線的基本工作原理、基本分析方法和基本實(shí)驗(yàn)技能。“現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)”是面向本科四年級(jí)的學(xué)生，他們具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)課的知識(shí)和完備的專業(yè)知識(shí)體系。但是，本科四年級(jí)的學(xué)生，除了要學(xué)習(xí)本專業(yè)的知識(shí)外，還要面對(duì)考研升學(xué)、找工作實(shí)習(xí)、出國(guó)留學(xué)等壓力，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情不高、投入的精力和時(shí)間很少，課堂教學(xué)反饋不佳，是專業(yè)核心課程需要解決的特殊問(wèn)題。因此，開(kāi)展“現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)的改革勢(shì)在必行，這將有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和動(dòng)力。通過(guò)教學(xué)改革，將專業(yè)知識(shí)與工程項(xiàng)目實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，建立學(xué)生創(chuàng)新思維的意識(shí)，同時(shí)加強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐技能，全面提高在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和解決復(fù)雜工程問(wèn)題上的能力。

2 “新工科”理念的概述

“新工科”理念起源于美國(guó)，旨在將傳統(tǒng)的工科教育與現(xiàn)代科技、信息技術(shù)、創(chuàng)新思維等領(lǐng)域進(jìn)行跨學(xué)科融合，培養(yǎng)具備工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作精神的工程師，這一理念倡導(dǎo)將工程學(xué)科與計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、材料科學(xué)等學(xué)科相結(jié)合，通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題的能力?！靶鹿た啤崩砟畹暮诵囊匕鐚W(xué)科融合、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、實(shí)踐教學(xué)和創(chuàng)新思維?？鐚W(xué)科融合是指將不同學(xué)科的知識(shí)和研究方法進(jìn)行整合，培養(yǎng)學(xué)生具備多學(xué)科交叉融合的專業(yè)知識(shí)和分析復(fù)雜綜合問(wèn)題的能力。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式通過(guò)與企業(yè)合作，讓學(xué)生實(shí)際參與到工程項(xiàng)目中，在實(shí)踐中學(xué)會(huì)應(yīng)用理論知識(shí)。實(shí)踐教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和全局分析的科學(xué)素養(yǎng)，通過(guò)理論學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐項(xiàng)目結(jié)合的形式提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。創(chuàng)新思維則強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，鼓勵(lì)學(xué)生勇于嘗試和創(chuàng)造。

“新工科”理念的實(shí)施已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛關(guān)注和推廣，許多高校和教育機(jī)構(gòu)紛紛進(jìn)行教學(xué)改革，引入“新工科”理念，在實(shí)施過(guò)程中，一些高校開(kāi)設(shè)了與“新工科”相關(guān)的選修課程，提供更深入的專業(yè)知識(shí)和技能培訓(xùn)，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)的評(píng)估和反饋機(jī)制，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，一些高校還與工業(yè)界合作，開(kāi)設(shè)實(shí)習(xí)項(xiàng)目，讓學(xué)生在真實(shí)的工程環(huán)境中得到實(shí)踐鍛煉。

3 “現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)改革的必要性

3.1 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以教師講授書(shū)本上的理論知識(shí)為中心，學(xué)生則被動(dòng)地接受知識(shí)，缺乏運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題和獨(dú)立思考的環(huán)節(jié)，而通過(guò)教學(xué)改革，可以采用工程項(xiàng)目案例分析、小組討論、產(chǎn)教融合等多種教學(xué)方法，讓學(xué)生參與到教學(xué)進(jìn)程中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題的能力，學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作和實(shí)踐應(yīng)用，能夠更好地理解和掌握現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)。

3.2 培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維

現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是實(shí)際工程中的重要技術(shù)，學(xué)生在課堂上只靠理論知識(shí)是難以真正理解和應(yīng)用的。通過(guò)教學(xué)改革，可以增加實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生親自動(dòng)手制作雙絞線、利用ModBus總線協(xié)議和CAN總線協(xié)議解決嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)量與數(shù)據(jù)傳輸相互沖突等問(wèn)題，了解其實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)開(kāi)展如開(kāi)發(fā)部數(shù)據(jù)與云端數(shù)據(jù)互傳等創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)提出全新或改進(jìn)的解決方案，建立學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

3.3 提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力

現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已經(jīng)廣泛存在于各個(gè)行業(yè)，特別是工業(yè)制造領(lǐng)域，掌握這一技術(shù)，對(duì)于學(xué)生未來(lái)的就業(yè)起到了重要的推動(dòng)作用，通過(guò)教學(xué)改革，學(xué)生能夠全面了解現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的原理和應(yīng)用，具備相關(guān)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技能，這將有助于學(xué)生在就業(yè)市場(chǎng)中脫穎而出，提高就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

4 基于“新工科”理念的“現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)改革策略

4.1 課程目標(biāo)和教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定

在進(jìn)行課程目標(biāo)和教學(xué)目標(biāo)設(shè)定時(shí)，應(yīng)了解當(dāng)前工程領(lǐng)域?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才的需求，分析行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，從而明確課程目標(biāo)，可以參考行業(yè)報(bào)告、專業(yè)協(xié)會(huì)的研究和企業(yè)的需求反饋，確保課程目標(biāo)與行業(yè)需求緊密契合，充分考慮學(xué)生的知識(shí)背景和學(xué)習(xí)能力，設(shè)定適合他們掌握的課程目標(biāo)，可以通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查、個(gè)別面談等方式獲取學(xué)生的信息，確定目標(biāo)的難易程度和深度，以便更好地引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)。將現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，設(shè)定能夠培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和解決實(shí)際問(wèn)題的課程目標(biāo)，可以引入實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目案例等實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生活中，提高學(xué)習(xí)的實(shí)效性。將課程目標(biāo)分解為具體的教學(xué)目標(biāo)，明確學(xué)生應(yīng)該掌握的知識(shí)、技能和能力?？梢愿鶕?jù)課程大綱和教學(xué)內(nèi)容，將課程目標(biāo)細(xì)化為每個(gè)教學(xué)單元的具體目標(biāo)，以便更好地組織教學(xué)。根據(jù)教學(xué)大綱和課程目標(biāo)，不斷優(yōu)化教學(xué)策略和教學(xué)方法。采用工程項(xiàng)目案例分析、多小組討論、企業(yè)導(dǎo)師交流分享真實(shí)項(xiàng)目等多種教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性，增強(qiáng)教學(xué)效果。不斷調(diào)整優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)，建立相應(yīng)的評(píng)估體系，通過(guò)課下與學(xué)生溝通交流，及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展，給予及時(shí)的反饋。可以采用考試、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方式對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)估，幫助學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正問(wèn)題，提高學(xué)習(xí)效率。在設(shè)定課程目標(biāo)和教學(xué)目標(biāo)的過(guò)程中，教師起著重要的角色和責(zé)任。教師應(yīng)該具備行業(yè)前沿和工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，不斷更新自己的知識(shí)、教學(xué)方法和授課技巧，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展。同時(shí)，教師還需要隨時(shí)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和就業(yè)需求，根據(jù)學(xué)生不同的學(xué)習(xí)興趣及潛力，制定差異性的個(gè)性化教學(xué)計(jì)劃。

4.2 教學(xué)方法和教學(xué)資源的優(yōu)化

可以通過(guò)將現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與實(shí)際的工程項(xiàng)目相結(jié)合，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，可以組織學(xué)生參與到真實(shí)的工程項(xiàng)目中，讓他們利用自己所學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課的理論知識(shí)，親身體驗(yàn)實(shí)踐操作和解決問(wèn)題的全過(guò)程，提高學(xué)習(xí)的實(shí)效性和應(yīng)用能力。要鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行小組討論學(xué)習(xí)，通過(guò)分配調(diào)研任務(wù)，組員間小組交流，小組組會(huì)匯報(bào)以及撰寫學(xué)習(xí)報(bào)告等方法，建立學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作理念，培養(yǎng)學(xué)生高效溝通交流的能力?？梢岳枚嗝襟w技術(shù)，如PPT、視頻等輔助教學(xué)，可以通過(guò)多媒體展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程、案例分析、行業(yè)應(yīng)用等，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的最新發(fā)展，及時(shí)更新教材內(nèi)容，確保教材與行業(yè)需求保持一致，可以邀請(qǐng)業(yè)界專家參與教材編寫，融入最新的技術(shù)和應(yīng)用案例，提高教材的實(shí)用性和權(quán)威性。可以加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，提供先進(jìn)的設(shè)備和環(huán)境，讓學(xué)生能夠親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。同時(shí)，可以帶領(lǐng)學(xué)生到企業(yè)工廠實(shí)習(xí)，讓學(xué)生了解目前最前沿的生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)和方法，并將理論知識(shí)與最新的生產(chǎn)成果相結(jié)合，在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中加深對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，并將書(shū)本知識(shí)反饋到實(shí)際生產(chǎn)中，提高實(shí)踐能力和應(yīng)用能力。建設(shè)和利用信息化教學(xué)資源庫(kù)，如網(wǎng)絡(luò)課程、在線學(xué)習(xí)平臺(tái)等，可以提供在線課程資料、教學(xué)視頻、輔助學(xué)習(xí)材料等，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)和深入了解相關(guān)內(nèi)容，教師也可以通過(guò)在線平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)布置、學(xué)習(xí)指導(dǎo)等，提供更加個(gè)性化的教學(xué)服務(wù)。

4.3 評(píng)價(jià)體系的完善

評(píng)價(jià)體系是幫助教師全面掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況的有效手段，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)他們?cè)趯W(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問(wèn)題和不足。此外，教師可以調(diào)整教學(xué)方內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)的效果以及學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。評(píng)價(jià)體系作為學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的反饋，使學(xué)生學(xué)習(xí)更具有方向性，可以不斷促使學(xué)生查缺補(bǔ)漏，調(diào)整學(xué)習(xí)方法。學(xué)生通過(guò)評(píng)價(jià)了解自己的學(xué)習(xí)情況，知道自己在哪些方面需要努力改進(jìn)，從而更加主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)。提高學(xué)生的參與度可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)引入互動(dòng)式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂以及項(xiàng)目調(diào)研式學(xué)習(xí)等方法，讓學(xué)生更加主動(dòng)地參與到課堂活動(dòng)中，積極思考問(wèn)題，提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性。學(xué)生參與度的提高可以增強(qiáng)他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。當(dāng)學(xué)生積極參與課堂活動(dòng)并取得好的成績(jī)時(shí)，會(huì)有一種成就感，形成一種良性循環(huán)的正反饋學(xué)習(xí)機(jī)制，建立起對(duì)學(xué)習(xí)知識(shí)和解決問(wèn)題的信心和熱情。可采用多種評(píng)價(jià)方式，包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成水平、項(xiàng)目實(shí)踐效果等，不僅注重學(xué)生的知識(shí)掌握程度，還要關(guān)注他們的實(shí)際操作能力、創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)合作能力等方面，綜合評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)的掌握情況。教師應(yīng)及時(shí)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況做出評(píng)價(jià)反饋，并根據(jù)學(xué)生情況進(jìn)行個(gè)性化的指導(dǎo)，并提供相應(yīng)的改進(jìn)建議，以便讓學(xué)生更好地調(diào)整學(xué)習(xí)策略，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)價(jià)和同學(xué)互評(píng)，讓他們參與到評(píng)價(jià)過(guò)程中，反思自己的問(wèn)題，并對(duì)其他同學(xué)出現(xiàn)的問(wèn)題提出建議，提高評(píng)價(jià)的客觀性和準(zhǔn)確性。可采用互動(dòng)式的教學(xué)方法，例如，案例調(diào)研、文獻(xiàn)閱讀、小組交流、工程實(shí)例分析等，讓學(xué)生積極地參與課堂活動(dòng)。此外，還可以通過(guò)學(xué)習(xí)互助，讓學(xué)生可以更好地理解和應(yīng)用“現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)”的知識(shí)。還可以引入項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在企業(yè)中參與實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施，與企業(yè)工程師溝通交流，在實(shí)踐中深化理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，并對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程作為自我評(píng)價(jià)和總結(jié)。除此之外，授課老師應(yīng)創(chuàng)設(shè)積極、互動(dòng)和鼓勵(lì)合作的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生感到愉悅和自信，鼓勵(lì)學(xué)生提問(wèn)、思考和表達(dá)，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力和參與意愿。

5 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)大學(xué)四年級(jí)學(xué)生非學(xué)習(xí)因素（如考研升學(xué)、找工作實(shí)習(xí)、出國(guó)留學(xué)等）對(duì)課程教學(xué)的負(fù)面影響，本文對(duì)“現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)改革進(jìn)行了探索。以課程目標(biāo)和教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定、教學(xué)方法和教學(xué)資源的優(yōu)化以及評(píng)價(jià)體系的完善等方面為切入點(diǎn)，充分考慮學(xué)生的知識(shí)背景和學(xué)習(xí)能力，設(shè)定適合他們掌握的課程目標(biāo)。利用多媒體技術(shù)，如PPT、視頻等輔助教學(xué)，借助多媒體展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程、案例分析、行業(yè)應(yīng)用等，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。采用多種評(píng)價(jià)方式，包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成水平、項(xiàng)目實(shí)踐效果等，注重學(xué)生的知識(shí)掌握程度，并根據(jù)學(xué)生情況進(jìn)行個(gè)性化的指導(dǎo)。通過(guò)基于“新工科”理念的教學(xué)探索，不斷優(yōu)化教學(xué)效果，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)適應(yīng)未來(lái)工業(yè)發(fā)展需求的人才和優(yōu)秀的工程師，為工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。