信息技術(shù)驅(qū)動下的智能化儀器課程改革

張朋 劉娜 常靜 焦岳超 瞿博陽 范福玲 林漫漫 趙啟鳳

摘要：智能化儀器課程知識點豐富，重點、難點多，實踐、綜合性強，工程應(yīng)用廣泛。在《中國制造2025》綱要中，智能制造有著至關(guān)重要的地位，它是一種基于智能化儀器的自動化控制系統(tǒng)。本文在總結(jié)已取得的教學(xué)成果的基礎(chǔ)上，利用信息技術(shù)，在課程教學(xué)內(nèi)容信息技術(shù)模式，基于多技術(shù)的復(fù)合教學(xué)方法，基于信息技術(shù)的新型教學(xué)實踐管理系統(tǒng)和課程專業(yè)化教師隊伍建設(shè)方面進行全面改革。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生既可掌握智能化儀器的基礎(chǔ)理論，又增強了利用理論知識解決實際問題的能力，促進了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新學(xué)習(xí)意識和習(xí)慣的形成。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；智能化儀器；教學(xué)改革；自主學(xué)習(xí)；創(chuàng)新學(xué)習(xí)

中圖分類號：G642.0；TP13 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）08-0254-03

引言

技術(shù)、教育和社會三者的關(guān)系在2017高等教育版《新媒體聯(lián)盟地平線報告》得到了充分體現(xiàn)[1]，該報告指出，技術(shù)發(fā)展將極大地促進教育和社會的改革進步。國家2015年頒布的《中國制造2025》綱要，明確信息技術(shù)等9項任務(wù)與十大重點領(lǐng)域[2]，這些任務(wù)與重點領(lǐng)域都急需大量精通智能控制、智能化儀表的高技術(shù)人才，這也為測控技術(shù)與儀器類工科專業(yè)的智能化儀表及相關(guān)課程建設(shè)指明了革新的方向[1，3，4，5]。本文對信息技術(shù)驅(qū)動下的工科課程《智能化儀表》的教學(xué)變革進行研究，提出了一整套教學(xué)實踐應(yīng)對方案，取得了較好的效果。

一、智能儀器課程教學(xué)現(xiàn)狀

智能化儀器是工科自動化類、信息類、電氣類等專業(yè)核心類課程，該課程實踐性、綜合性強，講授知識點、重點難點多，學(xué)習(xí)難度大。通過對智能化儀器課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具有智能化儀器和儀表的設(shè)計、分析和應(yīng)用能力，以及獨立科研攻關(guān)的能力。在以往的教學(xué)中，往往只傳授基本概念、基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)方法，工程應(yīng)用重視不夠，從而導(dǎo)致存在以下幾個方面的問題：

1.教學(xué)內(nèi)容與工業(yè)實際緊密度不夠。教學(xué)內(nèi)容偏重理論，不能將工程實際中的典型智能化儀表、典型應(yīng)用案例與課堂教學(xué)緊密結(jié)合起來，難以充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也不能較好地引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.課堂教學(xué)、實踐方法缺乏系統(tǒng)性模式。在人工智能、移動技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)推動下，高等教育領(lǐng)域出現(xiàn)了手機移動接入教學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)在線學(xué)習(xí)、虛擬實驗室、網(wǎng)上慕課、創(chuàng)客等教學(xué)新手段，但針對具體智能化儀器課程教學(xué)和實踐還沒有形成高效的面向這些新技術(shù)的教學(xué)實踐管控體系。

3.以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)學(xué)生掌握有用技術(shù)和形成真實能力的教學(xué)模式還沒形成?，F(xiàn)有智能化儀器課程教學(xué)中，教與學(xué)還不能真正做到以學(xué)生為中心，還存在一定程度的脫節(jié)。

4.課程教學(xué)的專業(yè)化和學(xué)生學(xué)習(xí)的深度化、終身化引領(lǐng)不夠。目前智能化儀器課程教學(xué)，還不能提供足夠豐富的教學(xué)資源，還不能做到課堂學(xué)習(xí)和課下（在線學(xué)習(xí)，移動接入學(xué)習(xí)等）學(xué)習(xí)的充分融合，課程還不能提供足夠充分的學(xué)習(xí)空間和學(xué)習(xí)環(huán)境。課程對使學(xué)生具備未來職場所需的技能，了解課程與真實世界間的聯(lián)系，鼓勵學(xué)生“批判性思考、解決問題、互相協(xié)作、自主學(xué)習(xí)，掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容”，實現(xiàn)深層學(xué)習(xí)的引領(lǐng)不夠[1，3，6，7]。

二、信息技術(shù)驅(qū)動下的智能化儀器課程教學(xué)改革

在總結(jié)智能化儀器課程教學(xué)已取得教學(xué)成果和典型應(yīng)用實例效果的基礎(chǔ)上，結(jié)合信息技術(shù)、人工智能等技術(shù)支持，開展智能化儀器課程教學(xué)改革工作。具體包括，課程教學(xué)內(nèi)容的多形態(tài)化劃分模式改革，基于多技術(shù)支持的復(fù)合教學(xué)方法改革，基于信息技術(shù)的新型教學(xué)實驗管理系統(tǒng)研究，以及課程專業(yè)化授課隊伍建設(shè)改革。

（一）課程教學(xué)內(nèi)容的多形態(tài)化劃分模式

現(xiàn)階段，大部分高校采用一刀切的傳統(tǒng)教學(xué)方法和統(tǒng)一的教材。同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動終端接入技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)提供了多種多樣的教學(xué)解決方案，這將深深影響著高等教學(xué)過程。鑒于此，將智能化儀器課程的內(nèi)容進行了多形態(tài)化劃分，具體劃分為：課堂講授內(nèi)容，在線講授內(nèi)容；基礎(chǔ)理論內(nèi)容，技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容，綜合應(yīng)用技術(shù)內(nèi)容；必講內(nèi)容，選講內(nèi)容，自主學(xué)習(xí)內(nèi)容；專項技術(shù)內(nèi)容，綜合應(yīng)用內(nèi)容等。

（二）基于多技術(shù)支持的復(fù)合教學(xué)方法

傳統(tǒng)的教育模式，老師講、學(xué)生聽，無法充分調(diào)動學(xué)生的積極性，學(xué)生依舊處在被動接受知識的狀態(tài)。由于智能化儀器課程具有工程實踐性強的特點，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)、智能計算技術(shù)等，在課堂教學(xué)和實踐中引入了基于問題導(dǎo)向的教學(xué)方法，基于項目的教學(xué)方法，基于就業(yè)導(dǎo)向的教學(xué)方法，以社會和學(xué)生未來職場需要為引導(dǎo)，教授學(xué)生真正有用的知識，使學(xué)生掌握有用的技能。

（三）基于信息技術(shù)的新型教學(xué)實驗管理系統(tǒng)研究

信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，為智能化儀器課程的教學(xué)和實驗管控提供了新的解決方案[1，2，3]?；谛畔⒓夹g(shù)的重要組成或者應(yīng)用技術(shù)，例如，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能計算技術(shù)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)設(shè)計開發(fā)了智能化儀器的新型教學(xué)實驗管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括智能化儀器在線綜合課程評測系統(tǒng)，智能化儀器視頻公開課系統(tǒng)，智能化儀器創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)實驗室，智能化儀器在線仿真實驗室，智能化儀器遠程錄課授課系統(tǒng)，智能化儀器教學(xué)網(wǎng)絡(luò)論壇，智能化儀器移動教學(xué)系統(tǒng)等，如圖1所示。

（四）課程專業(yè)化授課隊伍改革

在信息技術(shù)推動下，社會和教育環(huán)境不斷變化，教師角色也隨之發(fā)生改變。教育者已經(jīng)遠遠超越了“傳道，授業(yè)，解惑”的職能，而逐漸成為學(xué)習(xí)過程的管理者和推動者[1，2，6]。為此，信息技術(shù)推動下，課程授課教師必須向?qū)I(yè)化方面發(fā)展。

1.面向職場需求的動態(tài)課程組。整個社會和未來職場對人才的要求折射到教師專業(yè)發(fā)展領(lǐng)域，深刻影響教育者的角色：除了能及時發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的突發(fā)事件，教師還必須應(yīng)對人口結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、入學(xué)率變化和來自利益相關(guān)者的壓力，為畢業(yè)生提供全球視野下21世紀(jì)工作環(huán)境所需要的技能[1，7，8，9]。教師在授課過程中，不但要關(guān)注社會和職場的相關(guān)專業(yè)和技能需求，而且要設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生獲得這些技術(shù)和技能。這樣給授課教師提出了很大的挑戰(zhàn)，為了應(yīng)對這種挑戰(zhàn)，我們?yōu)橹悄芑瘍x器課程設(shè)立了面向職場需求的動態(tài)課程組，課程組有3-5人組成，分別為：基礎(chǔ)理論技術(shù)教師，負(fù)責(zé)基礎(chǔ)理論技術(shù)研究和講授，主要由智能化儀器課程專任教師擔(dān)任，講授智能化儀器設(shè)計所需的基本理論、基本技術(shù)和設(shè)計方法；基礎(chǔ)技能實踐教師，負(fù)責(zé)基本實驗實踐項目研究和講授，主要有控制類、電氣類、信息類、儀表類等多個學(xué)科的實踐能力強的教師組成，以引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)多學(xué)科技術(shù)知識進行簡單項目開發(fā)的技能和能力；工程綜合創(chuàng)新實踐教師，負(fù)責(zé)工程綜合創(chuàng)新項目研究和講授，此類型教師主要聘任來自企業(yè)、研究所等一線市場的專家、技術(shù)骨干，最大限度地拉近教學(xué)和市場、職場的距離。

2.教師隊伍的信息素養(yǎng)建設(shè)。21世紀(jì)環(huán)境下，提高數(shù)字素養(yǎng)是對所有人的要求，它不僅指能夠使用數(shù)字化工具，還包括利用特定的數(shù)字化技術(shù)解決具體情境中的問題[1，2，10，11]。為了提高智能化儀器課程組教師的信息技術(shù)素養(yǎng)，采取了如下改革措施：1）設(shè)立了“信息化教學(xué)獎金”，獎勵教師采用信息技術(shù)開展教學(xué)創(chuàng)新，獲獎的教師積極探索各種前沿信息化教學(xué)技術(shù)和方式，如自適應(yīng)學(xué)習(xí)、視頻訪問、數(shù)字檔案、混合式學(xué)習(xí)模式[1，10]等；2）設(shè)立教師信息化進修培訓(xùn)基金，為課程組老師進行信息化應(yīng)用技術(shù)進修和培訓(xùn)提供資金支持。

三、課程改革的特色與創(chuàng)新

本研究提出的信息技術(shù)驅(qū)動下的智能儀器課程教學(xué)改革，較現(xiàn)有的一些課程教學(xué)模式有諸多特色與創(chuàng)新之處，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）多種教學(xué)模式有機融合

多種教學(xué)方式結(jié)合，對于實踐性、綜合性較強的智能化儀器課程需引入基于問題導(dǎo)向的教學(xué)模方法，基于項目的教學(xué)方法，基于就業(yè)導(dǎo)向的教學(xué)方法等，不設(shè)置固定的教學(xué)項目、實踐步驟，教師只規(guī)定合理項目范圍和要求，由學(xué)生主動去查詢資料，自行設(shè)計方案、步驟，再與老師同學(xué)互相探討，完成學(xué)習(xí)過程，以學(xué)生為中心，面向職場和培養(yǎng)有用能力為目標(biāo)，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新學(xué)習(xí)和終生學(xué)習(xí)意識和習(xí)慣的形成。

（二）專業(yè)化課程教師隊伍建設(shè)

設(shè)立專項獎勵和基金，制定培養(yǎng)計劃，加強教師個人能力的培養(yǎng)、提高，鼓勵教師不斷學(xué)習(xí)，并且深入實踐，做項目、做課題，根據(jù)社會實際和職場工作需求，選擇合理項目融入教學(xué)，激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性。聘請企業(yè)工程師作為兼職教師，豐富課程組教師組成，在課程實施過程中，校內(nèi)專任教師與兼職企業(yè)教師一直處于交流與合作中，校內(nèi)專任教師走進企業(yè)得到學(xué)習(xí)鍛煉，企業(yè)工程師的協(xié)助教學(xué)提高了課程教學(xué)的實用性。

（三）有效整合正式學(xué)習(xí)和非正式學(xué)習(xí)

基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)進行基于信息技術(shù)的新型教學(xué)實驗管理系統(tǒng)的研究，從新構(gòu)建了智能化儀器課程的學(xué)習(xí)空間，實現(xiàn)了課堂教學(xué)、在線教學(xué)、在線實驗、網(wǎng)絡(luò)化仿真、校內(nèi)教學(xué)實驗室、企業(yè)教學(xué)實踐基地、大學(xué)生學(xué)科競賽等教學(xué)資源的融合，整合了課堂、學(xué)校正式學(xué)習(xí)和網(wǎng)上在線學(xué)習(xí)，視頻遠程教學(xué)，企業(yè)工程實踐等非正式學(xué)習(xí)模式，大力推動了學(xué)生移動學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)、創(chuàng)新學(xué)習(xí)意識和習(xí)慣的形成。

四、結(jié)論

在信息技術(shù)的推動下，對智能化儀器課程進行了全面的教學(xué)改革，尤其在信息技術(shù)下的教學(xué)內(nèi)容模式，基于多技術(shù)的復(fù)合教學(xué)方法，基于信息技術(shù)的新型教學(xué)實踐管理系統(tǒng)和課程專業(yè)化教師隊伍建設(shè)等方面，取得了顯著的成效。在新的教學(xué)模式下，通過對智能化儀器課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生既可掌握智能化儀器的基礎(chǔ)理論，又增強了基于所掌握理論知識解決實際問題的能力，促進了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新學(xué)習(xí)意識和習(xí)慣的形成。

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