广东工业大学华立学院 广东广州 511325

1 课题背景及研究内容

在“中国制造2025”背景下，飞速发展的产业革命正推动甚至迫使大学启动新一轮人才培养变革。2017年，教育部提出新工科改革计划，推动产业升级换代的人才供给方—大学进行改革。2018年6月，教育部新时代全国高等学校本科教育工作会议提出了新时代高等教育改革发展“四个回归”的基本遵循、“以本为本”的时代命题[1]。2019年2月，新工科建设与发展高峰论坛暨综合性高校新工科研究与实践项目进展交流会相关负责人透露，2019年是新工科改革的深化之年。据悉，教育部还将推出不同类型高校新工科建设的示范工程，推动创新型国家建设的人才供给侧改革。

松山湖机器人产业基地发起人李泽湘表示：“大学培养出了能很好回答教师问题的人，但培养不出发现问题、定义问题，并且能推进问题研究的人，而这是工科人才最主要的能力。如果不会发现问题、定义问题，何谈创新能力？”有不少学者提出，新工科改革必须有符合实际情况的“中国方案”。其核心在于，大学通过变革提供更宽松的环节，发挥学生的主体作用。也就是说，大学本科教育不应该局限在教上，更应该体现在学上，是教与学的统一。传统的以教师和学校为中心的教学模式，无法满足新工科人才培养的需求，新工科的未来走向，必须真正以学生为中心。

新思维模式下的工程教育，以学生为中心：学生可能不需要其他人教，只需要一些指导，教师的责任是帮助学生创造知识，让学生做自己想做的事，由此形成学生主动学习的氛围。由此，学习力的培养至关重要。本项目以控制类课程教学为例，倡导以学生为主体，锻炼学习力为目标，重组了控制类课程群，构建了线上线下融合的立体教学环境，满足学生自定节奏和主动学习的需求。以微机原理与接口技术课程教学为例，探讨了一种教学改革方案，注重课堂教学的设计。

2 控制类课程群重组

本项目在现有教学资源的基础上，以当前产业升级对控制类人才需求为切入点，整合、重组控制类课程体系，形成适合我院应用型新工科人才培养定位的递进式控制类课程群。项目的关注点在于：通过控制类专业基本知识学习和基本技能训练，锻炼学生学习力，以形成终身成长的教育理念。改革的重点在于：深刻理解计算机控制本质，而不局限于某项控制技术或某个知识点本身。考虑到学院应用型工科人才培养的特点，基于现有的人才培养方案，提出了控制类课程群的重组方案(如图1所示)。该方案具有分阶段、递进式、可持续等特点，图1中并未显示课程实验。

图1 控制类课程群重组方案

方案中，将控制类课程群设置为4个阶段。

第一阶段是专业基础，包含了电路、模拟电子技术、数字电子技术等电类基础课程。该阶段是后续控制类课程学习必须具备的硬件基础。

图2 线上线下融合的立体学习环境

第二阶段是控制基础，包括微机原理与接口技术、自动控制理论、C语言程序设计等课程。该阶段的学习目的是，领会控制是计算机技术的软硬结合，硬件是基础、软件是核心的内涵，为后续控制进阶课程的学习奠定软硬件基础。

第三阶段为控制进阶，主要包括检测与传感器技术、单片机技术、PLC技术等。其中，传感器技术是控制得以实现的前提，单片机是一种较为流行的计算机主机模式，单片机技术难度适中，易展开教学内涵的深化和教学外延的扩展，选择其作为控制类课程的实践训练较为恰当。到此阶段，基本完成了对控制类课程群的基础教学。

第四阶段是控制高阶，主要包括嵌入式系统、智能控制、现场总线技术及其他。这部分内容是为学有余力、期望在控制领域有更深入学习的学生设置。

3 线上线下融合的立体学习环境搭建

近年来，各大高校积极开展线上线下混合式教学模式改革[2-4]，各类网络学习资源、学习平台如雨后春笋般涌现。2018年本科教育的十大事件之一就是推进信息技术与教育教学深度融合：分两批认定公布1 291门国家精品在线开放课程；慕课上线数量快速增长至8 000余门(2018年年增长量为4 800余门)；认定首批105项国家虚拟仿真实验教学项目，发布全球首个虚拟仿真实验教学项目集中展示平台，实现“网上做实验、虚拟做真实验”。由此可见，线上线下融合是教学改革的大势所趋。

本项目构建以学生为主体的立体学习环境，实现线上线下融合、课堂内外结合，充分利用各类教学教育资源，从学生个体出发，倡导“自课”教育理念，强调学习力的锻炼，加强师生互动[5,6]。如图2所示，在整个教学环境运行中，围绕学生这个中心，开展课堂教学、实践环节，筛选、提供优质网络课程资源，搭建新媒体学习平台等，教师则支撑整个学习环境的良好运行。立体学习环境的构建对教师的职业素养和教学能力提出了更高的要求，根据学生需要进行指导和监督学习过程[7]。

立体学习环境中各组成部分在教学中各有所长。

(1)课堂教学具有基础性、规模化和有限度的特点，其最主要的教学目的包括以下几点。

首先，在有限的时间内掌握各门课程的基础知识。纯粹的理论学习枯燥、抽象，形式单调，难以提高学习主动性。为此考虑在控制类课程的教学中引入计算机仿真技术，在不需增加硬件成本基础上，突出主要因素，选择合适的计算机仿真软件，开展项目式教学。学生经由上机实践反复验证，在验证过程中发现问题、定义问题、解决问题。如在微机原理与接口技术、单片机技术课程教学中引入Proteus仿真，用于学习I/O接口电路的设计、控制程序的设计；又在微如在自动控制理论、计算机控制技术课程教学中引入MatLab仿真，用于理解控制系统性能指标的分析、频率特性、控制算法的仿真分析等。

其次，梳理课程的知识体系框架。在课程教学中除了使用传统的教学手段外，还可利用思维导图这一工具构建课程知识体系框架，类似于树叶的脉络，从中心出发，向四周辐射，以发散的方式打开思路，利用关键词、关键图像对课程知识点及其相互关系进行组织和优化排序，帮助教师把握课程全局，对课程目的、内容有更清晰的认识。

(2)实践环节主要包括课程实验、课程设计、学科竞赛和导师制。控制类课程实践性强，课程实验和课程设计是必备的环节，以满足实践能力的基本训练。而学科竞赛的主要作用在于以竞争、成就感驱动学生主动学习，形成发现问题、主动学习、解决问题的良性循环，是学习力、综合应用能力锻炼的有效手段。开展导师制改革，让尽量多的学生参与到学科竞赛和科技活动中，例如大学生创新创业项目、科技创新培育项目、大学生课外科技活动等，培养学生定义问题、发现问题、解决问题的创新意识和工程意识。

(3)网络课程是课堂教学的有效补充，其优势在于：首先，共享资源丰富，且易获取。其次，优质的共享资源，很大程度上缓解了各高校教育资源不平衡的问题，为广大师生提供了可期待的上升空间和可行的实现途径。再次，不受时间限制、地域限制，充分体现了教学的灵活性。最后，较好地包容了学生个体的差异性，学生可根据自身的需要安排学习进度、学习次数，选择相应难度的学习资源等。

(4)新媒体技术的好处在于：首先，学生通过碎片化学习，更加充分地利用时间；其次，寻找更大的学习共同体，不受时间、地域限制，抱团学习，互相监督、共同进步，以分享促进输入，从被动变主动。最后，加强师生互动，及时了解学生对知识点的掌握情况，并对问题及时回应。

4 教学方案

别敦荣教授认为“一本书的大学”是培养不出杰出人物的。而在多数的大学，“一节课的大学”“一张试卷的大学”比比皆是。教师只在上课的时间与学生照面，课后没有任何交流，学生只是为了考试学习[8,9]。以微机原理与接口技术课程为例(以下简称“微机”)，设计课堂教学方案，发挥学生主体作用，加强师生互动，提升教学效果。微机教学方案的主要内容包括以下几个方面。

(1)开展线上线下混合式教学，学时比例的设置为线下/线上=1/2。以学习力锻炼为目标，倡导“自课”教育理念，满足学生自定节奏的教育。选择优质网络课程作为“自课”教学资源，满足主动学习的需求，体现教学的个性化。建立QQ群，进行课后答疑和作业辅导，加强师生互动。

(2)从应用型工科人才培养定位出发，微机课程教学总体上采用“四步走”教学：第一步，先案例再理论，由实践引导理论，用具象化的方式阐明知识点的应用；第二步，经由实操训练加深对理论的理解；第三步，前两步循环反复多次；第四步，综合应用，设置一个较综合的选题，包含理论分析、软件仿真和实物设计等。

(3)尽量采用案例式教学以实践引导理论，对课程内容进行分割、重组、补充，基于学习力培养的教育理念，按循序渐进的原则构建学习线索，在教学过程中注重知识的授予，也注重知识的屏蔽，图3为一个学习线索构建的案例。本项目对此方案进行了试点，取得了较好的教学效果。

图3 学习线索的构建案例

5 结语

教学改革项目的关注点在以下3个方面：一是，基于现有的教学资源，依据人才培养模式的特点，重组了控制类课程群；二是，构建了以学生为主体的线上线下融合的立体学习环境，倡导“自课”理念，强调学习力的培养；三是，以微机原理与接口技术课程为例，探讨了教学改革方案。