赵 亮

（宝鸡文理学院 电子电气工程学院，陕西 宝鸡 721016）

0 引 言

随着互联网的普及与发展，当今世界已经进入万物互联的时代，物联网孕育而生。物联网技术在带动数字经济发展的同时，推动了全球产业布局和商业模式的变革[1-2]。在物联网技术飞速发展的时代背景之下，如何把握新科技、新经济发展的脉搏，推动我国新工科专业的建设，是我国目前教育改革的重要任务，也是教育部提出“新工科”建设的出发点[3-4]。纵观我国社会发展的不同时期，始终坚持“教育为重、教育优先”的教育发展方针。在专业课教学中如何将理论知识和新科技、新技术紧密结合，培养学生的工程意识、实践创新精神、理论联系实际的能力成为当前新工科专业课教学过程中需要探索的课题。传感器是构建优良物联网系统的基础，而传感器技术是与物联网技术紧密相关的一门新工科专业课程。面对“物联网+”时代的变革，高校新工课专业课程的教学也应顺应时代潮流，以学生发展为中心，以培养学生创新能力驱动课程改革，以学生实际获得感为目标，探索“物联网+”背景下高校新工科专业课教学方法，特别是实现传感器技术课程教学的内涵式发展。

1 “物联网+”背景下高校新工科专业课教学内涵建设

目前，我国正从工业大国向工业强国迈进，工业领域正在进行不同层面的转型、升级。物联网技术和工业领域相结合形成的工业物联网为正在进行的工业变革提供了创新源动力。工业物联网是传感器技术、信息技术、计算机技术等多学科技术的交叉、融合，通过多源信息获取和融合，借助大数据云计算对感知信息进行动态分析和智能处理，以达到对工业领域各要素的全面感知和智慧处理，进而实现无线自动化和控制。

在“物联网+”时代，智能电网、智能交通、人工智能、智能控制等应用领域都是新工科涉及的专业方向，作为地方应用型高校，应该紧跟时代发展脉搏，注重培养服务地方经济和社会发展的复合型创新人才，而在教学实践中改进教学方法是培养学生知行合一、提高学生运用理论知识解决实际问题能力的一条有效途径。作为工科专业的学生，应该具备较强的动手实践能力、良好的团队沟通和协作能力、运用理论知识解决实际工程问题的能力，这也是《中国制造2025》对工科人才培养提出的明确要求[5]。

传感器技术是新工科专业与物联网技术紧密相关的一门理论和工程应用相结合的本科高年级专业课程，学生通过学习典型传感元件的基本工作原理、测量电路以及工程应用，具备根据工程应用需要选择合适传感器类型的能力，能够正确使用传感器满足实际工程开发需求[6-7]。教师在课程讲授过程中，应该根据目前“物联网+”发展的现实背景，通过开展深入的学情分析，合理设置专业课程教学大纲，优化教学内容，让学生在掌握专业理论知识的同时，更重要的是理解如何运用所学的专业知识解决实际的工程问题。

2 “物联网+”背景下高校新工科专业课教学设计

教学设计是面向教学对象、解决教学问题的一种特殊设计活动，需要分析教学中潜在的问题和需求，设计解决方法，并对方法的实施进行有效评价，进而在教学实践中加以改进，最终形成一套行之有效的教学理念和方法。简言之，教学设计是系统的教学认知过程。按照史密斯和雷根的“教学系统设计理论”，整个教学过程应该包括四个部分：知识导入阶段、教学主体部分、教学结论部分以及教学评价阶段[8]。

在实际的教学过程中，根据所授课程和授课对象的不同，教师可以采用不同的教学设计，总的来说有三种教学设计模式：教师主导以“教”为主的教学设计模式、学生为中心以“学”为主的教学设计模式以及“主导-主体”的教学设计模式[9-10]。这三种教学设计模式各有特色，在教育发展的早期阶段，教师主要采用以“教”为主的教学设计模式，通过教师的教带动学生的学，在整个教学活动过程中，教师处于主导地位，学生为知识的被动接受者。这种模式有利于教师掌控整个教学过程，但需要解决诸如学生如何学、能够学到什么程度、如何评价教学效果等问题，否则学生的实际知识获得很难保证。随着基于学习产出教育（OBE）理念的引入，以学生“学”为主的教学设计模式得到推广，该教学设计模式以学生的学为“主”，教师的教为“辅”，充分发挥学生的学习能动性，变学生被动的接受知识为主动的探究知识。该模式需要教师合理地设置教学情境，提出问题，引导学生在探寻问题答案的过程中获取知识。在探究学习的过程中，学生除了要自主学习之外，还需要相互协作，共同达到学习目标。教师在整个教学过程中除了做好引导之外，还需要帮助学生通过实践检验理论的正确性，同时辅助学生进行学习总结，反思问题，提升学生运用知识解决实际问题的能力。在前两种教学设计模式的基础上，出现了“主导-主体”的融合教学设计模式，该模式可以根据课程特点、教学内容以及教学对象（即学生）对知识认知程度灵活选择“探究式”或“传递-接受式”的教学方法，即“探究式”和“传递-接受式”可以单独使用，也可以融合使用。

综合以上三种教学设计模式，结合“物联网+”背景下的新工科专业特点，传感器技术课程在教学中，践行OBE理念，引导学生开展探究式学习的同时注重培养学生的动手实践能力；在充分发挥学生学习主动性的同时，教师做好知识传授和引导。具体来讲，在授课前进行学生学习需求分析，该过程可以通过学生座谈或在线问卷调查的形式进行；在明确学生的需求之后，需要对学生的学情和特征展开分析，合理安排教学内容，确定教学目标，制定教学策略。考虑到传感器技术课程的特点，在实际授课中采用“案例”引领的“项目式教学法”，将课程涉及的专业知识融入到具体的案例中，案例设计由浅及深，通过案例提出问题，学生分组探究问题的答案，自主设计实验验证结论，同时开展组间交流、互评，共同提高。在教学过程中，教师要根据具体的学情适时开展“传递-接受式”教学，扫清学生知识盲点，提升学生自主探究问题答案的信心；在教学过程进行中，教师还要适时组织学生开展教学评价，反馈意见，帮助教师不断改进教学设计。

3 “物联网+”背景下高校新工科专业课教学实践

在传感器技术课程教学实践过程中，根据不同时期的授课对象，采用“主导-主体”的融合教学设计模式，合理设置授课内容，开发项目案例，同时依托隶属宝鸡文理学院的“宝鸡市工业智能传感器控制和信号处理研究中心”下设的“传感器技术实验室”辅助学生自主开展实验研究，具体实施方法如下。

3.1 做好学生需求分析和学情分析，为授课内容提供依据

在科技飞速发展的今天，学生获取知识的途径不只局限于课堂学习，互联网已经成为学生获取知识，解答疑问的主要途径。因此，学生希望在课堂学到从其他途径无法直接获取的知识。此外，传感器技术课程是一门综合性很强的新工科专业课程，学生需要具备模拟电子线路、数字电子线路、微机原理、大学物理以及声学、光学、热学、电学等学科的知识。教师在授课之前，要充分了解学生的学习意愿、学生的专业背景、学生的现有基础和知识储备，从而合理开展课程的教学设计。以传感器技术“测量误差分析”一节的教学内容为例，传感器可以实现对不同非电量的测量，如：温度、速度、位移、压力等，既然是测量肯定会存在测量误差，因此对测量数据进行误差分析，其是评价传感器性能的重要技术指标。在授课之前，通过对学生的调研发现，学生对这一部分内容存在畏难心理，究其原因，是这部分内容涉及概率统计的知识，学生存在不同程度的知识缺陷。因此，在教学过程中采用“教师讲授为主，案列解析为辅”的教学设计，通过课堂多媒体教学，让学生理解和掌握误差的表达方式和计算方法，辅以案例解析，让学生掌握对工程测量数据进行误差分析的流程以及评价方法。

3.2 梳理课程知识要点，融合案例教学，引导学生探究式学习

通过调研确定授课内容之后，需要开发融合课程知识要点的问题和案例。案例的设置要能合理地导入课程知识，引起学生的求知欲，让学生乐于尝试、勇于探索；案例设置切忌让学生感觉无趣或高不可攀。以传感器技术“温度传感器”的教学为例，热电偶是一类广泛应用于工业领域的温度传感器，热电偶的三大定律是教学重点也是教学难点。授课伊始，教师播放课前制作的“工业物联网中的温度”微课视频，引发学生的讨论和共鸣；接着，教师抛出教学案例“在一个工业物联网系统中实时监测一个工业熔炉的温度，要求使用K型热电偶测温”，案例的求解势必引导学生从案例中提出问题（学生自主联系热电偶三大定律）、探究问题的答案（学生思考热电偶三大定律解决什么问题、如何应用）、验证答案（学生开展热电偶测温实验）、总结提升（学生反思如何成功的；如果失败了，原因何在）。在整个学习的过程中，教师充当辅助角色，一是答疑解惑，纠正错误知识认知；二是辅助学生分组开展实验验证。在学生完成案例之后，教师要对学生的案例解析进行评价，指出存在的问题，不论学生成败与否，教师都要鼓励学生勇于探索的精神，最后教师要对知识要点进行强调和总结。

3.3 开展教学设计评价和教学反思，改进教学设计适应不断变化的学情

教学设计的评价采用学生匿名评课和教师听课评价法。在授课过程中，教师可以根据教学内容，按照知识点分类评价，为了更加客观地反应教学设计的真实情况，避免学生产生思想负担，可以让学生采用匿名的方式进行评价。同时，任课教师可以邀请同专业教师或教学督导参与教学设计评价，通过同行教师随堂听课、学生随访，给任课教师反馈建设性的意见和建议。以传感器技术课程为例，课程知识可以按照传感器类型分类，在讲授完一种传感器类型后，随堂通过“雨课堂”向学生发送教学评价问卷或其他形式的匿名问卷，收集学生的学习感受，通过反馈的意见改进教学设计。

4 结 语

教师课堂教学的成败，很大程度上取决于课程的教学设计，教学设计反映了教师对于授课内容和授课主体（学生）的认知程度。在“物联网+”时代背景之下，以传感器技术课程为例，探讨高校新工科专业课程的教学设计方法和实施策略，是顺应新工科专业改革的需要。对于优化课程教学内容，提升教学质量，培养具有工程意识、具备工程实践和创新能力的学生具有重要意义。