创新idea引导的纵深式本科教学改革研究

张晋东

（1.吉林大学 计算机科学与技术学院，吉林 长春 130012；2. 吉林大学 符号计算与知识工程教育部重点实验室，吉林 长春 130012）

1 背 景

伴随时代的进步以及本科教育的向前发展，涌现出诸多面向本科教育的研究[1-2]。针对未来的本科教育发展方向如何把握，将再次引发教育界的关注。研究针对本科教育培养目标方面的颇多，相关实践教学研究成果也颇为丰富。对于本科教育中培养目标有关人才培养质量观的研究中，诸多教育专家认为，本科教育的学校要培养出具有创造能力与创新精神的德、智、体、美各个方面全方位发展的高素质的高级专门人才；还有些教育专家展开了有关专才教育和通才教育的讨论，并研究专才、通才和复合型人才如何培养的问题，提出了如何培养出企业家型、T型、复合型、一专多能型人才等教改方案。面向不同层次本科高校的高等教育培养目标的研究，目前开展较多的是针对工程类高校自身特点量身定制其本科培养目标。学者与专家普遍认同知识发展的需求、社会发展的需求和大学生个体发展的需求会影响本科高校的培养目标。然而，有关以工程项目创新idea引导的纵深式本科教学改革的研究较少。

像美国、日本、英国、德国等许多国家都进行了卓有成效的改革，但是近20几年来世界各国的经济、政治局势变化较大，尤其是各国经济形势受到全球一体化乃至日新月异的现代科技革命的影响，这都给本科高等教育的教学模式与现有传统理念带来了新的挑战，同时给本科高等教育的改革也带来了许多难题。例如，美国的本科教育遇到了如何重新组建研究型大学的挑战，大学本科高等教育的改革方向如何指引在德国引发广泛热议。教育部组织开展的新世纪高等教育本科教学改革研究、高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革研究都是面向高等教育培养目标的研究、本科教育思想的研究和如何培养大学生素质的研究；教育部每年组织各种活动并且多次发文促进高校的本科教学改革，全国各个高校也相继开展了针对本科各个课程的教学目标以及教学实践的改革。纵观上述，对高等学校的教育研究的针对性与系统性仍不深入[3-5]。

以工程项目创新idea引导的纵深式本科教学改革中，工程项目创新idea具体是指任课教师实际承担或参与的科研项目中由教师提出的科研学术创新点。以传感器技术这门课程为例，传感器技术课程是计算机科学与技术学院针对物联网工程专业开设的必修课，是为满足物联网工程领域对相关计算机应用型技术人才的需要而设立的，是一门兼具理论性与应用性且实践性很强的课程。结合传感器技术这门课程的特点和教学实际需要，我们开展以培养学生创新意识、创新思维、创新能力为引导的灵活多样的教学方法改革，切实广泛开展启发式、实际工程项目案例式和科学研究式教学方法改革。

2 实行创新idea引导的纵深式本科教学改革

为了重点开展以问题为导向和以实际工程项目为基础的研究性教学改革，为学生营造能够进行自主研究型学习的必要环境和条件，可以具体实施以工程项目中创新idea引导的纵深式本科教学改革，让学生将理论知识与实践教学紧密地结合起来实现独立完成项目，充分发挥学习主体性，在授课教师有针对性的指导下，培养解决实际工程问题能力和团队合作能力以及灵活运用知识的能力，提高自主获取知识、自主学习等综合能力，并促进实际科研项目与本科教学环节相结合，使学生形成创新意识和最终具备终身学习能力。以工程项目创新idea引导进行纵深式本科教学改革研究，具体的教学流程如图1所示。

图1 创新idea引导的纵深式本科教学流程

2.1 制订立体化教材规范

针对如何制订立体化教材规范，教师应从认知规律入手，重新编排课程的教学内容，要以立体化课程教材建设、教材管理、教材使用和教材更新为运行机制。为便于本科生进行自主学习，需要依据实际工程项目需求且融合多种媒体方式进行课程体系建设。在重要原理和基本概念引入前，需要深刻而简明地阐述其实际工程应用的总体思想。充分考虑教学的需要，按照依循序渐进的原则，以适当的难度与梯度选编教学应用的工程实例，是教学改革要解决的首要问题。

以传感器技术课程为例，教学中可以结合课程各个章节中涉及的新型传感器和常用典型传感器的基本原理以及任课教师的实际科研项目，以多个典型实际工程项目为直接应用，如在讲解电阻式传感器内容时融入数字式粮食容重自动测试仪的工程实例并引入创新idea，将数字式粮食容重自动测试仪的开发过程加入此章节的教材建设，还应具体列出电阻式传感器在此测试仪中如何改进的创新idea，重新编排教学内容并以多种媒体方式生动展示，使本科生掌握传感器技术的基本概念，熟悉新型传感器及常用典型传感器的工作原理、参数性能指标、测量与检测电路，了解基于工业计算机或嵌入式的实际应用系统中运用传感器如何获取感知数据的基本技术方法。

2.2 开发立体化教学包

针对如何实现立体化教学包，需要具体实施课程教学方案、课程电子教案、教学多媒体素材资料库、典型实际工程项目学习指导及测试题库等的开发，以适应课程教学实际需求，从而提高课程教学质量和实践教学效果。这些是以工程项目创新idea引导进行纵深式本科教学改革要解决的关键问题。

以传感器技术课程为例，为了弥补传感器实物不便于拿到课堂和现有电子教案展示效果的不足之处，教师可利用多媒体动画技术制作出符合学生认识规律和思维过程的传感器基本原理演示的教学课件，并设计有效的师生互动环节，易于师生互动，使学生初步掌握针对具体应用领域综合考虑环境与经济等非技术因素的复杂传感器应用工程的设计与分析方法。在教材的基础上，教师可重新设计以工程项目创新idea引导教学过程，制作大量的传感器在实际工程中应用的教学动画，以直观的方式揭示传感器在典型工程应用实例中的作用，使学生加深对传感器技术基本原理和应用方法的形象化掌握和理解，具备综合运用传感器的检测方法与基本原理分析与解决实际复杂工程应用类项目问题的能力，使大学生具有学习主动性与独立思考能力，增强创新意识。

为突破教学难点并有效提高教学效率和增强教学效果，在传感器技术的教学过程中，需要按动态仿真教学方式更新并设计出更适合教师进行课堂教学的大量多媒体动画演示。教师可以借助课程电子教案中的超链接技术实现传感器基本原理与演示动画内容之间的关联，在课件中明确教学基本要求和学习目标，以方便为自学人员提供学习的建议、帮助和方法。

搜集整理大量有关新型传感器及常用典型传感器的教学资源和备课元素，以建立教学素材资料库，可供课程教师选用与修改，并充分展现各位任课教师的个性化授课特点，同时还应包含各种传感器的实际工程项目应用实例库。

教师可以传感器技术课程为例，以新型传感器及常用典型传感器的典型实际工程项目应用为基础建立试题库，设计出选择题、填空题、证明题、计算题、综合设计应用题等题型，从而满足任课教师进行试题灵活组卷的要求。

2.3 引入纵深式创新idea项目

结合上述2.1中的立体化教材规范，依据新型传感器及常用典型传感器的基本原理，以任课教师的多个典型实际工程项目（尤其是汽车电子控制领域）为直接应用，可以培养学生具有主动探索传感器技术问题本质与背景的素养。教师可引入新的创新idea，进一步给本科生分组（3～5人为1组）并确定创新实践项目的题目，同时可将此题目进行纵向延伸作为大学生创新创业训练计划项目或国际大学生iCAN创新创业大赛等创新项目；为参与自拟项目的学生提供多个创新课题的立题指导，使其最终将优秀的项目进一步完善并指导其参加国家级相关大学生竞赛类项目。

2.4 指导取得项目成果

教学改革进入实践环节，对于其中优秀的项目和学生进一步指导，对相关项目进行深层挖掘和理论凝练，以指导教师引入新的创新idea为核心，对本科生所做项目中的算法和数据进行归纳总结与分析并撰写论文，其中优秀学生可考虑发表高水平论文、申请发明专利以取得项目的创新成果，从而使教学成果有更大范围的普及与应用推广。此外，指导教师也要对这种以工程项目创新idea引导的纵深式本科教学改革进行总结，并发表与项目研究有关的专业技术、教学改革和教学管理论文。

3 实践教学成果

通过近几年的教学实践，共对8组本科生进行指导，目前已发表论文6篇，其中3篇为SCI检索期刊论文；已申请并处于实审阶段的发明专利4项，其中有两项已经获得发明专利证书；已获得软件著作权4项。目前，其中的第7组和第8组项目正在运行中，后续仍有望发表2篇论文并获得2项软件著作权。具体统计见表1。

表1 实践教学成果统计

4 结 语

以工程项目创新idea引导的纵深式本科教学改革结合本科生创新思维、创新意识与创新能力的综合培养，实现切实广泛的启发式、实际工程项目案例式与研究式教学方法改革；在教师指导下为学生营造能够进行自主研究型学习的必要环境和条件，并促进实际科研项目与本科教学环节相结合，以学生为主体发挥自主研究型学习的主体性，以引导学生自主获取知识并使其形成自主学习的能力，具备创新意识和最终具有终身学习能力；在指导教师有针对的指导下，通过学生将理论知识与工程实践紧密结合独立完成实际科研项目，培养本科生的实际动手能力、灵活运用知识能力、团队协作能力和解决实际工程问题的综合能力。

通过指导教师对以工程项目创新idea引导的纵深式本科教学改革进行实践与总结，可以对新一轮教学改革方案实施进行改进与优化。另外，如何完善实验环境与设施，为大学生提供更好的实验条件，是有待进一步研究的问题。

[1]周光礼, 黄容霞. 教学改革如何制度化:“以学生为中心”的教育改革与创新人才培养特区在中国的兴起[J]. 高等工程教育研究, 2013(5): 47-56.

[2]彭华. 电气工程及其自动化专业应用型人才培养模式的研究与探索[J]. 亚太教育, 2015(19): 97.

[3]李玉娜, 祁伟, 温宗礼. 基于科技创新项目的培养模式研究与实践[J]. 广东技术师范学院学报, 2011(9): 55-57.

[4]林远芳, 王晓萍, 梁宜勇, 等.“以课堂为主向课内外结合转变”的教学方法改革[J]. 高等教育研究学报, 2014(3): 70-74.

[5]叶汝坤. 论应用型本科院校教学科研复合型师资的培养[J]. 中国高等教育评估, 2016(1): 31-34.