Wiki-思维导图教学模式在光电测控类专业教学中的实践探索*

高 旭，石利霞，王劲松

（长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春130022）

一、引言

随着信息科学与通信技术的发展，现代化教学手段已逐渐打破传统教学模式，在教学过程中应用越来越广泛，即由底层的信息硬件基础建设逐步渗透到教育应用层次。教育技术的推进逐步改变了教师的教学方式、教学内容的呈现方式、学生的学习方式以及师生互动交流的方式，为实现教学相长、教研相长的预期目标提供了丰富多彩的环境和有力的工具。

为提高学生自主创新能力、培养学生创新实践能力、增强学生获取新知识的能力，大多数高等院校都在不断开展专业课程的改革、实验教学模式的改革、工程创新训练的改革、校门与厂门间实践对接的改革等，但是鉴于测控类学科知识复杂、抽象、难度深的特点，寻找一种有效的思维工具，基于知识、问题建立系统的结构策略，融合结构化思考、逻辑思考、辨证思考以及追问意识等思维方式，塑造学生理解并获取新知识的能力、有效运用知识的能力、解决新问题的能力，以及融合不同专业课程间，比如精密测量测试技术、传感检测技术、自动控制理论等知识的创新能力显得更为必要。

结合我国新工科人才培养建设背景，以新技术、新产业、新业态、新模式为特征的新经济呼唤新工科，国家一系列重大战略实施呼唤新工科，产业转型升级和新旧动能转换呼唤新工科，提升国际竞争力和国家硬实力呼唤新工科，因此准确理解新工科内涵，将应用理科向工科延伸，对传统工科升级改造并创新发展优势工科显得尤为重要。同时把握新形势，结合以工程教育认证为抓手推动专业建设的大背景，推动专业发展进入快车道，建设一流本科专业。本文聚焦专业认证中“复杂工程问题”的解决及课程评价策略，针对测控类专业的教学方法及教学目标、教学要求提出一种教学思想、一种教学模式。

综上，在继承传统教学模式基础上，将信息技术、新兴的教学思维工具与专业课教学有效结合，探索的研究成果无论对于信息技术与传统教学方式结合的教学理论研究，还是对于指导测控类专业课程的教学实践，都具有一定的理论研究价值及实践指导意义。以网络技术为载体，为了使教学网站能真正服务于师生互动的教学目的，需要选择一种适合多人协作式的、方便、操作简单、可自由编辑的网络沟通平台，学生和教师通过网站可以随时随地沟通，学生可以将学习感想、问题、课程引申的任何科研想法以及查阅的文献资料上传到网上，教师可以将教学心得以及相关学术研究、实验室资源发布到网上，实现真正的资源共享[1-6]。

本文以测控类学科专业课《传感与检测技术》为例，将抽象、难于理解的各类传感器原理、特性、结构以及传感器实际应用的领域、具体的课题应用等，通过在网站上师生共享了解的、查阅的案例，以文本、图片、视频等多样化的形式展现出来，不仅令学生掌握了传感器的理论知识，还明晰了传感器的工程应用，并进一步拓展了众多课程之外的新型传感器。将信息技术与学科课程结合，可进一步完善信息化教学体系，同时为工程教育认证中对“复杂工程问题”的解决提供了一种手段，为认证支撑、培养目标支撑、毕业要求支撑均提供了具体数据反馈论据。

二、基于Wiki-思维导图的教学模式构建

Wiki源于夏威夷语的“weekee weekee”，即“快点快点”的意思，中文翻译为“维客”或“维基”，是一种多人协作式写作的超文本（hyper text），包含文字、图片、视频及相关链接等信息。基于Wiki的网络平台具有开放性、共享性、交互性、协作性和自主性等特点，补充了传统教学中受时间、空间的限制和语言表达能力的不足。目前已被很多院校在实验教学过程中选用，例如复旦大学物理实验教学中心网站即是基于Wiki技术建立的。

思维导图是表征人们思维过程的一种图式，是用图的形式呈现人们的知识结构和表征知识时的思维，是使知识结构和思维过程形象化、可视化的图形工具，也已被国内外多所院校在教学过程中应用。思维导图的发散性可视化特点，能生动地将教学内容合理组织起来。

《传感与检测技术》课程作为测控类专业的典型课程，其课程特点是涉及到的学科种类繁多、知识密集、技术密集、综合性比较强。若仅在课堂上对传感器的原理、特性、构成、类别、应用等方面进行单一讲授和实验课堂上对各类传感器进行验证实验，则对课程目标达成效果不显著。所以将Wiki、思维导图与教学过程密切结合，如图1所示。

借助Wiki网站，教师将课程主干进行思维导图设计并在Wiki上发布，同时发布一些相关的文献资料、课题设计、传感器应用的实际场合等；学生在学习过程中参与课程导图设计、课题的设计、工程项目的讨论，深化课程与传感器应用的理解，例如结合采用测控专业的基本概念和工程知识，对测控专业复杂工程问题（新的传感原理、测量方法、信号处理方法等不同方面的应用）提出科学实验方法；师生可以借助Wiki平台进行实时讨论，同时教师可以对真正参与项目研究的学生进行分组管理，这种教学模式可达到更好的培养效果。

图1 Wiki-思维导图教学模式示意图

三、教学实施过程

图2 光电传感器思维导图

利用各自理论课程与实验课程的思维导图的构建情况、Wiki讨论情况，运用质性评价和量化评价，以及在理论课考试、实验课操作、Wiki平台参与课题讨论、设计中所表现出的创造力，考量学生对所学内容理解的准确性和深刻性。并将这些反馈信息汇总，进行综合评价，进而评估该种教学模式的教学效果。

以光电传感器为例，构建大致思维导图如图2所示。

首先将光电传感器大致的课程脉络以导图的形式向学生一目了然地展示，而学生在学习过程中可以无限制地更改、增加、丰富导图内容。例如设置一个学科交叉融合的工程问题：如何利用光学方法测量液体折射率。可以利用光纤位移传感器设计液体折射率测量系统[7]，如图3所示，采用激光干涉法设计液体折射率测量的光学系统，利用光纤位移传感器测量线位移，用来计算光程，其测量分辨力达微米级。

图3 激光干涉测量折射率光学原理图

若继续采用激光干涉法的测量系统，还可以采用光栅尺式位移传感器，拓展思路，让学生自行设计。同时，这里通过位移测量这一研究问题，可总结光电传感器这部分内容中针对位移测量这一物理量所有类型的传感器，区分类型之间的区别，比如分辨力的高低、量程的大小（如电容式位移传感器、变气隙型电感式传感器等）、结构的差异等等。

根据长春理工大学测控技术与仪器专业毕业要求，在测控技术与仪器专业的课程设置里，分别针对工程及专业基础类课程，设置了机械类、电子类、光电类、测量控制类、数据分析处理类等课程；将先修数学及自然科学类课程的基础知识运用于工程和专业基础课程中，建立数学或物理模型并进行分析求解。在专业课程中，分别侧重光电精密仪器的设计和测量、控制，设置了光电仪器设计、光学仪器装配与调整、智能仪器、光学设计及CAD等方面的课程，对应匹配课程为《测控系统原理及设计》《精密测量与计量技术》《数字图像处理》《虚拟仪器》等，培养学生具有系统分析、设计及解决复杂工程问题的能力。

所以，针对《传感与检测技术》这一综合性较强的课程，上述的如“液体折射率测量”这类课题不仅可以在课堂讲授、课程理解、Wiki平台讨论，还可以作为创新课题，令学生在课余时间搜索文献调研折射率仪器国内外研究现状，动手实践，搭建光路调试。并从中发现问题、分析问题、解决问题，即针对某一复杂工程问题，培养学生光电精密仪器设计、测控技术及系统领域的基础理论、专门知识和专业技能，建立创新意识、国际视野，培养社会责任感，例如设计具有国内自主知识产权的智能的折射率自动测量仪。这正好印证与符合专业认证明确制定的12项毕业要求。

四、教学效果的质性评价与量化评价

依据课程教学大纲中，课程目标与毕业要求各指标点的对应关系矩阵，依次通过相加求和，算出毕业要求各指标点的达成度评价值，统计毕业要求达成度评价结果。

依据“评价机制”规定的合格标准，明确毕业要求评价结果是否“达成”，需对学生是否具备本专业人才培养需掌握的知识、能力和素养，进行毕业要求达成度合理评价。以《传感与检测技术》课程为例，可采用两种评价方法：

1.直接评价方法

直接评价法即课程考核成绩分析法，具体评价方式包括课堂表现、作业、课堂测试、实验报告、考试成绩等。

例如，每一教学环节对相应毕业要求指标点的达成值是依据教学大纲中“课程目标与毕业要求关系”表中的矩阵计算的，公式如下：

某一毕业要求指标点达成值ADij为：

2.间接评价方法

间接评价方法，即Wiki平台讨论。具体包括对课题的参与、讨论、组内参与、讨论表现，通过此类反馈，以保证毕业要求的达成。

利用Wiki建立讨论小组，利用思维导图建立传感器课程与实验的树图，鼓励教师和学生共同参与到导图的建立中来。

就“间接评价的达成度分析”进行评价，采用作业方式、讨论结果、参与讨论频率等作为间接的质性和量化评价方式。建立五个标准：5-非常积极；4-积极；3-基本积极；2-不积极；1-非常不积极。对调查结果按照公式4、公式5计算得到间接评价的达成值：

其中，AIi表示第i项毕业要求的间接评价值，AIij表示第i项毕业要求的第j个指标点的间接评价值，SijK表示第k个毕业生对第i项毕业要求的第j个指标点的评价值。

根据各项数据统计结果，分别对各个课程目标、毕业要求具体指标点达成情况，进行数据统计并展开细化分析，归纳学生能力达成方面存在的问题，明确改进方向。

五、教学效果

《传感与检测技术》课程基于Wiki-思维导图教学模式的实验与探索开始于2017年，经过一年从理论课程到实验环节结合的教学模式探索，从课程理论与课程实验内容密切相关的专业基础课进行结合性的Wiki-思维导图教学模式探索，通过一年来的教学方式改革实践，取得了较好的改革效果。特别是利用该思路，在本科教学层面又进而指导了相关的比赛，例如挑战杯比赛、光电设计大赛等等，使全体学生在课程学习过程中从开始不习惯、不接受到慢慢接受这种教学模式，对其专业发展的促进具体体现在以下几个方面：①学生层面。学生积极参与课堂实践活动，更积极参与各类相关设计比赛，学习积极性和兴趣加大；学生学习方法发生了转变，学习更加主动，对知识的掌握更加深入。从中也可以看出很多具有研究潜能的学生。②教师层面。学期开学初期，无论是理论课、实验课，还是设计相关复杂工程问题，教师更加集中备课，且教学过程中教学研讨次数明显增加；教研用于教学的投入增加，教学成果显著。

Wiki-思维导图的教学模式，对教师和学生提出了更高的要求。在工程教育认证的大背景下，以复杂工程问题为驱动的测控类专业教学，学生不仅学到了知识，更学到了如何运用知识去解决问题，培养了独立学习能力。相对而言，更解决了教师对于教学、科研的有效融合，这种教学方式的变革在真正意义上促进了教学相长、教研相长。