新工科背景下物联网专业电子技术课程教学创新改革实践

邹津婷 张启美 李秋月 刘治齐

（长春大学旅游学院，吉林 长春 130000）

1 引言

新工科的产生和发展，源于新兴产业、新兴技术对创新性、具有国际竞争力的复合型人才的迫切需求。新工科主要指针对新兴产业的专业，以互联网和工业智能为核心，包括大数据、云计算、物联网工程、人工智能等相关工科专业。物联网产业随着5G技术商用进程的逐步深入，物联网产业将迎来爆发式增长。在高校育人过程中，专业需要培养能够系统地掌握物联网的相关理论、方法和技能，具备传感技术、网络通信技术、应用开发技术等信息领域宽广的专业知识的高级工程技术人才。如何打破传统教学中重理论轻技能、教与学相脱节、德育与智育融合深度不够等问题，为创新型人才培养提供一个强有力的学科环境尤为重要[1]。

2 新工科背景下物联网工程专业课程教学创新改革思路

物联网工程专业是一项具有多个独立的学科相互融合形成的新工科，新工科的建设需要保留自身的独特性，要完全区分于传统的工科专业。教学创新改革的主要目的是提高物联网专业人才的专业实践能力、创新创业能力和强化工程思维[2]。

图1 物联网工程专业教学创新改革研究思路

3 物联网工程专业课程教学改革中的教育基础理论

3.1 基于OBE教育理念的教学模式

成果导向教育是指基于学习产出的教育模式，重点突出“学生中心、成果导向、持续改进”的工程教育理念。OBE教学理念既重视基础和专业能力培养，又重视与科学前沿、工程实际和社会应用实践的密切关系，旨在使课程规划与教学符合产业需求，形成学习产出驱动整个教学活动和学生学习产出评价的结构与系统，以解决教学问题[3]。

3.2 基于混合式教学理念的教学模式

混合式教学是指在教学中使用两种以上的教学模式进行教学，通常是指线上课程和线下教学混合使用。在新工科建设背景下的物联网专业教学实施中，各专业课程均可采用课内课外、线上线下混合教学模式，其优势在于打破空间、时间、知识界限。

3.3 CDIO教学理念的实践教学模式

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表产品生产过程中的构思、设计、实现和运作过程。在课程的实践教学改革中，以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习物联网电子设计相关工程。

4 物联网工程专业电子技术课程教学改革实践实施

4.1 教学内容与数字化资源建设

课程教学内容根据物联网工程专业需求进行分层设计，对电子技术基础、数字电子技术和电工电子技术等课程的内容进行整合，构建了基础、进阶、挑战三个层次多类别的课程体系[4]。在多元教学模式中突出在线学习特点及学习规律，打破课程章节限制，以“项目任务+工程实例”“思维导图”等形式进行脉络重构，保障了线上线下学习的无缝对接，既实现了“知识碎片化组织”，又实现“知识网络化链接”，从而形成了完整的电子工程应用知识体系。数字化资源库的建设，依托网络教学平台，从前导学习资源、线下课程资源、技能提升资源、工程实例资源等模块展开建设，以注重培养学生职业素养和职业能力为目标，使学生的学习“破空间、破时间”限制。

4.2 教学过程设计

图2 电子技术课程混合式教学过程设计

课程以多元化教学模式设计为主线，深入推进智慧教学进课堂，运用现代技术把散碎的校园学习环境“无缝”衔接起来，结合OBE教学理念、混合式教学模式和CDIO工程实践教学方法，设计智慧学习空间，构建了一个知识分享型课堂。教学过程中，先导部分学生接收任务，经过线上自学，获得基础知识和预备任务；在线下教学阶段，采用以电子设计竞赛为主线的“知识资源、项目应用、自主实践、创新思维”四层教学资源体系，结合多元化考核评价体系完成以学生为主体的教学过程设计。

4.3 课程思政融合建设

在课程思政的建设中，结合每个章节重要知识点，深度挖掘思政元素，把社会主义核心价值观的要求，把实现民族复兴的理想和责任融入到课程教学之中，实现“价值引领、知识传授、能力培养”同频共振，达成“三位一体”教学目标，培养学生的科学、严谨、诚信、互助、友爱、奉献、协作等大国工匠精神，全方面增强学生的社会责任意识，潜移默化中引导学生树立为社会进步及发展、为实现民族强大的梦想而不懈奋斗的远大理想[5]。

4.4 教学模式改革

线上线下混合式教学模式中，线上采用学校自主建设的电子技术课程资源，包括有前导学习资源、线下课程资源、技能提升资源、工程实例资源四个大模块，每个模块分别包括：课前知识导引、课程视频、多媒体课件、实践资源、项目作业、思维导图、课后测试、章节测试、重点难点解析、知识拓展、主题讨论区等内容，将学生的工程能力、创新创业能力培养贯穿于每个模块中；线下课程教学模式以OBE教育理念指导下，以课程学习产出的项目任务驱动整个教学活动和学生学习活动，最终通过混合式教学模式解决课堂教学问题。

4.5 以CDIO工程教育理念为指引的实验教学体系改革

课程实践教学体系改革中，通过综合性实验项目的设计，达成知识、能力、素质和思政等教学目标，使学生具备逆向的工程设计思维、严谨的科学思维，以及新工科复合型人才所要求的分析问题能力、问题推理与建模能力、实验的设计和操作能力、口头表达和写作能力及团队合作管理五种能力。

图3 结合CDIO工程教育理念的电子技术课程实践教学设计

由浅入深、由点到面构建了三个层次的综合性实验项目，在基础任务中结合教学内容进行任务下达，学生通过教学资源及线下课程学习，独立完成基础学科知识的验证和学习，在实操中探寻知识，并使工程推理能力得到提升；进阶任务为基础任务的能力拓展训练，通过增加任务难度，循序渐进使学生在实践中获得核心工程知识，从而获得解决实际工程问题的能力；挑战任务为项目的工程应用实例，任务以课后团队完成为主，增加工程设计的多项应用要求，最终作品以市场应用为最终目的，学生的创新实践思维和职业技能再次提升。整体三个任务均以系统CDIO工程项目的构思—设计—实现—运作过程为背景，引导学生“做中学、学中做”，养成严谨的工程思维及创新的实践能力。实验教学中，充分利用Multisim虚拟仿真平台，将理论—仿真—实践教学三位一体，有效结合，引导学生由被动学习转向主动学习，并突出实践应用，从而有效促进教学目标的达成。

4.6 教学评价改革

在电子技术的“金课”教学创新改革中，改变传统的“期末试卷+平时成绩”的评价体制，增大了学习过程考核比例，结合创新项目任务，建立动态评价机制，提升教学效果。充分利用线上平台的智慧工具，把学生学习过程的各项考核作为考核核心，将课堂表现、随堂测试、互动答疑等环节纳入考核指标，学生由“被动学习”向“主动探索”转变，学生综合素质和综合能力得到提升，课程的高阶性、挑战度得到增强。

4.7 课程教学改革实践的创新之处

（1）构建三个层次多类别的电子技术课程体系

根据物联网工程专业对应的不同职业岗位需求，对电子技术、数字电子技术和电工电子技术等课程的内容进行了整合，构建了三个层次多类别的课程体系。紧密结合工程实际和学科前沿，对知识点逐层分解，以问题探究+项目驱动式为主进行教学，使学生多维度获得成长[6]。

（2）“课程思政”元素融合

课程有机融入中国电子电路发展历程及瞩目成就、国家战略规划中的电子芯片发展背后的故事、核心知识点蕴含的伟大思想、结合实际解决问题的专业思维等，课题组教师共同打磨思政元素，形成课程思政案例集。

（3）以学生竞赛促进创新能力培养

课程组组织学生参加全国大学生电子设计大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛和中国“互联网+”大学生创新创业大赛等学科竞赛项目，以此为平台，全面提升学生的创新实践能力，全方位锻炼学生的逻辑思维能力，利于应用型、创新型人才培养[7]。

5 结语

我校物联网工程专业开设于2018年，经过电子技术课程教学创新改革的实践与探索，课程的教学内容更加符合新工科人才能力需求，实践教学效果显著提升，学生参加学科竞赛及创新创业项目成果明显，学生的工程实践能力得到一定强化。通过实践验证，多元化的教学创新改革模式适合新工科背景下的物联网工程专业课程建设，可以更好实现培养专业实践能力强、创新创业素质高和工程思维严谨的高素质新工科人才的目标。