新工科背景下的教学创新方法探讨

郭 楠

（广东机电职业技术学院 电子与通信学院，广东 广州 510440）

引言

21世纪是一个社会高速发展、科技突飞猛进的时代。时代的快速发展，使企业对人才的需求越来越迫切，要求也越来越高。高校是培养人才最主要的阵地，其责任和义务均责无旁贷。培养优秀的创新人才一直是高校的目标之一，如何在这个科技高速发展的时代为社会输送合格且优秀的学生，是高校亟待思考的重大课题。

高校本科学生的培养主要以课堂培养为主，并辅以实践、实训及其他的一些综合性训练，以巩固课堂学习的各类知识。但高校目前的教学模式暴露出的许多缺陷与不足，严重制约了人才的培养，不利于人才本身的成长与发展，也难以满足目前社会经济和科技高速发展的需求，造成了人才和资源的极大浪费。因此，高校尤其是高校教师有必要对现有的教学模式进行创新性改革，以适应社会、经济和高技术快速发展的需要。

新工科是我国基于国家战略发展需求而做出的符合我国特色的高等教育改革方案，其目标是培养多元化、创新型卓越工程人才。新工科的提出及实施，对各学科专业发展产生了重大影响。新工科专业主要包括人工智能、大数据、云计算、区块链、虚拟现实交互设计、工业机器人等高新技术产业所对应的工科专业。紧跟新工科专业潮流，未来的新兴产业需要大批理论扎实、实践操作能力强、创新能力突出、适应能力强的高素质综合型专业技术工科类创新人才。为了顺应新工科的发展需求，培育新工科工程应用型专业技术机电类专业人才，高校亟待改进传统的工科教学模式，寻找各种不同的课程教学创新方法。

一、现状分析

新工科背景下的电气自动化、自动化类课程，比如电工基础、C语言、传感器技术及其应用课程，涉及大量的公式定理、计算推导过程，学生只能“填鸭式”接受知识，导致教师与学生互动很少，部分学生难以集中注意力，出现上课走神、玩手机、玩游戏，以及学生之间交头接耳的现象，教师授课效果明显受到影响。

由于实训类课程课时太少，而像自动化生产线安装与调试需要很强的动手操作能力和PLC的编程基础，学生没有PLC基础，设备不会使用，则理论学习得不到很好的实践练习，教学效果比较差，学生学习效率很低。

利用互联网进行线上教学已在各高校大规模开展，特别是在突发的新冠肺炎疫情影响下，各大高校对互联网线上教学进行了许多尝试，并取得了较好的教学效果。学生与教师在非直接面对面的情况下进行教学和学习，一方面避免了疫情期间的大量人群聚集；另一方面完成了高校的教学任务，学生可以在不同的地点学习所需要的知识。但是线上教学方法对一些基础比较薄弱的学生来说，难以提升他们的学习兴趣，教师难以从线上了解学生真实的上课状况，更无法师生互动。如何改革原有的教学模式以提高所有学生的学习兴趣就变得更加重要。

二、创新教学方法改革

新工科专业涉及人工智能、大数据、工业机器人等一些新型的工科专业，其相关的课程理论与实践结合紧密，尤其对学生的实际动手能力有着较高的要求。比如机器人相关的课程，对学生的实操和编程能力要求很高。控制机器人的各种操作令学生很想尝试，但编程却常常使许多学生望而却步。为提升学生的动手能力，激发他们的兴趣，我们采用了许多创新的教学方法。

（一）理论与实践相结合的教学方法

在一些专业基础或专业课程中，如电工基础、传感器技术与应用课程，一次课一般会连续多节，而这样连续多节的理论知识讲解，会使学生觉得枯燥。我们采取理论课讲解和实操课实践相结合的方法。例如，在电工基础课讲解基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律时，可以先播放运用到基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律原理的相关视频，接着讲解知识点，安排相关的例题和练习，随机抽查学生回答问题，提高学生的上课专注力。在理论讲解完成后，安排学生动手在面板上实验验证基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律的电路。由于高职院校学生比较喜欢实际操作，理论讲解加实际操作可以提高学生的学习兴趣，激发学生学以致用的能力。

（二）把企业导师引入课堂

校企合作模式是指大专院校与企业合作，为提高学生的就业率，与时俱进，有目的性和针对性地为企业输送技能型人才，注重人才的实用性和实效性的一种教学模式。校企合作注重学校和企业的资源共享、信息共享，学校邀请企业的技术人员给学校的学生上课，向学生讲解该课程理论如何应用到实际的工程项目中，介绍现在社会最热门的技术，并且把最近研发的产品、使用的设备带过来供学生培训和学习。不同于传统的理论知识讲授，邀请企业导师来学校上课，在专业课教师传授基础知识的基础上，企业导师带领学生观摩企业所研究制作的产品和技术，这种校企合作模式能够使学生对课程的原理、实际应用、方法创新具有深刻认识。以“传感器技术及其应用”课程为例，课程共48学时，其中28学时为理论课时，20学时聘请校外的企业导师给学生授课。例如聘请广东融数控有限公司的技术工程师，通过介绍其公司的最新技术产品，使学生了解传感器工作原理及其在电子设备中的应用，同时加深学生对传感器在工业自动化领域的发展现状和未来发展趋势的认识。校企合作的教学模式使教学更加适应社会，紧跟市场需求，使实践和理论更好地结合，让学生全方位理解专业知识。

（三）实训、课堂、师生交流相结合

单纯的课程实训课程容易使学生望而却步，大部分学生不敢动手操作。课堂的纯理论讲解易使学生感觉枯燥，难以提升学生的兴趣。为此，我们采用实训与课堂相结合的方式克服这些缺点。比如，在自动化生产线安装与调试，三菱PLC，钳工，铣工，工业机器人等纯实际操作类课程授课过程中，在讲授理论知识阶段，我们把电脑仿真软件的操作及其他复杂的实验步骤等预先用软件进行录屏，然后发到班级群中，让学生自行下载查看。在实训课上，要求学生先观看视频中的操作步骤，然后对照视频中的操作进行相应的实验，从而避免了在实际操作过程中不知所措的情况，提高了学生的动手兴趣，提升了其动手能力。与此同时，在课程实训开始前，为了进一步提高实训课程的效率，我们预先对接受能力较强的学生单独进行培训并且录制视频，要求这些学生先与其余学生进行交流探讨，并反复研究视频中的操作步骤，找出操作步骤的关键点和疑难点，然后集中在实训课堂上由教师演示操作步骤和解决问题的方法。这样既避免了教师的不必要重复性讲解，又可以促进学生之间的交流探讨，培养学生独立思考和自己动手解决问题的能力。

（四）互联网线上教学实例化和网络化

受新冠肺炎疫情影响，课程教学一度由线下改为线上教学，即课程教学采用互联网的方式进行远程教学，而不是师生面对面直接进行课程讲授。这种授课方式的主要优势是学生可以在不同的地点学习所需要的知识，然而其缺点也很明显，教师难以真正确认学生是否在认真听课，一些课程实验也难以进行。为了提高教师线上授课的效率和学生线上上课的兴趣和效果，我们采用了线上教学实例化和网络化的教学方法。所谓教学实例化，就是将知识点进行归纳并分类，用一个应用性、综合性的例题展现所需要掌握的知识点，对课程中每一个大的章节采用这种方法进行实例化，并在课程的最后用一个综合性的应用实例讲解课程知识的具体应用和设计方法。通过这些综合性的应用实例，提升了学生线上上课的学习兴趣，授课效果也得到大幅度提升。新工科课程一般包含一定数目的实践性操作，由于线上授课的特殊性，难以实施动手实践。为了克服线上授课这一缺陷，我们采用仿真软件代替动手实验项目，要求学生自己动手设计程序并连接仿真软件进行实践操作，并逐一要求学生将仿真的结果展示给教师和其他学生观看并交流，教师和学生可以同步指导，以解决疑难点和关键点。由于师生同步交流，学生参与的兴趣大幅度提高，取得了较好的效果。

（五）科技创新活动与课堂协调交互

为了提高大学生的自主创新能力，教育部、各省教育厅和各高校每年都定期举办大学生各类竞赛，以促进优秀青年人才脱颖而出，成为大学生参与科技创新活动的重要平台。教师如何将这些科技创新活动与课程教学协调交互就显得非常重要。为此，我们在理论课堂和实践操作过程中将往届竞赛获奖的例子展示给学生，详细讲解作品的工作原理，并重点从中抽出一些关键技术的原理与课程中的知识进行对照讲解，详细介绍这些课程知识应用的方法、存在的局限性及解决方法等，从而真正实现科技创新活动与课堂协调交互。这些交互活动真正调动了学生的学习兴趣，有助于学生积极参与课程的交流和讨论，提升学习效果。

三、实施效果

经过多年的实践，课程教学收获了显著的成效。将理论与实践相结合，学生的学习兴趣和学习成绩有了显著的提高，学生积极利用业余时间参加各类电子大赛。例如，我校多名学生参加“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛，取得二等奖的好成绩。在实践方面，学院利用各种平台，比如机械设计与制造和电气自动化技术国家职业教育技术实训基地，以及机电设备维修与管理省级实训基地和快速制造国家工程中心佛山新技术推广基地等与课程同步结合。在企业导师合作方面，与一汽大众汽车有限公司佛山公司、海尔集团佛山基地、美国科勒佛山公司、美的集团、佛山市万和新电器股份有限公司、佛山市南海中南机械有限公司等50余家企业建立了长期稳固的校企合作关系，学院定期聘请公司的工程技术人员作为导师向学生授课。特别对于专业核心课程，要求企业导师利用其公司的技术优势和产品指导学生设计操作实践，以巩固学生所学的专业知识。这一方法增强了学生的综合实力和社会竞争力，教学效果得到大幅度的提升。线上教学实例化和网络化，尽管是目前特殊情况下的一种措施，但随着互联网技术的快速发展，一些课程也逐步在非特殊情况下与线下教学进行有机的结合，且实践证明这种方法是行之有效的。科技创新活动与课堂协调交互操作是培养学生创新能力的一种尝试，也是未来高校教学的一种趋势。这种方法可以有效地把学生学到的理论知识直接融入创新活动作品中，极大地激发学生的参与感和成就感，对学生的能力培养是非常有效的。

随着网络技术的快速发展，学生容易沉迷手机和游戏难以自拔。一些学生上课漫不经心，不重视本专业课程且对本专业缺乏兴趣。在新工科背景下，如何丰富教学内容，提高学生的学习兴趣，加深学生对课程理论和实践的理解，以及提高教师的教学效率和学生的课堂效率至关重要。本文对课程教学进行创新，一方面，将专业理论知识与实操并行操作，引导学生动脑与动手相结合，让学生集中精力提高课堂学习效率；另一方面，学院邀请校外的企业导师给学生上课，让企业导师把当今的技术前沿带到课堂上，让学生实际感受、操作现代技术产品，丰富课堂内容，扩大学生的视野。另外，针对实训类课程，最重要的是讲解和练习相结合，鼓励学生之间相互探讨和交流。在采用线上授课时，采用互联网线上教学实例化和网络化的教学方法，将知识点进行归纳分类，用一个应用性与综合性的例题展现所需要掌握的知识点，使授课效果得到大幅度的提升。利用各类科技创新平台与课堂协调交互，学生的自主动手和创新能力得到了锻炼，加深了课程理论的理解。在新工科背景下，我们应积极探索更多的创新方法让学生融入课堂、参与课堂，培养学生获取知识的积极性和主动性，增强学生学习的获得感和成就感，全面提升学生的知识水平和操作技能，培养其成为新工科应用型人才。