新工科和工程教育认证背景下的“工业互联网”课程教学模式改革与实践

李祝强

摘 要： 在新工科理念和工程教育认证背景下，对机械电子工程 专业新兴专业课程——“工业互联网”课程教学现状进行分析，将产出导向教学理念和人才培养要求相结合，针对课程存在的问题进行课程教学改革探究，主要从课程目标与教学大纲、教学过程与实践教学方法，以及构建可持续改进的课程考核与评价体系等方面展开一系列的改革，旨在保障“工业互联网”课程教学效果的提升，最终达到学生解决复杂工程问题的应用能力。

关键词： 工程教育 “工业互联网”课程 产出导向教学 教学改革

中图分类号： G63文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）06-0098-03

Reform and Practice of the Teaching Model of the "Industrial Internet" Course Under the Background of New Engineering and Engineering Education Accreditation

LI Zhuqiang

School of Mechanical Engineering， Chongqing Technology and Business University， Chongqing， 400067 China

Abstract： In the context of the new engineering concept and engineering education accreditation， this article in‐troduces an emerging professional course "Industrial Internet" in the mechatronic engineering major， and analyzes its teaching status. By combining the output-oriented teaching concept with talent cultivation requirements， the article explores the teaching reform of the curriculum according to its existing problems， focusing on carrying out a series of reforms from the aspects of course objectives and syllabuses， teaching processes and practice methods， and the construction of a sustainable improvement curriculum assessment and evaluation system， aiming to ensure the im‐provement of the teaching effect of the "Industrial Internet" course and ultimately achieve the application ability of students to solve complex engineering problems.

Key Words： Engineering education； "Industrial Internet" course； Output oriented teaching； Teaching reform

伴随信息科技的快速发展和产业的深刻变革，高校的工程教育和工程科技人才的培养也迎来了新的挑战。新工科教育对工程人才的培养提出了明确的要求，这为工程教育适应新时期复杂现实问题和产业技术变革大背景下的专业人才培养指明了方向[1]。工程教育认证是国际通行的工程教育质量保障制度，核心目的是提高工程教育质量，实现工程教育的国际对接。专业课程是实现工程教育理念的载体，无论是新工科还是工程教育认证，其实施目标都是依托课程建设和课程改革来达到新的要求。同时，课题体系和课程革新也是实现新工科和工程教育理念的“最后一公里”[2]。

“工业互联网”课程是智能制造专业和机械电子工程专业的核心课程，主要涉及通信、传感、网络、软件和设备等诸多的学科门类，是一门交叉性、工程性、实践性强的综合类课程[2]。本文分析了教学中存在的问题，以新工科和工程教育认证理念为核心抓手，对“工业互联网”课程进行以学生为主、结果为导向的持续改进的教学改革研究。

1 “ 工业互联网”课程教学现状和存在的问题

目前“工业互联网”课程里新工科及工程教育认证的要求，在教学过程中主要存在以下问题。

1.1 新兴科目重内容泛阔、轻应用

“工业互联网”课程是一门随着信息科技发展新兴的综合类课程，其基础知识随着信息科技不断的发展也在更新，内容涉及面比较广，目前的教学重点是对学生基础知识的一个全面了解和应用基础知识解决简单的问题能力的培养，对学生的应用实践能力的培养重视不够[3]。目前，“工业互联网”课程体系在内容设计与实践的指导上没有系统的与社会需求进行对接，导致学生对课程的社会认同度低，综合应用解决工程问题的能力弱。

1.2 课堂上学生听为辅、教师讲解为主

传统的授课过程中，教师主要通过PPT、黑板及动画模拟等方式，依据课前制定的教学大纲展开讲解。“工业互联网”涉及诸多的基础知识点，如通信原理、传感器基础、物联网等，外加机械类专业的学生前述课程的欠缺，导致在有限的课时范围内主要是以教师讲解为主，学生只能认真听，做好笔记，被动地接受知识。这种基础知识之间缺乏关联的教学方法使学生学习的主动性降低，很难激发学生的自主学习能力。

1.3 实践上指导为主、弱化自主实践

目前，“工业互联网”关联的课后教学实践环节“嵌入式开发实践”主要是以实验演示和实验验证为主。其中，实践环节的设置依据的是教学指导书，按照指导书的要求一步一步地完成接线和程序设计，学生并不能完全理解接线端之间的内在逻辑关系。真正与工程实践接轨的综合性、研究内的实践内容较少，学生的综合应用基础知识解决问题的能力没有得到锻炼。最终，学生学完后感觉知识点多，难以掌握，面对工程问题时总是“有心无力”。

1.4 考核方式重期末笔试、轻实践过程

在期末考核的方式上，“工业互联网”还是以传统的期末考试为主，主要考查学生对基础知识的掌握情况，并辅以简单的综合应用书面方案设计。针对这种新颖且实践性强的课程，这种考核方式不但单一，而且缺乏全面性。部分学生通过考前的“死记硬背”就能取得较好的成绩，这就很难界定学生是否真正掌握这部分知识，且能开展应用。对于实践能力强的学生，这种考核难以激发其学习兴趣，其实践能力也无法得到体现。

2“工业互联网”课程教学改革设计

针对新兴的“工业互联网”课程存在的上述问题，课程分别从教学课程安排、教学大纲、教学内容的层次、教学方法和实验内容以及考核方式上进行教学改革，通过这些方面的改革来提升学生对该课程的“归属感”和后续的可持续发展能力，也是对“工业互联网”课程的重塑和教学质量提高的促进。

2.1 构建课程新目标与新体系

自2016年我国成为《华盛顿协议》正式成员，随着工程教育专业认证的专业拓展及深入，暴露出一些新的问题[4]。为此，“工业互联网”任课教师定期组织研讨会，针对教学大纲、教学目标、体系等进行讨论与修订，贯彻落实“学生中心、成果导向、持续改进”的教育理念，使新的教学理念形成课程新目标与新体系。

2.1.1 结合工程教育认证，构建新教学目标

将基础设计模块、模块化单元设计和综合设计的三连贯进阶思想作为课程的核心指导目标要素，完成多项结合生产实际与设定情景条下的实践任务，以巩固和强化基础知识为根本目标，通过强化实践动手能力的培养，结合本专业对学生本科阶段的专业素养的培养要求，完成对本课程结束后实践性、综合性应用能力的生成，培养学生应用所学知识进系统分析和设计能力，以及综合解决相关工程技术问题的能力。

2.1.2 结合工程教育认证，构建新教学内容

对照上述教学目标，在符合新工科和工程教育认证理念的前提下，在教学内容的构建上与工程实践紧密结合，适当增加课内实践操作或者演示操作课程。如RFID原理、云数据的应用、总线的应用等，引导学生从抽象的图形到实物图之间的联系来掌握理论知识，做到学以致用，使学生在学习效率上提升和增强实践动手能力。

2.2 采用多元混合式教学模式

采用多元混合的教学模式开展教学模式，利用“雨课堂“”智慧树”等在线教育平台，与线下教师PPT讲授相结合，形成多元教学模式。通过教案修订和授课PPT的优化与顺序的调整，将部分衔接不当或者不合理的部分进行优化，同时完善内部实验指导书，以此来形成课前有线上预习、课中的问题解答与课后的知识点加强，形成带任务进课堂、不留问题出课堂及课后线上检验的三步教学方法，实现有的放矢的去学习与检验。此外，利用翻转课堂的教学方法，针对先导问题归纳出不统一问题，然后针对这些问题，逐一进行讲解。

2.3 引入PBL实践教学方式

基于问题的学习（Problem Based Leaming，PBL）教学法最早由加拿大霍华德·巴罗斯教授提出，其核心教育思想是“以学生为中心，讲求教材、课堂与教师有机结合”，使教师从“知识的传授者”转变成“学生学习的指导者”和“学生学习的促进者”[4]。这种以问题为导向的教学方法，激发学生独立思考的积极性，其独立思考和独立分析问题的培养要求与“工业互联网”课程培养学生综合能力的目标是契合的。因此，教师需要围绕知识点设计问题，构建层次分明的教学提纲，鼓励学生查阅资料来理解相关知识内容[5]。例如，第一章主要围绕感知与识别技术进行讲解，在案例中可以设计如下问题：（1）一个全玻璃会议厅如何依据光照的特点来调节灯光亮度与幕布的开度？（2）在高温的飞机发动机叶片上，如何实时监测叶片的温度？（3）地震前，地震波的传播与检测、预警？第五章《人机交互与通信》的内容中可以设计问题：人体生命特征监测是通过仪器设备正向获取特征数据，如何通过人的意识与特征的结合提取？在教学过程中，教师要引导和启发学生分析、思考并回答问题[6]。在设计教学问题上，需要依据每节课的内容制定相应的问题，如自动消防喷淋的工作原理、烟雾报警器的触发机制等。这种方式增强了课上的师生互动，带动了课堂气氛，拉近了师生距离，帮助教师了解学生的学习效果，从而更好地进行教学反思[7]。

2.4 构建可持续改进的课程考核与评价体系

可持续改进的考核与评价体系是课程教学实施的一个关键环节，这既检验学生的和教学的完成和达成度情况，同时也为教学的持续改进明确方向。以产出导向为理念多元化的课程评价体系，有助于激发学生的主体学生动力。教师可依据“工业互联网”课程的特点，结合混合多元的教学模式，采用线上30%、线下30%及课堂行为40%的分比例、分层次的考核模型。线上考核主要依据前述教学方法中的后台数据，来考核学生的学习情况；线下考核主要通过实验报告、作业及自主创新实践中的设计来考核学生的掌握情况；课堂行为主要是通过上课提问发言、学习态度、期末测试等来考核知识点的积累。

3 结语

作为一门随着信息技术发展而新兴的专业基础课程，“工业互联网”有其独特性，知识点更新较快，内容广泛，实践性强。该门课程的教师应该紧跟信息与网络技术发展趋势，做到与社会需求同频共振，才能培养符合产业发展和社会需求的人才。本文基于新工科和工程教育认证对“工业互联网”课程的新要求，分别从教学课程内容安排、教学大纲、教学目标层次、教学方法和实验内容以及考核方式上进行教学改革，对课程体系进行重塑。通过产出导向和PBL教学理念，结合“工业互联网”课程特点，以学生自主学习为改革目标，建立了基于产出导向理念的课程考核与评价体系。

参考文献

[1]吴岩.勇立潮头，赋能未来：以新工科建设领跑高等教育变革[J].高等工程教育研究，2020（2）：1-5.

[2]侯国安，王立军，李红艳.新工科与工程教育认证背景下“机械制图”课程教学改革[J].黑龙江教育（理论与实践），2023（11）：24-28.

[3]吴岩.新工科：高等工程教育的未来：对高等教育未来的战略思考[J].高等工程教育研究，2018（6）：1-3.

[4]秦燕，范波，肖忠春.PBL教学法在“植物生理学”教学中的实践探索[J].教育教学论坛，2023（51）：129-132.

[5]赵英，周兴文，吴敏.PBL教学法在植物生理学实验教学中的应用[J]玉林师范学院学报，2015，36（5）： 55-58.

[6]叶小真，罗晓霞，陈全助，等.PBL教学模式在独立学院课程教学中的应用：以植物生理学为例[J].武夷学院学报，2019，38（3）：92-95.

[7]朱波，王源秀，刘慧君，等.PBL教学模式在生物化学实验教学中的设计与实践[J].高教学刊，2024，10（1）： 123-127.