信息技术驱动下的智能化仪器课程改革

张朋 刘娜 常静 焦岳超 瞿博阳 范福玲 林漫漫 赵启凤

摘要：智能化仪器课程知识点丰富，重点、难点多，实践、综合性强，工程应用广泛。在《中国制造2025》纲要中，智能制造有着至关重要的地位，它是一种基于智能化仪器的自动化控制系统。本文在总结已取得的教学成果的基础上，利用信息技术，在课程教学内容信息技术模式，基于多技术的复合教学方法，基于信息技术的新型教学实践管理系统和课程专业化教师队伍建设方面进行全面改革。通过该课程的学习，学生既可掌握智能化仪器的基础理论，又增强了利用理论知识解决实际问题的能力，促进了学生自主学习、创新学习意识和习惯的形成。

关键词：信息技术；智能化仪器；教学改革；自主学习；创新学习

中图分类号：G642.0；TP13 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）08-0254-03

引言

技术、教育和社会三者的关系在2017高等教育版《新媒体联盟地平线报告》得到了充分体现[1]，该报告指出，技术发展将极大地促进教育和社会的改革进步。国家2015年颁布的《中国制造2025》纲要，明确信息技术等9项任务与十大重点领域[2]，这些任务与重点领域都急需大量精通智能控制、智能化仪表的高技术人才，这也为测控技术与仪器类工科专业的智能化仪表及相关课程建设指明了革新的方向[1，3，4，5]。本文对信息技术驱动下的工科课程《智能化仪表》的教学变革进行研究，提出了一整套教学实践应对方案，取得了较好的效果。

一、智能仪器课程教学现状

智能化仪器是工科自动化类、信息类、电气类等专业核心类课程，该课程实践性、综合性强，讲授知识点、重点难点多，学习难度大。通过对智能化仪器课程的学习，使学生具有智能化仪器和仪表的设计、分析和应用能力，以及独立科研攻关的能力。在以往的教学中，往往只传授基本概念、基础理论和基础方法，工程应用重视不够，从而导致存在以下几个方面的问题：

1.教学内容与工业实际紧密度不够。教学内容偏重理论，不能将工程实际中的典型智能化仪表、典型应用案例与课堂教学紧密结合起来，难以充分调动学生的学习积极性，也不能较好地引导和激发学生的创新意识和创新能力的培养。

2.课堂教学、实践方法缺乏系统性模式。在人工智能、移动技术、互联网+、物联网等技术推动下，高等教育领域出现了手机移动接入教学、互联网在线学习、虚拟实验室、网上慕课、创客等教学新手段，但针对具体智能化仪器课程教学和实践还没有形成高效的面向这些新技术的教学实践管控体系。

3.以学生为中心，以培养学生掌握有用技术和形成真实能力的教学模式还没形成。现有智能化仪器课程教学中，教与学还不能真正做到以学生为中心，还存在一定程度的脱节。

4.课程教学的专业化和学生学习的深度化、终身化引领不够。目前智能化仪器课程教学，还不能提供足够丰富的教学资源，还不能做到课堂学习和课下（在线学习，移动接入学习等）学习的充分融合，课程还不能提供足够充分的学习空间和学习环境。课程对使学生具备未来职场所需的技能，了解课程与真实世界间的联系，鼓励学生“批判性思考、解决问题、互相协作、自主学习，掌握学习内容”，实现深层学习的引领不够[1，3，6，7]。

二、信息技术驱动下的智能化仪器课程教学改革

在总结智能化仪器课程教学已取得教学成果和典型应用实例效果的基础上，结合信息技术、人工智能等技术支持，开展智能化仪器课程教学改革工作。具体包括，课程教学内容的多形态化划分模式改革，基于多技术支持的复合教学方法改革，基于信息技术的新型教学实验管理系统研究，以及课程专业化授课队伍建设改革。

（一）课程教学内容的多形态化划分模式

现阶段，大部分高校采用一刀切的传统教学方法和统一的教材。同时，物联网技术、移动终端接入技术、互联网技术、人工智能技术提供了多种多样的教学解决方案，这将深深影响着高等教学过程。鉴于此，将智能化仪器课程的内容进行了多形态化划分，具体划分为：课堂讲授内容，在线讲授内容；基础理论内容，技术应用内容，综合应用技术内容；必讲内容，选讲内容，自主学习内容；专项技术内容，综合应用内容等。

（二）基于多技术支持的复合教学方法

传统的教育模式，老师讲、学生听，无法充分调动学生的积极性，学生依旧处在被动接受知识的状态。由于智能化儀器课程具有工程实践性强的特点，基于物联网技术、互联网+技术、智能计算技术等，在课堂教学和实践中引入了基于问题导向的教学方法，基于项目的教学方法，基于就业导向的教学方法，以社会和学生未来职场需要为引导，教授学生真正有用的知识，使学生掌握有用的技能。

（三）基于信息技术的新型教学实验管理系统研究

信息技术的迅猛发展，为智能化仪器课程的教学和实验管控提供了新的解决方案[1，2，3]。基于信息技术的重要组成或者应用技术，例如，物联网技术、智能计算技术、自适应学习技术、大数据等技术设计开发了智能化仪器的新型教学实验管理系统，该系统包括智能化仪器在线综合课程评测系统，智能化仪器视频公开课系统，智能化仪器创新创业网络实验室，智能化仪器在线仿真实验室，智能化仪器远程录课授课系统，智能化仪器教学网络论坛，智能化仪器移动教学系统等，如图1所示。

（四）课程专业化授课队伍改革

在信息技术推动下，社会和教育环境不断变化，教师角色也随之发生改变。教育者已经远远超越了“传道，授业，解惑”的职能，而逐渐成为学习过程的管理者和推动者[1，2，6]。为此，信息技术推动下，课程授课教师必须向专业化方面发展。

1.面向职场需求的动态课程组。整个社会和未来职场对人才的要求折射到教师专业发展领域，深刻影响教育者的角色：除了能及时发现教学中的突发事件，教师还必须应对人口结构转变、入学率变化和来自利益相关者的压力，为毕业生提供全球视野下21世纪工作环境所需要的技能[1，7，8，9]。教师在授课过程中，不但要关注社会和职场的相关专业和技能需求，而且要设计相应的教学内容，使学生获得这些技术和技能。这样给授课教师提出了很大的挑战，为了应对这种挑战，我们为智能化仪器课程设立了面向职场需求的动态课程组，课程组有3-5人组成，分别为：基础理论技术教师，负责基础理论技术研究和讲授，主要由智能化仪器课程专任教师担任，讲授智能化仪器设计所需的基本理论、基本技术和设计方法；基础技能实践教师，负责基本实验实践项目研究和讲授，主要有控制类、电气类、信息类、仪表类等多个学科的实践能力强的教师组成，以引导学生应用所学多学科技术知识进行简单项目开发的技能和能力；工程综合创新实践教师，负责工程综合创新项目研究和讲授，此类型教师主要聘任来自企业、研究所等一线市场的专家、技术骨干，最大限度地拉近教学和市场、职场的距离。

2.教师队伍的信息素养建设。21世纪环境下，提高数字素养是对所有人的要求，它不仅指能够使用数字化工具，还包括利用特定的数字化技术解决具体情境中的问题[1，2，10，11]。为了提高智能化仪器课程组教师的信息技术素养，采取了如下改革措施：1）设立了“信息化教学奖金”，奖励教师采用信息技术开展教学创新，获奖的教师积极探索各种前沿信息化教学技术和方式，如自适应学习、视频访问、数字档案、混合式学习模式[1，10]等；2）设立教师信息化进修培训基金，为课程组老师进行信息化应用技术进修和培训提供资金支持。

三、课程改革的特色与创新

本研究提出的信息技术驱动下的智能仪器课程教学改革，较现有的一些课程教学模式有诸多特色与创新之处，主要体现在以下几个方面。

（一）多种教学模式有机融合

多种教学方式结合，对于实践性、综合性较强的智能化仪器课程需引入基于问题导向的教学模方法，基于项目的教学方法，基于就业导向的教学方法等，不设置固定的教学项目、实践步骤，教师只规定合理项目范围和要求，由学生主动去查询资料，自行设计方案、步骤，再与老师同学互相探讨，完成学习过程，以学生为中心，面向职场和培养有用能力为目标，促进学生自主学习、创新学习和终生学习意识和习惯的形成。

（二）专业化课程教师队伍建设

设立专项奖励和基金，制定培养计划，加强教师个人能力的培养、提高，鼓励教师不断学习，并且深入实践，做项目、做课题，根据社会实际和职场工作需求，选择合理项目融入教学，激发学生兴趣，提高学生学习主动性。聘请企业工程师作为兼职教师，丰富课程组教师组成，在课程实施过程中，校内专任教师与兼职企业教师一直处于交流与合作中，校内专任教师走进企业得到学习锻炼，企业工程师的协助教学提高了课程教学的实用性。

（三）有效整合正式学习和非正式学习

基于物联网、云计算、自适应学习技术、大数据等技术进行基于信息技术的新型教学实验管理系统的研究，从新构建了智能化仪器课程的学习空间，实现了课堂教学、在线教学、在线实验、网络化仿真、校内教学实验室、企业教学实践基地、大学生学科竞赛等教学资源的融合，整合了课堂、学校正式学习和网上在线学习，视频远程教学，企业工程实践等非正式学习模式，大力推动了学生移动学习、自主学习、自适应学习、创新学习意识和习惯的形成。

四、结论

在信息技术的推动下，对智能化仪器课程进行了全面的教学改革，尤其在信息技术下的教学内容模式，基于多技术的复合教学方法，基于信息技术的新型教学实践管理系统和课程专业化教师队伍建设等方面，取得了显著的成效。在新的教学模式下，通过对智能化仪器课程的学习，学生既可掌握智能化仪器的基础理论，又增强了基于所掌握理论知识解决实际问题的能力，促进了学生自主学习、创新学习意识和习惯的形成。

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