关联生活实例和课堂实验的新工科教学探索

甘少君 王燕霞 赖见辉

摘要：《交通信息检测与处理》课程是信息科学与交通学科的融合，包含大量编程、物联网以及人工智能的内容，是新工科建设的典型课程。如何引导传统工科学生积极参与课堂讨论、系统掌握课程内容，成为传统工科专业引入新工科课程的教学难点和创新探索的目标。本文以《交通信息检测与处理》为例，提出关联生活实例和课堂实验的新工科课程教学探索，引领学生从生活中的交通信息检测器出发，了解不同种类交通信息检测器的适用范围进而掌握其优、缺点;另外通过在课堂引入趣味实验，使得学生在轻松的学习氛围下掌握各种检测器背后的原理，进而激发学生对专业理论的研读与思考，并促进课程思政的达成。使理论教学从枯燥的概念记忆向高阶理解掌握递进，为传统工科专业引入新工科课程的课程质量提升带来启发。

关键词：新工科;交通学科;课堂实验;生活实例

一、问题导向

1.1教学痛点

随着我国交通基础设施建设蓬勃发展和城市化的日新月异，交通类专业的建设取得了巨大的成就[1]。近年来，随着计算机技术和信息技术的发展，交通行业在大数据、边缘计算、物联网和人工智能快速发展的浪潮中也不断革新，传统的交通管理方式正在快速更新，交通技术正在拥抱大数据、智能化等新技术，《交通信息检测与处理》等与信息科学深度融合的新工科课程应运而生。然而，传统工科专业学生编程基础薄弱、缺乏人工智能等信息科学背景给新工科课程的学习和理解带来巨大阻碍[2]。

教材全是字，学生不爱学，上课不积极，课后阅读量难保障等现实问题使得新工科课程已经成为传统工科类专业课程质量提升的痛点，《交通信息检测与处理》正是该类新工科课程的典型代表[3]。如何以学生为中心，利用创新的教学理念、方式、方法，达成专业理论学习认知升级的教学效果，并形成主动学习理论和良好的教学氛围，成为此类课程教学创新探索的问题与目标[4]。

1.2学情分析

本课程学生为北京工业大学2019级四年制交通类专业的大三学生。其中，1999年出生约70%，大城市生源近83%，乡村生源约17%。随着国家经济发展和城市化进程，青年学生们见识、兴趣、爱好都很广泛，大家都使用手机并热衷信息类专业，但深度和高阶的理论内容却成为很难开展的教学工作。在以往课堂教学中，低头族、手游族、被动派成为现在常见的青年学生状态。如何保护好学生们对信息化专业的兴趣，引领学生积极、主动探索课程内容，成为新工科课程的创新出发点[5]。

二、创新思路与举措

2.1创新思路

《交通信息检与处理》课程主要讲授基于磁频、波频、射频、视频的车辆检测器及其数据处理方法[6]。既包含大量的物理学、电学知识难点，也包含较多编程手段，成为传统工科专业与信息科学融合的典型课程[7]。为更好的引导学生掌握课程要点，保护学生对新兴信息技术的兴趣，本文提出一种关联生活实例和课堂实验的课程教学方法，帮助学生们从生活中常见的现象出发，挖掘其中的物理学原理，进而升华拓展到本课题的关键内容。例如第四章，基于射频的车辆检测技术，课堂从校园卡的使用为切入点，使得学生理解校园卡同样是应用射频原理，进而拓展出射频识别的通信距离、通信手段等高阶内容[8]。

2.2创新举措

2.2.1引导学生探索日常生活中的交通信息检测器

《交通信息检测与处理》课程所涉及到车辆检测技术在北京等大中城市均有广泛应用，考虑到本课程学生大部分为北京生源，在日常生活中接触各种交通检测器的机会较多。因此，课程在讲授不同检测器之前，首先引导学生找寻生活中的交通信息监测器，分析其类型、安装位置以及适用场景，对不同种类的交通监测器有初步的认识。

2.2.2引导学生思考具体场景中交通信息检测器的设置依据

进一步，引导学生查阅资料，探究安装不同种类的监测器的依据。例如，我校东南门车辆进出口为什么布置的检测器是线圈传感器配合视频摄像头，而停车场内则安装的是地磁传感器？通过引领学生探究不同场景下交通監测器的布置方案，使得学生直观的掌握各种监测器的优缺点，并且在课程结束后看到不同的检测器时可以无意识的回想起课程内容。

2.2.3增加课堂趣味实验，抓住学生求知欲和探索欲

《交通信息检测与处理》课程所讲授的交通检测器检测原理较复杂，仅仅通过教材学习，很难掌握检测器的检测原理。通过分析，《交通信息检测与处理》课程所涉及到的检测器原理几乎全部可以通过实验的方式向学生展示。例如，第二章线圈检测器通过电涡流原理检测车辆，电涡流原理在生活中应用广泛;第四章RFID检测器通过电磁感应原理检测，与学生们日常使用的校园卡原理一致。

2.2.4增加信息科学随堂编程演示，帮助学生消除对编程的恐惧

针对交通专业学生编程基础薄的实际情况，引入可视化编程工具Node-Red对课程涉及的交通检测手段及数据处理方法进行演示，避免学生由于传统编程方法难入门直接放弃对课程的探索。Node-Red为近年来产生的可视化编程方式，学习者无需专业编程基础即可实现基本的操作。通过课堂演示，学生们了解到简单数步即可实现通过超声波传感器检测车辆速度、距离，并且能够实现超速信息语音提醒，邮件提醒。极大的消除了学生们对编程的恐惧。

三、教学评价

在本课程以往的教学评价中，对概念记忆，观点理解，文字输出较为关注。但在关联生活实例和课堂实验的教学探索中，在最初阶段很难找到合适的教学评价方法，来客观真实评价教学效果。但似乎在课程进展中，大家的表现和课后在思考作业的表现还是具有个体差别的。为了将结果型评价向过程性评价延伸，本次探索采用了1）课后总结报告感悟，让同学自评反思，同时评价课堂教学效果。2）教师结合课程目标的达成和教学内容的落实，在课后作业中评价学生。通过学生的教学评价，可以看出本次教学探索达到了预期目的。

四、课程思政

4.1思政点挖掘

当前课程思政的内容挖掘已经成为課程建设的重要方面，尤其在技术性课程中较难找到对年轻人较有吸引力的思政点。通过在课前大量阅读文献，查阅资料，做到每一堂课都融入思政元素，润物细无声。例如在移动型车辆检测器中，通过引入我国北斗定位导航系统的开发设计过程，让学生们了解到我国北斗系统如何打了一场漂亮的翻身仗，理解为何北斗系统对我国意义重大;在基于视频的车辆检测器中，通过讲解华为、海康等一批民族企业如何扛起科技创新的大旗，解决“卡脖子”问题，增强学生们的民族自豪感。

4.2引入方式挖掘

最后在课程思政内容引入方面，从青年的视角，具有青年人喜欢的审美感和及时性，更能引起青年兴趣，并不会带来反感

五、教学探索总结

本次关联生活实例和课堂实验的《交通信息检测与处理》课程调动了学生既有的经验、能力、认知，通过教师引导，将生活实例导向课程内容和目标，让同学自我建构，而非强制灌输。尤其对于专业理论课程，虽然有一定深度和难度，但正是切身体验，才能激发学生思考、查询、阅读、批判等一系列更高阶的学习行为，形成建构式学习。

关联生活实例和课堂实验的新工科课程教学模式充分利用学生们的求知欲、探索欲，力图消除传统工科专业学生对编程等新型信息化专业课程的恐惧和抵制，结合课题演示实验和可视化编程技术，达成专业理论学习认知升级的教学效果，形成主动学习和探索的良好的教学氛围，成为传统工科专业讲授新工科课程的有效探索。

参考文献：

[1]马永财，毛欣，万霖.交通运输专业实践教学体系改革研究[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2011（4）：2.

[2]马驷，彭其渊，王琳，朱志国.交通运输专业实践教学体系改革研究[J].西南交通大学学报（社会科学版）（6）：95-99.

[3]罗清玉，吴文静，杨丽丽，等.基于工程教育核心理念的交通运输类课程教学改革路径[J].教育现代化，2018， v.5（15）：51-52.

[4]秦严严，李淑庆，何兆益.人工智能背景下交通工程专业教学改革探索[J].科教导刊，2020（2）：2.

[5]佟璐.基于创新型人才培养的交通运输专业实验教学改革研究[J].当代教育实践与教学研究（电子刊），2018（9）.

[6]夏建国，赵军.新工科建设背景下地方高校工程教育改革发展刍议[J].高等工程教育研究，2017（3）：6.

[7]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017（2）：10.

[8]陈慧，陈敏.关于综合性大学培养新工科人才的思考与探索[J].高等工程教育研究，2017（2）：6.