新工科背景下检测类课程“互联网+工程教育”改革实践

沈非凡，郑家琪，马佳星，陈 杨

（1.浙大宁波理工学院，浙江宁波 315100；2.宁波大学科学技术学院，浙江宁波 315300）

在过去十年中，智慧教学策略被广泛用于高等教育课程改革中，以提高课堂教学的效率和质量[1]。在现代高校课堂教学环境中，随着现代信息技术的进步，智慧教室的推广应用，以及智能设备（如智能手机、平板电脑）的普及，大学生能够从智慧教学中获得更多的信息来源。通过互联网等先进技术和智能设备的使用，可以将教材、课件、其他课程资源整合在一起，为学生提供便捷的可获取课程关键信息的信息化途径[2]。当前，智能设备上的教育教学类应用越来越丰富，足以满足基于智慧教学的高等教育课堂教学需求。

近年来，高等教育领域的学者们提出了一系列面向智慧教学改革和应用的课堂教学研究工作[3-5]。然而，大多数的相关研究只是将智慧教学作为传播知识的载体，以取代传统的教科书。因此，与传统的阅读纸质材料方式相比，学生可能花费更多的时间专注于智能设备本身的使用，而获得的知识有限。事实上，智慧教学能够承担更加复杂的课堂教学任务。例如，智能设备的交互功能常常被忽视，使用者往往认为过多地利用智慧教学进行交流会分散学生的注意力，导致学习效率降低。此外，当前智慧教学的知识主体仍是理论知识为主，而缺乏工程实践相关知识的承载和传播。在本文的教学改革和实践中，设计了一种改进的新工科背景下“互联网+工程教育”智慧教学框架，提升高等教育课题中智慧教学效率和质量。通过对传统“互联网+教学”的深入探索和改进，并进一步挖掘互联网技术和智能设备的教学潜力，协助大学生以更高的效率利用智慧学习策略和设备进行课堂学习，进一步提升师生交流互动的频率，以及学生解决复杂工程问题的能力。为了验证提出的教学改革方法的有效性，在现代检测技术与仪表等检测类课程中进行了实践。

本文的其余部分内容如下：首先介绍研究相关的背景和基本概念，以及改革课程的基本情况；随后，详细阐述了基于“互联网+工程教育”的智慧教学改革内容和框架；接着，在现代检测技术与仪表课程中进行了改革内容的初步实践，评估所提出框架的有效性；最后是本文的结论。

一 背景介绍

（一）基本情况

从人才培养的角度出发，培养面向新兴产业的创新应用型人才成为了国内应用型高等院校的一项重要任务。从2017 年起，“新工科”的理念被提出并不断地被完善。从国内高校新工科专业和教学改革情况来看，对于新工科应用型人才的培养主要可分为两条路线：一条路线是全新的新工科专业的开设与课程体系的发展，例如开设工业智能、人工智能、智能制造工程等新兴专业，并形成了以人工智能理论和技术为核心的课程体系；另一条路线是对传统工科专业的改造与升级，例如针对传统的机械类、土木工程类、电子信息与电气工程专业的改进[6]。

课程建设是专业建设的根本，也是人才培养的基石。其中，检测类课程是自动控制系统的重要组成部分，是电子信息与电气工程类专业学生必须掌握的专业理论知识。因此，做好检测类课程的改革与建设对于专业建设有着重要的意义，是新工科背景下培养高质量应用型人才的重要基础[7-8]。现代检测技术与仪表课程作为典型，其主要内容包含测量系统与传感器、误差理论基础、传感器概述、测量电路及应用、各类电参数传感器的原理及应用以及检测系统设计初步。通过本课程的学习，学生掌握检测的基本理论与仪表技术的基本常识，各种传感器的工作原理、特性及测量电路的特点，常用参数的检测方法，测量系统设计和标准仪表的基础知识。从而能正确选择与设计测控系统中的检测传感器、测量电路、变送器及传输线路的能力。

（二）传统的智慧教学模式

智慧教学，是指依托物联网、云计算、无线通信等新一代信息技术打造的物联化、智能化、感知化、泛在化的教育信息生态系统。以教育信息化促进教育现代化，用信息技术改变传统模式。当前，高校的课堂教学过程中，智慧教学已发挥了举足轻重的作用。目前，传统的智慧教学结构如图1 所示。

图1 传统的智慧教学结构与模式

该模式主要依托于“互联网+教育”和智慧教室理念及技术。其中，“互联网+教育”主要利用先进的互联网技术，通过现代信息和网络技术的深入应用，实现对教育模式的增强与优化，提高教育的公平、质量和效率。微课、慕课、翻转课堂等新形态课堂教学模式，都是依托于“互联网+教育”理念应运而生的。另一方面，智慧教室是智慧教学环境的物化形式，是传统多媒体和网络教室的改进形态，它是借助互联网技术、云计算技术等构建起来的新型教室，可通过各类智能教学装备对教学内容的呈现、学习资源的获取、课堂交流的实现提供必要的支持，从而促进个性化和开放式学习。作为智慧教学的重要组成部分，智慧教室整合了智能设备和学生，创造了先进的人机交流模式。通过使用智能设备和相关技术，智能教室在智慧教育和传统课堂活动之间架起了一座“桥梁”。教师的知识通过智能载体以更直接的视角传递给学生。学生可以从屏幕、课桌、黑板等多种途径开展学习行为。

智慧教学的另一个重要特征是基于智慧教学相关技术的协同学习。在同一个网络环境中，学生可以轻松地相互通信，而不受教室距离的限制。另一方面，在智慧设备和互联网技术的帮助下，教师可以轻松地分配任务、发布测试和布置讨论。学生则可以通过智能设备和无线网络参与智慧学习，轻松获取课程知识。由于智慧教学的一系列优势，许多课堂模式中都采取了这种形式，如翻转课堂等。

二“互联网+工程教育”课程教学改革设计

（一）改进的智慧教学模型

为了获得更好的智慧教学效果，本文提出了一种改进的智慧教学模型，该模型保留了传统模型的优点，在依托互联网技术的基础上，通过增加体系的实时交互性，同时结合工程教育的客观需求。改进后的模型如图2 所示。

图2 改进的“互联网+工程教育”智慧教学模式

在提出的改进模式中，通过引入实时交互和直接反馈环节，消除学生和教师之间的交流鸿沟。当学生在理解课程知识内容遇到困难时，可以通过语音输入或手指触摸提问，而教师则可以立即回答问题并分配相应的学习任务，提高相关知识的即时掌握能力。改进后的模型保留了传统智慧课堂模式的优势。教学材料上传到智能设备，方便访问。采用课件、视频、语音、图像等多媒体方式，学生能够直接了解课程知识点。改进的模型不再分离学生、教师和设备这三种元素，而是将其与互联网结合成一个集成的智能环境。改进后的模型更加关注大学生的学习行为。学生不是听众，而是参与者。他们被引导进行协同学习，个人展示和学时互评等，从而实现主动学习，在课堂上发挥主导作用。

此外，工程教育也被结合到了该结构中，形成了“互联网+工程教育”的全新教学模式。其中，教师在课程教学资料中，对课程教学目标、课程目标对毕业要求的支撑情况、课程教学内容对课程目标的支撑情况，以及考核方式进行了展示和传递，从而使学生在智慧学习过程中充分理解工程教育的理念和标准。此外，通过工程实践案例分析、工程应用背景介绍等教学环节，使学生能对照课程目标开展智慧学习，积累工程实践经验，提升解决复杂工程问题的能力。

（二）基于互联网技术的混合式教学模式

基于互联网技术的线上线下混合式教学模式是实体智慧教室和虚拟线上教学空间相结合的一种新型教学模式，通过将网络课堂和实体课堂的智能互联，既能有效开展生生、师生互动，提高学生自主式和协作式学习能力，促进学习成效，同时还能深入开展启发式、讨论式教学，剖析难点重点问题和工程应用实例，提高解决复杂工程问题的能力。

本课题所设计的混合式教学模式如图3 所示。课前为学生自主学习阶段，学生需要在线上课程平台进行课程预习，并完成相应的学习任务。课中将使用云课堂+翻转课堂的教学模式，首先通过智能设备和教学APP 下达学习任务，对学生进行课堂测试，然后根据测试完成情况进行工程应用案例分析和讨论等自主式学习。课后，教师再通过云课堂根据教学质量反馈信息，进行课堂教学质量的持续改进和个性化指导，基于互联网技术形成符合工程教育标准的“互联网+工程教育”OBE 课程教学模式。

图3 基于互联网技术的混合式教学模式

三 教学效果

本文的教学改革内容已在宁波大学科学技术学院现代检测技术与仪表课程进行了探索实践，授课对象为17 级电气工程及其自动化专业学生。经过与上一个教学周期的课程目标达成度分析结果和教学反馈，课程在经过全方位改革后教学质量得到了明显提升。

其中，收集自学生的课堂满意度评价见表1。该评价为综合评价结果，涵盖了“关注程度、发言机会、作业布置、学习收获、工程教育”等共计10 个方面的满意度调查。从调查结果来看，在经过一轮智慧教学改革之后，学生对于课堂教学的满意度得到了明显提升，直接表明课程的改革方案获得一定的成效。

表1 现代检测技术与仪表课堂教学满意度对比

此外，课程目标的达成情况见表2。从课程目标的达成情况来看，各个课程目标的达成情况均有着显著提升，这表明课程在经过一轮教学改革实践后，教学质量获得了有效改进，符合工程教育的持续改进要求。

表2 课程目标达成情况评价结果

综上所述，课程在经过一轮教学改革实践后，在学生满意度和课程目标达成情况两方面均有显著的提升。这表明，本文提出的改革方案充分调动了学生的学习积极性，并使学生在完成课程学习后具备更好地解决复杂工程问题的能力。

四 结束语

本文提出了一种基于“互联网+工程教育”的改进智慧课堂模式，以克服传统智慧教学课堂模式的不足。与传统模式相比，该方法旨在消除学生和教师之间的差距，并充分利用智慧教学环境。实时互动、智能作业和主动学习策略均可提供更好的教学和学习效果。同时，加入工程教育的相关智慧教学环节，提升学生解决复杂工程问题的能力。现代检测技术与仪表课程改革案例证明了所提出的教学模式的有效性。