新工科背景下的教學創新方法探討

郭 楠

（廣東機電職業技術學院 電子與通信學院，廣東 廣州 510440）

引言

21世紀是一個社會高速發展、科技突飛猛進的時代。時代的快速發展，使企業對人才的需求越來越迫切，要求也越來越高。高校是培養人才最主要的陣地，其責任和義務均責無旁貸。培養優秀的創新人才一直是高校的目標之一，如何在這個科技高速發展的時代為社會輸送合格且優秀的學生，是高校亟待思考的重大課題。

高校本科學生的培養主要以課堂培養為主，并輔以實踐、實訓及其他的一些綜合性訓練，以鞏固課堂學習的各類知識。但高校目前的教學模式暴露出的許多缺陷與不足，嚴重制約了人才的培養，不利于人才本身的成長與發展，也難以滿足目前社會經濟和科技高速發展的需求，造成了人才和資源的極大浪費。因此，高校尤其是高校教師有必要對現有的教學模式進行創新性改革，以適應社會、經濟和高技術快速發展的需要。

新工科是我國基于國家戰略發展需求而做出的符合我國特色的高等教育改革方案，其目標是培養多元化、創新型卓越工程人才。新工科的提出及實施，對各學科專業發展產生了重大影響。新工科專業主要包括人工智能、大數據、云計算、區塊鏈、虛擬現實交互設計、工業機器人等高新技術產業所對應的工科專業。緊跟新工科專業潮流，未來的新興產業需要大批理論扎實、實踐操作能力強、創新能力突出、適應能力強的高素質綜合型專業技術工科類創新人才。為了順應新工科的發展需求，培育新工科工程應用型專業技術機電類專業人才，高校亟待改進傳統的工科教學模式，尋找各種不同的課程教學創新方法。

一、現狀分析

新工科背景下的電氣自動化、自動化類課程，比如電工基礎、C語言、傳感器技術及其應用課程，涉及大量的公式定理、計算推導過程，學生只能“填鴨式”接受知識，導致教師與學生互動很少，部分學生難以集中注意力，出現上課走神、玩手機、玩游戲，以及學生之間交頭接耳的現象，教師授課效果明顯受到影響。

由于實訓類課程課時太少，而像自動化生產線安裝與調試需要很強的動手操作能力和PLC的編程基礎，學生沒有PLC基礎，設備不會使用，則理論學習得不到很好的實踐練習，教學效果比較差，學生學習效率很低。

利用互聯網進行線上教學已在各高校大規模開展，特別是在突發的新冠肺炎疫情影響下，各大高校對互聯網線上教學進行了許多嘗試，并取得了較好的教學效果。學生與教師在非直接面對面的情況下進行教學和學習，一方面避免了疫情期間的大量人群聚集；另一方面完成了高校的教學任務，學生可以在不同的地點學習所需要的知識。但是線上教學方法對一些基礎比較薄弱的學生來說，難以提升他們的學習興趣，教師難以從線上了解學生真實的上課狀況，更無法師生互動。如何改革原有的教學模式以提高所有學生的學習興趣就變得更加重要。

二、創新教學方法改革

新工科專業涉及人工智能、大數據、工業機器人等一些新型的工科專業，其相關的課程理論與實踐結合緊密，尤其對學生的實際動手能力有著較高的要求。比如機器人相關的課程，對學生的實操和編程能力要求很高?？刂茩C器人的各種操作令學生很想嘗試，但編程卻常常使許多學生望而卻步。為提升學生的動手能力，激發他們的興趣，我們采用了許多創新的教學方法。

（一）理論與實踐相結合的教學方法

在一些專業基礎或專業課程中，如電工基礎、傳感器技術與應用課程，一次課一般會連續多節，而這樣連續多節的理論知識講解，會使學生覺得枯燥。我們采取理論課講解和實操課實踐相結合的方法。例如，在電工基礎課講解基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律時，可以先播放運用到基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律原理的相關視頻，接著講解知識點，安排相關的例題和練習，隨機抽查學生回答問題，提高學生的上課專注力。在理論講解完成后，安排學生動手在面板上實驗驗證基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律的電路。由于高職院校學生比較喜歡實際操作，理論講解加實際操作可以提高學生的學習興趣，激發學生學以致用的能力。

（二）把企業導師引入課堂

校企合作模式是指大專院校與企業合作，為提高學生的就業率，與時俱進，有目的性和針對性地為企業輸送技能型人才，注重人才的實用性和實效性的一種教學模式。校企合作注重學校和企業的資源共享、信息共享，學校邀請企業的技術人員給學校的學生上課，向學生講解該課程理論如何應用到實際的工程項目中，介紹現在社會最熱門的技術，并且把最近研發的產品、使用的設備帶過來供學生培訓和學習。不同于傳統的理論知識講授，邀請企業導師來學校上課，在專業課教師傳授基礎知識的基礎上，企業導師帶領學生觀摩企業所研究制作的產品和技術，這種校企合作模式能夠使學生對課程的原理、實際應用、方法創新具有深刻認識。以“傳感器技術及其應用”課程為例，課程共48學時，其中28學時為理論課時，20學時聘請校外的企業導師給學生授課。例如聘請廣東融數控有限公司的技術工程師，通過介紹其公司的最新技術產品，使學生了解傳感器工作原理及其在電子設備中的應用，同時加深學生對傳感器在工業自動化領域的發展現狀和未來發展趨勢的認識。校企合作的教學模式使教學更加適應社會，緊跟市場需求，使實踐和理論更好地結合，讓學生全方位理解專業知識。

（三）實訓、課堂、師生交流相結合

單純的課程實訓課程容易使學生望而卻步，大部分學生不敢動手操作。課堂的純理論講解易使學生感覺枯燥，難以提升學生的興趣。為此，我們采用實訓與課堂相結合的方式克服這些缺點。比如，在自動化生產線安裝與調試，三菱PLC，鉗工，銑工，工業機器人等純實際操作類課程授課過程中，在講授理論知識階段，我們把電腦仿真軟件的操作及其他復雜的實驗步驟等預先用軟件進行錄屏，然后發到班級群中，讓學生自行下載查看。在實訓課上，要求學生先觀看視頻中的操作步驟，然后對照視頻中的操作進行相應的實驗，從而避免了在實際操作過程中不知所措的情況，提高了學生的動手興趣，提升了其動手能力。與此同時，在課程實訓開始前，為了進一步提高實訓課程的效率，我們預先對接受能力較強的學生單獨進行培訓并且錄制視頻，要求這些學生先與其余學生進行交流探討，并反復研究視頻中的操作步驟，找出操作步驟的關鍵點和疑難點，然后集中在實訓課堂上由教師演示操作步驟和解決問題的方法。這樣既避免了教師的不必要重復性講解，又可以促進學生之間的交流探討，培養學生獨立思考和自己動手解決問題的能力。

（四）互聯網線上教學實例化和網絡化

受新冠肺炎疫情影響，課程教學一度由線下改為線上教學，即課程教學采用互聯網的方式進行遠程教學，而不是師生面對面直接進行課程講授。這種授課方式的主要優勢是學生可以在不同的地點學習所需要的知識，然而其缺點也很明顯，教師難以真正確認學生是否在認真聽課，一些課程實驗也難以進行。為了提高教師線上授課的效率和學生線上上課的興趣和效果，我們采用了線上教學實例化和網絡化的教學方法。所謂教學實例化，就是將知識點進行歸納并分類，用一個應用性、綜合性的例題展現所需要掌握的知識點，對課程中每一個大的章節采用這種方法進行實例化，并在課程的最后用一個綜合性的應用實例講解課程知識的具體應用和設計方法。通過這些綜合性的應用實例，提升了學生線上上課的學習興趣，授課效果也得到大幅度提升。新工科課程一般包含一定數目的實踐性操作，由于線上授課的特殊性，難以實施動手實踐。為了克服線上授課這一缺陷，我們采用仿真軟件代替動手實驗項目，要求學生自己動手設計程序并連接仿真軟件進行實踐操作，并逐一要求學生將仿真的結果展示給教師和其他學生觀看并交流，教師和學生可以同步指導，以解決疑難點和關鍵點。由于師生同步交流，學生參與的興趣大幅度提高，取得了較好的效果。

（五）科技創新活動與課堂協調交互

為了提高大學生的自主創新能力，教育部、各省教育廳和各高校每年都定期舉辦大學生各類競賽，以促進優秀青年人才脫穎而出，成為大學生參與科技創新活動的重要平臺。教師如何將這些科技創新活動與課程教學協調交互就顯得非常重要。為此，我們在理論課堂和實踐操作過程中將往屆競賽獲獎的例子展示給學生，詳細講解作品的工作原理，并重點從中抽出一些關鍵技術的原理與課程中的知識進行對照講解，詳細介紹這些課程知識應用的方法、存在的局限性及解決方法等，從而真正實現科技創新活動與課堂協調交互。這些交互活動真正調動了學生的學習興趣，有助于學生積極參與課程的交流和討論，提升學習效果。

三、實施效果

經過多年的實踐，課程教學收獲了顯著的成效。將理論與實踐相結合，學生的學習興趣和學習成績有了顯著的提高，學生積極利用業余時間參加各類電子大賽。例如，我校多名學生參加“挑戰杯”廣東大學生課外學術科技作品競賽，取得二等獎的好成績。在實踐方面，學院利用各種平臺，比如機械設計與制造和電氣自動化技術國家職業教育技術實訓基地，以及機電設備維修與管理省級實訓基地和快速制造國家工程中心佛山新技術推廣基地等與課程同步結合。在企業導師合作方面，與一汽大眾汽車有限公司佛山公司、海爾集團佛山基地、美國科勒佛山公司、美的集團、佛山市萬和新電器股份有限公司、佛山市南海中南機械有限公司等50余家企業建立了長期穩固的校企合作關系，學院定期聘請公司的工程技術人員作為導師向學生授課。特別對于專業核心課程，要求企業導師利用其公司的技術優勢和產品指導學生設計操作實踐，以鞏固學生所學的專業知識。這一方法增強了學生的綜合實力和社會競爭力，教學效果得到大幅度的提升。線上教學實例化和網絡化，盡管是目前特殊情況下的一種措施，但隨著互聯網技術的快速發展，一些課程也逐步在非特殊情況下與線下教學進行有機的結合，且實踐證明這種方法是行之有效的?？萍紕撔禄顒优c課堂協調交互操作是培養學生創新能力的一種嘗試，也是未來高校教學的一種趨勢。這種方法可以有效地把學生學到的理論知識直接融入創新活動作品中，極大地激發學生的參與感和成就感，對學生的能力培養是非常有效的。

隨著網絡技術的快速發展，學生容易沉迷手機和游戲難以自拔。一些學生上課漫不經心，不重視本專業課程且對本專業缺乏興趣。在新工科背景下，如何豐富教學內容，提高學生的學習興趣，加深學生對課程理論和實踐的理解，以及提高教師的教學效率和學生的課堂效率至關重要。本文對課程教學進行創新，一方面，將專業理論知識與實操并行操作，引導學生動腦與動手相結合，讓學生集中精力提高課堂學習效率；另一方面，學院邀請校外的企業導師給學生上課，讓企業導師把當今的技術前沿帶到課堂上，讓學生實際感受、操作現代技術產品，豐富課堂內容，擴大學生的視野。另外，針對實訓類課程，最重要的是講解和練習相結合，鼓勵學生之間相互探討和交流。在采用線上授課時，采用互聯網線上教學實例化和網絡化的教學方法，將知識點進行歸納分類，用一個應用性與綜合性的例題展現所需要掌握的知識點，使授課效果得到大幅度的提升。利用各類科技創新平臺與課堂協調交互，學生的自主動手和創新能力得到了鍛煉，加深了課程理論的理解。在新工科背景下，我們應積極探索更多的創新方法讓學生融入課堂、參與課堂，培養學生獲取知識的積極性和主動性，增強學生學習的獲得感和成就感，全面提升學生的知識水平和操作技能，培養其成為新工科應用型人才。