張晉東

（1.吉林大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130012；2. 吉林大學(xué) 符號計(jì)算與知識工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130012）

1 背 景

伴隨時(shí)代的進(jìn)步以及本科教育的向前發(fā)展，涌現(xiàn)出諸多面向本科教育的研究[1-2]。針對未來的本科教育發(fā)展方向如何把握，將再次引發(fā)教育界的關(guān)注。研究針對本科教育培養(yǎng)目標(biāo)方面的頗多，相關(guān)實(shí)踐教學(xué)研究成果也頗為豐富。對于本科教育中培養(yǎng)目標(biāo)有關(guān)人才培養(yǎng)質(zhì)量觀的研究中，諸多教育專家認(rèn)為，本科教育的學(xué)校要培養(yǎng)出具有創(chuàng)造能力與創(chuàng)新精神的德、智、體、美各個(gè)方面全方位發(fā)展的高素質(zhì)的高級專門人才；還有些教育專家展開了有關(guān)專才教育和通才教育的討論，并研究專才、通才和復(fù)合型人才如何培養(yǎng)的問題，提出了如何培養(yǎng)出企業(yè)家型、T型、復(fù)合型、一專多能型人才等教改方案。面向不同層次本科高校的高等教育培養(yǎng)目標(biāo)的研究，目前開展較多的是針對工程類高校自身特點(diǎn)量身定制其本科培養(yǎng)目標(biāo)。學(xué)者與專家普遍認(rèn)同知識發(fā)展的需求、社會發(fā)展的需求和大學(xué)生個(gè)體發(fā)展的需求會影響本科高校的培養(yǎng)目標(biāo)。然而，有關(guān)以工程項(xiàng)目創(chuàng)新idea引導(dǎo)的縱深式本科教學(xué)改革的研究較少。

像美國、日本、英國、德國等許多國家都進(jìn)行了卓有成效的改革，但是近20幾年來世界各國的經(jīng)濟(jì)、政治局勢變化較大，尤其是各國經(jīng)濟(jì)形勢受到全球一體化乃至日新月異的現(xiàn)代科技革命的影響，這都給本科高等教育的教學(xué)模式與現(xiàn)有傳統(tǒng)理念帶來了新的挑戰(zhàn)，同時(shí)給本科高等教育的改革也帶來了許多難題。例如，美國的本科教育遇到了如何重新組建研究型大學(xué)的挑戰(zhàn)，大學(xué)本科高等教育的改革方向如何指引在德國引發(fā)廣泛熱議。教育部組織開展的新世紀(jì)高等教育本科教學(xué)改革研究、高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革研究都是面向高等教育培養(yǎng)目標(biāo)的研究、本科教育思想的研究和如何培養(yǎng)大學(xué)生素質(zhì)的研究；教育部每年組織各種活動并且多次發(fā)文促進(jìn)高校的本科教學(xué)改革，全國各個(gè)高校也相繼開展了針對本科各個(gè)課程的教學(xué)目標(biāo)以及教學(xué)實(shí)踐的改革?？v觀上述，對高等學(xué)校的教育研究的針對性與系統(tǒng)性仍不深入[3-5]。

以工程項(xiàng)目創(chuàng)新idea引導(dǎo)的縱深式本科教學(xué)改革中，工程項(xiàng)目創(chuàng)新idea具體是指任課教師實(shí)際承擔(dān)或參與的科研項(xiàng)目中由教師提出的科研學(xué)術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。以傳感器技術(shù)這門課程為例，傳感器技術(shù)課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開設(shè)的必修課，是為滿足物聯(lián)網(wǎng)工程領(lǐng)域?qū)ο嚓P(guān)計(jì)算機(jī)應(yīng)用型技術(shù)人才的需要而設(shè)立的，是一門兼具理論性與應(yīng)用性且實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。結(jié)合傳感器技術(shù)這門課程的特點(diǎn)和教學(xué)實(shí)際需要，我們開展以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力為引導(dǎo)的靈活多樣的教學(xué)方法改革，切實(shí)廣泛開展啟發(fā)式、實(shí)際工程項(xiàng)目案例式和科學(xué)研究式教學(xué)方法改革。

2 實(shí)行創(chuàng)新idea引導(dǎo)的縱深式本科教學(xué)改革

為了重點(diǎn)開展以問題為導(dǎo)向和以實(shí)際工程項(xiàng)目為基礎(chǔ)的研究性教學(xué)改革，為學(xué)生營造能夠進(jìn)行自主研究型學(xué)習(xí)的必要環(huán)境和條件，可以具體實(shí)施以工程項(xiàng)目中創(chuàng)新idea引導(dǎo)的縱深式本科教學(xué)改革，讓學(xué)生將理論知識與實(shí)踐教學(xué)緊密地結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)獨(dú)立完成項(xiàng)目，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)主體性，在授課教師有針對性的指導(dǎo)下，培養(yǎng)解決實(shí)際工程問題能力和團(tuán)隊(duì)合作能力以及靈活運(yùn)用知識的能力，提高自主獲取知識、自主學(xué)習(xí)等綜合能力，并促進(jìn)實(shí)際科研項(xiàng)目與本科教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合，使學(xué)生形成創(chuàng)新意識和最終具備終身學(xué)習(xí)能力。以工程項(xiàng)目創(chuàng)新idea引導(dǎo)進(jìn)行縱深式本科教學(xué)改革研究，具體的教學(xué)流程如圖1所示。

圖1 創(chuàng)新idea引導(dǎo)的縱深式本科教學(xué)流程

2.1 制訂立體化教材規(guī)范

針對如何制訂立體化教材規(guī)范，教師應(yīng)從認(rèn)知規(guī)律入手，重新編排課程的教學(xué)內(nèi)容，要以立體化課程教材建設(shè)、教材管理、教材使用和教材更新為運(yùn)行機(jī)制。為便于本科生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，需要依據(jù)實(shí)際工程項(xiàng)目需求且融合多種媒體方式進(jìn)行課程體系建設(shè)。在重要原理和基本概念引入前，需要深刻而簡明地闡述其實(shí)際工程應(yīng)用的總體思想。充分考慮教學(xué)的需要，按照依循序漸進(jìn)的原則，以適當(dāng)?shù)碾y度與梯度選編教學(xué)應(yīng)用的工程實(shí)例，是教學(xué)改革要解決的首要問題。

以傳感器技術(shù)課程為例，教學(xué)中可以結(jié)合課程各個(gè)章節(jié)中涉及的新型傳感器和常用典型傳感器的基本原理以及任課教師的實(shí)際科研項(xiàng)目，以多個(gè)典型實(shí)際工程項(xiàng)目為直接應(yīng)用，如在講解電阻式傳感器內(nèi)容時(shí)融入數(shù)字式糧食容重自動測試儀的工程實(shí)例并引入創(chuàng)新idea，將數(shù)字式糧食容重自動測試儀的開發(fā)過程加入此章節(jié)的教材建設(shè)，還應(yīng)具體列出電阻式傳感器在此測試儀中如何改進(jìn)的創(chuàng)新idea，重新編排教學(xué)內(nèi)容并以多種媒體方式生動展示，使本科生掌握傳感器技術(shù)的基本概念，熟悉新型傳感器及常用典型傳感器的工作原理、參數(shù)性能指標(biāo)、測量與檢測電路，了解基于工業(yè)計(jì)算機(jī)或嵌入式的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中運(yùn)用傳感器如何獲取感知數(shù)據(jù)的基本技術(shù)方法。

2.2 開發(fā)立體化教學(xué)包

針對如何實(shí)現(xiàn)立體化教學(xué)包，需要具體實(shí)施課程教學(xué)方案、課程電子教案、教學(xué)多媒體素材資料庫、典型實(shí)際工程項(xiàng)目學(xué)習(xí)指導(dǎo)及測試題庫等的開發(fā)，以適應(yīng)課程教學(xué)實(shí)際需求，從而提高課程教學(xué)質(zhì)量和實(shí)踐教學(xué)效果。這些是以工程項(xiàng)目創(chuàng)新idea引導(dǎo)進(jìn)行縱深式本科教學(xué)改革要解決的關(guān)鍵問題。

以傳感器技術(shù)課程為例，為了彌補(bǔ)傳感器實(shí)物不便于拿到課堂和現(xiàn)有電子教案展示效果的不足之處，教師可利用多媒體動畫技術(shù)制作出符合學(xué)生認(rèn)識規(guī)律和思維過程的傳感器基本原理演示的教學(xué)課件，并設(shè)計(jì)有效的師生互動環(huán)節(jié)，易于師生互動，使學(xué)生初步掌握針對具體應(yīng)用領(lǐng)域綜合考慮環(huán)境與經(jīng)濟(jì)等非技術(shù)因素的復(fù)雜傳感器應(yīng)用工程的設(shè)計(jì)與分析方法。在教材的基礎(chǔ)上，教師可重新設(shè)計(jì)以工程項(xiàng)目創(chuàng)新idea引導(dǎo)教學(xué)過程，制作大量的傳感器在實(shí)際工程中應(yīng)用的教學(xué)動畫，以直觀的方式揭示傳感器在典型工程應(yīng)用實(shí)例中的作用，使學(xué)生加深對傳感器技術(shù)基本原理和應(yīng)用方法的形象化掌握和理解，具備綜合運(yùn)用傳感器的檢測方法與基本原理分析與解決實(shí)際復(fù)雜工程應(yīng)用類項(xiàng)目問題的能力，使大學(xué)生具有學(xué)習(xí)主動性與獨(dú)立思考能力，增強(qiáng)創(chuàng)新意識。

為突破教學(xué)難點(diǎn)并有效提高教學(xué)效率和增強(qiáng)教學(xué)效果，在傳感器技術(shù)的教學(xué)過程中，需要按動態(tài)仿真教學(xué)方式更新并設(shè)計(jì)出更適合教師進(jìn)行課堂教學(xué)的大量多媒體動畫演示。教師可以借助課程電子教案中的超鏈接技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器基本原理與演示動畫內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)，在課件中明確教學(xué)基本要求和學(xué)習(xí)目標(biāo)，以方便為自學(xué)人員提供學(xué)習(xí)的建議、幫助和方法。

搜集整理大量有關(guān)新型傳感器及常用典型傳感器的教學(xué)資源和備課元素，以建立教學(xué)素材資料庫，可供課程教師選用與修改，并充分展現(xiàn)各位任課教師的個(gè)性化授課特點(diǎn)，同時(shí)還應(yīng)包含各種傳感器的實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例庫。

教師可以傳感器技術(shù)課程為例，以新型傳感器及常用典型傳感器的典型實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用為基礎(chǔ)建立試題庫，設(shè)計(jì)出選擇題、填空題、證明題、計(jì)算題、綜合設(shè)計(jì)應(yīng)用題等題型，從而滿足任課教師進(jìn)行試題靈活組卷的要求。

2.3 引入縱深式創(chuàng)新idea項(xiàng)目

結(jié)合上述2.1中的立體化教材規(guī)范，依據(jù)新型傳感器及常用典型傳感器的基本原理，以任課教師的多個(gè)典型實(shí)際工程項(xiàng)目（尤其是汽車電子控制領(lǐng)域）為直接應(yīng)用，可以培養(yǎng)學(xué)生具有主動探索傳感器技術(shù)問題本質(zhì)與背景的素養(yǎng)。教師可引入新的創(chuàng)新idea，進(jìn)一步給本科生分組（3～5人為1組）并確定創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目的題目，同時(shí)可將此題目進(jìn)行縱向延伸作為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目或國際大學(xué)生iCAN創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等創(chuàng)新項(xiàng)目；為參與自擬項(xiàng)目的學(xué)生提供多個(gè)創(chuàng)新課題的立題指導(dǎo)，使其最終將優(yōu)秀的項(xiàng)目進(jìn)一步完善并指導(dǎo)其參加國家級相關(guān)大學(xué)生競賽類項(xiàng)目。

2.4 指導(dǎo)取得項(xiàng)目成果

教學(xué)改革進(jìn)入實(shí)踐環(huán)節(jié)，對于其中優(yōu)秀的項(xiàng)目和學(xué)生進(jìn)一步指導(dǎo)，對相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行深層挖掘和理論凝練，以指導(dǎo)教師引入新的創(chuàng)新idea為核心，對本科生所做項(xiàng)目中的算法和數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)與分析并撰寫論文，其中優(yōu)秀學(xué)生可考慮發(fā)表高水平論文、申請發(fā)明專利以取得項(xiàng)目的創(chuàng)新成果，從而使教學(xué)成果有更大范圍的普及與應(yīng)用推廣。此外，指導(dǎo)教師也要對這種以工程項(xiàng)目創(chuàng)新idea引導(dǎo)的縱深式本科教學(xué)改革進(jìn)行總結(jié)，并發(fā)表與項(xiàng)目研究有關(guān)的專業(yè)技術(shù)、教學(xué)改革和教學(xué)管理論文。

3 實(shí)踐教學(xué)成果

通過近幾年的教學(xué)實(shí)踐，共對8組本科生進(jìn)行指導(dǎo)，目前已發(fā)表論文6篇，其中3篇為SCI檢索期刊論文；已申請并處于實(shí)審階段的發(fā)明專利4項(xiàng)，其中有兩項(xiàng)已經(jīng)獲得發(fā)明專利證書；已獲得軟件著作權(quán)4項(xiàng)。目前，其中的第7組和第8組項(xiàng)目正在運(yùn)行中，后續(xù)仍有望發(fā)表2篇論文并獲得2項(xiàng)軟件著作權(quán)。具體統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 實(shí)踐教學(xué)成果統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 語

以工程項(xiàng)目創(chuàng)新idea引導(dǎo)的縱深式本科教學(xué)改革結(jié)合本科生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的綜合培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)切實(shí)廣泛的啟發(fā)式、實(shí)際工程項(xiàng)目案例式與研究式教學(xué)方法改革；在教師指導(dǎo)下為學(xué)生營造能夠進(jìn)行自主研究型學(xué)習(xí)的必要環(huán)境和條件，并促進(jìn)實(shí)際科研項(xiàng)目與本科教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合，以學(xué)生為主體發(fā)揮自主研究型學(xué)習(xí)的主體性，以引導(dǎo)學(xué)生自主獲取知識并使其形成自主學(xué)習(xí)的能力，具備創(chuàng)新意識和最終具有終身學(xué)習(xí)能力；在指導(dǎo)教師有針對的指導(dǎo)下，通過學(xué)生將理論知識與工程實(shí)踐緊密結(jié)合獨(dú)立完成實(shí)際科研項(xiàng)目，培養(yǎng)本科生的實(shí)際動手能力、靈活運(yùn)用知識能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和解決實(shí)際工程問題的綜合能力。

通過指導(dǎo)教師對以工程項(xiàng)目創(chuàng)新idea引導(dǎo)的縱深式本科教學(xué)改革進(jìn)行實(shí)踐與總結(jié)，可以對新一輪教學(xué)改革方案實(shí)施進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。另外，如何完善實(shí)驗(yàn)環(huán)境與設(shè)施，為大學(xué)生提供更好的實(shí)驗(yàn)條件，是有待進(jìn)一步研究的問題。

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