陳 輝,蔣社想,周華平,徐 輝

(安徽理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,安徽 淮南 232001)

自教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)以來,先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”,并發(fā)布了相關(guān)開展和推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐的通知,為高等院校工科教育的發(fā)展指明了方向。為了適應(yīng)新工科建設(shè)背景下對工科人才培養(yǎng)的新要求,各高等院校采取了一系列舉措以推進(jìn)新工科建設(shè)[1-3],并取得了初步成效。新工科建設(shè)一方面需要針對新興產(chǎn)業(yè),以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心,大力發(fā)展支撐新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新工科專業(yè);另一方面需要改造和升級傳統(tǒng)工科專業(yè),以能夠更好地支撐國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。隨著高精尖技術(shù)和人才競爭日趨激烈,未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的是實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。因此,高等院校需要通過開展工程教育改革以提高工程教育質(zhì)量[4-5],并推動和實(shí)現(xiàn)工程教育同國際接軌,培養(yǎng)更多符合新時(shí)代需求的工科人才。在此背景下,高等院校迫切需要改革傳統(tǒng)教學(xué)方法,探索有效提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的途徑和方法,以提高工科大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力和解決復(fù)雜工程問題能力。

大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)有多種途徑,主要包括課堂理論教學(xué)和課內(nèi)外的實(shí)踐教學(xué)活動。其中,課堂理論教學(xué)是學(xué)生獲取知識和培養(yǎng)創(chuàng)新思維最為重要的環(huán)節(jié),而實(shí)踐教學(xué)則起到了從理論知識到工程應(yīng)用的重要橋梁和紐帶作用,主要環(huán)節(jié)包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、綜合設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn),以及課外和校外開展的各類實(shí)踐活動。由于傳統(tǒng)教學(xué)中過于強(qiáng)調(diào)理論知識的學(xué)習(xí)和掌握,對實(shí)踐教學(xué)重視程度不夠,盡管目前國家對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重視程度越來越高,高校也從課程體系方面進(jìn)行了一定的改革,但工科大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力仍與社會的需求存在一定的差距,普遍存在解決復(fù)雜工程問題能力較弱、創(chuàng)新實(shí)踐能力不足等問題[6]。鑒于此,文章結(jié)合安徽理工大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)實(shí)踐,探討工科大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)途徑和方法。

1 存在的問題和不足

目前,大多高等院校在大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)方面存在一定的短板和不足,難以滿足新產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求,亟須針對培養(yǎng)過程中存在的問題開展教學(xué)改革。通過調(diào)研和梳理,目前在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學(xué)過程中普遍存在以下問題。

(1)教學(xué)過程中重理論知識講解,輕實(shí)踐環(huán)節(jié)[7]。教師在課堂教學(xué)中過于追求知識內(nèi)容的多而全,采用滿堂灌輸?shù)姆绞?實(shí)驗(yàn)教學(xué)只作為理論教學(xué)的輔助和陪襯環(huán)節(jié),且在課程考核中占比偏少,導(dǎo)致學(xué)生不夠重視實(shí)踐環(huán)節(jié),直接影響課程的教學(xué)效果和動手實(shí)踐能力。

(2)教學(xué)內(nèi)容限于課本層面,融入科技前沿知識不足[8]。由于信息技術(shù)尤其是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)發(fā)展日新月異,課本內(nèi)容明顯滯后最新技術(shù)的發(fā)展,而教師由于各種原因,沒能有效地將最新技術(shù)和前沿知識融入課堂教學(xué)中,導(dǎo)致學(xué)生在新知識掌握、視野拓展和創(chuàng)新能力方面受到局限。

(3)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仍然以驗(yàn)證性和操作性內(nèi)容為主,設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性內(nèi)容欠缺,沒有設(shè)置不同層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[9-10]。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師通常按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求指導(dǎo)學(xué)生完成規(guī)定任務(wù),如軟件編程類課程實(shí)驗(yàn),學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書規(guī)定的實(shí)驗(yàn)任務(wù),能夠復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書提供的實(shí)驗(yàn)結(jié)果或現(xiàn)象,就算完成實(shí)驗(yàn)任務(wù);硬件類課程實(shí)驗(yàn)停留在實(shí)驗(yàn)箱層面,缺乏設(shè)計(jì)性和開放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。另外,所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相同,沒有層次性,不能充分發(fā)揮學(xué)有余力學(xué)生的創(chuàng)新潛能。

(4)學(xué)生被動接收,缺少知識探究環(huán)節(jié)[8]。在多數(shù)教學(xué)過程中,仍以教師為中心,學(xué)生處于被動地位,不注重學(xué)生學(xué)得好不好,只關(guān)注教師自身教得好不好,忽視成果導(dǎo)向教育。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏主動學(xué)習(xí)、查閱文獻(xiàn)資料和探索知識的過程,導(dǎo)致學(xué)生過多地依賴教師的傳授,自身的學(xué)習(xí)能力和解決問題能力得不到很好的鍛煉和提高。

(5)教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐聯(lián)系不緊密,解決復(fù)雜工程問題的能力不強(qiáng)[9,11]。教師在教學(xué)過程中普遍存在知識講授缺少工程化背景和工程化應(yīng)用支撐等問題,沒有很好地結(jié)合學(xué)校具有的行業(yè)背景或?qū)I(yè)特色,將理論知識融入實(shí)際工程應(yīng)用中,致使學(xué)生只知所學(xué)知識的表象,不能將其創(chuàng)新性地應(yīng)用到實(shí)際問題當(dāng)中。

2 創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)舉措

2.1 融入科研課題,創(chuàng)新課堂理論教學(xué)內(nèi)容

課堂理論教學(xué)是學(xué)生獲取知識的重要環(huán)節(jié),也是能力培養(yǎng)的重要途徑。課堂教學(xué)通常以課本內(nèi)容為主,教師在講授重要知識點(diǎn)時(shí),往往更注重理論推導(dǎo),而忽視其應(yīng)用場景或在實(shí)際工程中的應(yīng)用,導(dǎo)致學(xué)生僅局限于理論層面的理解,不能很好地進(jìn)行變通和實(shí)際應(yīng)用。同時(shí),由于理論一般比較枯燥乏味,導(dǎo)致部分學(xué)生出現(xiàn)學(xué)習(xí)積極性不高,甚至出現(xiàn)厭學(xué)情緒,難以達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)。為了提高課堂教學(xué)效果,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,一個(gè)有效的方法是將相關(guān)科研課題或工程項(xiàng)目融入教學(xué)中。教師在授課準(zhǔn)備階段,需要合理進(jìn)行知識點(diǎn)和科研課題的融合,以科研項(xiàng)目或工程應(yīng)用為背景,將講解的知識點(diǎn)融入其中,讓教學(xué)內(nèi)容有具體應(yīng)用場景的支撐,這樣可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情,加深學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解,能夠讓學(xué)生印象深刻,如以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)示例。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心課程,該課程中的定位技術(shù)是重要的知識點(diǎn)之一。在講解定位算法時(shí),除了講解節(jié)點(diǎn)定位的基本概念之外,重點(diǎn)講授節(jié)點(diǎn)定位算法。如果只是講解定位算法的原理,很容易讓學(xué)生感到無趣。在具體教學(xué)中,可以通過融入科研課題或最新研究成果,如結(jié)合科研課題煤礦井下人員精準(zhǔn)定位方法來重新整合教學(xué)內(nèi)容。由于煤礦井下是高危環(huán)境,需要對工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)的位置監(jiān)測,那么如何進(jìn)行人員定位呢?同學(xué)們想到的方法是全球定位系統(tǒng),即GPS定位系統(tǒng)。為了能讓學(xué)生拓展思路,引導(dǎo)學(xué)生分析GPS方案的可行性,然后根據(jù)實(shí)際情況確定定位方案。考慮到礦井一般位于地下幾百米甚至上千米的封閉空間,GPS信號難以到達(dá),因此該方案不可行。進(jìn)而對煤礦井下定位情況現(xiàn)狀分析,煤礦井下傳統(tǒng)的定位方案是利用RFID技術(shù)(同學(xué)們已經(jīng)學(xué)習(xí)過RFID技術(shù)),通過在井下巷道安裝位置已知的RFID閱讀器,井下人員通過攜帶RFID標(biāo)簽來進(jìn)行定位,這種方法存在定位精度低、取電不方便、成本高等問題。因此,采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,選取兩種典型的無線傳感器定位方法,一種是基于距離的定位方法,一種是與距離無關(guān)的定位方法。基于距離的定位方法是先測出目標(biāo)節(jié)點(diǎn)(即位置未知節(jié)點(diǎn))與周邊信標(biāo)節(jié)點(diǎn)(即位置已知節(jié)點(diǎn))的距離,然后采用三邊測量法或最大似然估計(jì)法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的定位。距離無關(guān)的定位方法中最為簡單的就是質(zhì)心算法。該方法基本思想是計(jì)算出目標(biāo)節(jié)點(diǎn)周邊鄰近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多邊形的質(zhì)心作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。由于煤礦井下環(huán)境復(fù)雜,考慮到定位系統(tǒng)的成本和現(xiàn)實(shí)環(huán)境,在測量距離時(shí),簡單有效的方法是通過接收信號強(qiáng)度指示RSSI來間接計(jì)算出位置未知節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離?？紤]環(huán)境的影響,其距離模型如式(1)所示:

(1)

其中,pr(d)為距離信標(biāo)節(jié)點(diǎn)處的信號強(qiáng)度;p0(d0)為距離信標(biāo)節(jié)點(diǎn)d0處的參考信號強(qiáng)度;n為信號傳播路徑衰減系數(shù);Xσ為由遮蔽效應(yīng)引起的正態(tài)分布的隨機(jī)變量。

由于目前很多通信控制芯片,如TI公司的CC2530無線芯片提供測量RSSI方法,可以很方便地獲得接收信號強(qiáng)度。因此,根據(jù)式(1)可以獲得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離值。該方法是一種低功率且廉價(jià)的測距方法,但由于外部環(huán)境的影響,如信號反射、多徑傳播、非視距等使得信號傳播模型變得復(fù)雜,導(dǎo)致距離測量誤差增大。該方法的關(guān)鍵點(diǎn)是如何提高距離測量的準(zhǔn)確性,引導(dǎo)學(xué)生在該課程實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行測距誤差分析和復(fù)雜性模型建立。

距離無關(guān)的質(zhì)心定位算法原理簡單、容易理解,引導(dǎo)學(xué)生考慮質(zhì)心定位算法的不足,如何提高定位精度是實(shí)現(xiàn)該定位算法工程化的關(guān)鍵。通過分析可以發(fā)現(xiàn)質(zhì)心定位算法在定位過程中沒有考慮不同信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對未知節(jié)點(diǎn)位置計(jì)算的影響,進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生探索考慮不同信標(biāo)節(jié)點(diǎn)在定位過程中的重要程度,實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)定位。

由于課內(nèi)學(xué)時(shí)有限,可以將相關(guān)問題和要求留作課后提高內(nèi)容或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容的拓展和創(chuàng)新,能夠在理論教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)一步提高教學(xué)效果,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和解決復(fù)雜問題的能力。

2.2 構(gòu)建多層次實(shí)踐教學(xué)體系,培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力

創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是實(shí)踐教學(xué),通過理論和實(shí)踐相結(jié)合,一方面加深對理論知識的理解,另一方面通過實(shí)踐環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)問題,通過問題探索解決方案,進(jìn)而鍛煉解決復(fù)雜問題的能力。目前常規(guī)的實(shí)踐能力培養(yǎng)途徑主要包括課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)。但由于傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)主要注重理論知識的掌握,忽視創(chuàng)新應(yīng)用能力的培養(yǎng),因此,需要加大各個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性內(nèi)容,重視課外創(chuàng)新實(shí)踐活動,構(gòu)建多層次的創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié),如圖1所示。

圖1 多層次的創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)

圖1中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)涵蓋了課內(nèi)、課外和校外不同層次,通過多種途徑讓學(xué)生得到鍛煉,進(jìn)而達(dá)到有效提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的目的。

(1)加大創(chuàng)新性課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容建設(shè),提高課程實(shí)驗(yàn)的層次性。課程實(shí)驗(yàn)是理論教學(xué)環(huán)節(jié)的重要支撐環(huán)節(jié),在整個(gè)教學(xué)中占據(jù)重要地位。課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)除了驗(yàn)證性、操作性的基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之外,更重要的是需要根據(jù)課程的特點(diǎn)設(shè)置設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。按照課程的教學(xué)目標(biāo),將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成基本實(shí)驗(yàn)和提高實(shí)驗(yàn),其中,基本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容所有同學(xué)都必須完成,提高實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的拓展部分。這樣可以滿足不同層次的實(shí)驗(yàn)需求,讓優(yōu)秀的學(xué)生能夠有機(jī)會鍛煉和發(fā)揮自己的學(xué)習(xí)潛能。如在高級語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)與分析等課程實(shí)驗(yàn)中除常規(guī)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目外,還引入程序設(shè)計(jì)大賽的競賽題目,包括省大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽、藍(lán)橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽、中國大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競賽等競賽題目,這樣可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在RFID技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)中通過物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)置了設(shè)計(jì)性和開放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,如智能交通系統(tǒng)、智能貨架系統(tǒng)、智能安防系統(tǒng)等拓展實(shí)驗(yàn),大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)動力和熱情,為學(xué)有余力的同學(xué)提供更多的鍛煉機(jī)會。在計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,我們采用Vivado仿真軟件+FPGA板級實(shí)驗(yàn)平臺以及遠(yuǎn)程在線仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),有效解決了實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)性內(nèi)容不足、學(xué)生發(fā)揮空間受限等問題,大大提高和拓展了學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

(2) 融入學(xué)科工程問題,提高課程設(shè)計(jì)的應(yīng)用性。課程設(shè)計(jì)是綜合應(yīng)用課本理論知識解決問題而開展的實(shí)踐教學(xué),是學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié),但由于存在課程設(shè)計(jì)題目不夠新穎、綜合性不強(qiáng)、涉及的知識點(diǎn)偏少以及聯(lián)系工程應(yīng)用不足等,導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度不高。因此,在課程設(shè)計(jì)教學(xué)中,選題至關(guān)重要,除了要考慮教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的能力外,還需要充分考慮課程的性質(zhì)來確定課程設(shè)計(jì)的題目。對于專業(yè)基礎(chǔ)課程,主要考慮設(shè)計(jì)題目的新穎性和趣味性;對于專業(yè)課程則可以考慮與專業(yè)相關(guān)的工程應(yīng)用來進(jìn)行命題。如考慮到我校的煤炭行業(yè)背景,可結(jié)合礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來進(jìn)行命題,如煤礦井下人員定位系統(tǒng)、礦山環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、煤礦井下瓦斯預(yù)警系統(tǒng)等。由于實(shí)際的工程應(yīng)用系統(tǒng)相對復(fù)雜,難度偏大,需對系統(tǒng)進(jìn)行分解成若干難度適中的子問題作為課程設(shè)計(jì)題目,引入工程應(yīng)用背景可以讓學(xué)生根據(jù)工程實(shí)際情況來考慮設(shè)計(jì)方案,真正將課本理論知識和方法用來解決復(fù)雜工程問題。對于綜合類的校內(nèi)外實(shí)踐環(huán)節(jié),同樣需要加大實(shí)踐內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系程度,以企業(yè)或行業(yè)的真實(shí)案例作為實(shí)踐內(nèi)容,讓學(xué)生在模擬真實(shí)應(yīng)用場景中學(xué)會分析問題和解決問題。

(3) 強(qiáng)化學(xué)科競賽的引領(lǐng)作用,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力。學(xué)科競賽是培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力的又一個(gè)重要抓手,通過學(xué)科競賽,達(dá)到以賽促教、以賽促學(xué)的目的。學(xué)科競賽對學(xué)生有更高的要求,不僅要能夠綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識,更需要有一定的創(chuàng)新能力。同時(shí)對指導(dǎo)教師的專業(yè)能力、科研能力也有一定的要求。學(xué)科競賽通常有不同層次的比賽,有針對專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)置的競賽,如程序設(shè)計(jì)類競賽、全國大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽等,也有針對學(xué)科專業(yè)的作品類比賽,這類比賽往往對學(xué)生的專業(yè)能力有較高的要求,參賽作品需要有一定的創(chuàng)新性、實(shí)用性,甚至要有較好的市場應(yīng)用前景,如挑戰(zhàn)杯、互聯(lián)網(wǎng)+、全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽等。因此,在教學(xué)過程中,鼓勵學(xué)有余力或有強(qiáng)烈愿望的同學(xué)積極參加不同層次的學(xué)科競賽。為了營造良好的參賽氛圍,從大一學(xué)生入學(xué)時(shí)就開始進(jìn)行各類學(xué)科競賽宣傳,主辦各類學(xué)科競賽講座,讓優(yōu)秀指導(dǎo)教師和高年級有學(xué)科競賽經(jīng)驗(yàn)的同學(xué)以自身經(jīng)歷和獲獎作品進(jìn)行現(xiàn)場宣講,讓學(xué)生對學(xué)科競賽流程和競賽作品有直觀的認(rèn)識;并在課堂教學(xué)過程中融入學(xué)科競賽知識,如在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)導(dǎo)論課程中,我們將往年參加安徽省物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新大賽作品作為課程內(nèi)容的一部分,大大促進(jìn)了同學(xué)們對專業(yè)的認(rèn)知和學(xué)科競賽的了解,進(jìn)一步提高了學(xué)生對所學(xué)專業(yè)熱愛和學(xué)科競賽的興趣。

2.3 改革教學(xué)方法,培養(yǎng)創(chuàng)新思維和能力

教學(xué)方法是教師為完成教學(xué)任務(wù)而采取的方法,教學(xué)方法是否得當(dāng)直接影響教學(xué)效果和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在新工科背景下,急迫要求教師創(chuàng)新教學(xué)方法,以提高教學(xué)效果,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。在教學(xué)過程中,我們嘗試采用了案例教學(xué),并充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和平臺,結(jié)合線上線下混合形式,有效提高了教學(xué)效果,增強(qiáng)了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

案例教學(xué)方法的關(guān)鍵是案例的選取和設(shè)計(jì),案例的選取需要契合教學(xué)內(nèi)容,在教學(xué)案例中融入科研課題,并設(shè)計(jì)探索問題,引導(dǎo)學(xué)生自主探索解決方案,通過教師的引導(dǎo)、查閱文獻(xiàn)資料以及同學(xué)們之間的相互協(xié)助,提出解決問題的思路和方案,并在教師指導(dǎo)下,完成方案的實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。如在數(shù)字電路教學(xué)中采用案例教學(xué)[8],在案例中有效結(jié)合科研課題,引導(dǎo)學(xué)生聚合多學(xué)科知識來精準(zhǔn)預(yù)測數(shù)字電路老化延時(shí)情況,大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,挖掘了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和解決復(fù)雜問題的能力。如在講授無線傳感器網(wǎng)絡(luò)課程定位技術(shù)知識點(diǎn)時(shí),以煤礦井下人員定位為教學(xué)案例,講解基本的三邊測量法和質(zhì)心定位算法,提出如何充分利用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)來提高位置未知節(jié)點(diǎn)的定位精度的問題,要求同學(xué)們進(jìn)行思考和查閱文獻(xiàn),然后給出提高定位精度的解決方案。根據(jù)同學(xué)們提交的方案進(jìn)行分組討論和點(diǎn)評,并作為平時(shí)成績的依據(jù)。通過案例教學(xué),大大提高了學(xué)生的積極性和自主學(xué)習(xí)能力。

此外,為了更好地利用網(wǎng)絡(luò)平臺和資源,我們采用了線上線下混合式教學(xué),根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容,將教學(xué)資源提前發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)平臺,通過網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)布常規(guī)教學(xué)內(nèi)容、拓展教學(xué)內(nèi)容以及需要提前完成的任務(wù)和課后需要完成的任務(wù),學(xué)生可以在線或離線進(jìn)行互動交流。通過線上形式暢通了交流的渠道,能夠準(zhǔn)確地掌握學(xué)生利用教學(xué)資源和在線學(xué)習(xí)的情況。在具體操作中,我們通過超星學(xué)習(xí)通平臺進(jìn)行線上資源的發(fā)布、任務(wù)布置以及作業(yè)提交;通過OJ(Online Judge)在線軟件設(shè)計(jì)課程平臺上實(shí)現(xiàn)分層次的課后實(shí)驗(yàn)任務(wù)[12],獲得了很好的教學(xué)效果。

3 實(shí)施效果

通過近 3 年教學(xué)改革和實(shí)施,學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力得到明顯提高,尤其在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、學(xué)科競賽獲獎、考研升學(xué)率、就業(yè)率等方面均有較大提升(如表 1)。

從表1中可以看出,2021年和2022年就業(yè)率均達(dá)到100%,升學(xué)率也處在較高的水平。其中,2020年由于新冠肺炎疫情的影響,學(xué)生的就業(yè)率和升學(xué)率偏低。近3年,學(xué)科競賽獲獎數(shù)量也逐年增加,大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目每年維持在10項(xiàng)左右。可見,創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)舉措和方法行之有效,能夠很好地提高教學(xué)效果和提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

表1 近3年教學(xué)改革成果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

新工科背景下高校大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)至關(guān)重要,文章以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)為例,圍繞創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容、構(gòu)建多層次實(shí)踐教學(xué)體系以及創(chuàng)新教學(xué)方法三個(gè)方面來提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。實(shí)施效果表明,文章提出的舉措和方法能夠有效地提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和解決復(fù)雜工程問題能力,為新工科建設(shè)和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成以及高質(zhì)量人才培養(yǎng)提供支撐和參考。