創(chuàng)新idea引導的縱深式本科教學改革研究

張晉東

（1.吉林大學 計算機科學與技術學院，吉林 長春 130012；2. 吉林大學 符號計算與知識工程教育部重點實驗室，吉林 長春 130012）

1 背 景

伴隨時代的進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)教育界的關注。研究針對本科教育培養(yǎng)目標方面的頗多，相關實踐教學研究成果也頗為豐富。對于本科教育中培養(yǎng)目標有關人才培養(yǎng)質(zhì)量觀的研究中，諸多教育專家認為，本科教育的學校要培養(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專才教育和通才教育的討論，并研究專才、通才和復合型人才如何培養(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)目標的研究，目前開展較多的是針對工程類高校自身特點量身定制其本科培養(yǎng)目標。學者與專家普遍認同知識發(fā)展的需求、社會發(fā)展的需求和大學生個體發(fā)展的需求會影響本科高校的培養(yǎng)目標。然而，有關以工程項目創(chuàng)新idea引導的縱深式本科教學改革的研究較少。

像美國、日本、英國、德國等許多國家都進行了卓有成效的改革，但是近20幾年來世界各國的經(jīng)濟、政治局勢變化較大，尤其是各國經(jīng)濟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模式與現(xiàn)有傳統(tǒng)理念帶來了新的挑戰(zhàn)，同時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的挑戰(zhàn)，大學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高等教育本科教學改革研究、高等教育面向21世紀教學內(nèi)容和課程體系改革研究都是面向高等教育培養(yǎng)目標的研究、本科教育思想的研究和如何培養(yǎng)大學生素質(zhì)的研究；教育部每年組織各種活動并且多次發(fā)文促進高校的本科教學改革，全國各個高校也相繼開展了針對本科各個課程的教學目標以及教學實踐的改革?？v觀上述，對高等學校的教育研究的針對性與系統(tǒng)性仍不深入[3-5]。

以工程項目創(chuàng)新idea引導的縱深式本科教學改革中，工程項目創(chuàng)新idea具體是指任課教師實際承擔或參與的科研項目中由教師提出的科研學術創(chuàng)新點。以傳感器技術這門課程為例，傳感器技術課程是計算機科學與技術學院針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開設的必修課，是為滿足物聯(lián)網(wǎng)工程領域?qū)ο嚓P計算機應用型技術人才的需要而設立的，是一門兼具理論性與應用性且實踐性很強的課程。結(jié)合傳感器技術這門課程的特點和教學實際需要，我們開展以培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力為引導的靈活多樣的教學方法改革，切實廣泛開展啟發(fā)式、實際工程項目案例式和科學研究式教學方法改革。

2 實行創(chuàng)新idea引導的縱深式本科教學改革

為了重點開展以問題為導向和以實際工程項目為基礎的研究性教學改革，為學生營造能夠進行自主研究型學習的必要環(huán)境和條件，可以具體實施以工程項目中創(chuàng)新idea引導的縱深式本科教學改革，讓學生將理論知識與實踐教學緊密地結(jié)合起來實現(xiàn)獨立完成項目，充分發(fā)揮學習主體性，在授課教師有針對性的指導下，培養(yǎng)解決實際工程問題能力和團隊合作能力以及靈活運用知識的能力，提高自主獲取知識、自主學習等綜合能力，并促進實際科研項目與本科教學環(huán)節(jié)相結(jié)合，使學生形成創(chuàng)新意識和最終具備終身學習能力。以工程項目創(chuàng)新idea引導進行縱深式本科教學改革研究，具體的教學流程如圖1所示。

圖1 創(chuàng)新idea引導的縱深式本科教學流程

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，教師應從認知規(guī)律入手，重新編排課程的教學內(nèi)容，要以立體化課程教材建設、教材管理、教材使用和教材更新為運行機制。為便于本科生進行自主學習，需要依據(jù)實際工程項目需求且融合多種媒體方式進行課程體系建設。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際工程應用的總體思想。充分考慮教學的需要，按照依循序漸進的原則，以適當?shù)碾y度與梯度選編教學應用的工程實例，是教學改革要解決的首要問題。

以傳感器技術課程為例，教學中可以結(jié)合課程各個章節(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際科研項目，以多個典型實際工程項目為直接應用，如在講解電阻式傳感器內(nèi)容時融入數(shù)字式糧食容重自動測試儀的工程實例并引入創(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，還應具體列出電阻式傳感器在此測試儀中如何改進的創(chuàng)新idea，重新編排教學內(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、測量與檢測電路，了解基于工業(yè)計算機或嵌入式的實際應用系統(tǒng)中運用傳感器如何獲取感知數(shù)據(jù)的基本技術方法。

2.2 開發(fā)立體化教學包

針對如何實現(xiàn)立體化教學包，需要具體實施課程教學方案、課程電子教案、教學多媒體素材資料庫、典型實際工程項目學習指導及測試題庫等的開發(fā)，以適應課程教學實際需求，從而提高課程教學質(zhì)量和實踐教學效果。這些是以工程項目創(chuàng)新idea引導進行縱深式本科教學改革要解決的關鍵問題。

以傳感器技術課程為例，為了彌補傳感器實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制作出符合學生認識規(guī)律和思維過程的傳感器基本原理演示的教學課件，并設計有效的師生互動環(huán)節(jié)，易于師生互動，使學生初步掌握針對具體應用領域綜合考慮環(huán)境與經(jīng)濟等非技術因素的復雜傳感器應用工程的設計與分析方法。在教材的基礎上，教師可重新設計以工程項目創(chuàng)新idea引導教學過程，制作大量的傳感器在實際工程中應用的教學動畫，以直觀的方式揭示傳感器在典型工程應用實例中的作用，使學生加深對傳感器技術基本原理和應用方法的形象化掌握和理解，具備綜合運用傳感器的檢測方法與基本原理分析與解決實際復雜工程應用類項目問題的能力，使大學生具有學習主動性與獨立思考能力，增強創(chuàng)新意識。

為突破教學難點并有效提高教學效率和增強教學效果，在傳感器技術的教學過程中，需要按動態(tài)仿真教學方式更新并設計出更適合教師進行課堂教學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實現(xiàn)傳感器基本原理與演示動畫內(nèi)容之間的關聯(lián)，在課件中明確教學基本要求和學習目標，以方便為自學人員提供學習的建議、幫助和方法。

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

教師可以傳感器技術課程為例，以新型傳感器及常用典型傳感器的典型實際工程項目應用為基礎建立試題庫，設計出選擇題、填空題、證明題、計算題、綜合設計應用題等題型，從而滿足任課教師進行試題靈活組卷的要求。

2.3 引入縱深式創(chuàng)新idea項目

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，以任課教師的多個典型實際工程項目（尤其是汽車電子控制領域）為直接應用，可以培養(yǎng)學生具有主動探索傳感器技術問題本質(zhì)與背景的素養(yǎng)。教師可引入新的創(chuàng)新idea，進一步給本科生分組（3～5人為1組）并確定創(chuàng)新實踐項目的題目，同時可將此題目進行縱向延伸作為大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目或國際大學生iCAN創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等創(chuàng)新項目；為參與自擬項目的學生提供多個創(chuàng)新課題的立題指導，使其最終將優(yōu)秀的項目進一步完善并指導其參加國家級相關大學生競賽類項目。

2.4 指導取得項目成果

教學改革進入實踐環(huán)節(jié)，對于其中優(yōu)秀的項目和學生進一步指導，對相關項目進行深層挖掘和理論凝練，以指導教師引入新的創(chuàng)新idea為核心，對本科生所做項目中的算法和數(shù)據(jù)進行歸納總結(jié)與分析并撰寫論文，其中優(yōu)秀學生可考慮發(fā)表高水平論文、申請發(fā)明專利以取得項目的創(chuàng)新成果，從而使教學成果有更大范圍的普及與應用推廣。此外，指導教師也要對這種以工程項目創(chuàng)新idea引導的縱深式本科教學改革進行總結(jié)，并發(fā)表與項目研究有關的專業(yè)技術、教學改革和教學管理論文。

3 實踐教學成果

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

表1 實踐教學成果統(tǒng)計

4 結(jié) 語

以工程項目創(chuàng)新idea引導的縱深式本科教學改革結(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)，實現(xiàn)切實廣泛的啟發(fā)式、實際工程項目案例式與研究式教學方法改革；在教師指導下為學生營造能夠進行自主研究型學習的必要環(huán)境和條件，并促進實際科研項目與本科教學環(huán)節(jié)相結(jié)合，以學生為主體發(fā)揮自主研究型學習的主體性，以引導學生自主獲取知識并使其形成自主學習的能力，具備創(chuàng)新意識和最終具有終身學習能力；在指導教師有針對的指導下，通過學生將理論知識與工程實踐緊密結(jié)合獨立完成實際科研項目，培養(yǎng)本科生的實際動手能力、靈活運用知識能力、團隊協(xié)作能力和解決實際工程問題的綜合能力。

通過指導教師對以工程項目創(chuàng)新idea引導的縱深式本科教學改革進行實踐與總結(jié)，可以對新一輪教學改革方案實施進行改進與優(yōu)化。另外，如何完善實驗環(huán)境與設施，為大學生提供更好的實驗條件，是有待進一步研究的問題。

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