疫情時代《測控系統(tǒng)設(shè)計》課程混合式創(chuàng)新能力培養(yǎng)與實施

梁文宏 劉曉琳 王冠偉

摘 要：因新冠疫情不確定性等因素，本科生課程線下課程時間、周學時都受到一定影響。為保證課程授課質(zhì)量，提升學生實踐能力，課程組借助現(xiàn)有雙師型教學團隊教學優(yōu)勢，進一步優(yōu)化課程資源、完善課程評價體系。構(gòu)建了案例優(yōu)先、理論輔助、實踐為主的課程教學改革方案，采用改革后的混合式教學的方法培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，完成了課程的教學實施和問卷評價，課程教學效果良好，達到了課程預期的目標，為進一步通過課程教學提升學生實踐能力培養(yǎng)提供了思路和方法。

關(guān)鍵詞：新冠疫情因素實踐能力培養(yǎng)混合式教學案例教學

中圖分類號：G444 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Cultivation and Implementation of Blended Innovation Ability in the Course of <Measurement and Control System Design> in COVID-19 Epidemic Era

LIANG Wenhong1 ?LIU Xiaolin2 ?WANG Guanwei1

（1. Xi’an Technological University， Xi’an， Shaanxi Province，710021 China; 2. Xi’an University of Technology， Xi’an， Shaanxi Province，710048 China）

Abstract： Due to uncertainties such as COVID-19， the offline teaching time and weekly class hours of undergraduate courses are affected to a certain extent.In order to ensure the teaching quality of the course and improve students' practical ability， the course team makes use of the teaching advantages of the existing double qualified teaching team to further optimize the course resources and improve the course evaluation system. Thecourse teaching reform scheme of case priority， theory assistance and practice oriented has been contractedby the team. The reformed blended teaching method is adopted to cultivate students' innovative ability， and the teaching implementation and questionnaire evaluation of the course are completed.The course teaching effect is good， achieves the expected goal of the course， and provides ideas and methods for further improving the cultivation of students' practical ability through course teaching.

Key Words： COVID-19 factor; Cultivation of practical ability; Blended teaching; Case priority teaching

近年受新冠疫情影響，本科生、研究生線下課程均受到一定的沖擊和影響。一是授課時間的影響，在壓縮的學期中需要迅速地學習完成原有課時，導致周學時明顯增加。二是網(wǎng)絡(luò)線上課程比例增大，由原來僅有部分公共選修課和少量具有線上教學資源的精品課程、微課、慕課等線上開課轉(zhuǎn)化為有條件的課程均開設(shè)線上課程，學生線上課業(yè)的學習壓力倍增。

在線理論課程教學中受網(wǎng)速、軟件的因素影響，教師無法兼顧每位學生的學習動態(tài)，討論、提問環(huán)節(jié)對少數(shù)自覺性較差的學生無法產(chǎn)生有效促動，有43.1%的學生在上網(wǎng)課期間做過與學習無關(guān)的事，61.1%的家長認為孩子居家在線學習不夠?qū)Ｗ1]，普遍反映出學生的自主學習能力較弱，一部分學生“在線不在學”。

基于網(wǎng)絡(luò)學習現(xiàn)狀，羅恒提出了將多媒體、超媒體以及各種交互功能有機地整合在案例中的互聯(lián)網(wǎng)自主在線案例學習[2]?？拙У纫蔡岢鲈诰€教學目標設(shè)計要小而精，內(nèi)容設(shè)計趣味性，前沿性;要縮短講課時長，提升學生學習興趣，強化自主學習[3]。

在西安工業(yè)大學往年的教學質(zhì)量調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，《測控系統(tǒng)設(shè)計》課程學習中學生對理論內(nèi)容死記硬背，考試成績較好，但在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等真正需要進行理論結(jié)合實際完成設(shè)計內(nèi)容時，學生表現(xiàn)極其一般。目前中小企業(yè)已經(jīng)占據(jù)城鎮(zhèn)居民就業(yè)80%以上貢獻率，其用人特色與大中型企業(yè)的自主培養(yǎng)、競爭上崗不同，中小企業(yè)往往希望學生具備行業(yè)相關(guān)知識，會使用常規(guī)軟件、實踐能力突出、能迅速進入工作，崗位用人越少越好。而現(xiàn)階段本科生在就業(yè)的企業(yè)面試環(huán)節(jié)經(jīng)常會由于實際設(shè)計、實踐能力不足的問題而遺憾落選。

為此，教研組在《測控系統(tǒng)設(shè)計》課程授課改革中提出了線上線下混合式教學，以促進學生實踐能力的培養(yǎng)，從而提升學生課程學習的質(zhì)量。

1 課程教學總體設(shè)計

根據(jù)疫情時分散學習、網(wǎng)絡(luò)線上學習的特色，著重于課程的過程教學和教學效果，課程組提出了案例優(yōu)先、理論輔助、實踐為主的課程教學改革方案，如圖1所示。本次課程改革的實質(zhì)即課程核心內(nèi)容的原理、方法講授學習轉(zhuǎn)換為案例的分析學習。

首先，不同案例及案例的拓展能擴充學生的知識面，讓學生了解不同行業(yè)特點;學生對工程設(shè)計中的一般問題有所了解，進而能夠根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計的需求提出設(shè)計構(gòu)想，并用所學習的知識進行分析、細化、解決。

其次，工程案例能夠有效提升學生的學習興趣，學生能直觀地感受到工程問題的由來、提出、解決、實驗或?qū)嵤┑娜^程，加上實踐環(huán)節(jié)的適時補充能使學生綜合能力有所提升，同時還可引導部分學有余力且感興趣的學生繼續(xù)深入地進行研究和學習。

最后，案例的整體實施對學生搭建一個完整的測控系統(tǒng)有良好的示范效果，督促學生在課程大作業(yè)的完成、后續(xù)的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)的學習，以及學科競賽項目的完成等多個方面進行應(yīng)用。

2 教學實施

《測控系統(tǒng)設(shè)計》是西安工業(yè)大學機械電子工程專業(yè)具有承上啟下作用的一門專業(yè)課程，也是本專業(yè)的專業(yè)核心課程，與多門課程緊密聯(lián)系，其核心教學內(nèi)容包含測控系統(tǒng)分類、控制核心選擇、輸入輸出確認及系統(tǒng)整體搭建等，課程的實踐性極強。

教學實施的最終目標是學生能熟練針對工程項目，提出切實可行的設(shè)計方案。這就要求學生在學習課程本身內(nèi)容的基礎(chǔ)上，還要旁征博引，綜合考慮藝術(shù)、技術(shù)、管理、倫理等多個方面的影響因素，完成學科交叉融合。課程教學交叉融合模式如圖2所示。

2.1課前預習、理論學習網(wǎng)絡(luò)化

課前學生通過網(wǎng)絡(luò)查閱項目相關(guān)背景、前沿知識，了解項目關(guān)聯(lián)領(lǐng)域或行業(yè)的知識進行預習。

利用學校網(wǎng)絡(luò)課程教學平臺，理論知識內(nèi)容錄制為短視頻，作為學生預習作業(yè)。預習作業(yè)的考核方式為：檢測學生的視頻觀看時長以及學生回答測試問題的正確率。國內(nèi)外的研究表明，10 min以內(nèi)的微視頻更能讓學生充分利用碎片時間進行有效學習，提高學習興趣[4]。

2.2 內(nèi)容工程化

課堂上，教師不再對理論知識進行反復解讀，而是選取不同領(lǐng)域工程案例，并將工程案例分解為前期調(diào)研、詳細設(shè)計、工程實施和項目評價4個階段。前期調(diào)研作為預習內(nèi)容，課堂上以案例內(nèi)容為引導，在分析工程案例時提出設(shè)計需求，根據(jù)需求考慮基本功能，根據(jù)功能考慮需要的控制對象、控制核心等問題。針對不同工程問題，課堂上提供討論環(huán)節(jié)，各小組針對問題提出設(shè)計、選型或?qū)嵤┓桨?，教師進行點評。

增加大作業(yè)環(huán)節(jié)難度，教師僅確定總體方向，提供部分思路，學生自己組隊并自選題目。2020、2021年大作業(yè)題目為智慧家庭、寵物周邊，2020年學生自選題目為智能陽臺滴灌系統(tǒng)、智能水表、智能安防系統(tǒng)等。題目內(nèi)容貼近工程實際，難度適中，適應(yīng)于本科生易至難的學習過程，實施中發(fā)現(xiàn)3人/組的實施效果較好。

2.3 考核形式過程化，成果突出化

減少課后作業(yè)題目，增加多樣性和趣味性。包含參觀研究生科研工作室、校級智能制造工廠、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地及其作品展和其他學院實驗室等;同時準備了大量常用傳感器器，控制設(shè)備實物，學生對感興趣的產(chǎn)品進行識別和分析。例如在傳感器選擇環(huán)節(jié)，根據(jù)項目不同可以選擇測量不同的物理量，溫度、壓力和流量等，同一物理量可以測量不同范圍，不同輸出接口，對應(yīng)不同控制核心等。學生針對實物傳感器進行識別和選擇。

2.4 實踐、實驗輔助和延續(xù)

課程中減少理論教學占比，鼓勵學生參加實踐，包括：2個學時的校內(nèi)參觀，甄選校內(nèi)教師完成的、具有代表性的測控系統(tǒng)，由負責人進行開放實驗組織[5-6]，例如PLC流水線控制系統(tǒng)、高精度自動對準微波通信系統(tǒng)、齒輪測量機控制系統(tǒng)、智能小車循跡控制系統(tǒng)等，同時還為學生提供單片機最小系統(tǒng)，以及常見的傳感器約50種，用以拓展學生的實踐能力。

2.5 教師團隊雙師型，學科交叉型

課程教學團隊包含本專業(yè)教師3人，藝術(shù)專業(yè)教師1人，管理專業(yè)教師1人，全部為雙師型教師，至少具有3年的企業(yè)工作經(jīng)歷，還擁有外聘企業(yè)專家2人。

專業(yè)教師完成理論課時的講解、網(wǎng)絡(luò)視頻的錄制;非專業(yè)教師參加課程討論環(huán)節(jié)，從管理、組織等方面提出質(zhì)疑和參考;外聘企業(yè)專家則通過網(wǎng)絡(luò)會議，以講座、答疑、指導的方式對學生作品從外形、價格、應(yīng)用的角度提出改進意見。

3課程評價設(shè)計

本次教學改革主要完成兩方面評價：一是對課程本身成績的符合評價;二是對教學方法、教學內(nèi)容的評價。

3.1 對課程本身成績的符合評價

對課程本身成績的符合評價，采用綜合的成績評定方案[7]，主要包括平時作業(yè)、課堂測試、大作業(yè)考核、期末考核，采用綜合評價體系，包括兩部分評價體系，重點考核平時環(huán)節(jié)，各項占比見表1。

根據(jù)調(diào)查問卷，對于提高平時成績的評定方法，78%的學生贊成，16%的學生反對，大多數(shù)學生認同平時評定成績的方案，在具體學習時間的調(diào)研中，65%的學生課后學習時間不大于1h/周，課程沒有對學生造成學習負擔。然而從量級而言，學生投入本門課程的時間是不足的。

3.2 對教學方法、教學內(nèi)容的評價

對教學方法、教學內(nèi)容的評價，包括對學生、部分教師的問卷，尤其是大作業(yè)的評價是本次課程改革的特色環(huán)節(jié)。大作業(yè)評價環(huán)節(jié)包含答辯評價和報告評價兩個獨立環(huán)節(jié)。

大作業(yè)答辯評價環(huán)節(jié)采用同學評價、全員參與，以教學班為單位組建項目組，本小組對其他項目組進行評分，答辯評價團隊還包含3-5課題組外教師或?qū)＜遥黜椩u分成績的平均分為項目組答辯成績。項目組內(nèi)部根據(jù)分工自定成績分配比例，即：按分配比例計算的成績?yōu)閱误w學生的答辯成績。主要的答辯打分項見圖3。

大作業(yè)報告評價環(huán)節(jié)為教師評定，主要考核方案設(shè)計、報告格式、是否有抄襲或雷同等細節(jié)內(nèi)容。

針對大作業(yè)內(nèi)容及評價的問卷中，36%的學生要求增加難度，39%的要求降低難度，而在綜合評價中，78%的學生認為課程作用明顯。問卷調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，還有約20%的學生游離在課程學習之外，學習興趣或態(tài)度不明確，其中還包含一部分考研的學生，課程下一步的持續(xù)改革將重點考慮這部分學生，探究如何使這部分學生的精力重新回歸課堂。

4 結(jié)語

新冠疫情對本科教育，尤其是線下教育有強烈的影響，促使網(wǎng)絡(luò)教學模式得到了充分、飛速的發(fā)展，也使學生的學習方法有了質(zhì)的改變。

課程組根據(jù)新冠疫情后教師授課與學生學習的特點，設(shè)計了以案例分析為主、理論教學為輔、大作業(yè)重點考核的教學方案，堅持平時考核與課堂考核相結(jié)合，將培養(yǎng)學生實踐動手能力、團隊協(xié)作能力放在首位，通過對工程實例的分析、研究與練習促使學生能夠理論聯(lián)系實際，拓展相關(guān)領(lǐng)域的知識學習和能力提升。

《測控系統(tǒng)設(shè)計》課程的教學改革實施1年以來，多數(shù)學生的能力得到了顯著提升，在競賽、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)中表現(xiàn)突出，在下一輪的教學改革中課題組會繼續(xù)持續(xù)改進，完成課程改革到人才培養(yǎng)的遞進。

參考文獻

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