高 旭，石利霞，王勁松

（長春理工大學 光電工程學院，吉林 長春130022）

一、引言

隨著信息科學與通信技術的發(fā)展，現(xiàn)代化教學手段已逐漸打破傳統(tǒng)教學模式，在教學過程中應用越來越廣泛，即由底層的信息硬件基礎建設逐步滲透到教育應用層次。教育技術的推進逐步改變了教師的教學方式、教學內容的呈現(xiàn)方式、學生的學習方式以及師生互動交流的方式，為實現(xiàn)教學相長、教研相長的預期目標提供了豐富多彩的環(huán)境和有力的工具。

為提高學生自主創(chuàng)新能力、培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力、增強學生獲取新知識的能力，大多數(shù)高等院校都在不斷開展專業(yè)課程的改革、實驗教學模式的改革、工程創(chuàng)新訓練的改革、校門與廠門間實踐對接的改革等，但是鑒于測控類學科知識復雜、抽象、難度深的特點，尋找一種有效的思維工具，基于知識、問題建立系統(tǒng)的結構策略，融合結構化思考、邏輯思考、辨證思考以及追問意識等思維方式，塑造學生理解并獲取新知識的能力、有效運用知識的能力、解決新問題的能力，以及融合不同專業(yè)課程間，比如精密測量測試技術、傳感檢測技術、自動控制理論等知識的創(chuàng)新能力顯得更為必要。

結合我國新工科人才培養(yǎng)建設背景，以新技術、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式為特征的新經(jīng)濟呼喚新工科，國家一系列重大戰(zhàn)略實施呼喚新工科，產(chǎn)業(yè)轉型升級和新舊動能轉換呼喚新工科，提升國際競爭力和國家硬實力呼喚新工科，因此準確理解新工科內涵，將應用理科向工科延伸，對傳統(tǒng)工科升級改造并創(chuàng)新發(fā)展優(yōu)勢工科顯得尤為重要。同時把握新形勢，結合以工程教育認證為抓手推動專業(yè)建設的大背景，推動專業(yè)發(fā)展進入快車道，建設一流本科專業(yè)。本文聚焦專業(yè)認證中“復雜工程問題”的解決及課程評價策略，針對測控類專業(yè)的教學方法及教學目標、教學要求提出一種教學思想、一種教學模式。

綜上，在繼承傳統(tǒng)教學模式基礎上，將信息技術、新興的教學思維工具與專業(yè)課教學有效結合，探索的研究成果無論對于信息技術與傳統(tǒng)教學方式結合的教學理論研究，還是對于指導測控類專業(yè)課程的教學實踐，都具有一定的理論研究價值及實踐指導意義。以網(wǎng)絡技術為載體，為了使教學網(wǎng)站能真正服務于師生互動的教學目的，需要選擇一種適合多人協(xié)作式的、方便、操作簡單、可自由編輯的網(wǎng)絡溝通平臺，學生和教師通過網(wǎng)站可以隨時隨地溝通，學生可以將學習感想、問題、課程引申的任何科研想法以及查閱的文獻資料上傳到網(wǎng)上，教師可以將教學心得以及相關學術研究、實驗室資源發(fā)布到網(wǎng)上，實現(xiàn)真正的資源共享[1-6]。

本文以測控類學科專業(yè)課《傳感與檢測技術》為例，將抽象、難于理解的各類傳感器原理、特性、結構以及傳感器實際應用的領域、具體的課題應用等，通過在網(wǎng)站上師生共享了解的、查閱的案例，以文本、圖片、視頻等多樣化的形式展現(xiàn)出來，不僅令學生掌握了傳感器的理論知識，還明晰了傳感器的工程應用，并進一步拓展了眾多課程之外的新型傳感器。將信息技術與學科課程結合，可進一步完善信息化教學體系，同時為工程教育認證中對“復雜工程問題”的解決提供了一種手段，為認證支撐、培養(yǎng)目標支撐、畢業(yè)要求支撐均提供了具體數(shù)據(jù)反饋論據(jù)。

二、基于Wiki-思維導圖的教學模式構建

Wiki源于夏威夷語的“weekee weekee”，即“快點快點”的意思，中文翻譯為“維客”或“維基”，是一種多人協(xié)作式寫作的超文本（hyper text），包含文字、圖片、視頻及相關鏈接等信息?；赪iki的網(wǎng)絡平臺具有開放性、共享性、交互性、協(xié)作性和自主性等特點，補充了傳統(tǒng)教學中受時間、空間的限制和語言表達能力的不足。目前已被很多院校在實驗教學過程中選用，例如復旦大學物理實驗教學中心網(wǎng)站即是基于Wiki技術建立的。

思維導圖是表征人們思維過程的一種圖式，是用圖的形式呈現(xiàn)人們的知識結構和表征知識時的思維，是使知識結構和思維過程形象化、可視化的圖形工具，也已被國內外多所院校在教學過程中應用。思維導圖的發(fā)散性可視化特點，能生動地將教學內容合理組織起來。

《傳感與檢測技術》課程作為測控類專業(yè)的典型課程，其課程特點是涉及到的學科種類繁多、知識密集、技術密集、綜合性比較強。若僅在課堂上對傳感器的原理、特性、構成、類別、應用等方面進行單一講授和實驗課堂上對各類傳感器進行驗證實驗，則對課程目標達成效果不顯著。所以將Wiki、思維導圖與教學過程密切結合，如圖1所示。

借助Wiki網(wǎng)站，教師將課程主干進行思維導圖設計并在Wiki上發(fā)布，同時發(fā)布一些相關的文獻資料、課題設計、傳感器應用的實際場合等；學生在學習過程中參與課程導圖設計、課題的設計、工程項目的討論，深化課程與傳感器應用的理解，例如結合采用測控專業(yè)的基本概念和工程知識，對測控專業(yè)復雜工程問題（新的傳感原理、測量方法、信號處理方法等不同方面的應用）提出科學實驗方法；師生可以借助Wiki平臺進行實時討論，同時教師可以對真正參與項目研究的學生進行分組管理，這種教學模式可達到更好的培養(yǎng)效果。

圖1 Wiki-思維導圖教學模式示意圖

三、教學實施過程

圖2 光電傳感器思維導圖

利用各自理論課程與實驗課程的思維導圖的構建情況、Wiki討論情況，運用質性評價和量化評價，以及在理論課考試、實驗課操作、Wiki平臺參與課題討論、設計中所表現(xiàn)出的創(chuàng)造力，考量學生對所學內容理解的準確性和深刻性。并將這些反饋信息匯總，進行綜合評價，進而評估該種教學模式的教學效果。

以光電傳感器為例，構建大致思維導圖如圖2所示。

首先將光電傳感器大致的課程脈絡以導圖的形式向學生一目了然地展示，而學生在學習過程中可以無限制地更改、增加、豐富導圖內容。例如設置一個學科交叉融合的工程問題：如何利用光學方法測量液體折射率?？梢岳霉饫w位移傳感器設計液體折射率測量系統(tǒng)[7]，如圖3所示，采用激光干涉法設計液體折射率測量的光學系統(tǒng)，利用光纖位移傳感器測量線位移，用來計算光程，其測量分辨力達微米級。

圖3 激光干涉測量折射率光學原理圖

若繼續(xù)采用激光干涉法的測量系統(tǒng)，還可以采用光柵尺式位移傳感器，拓展思路，讓學生自行設計。同時，這里通過位移測量這一研究問題，可總結光電傳感器這部分內容中針對位移測量這一物理量所有類型的傳感器，區(qū)分類型之間的區(qū)別，比如分辨力的高低、量程的大?。ㄈ珉娙菔轿灰苽鞲衅?、變氣隙型電感式傳感器等）、結構的差異等等。

根據(jù)長春理工大學測控技術與儀器專業(yè)畢業(yè)要求，在測控技術與儀器專業(yè)的課程設置里，分別針對工程及專業(yè)基礎類課程，設置了機械類、電子類、光電類、測量控制類、數(shù)據(jù)分析處理類等課程；將先修數(shù)學及自然科學類課程的基礎知識運用于工程和專業(yè)基礎課程中，建立數(shù)學或物理模型并進行分析求解。在專業(yè)課程中，分別側重光電精密儀器的設計和測量、控制，設置了光電儀器設計、光學儀器裝配與調整、智能儀器、光學設計及CAD等方面的課程，對應匹配課程為《測控系統(tǒng)原理及設計》《精密測量與計量技術》《數(shù)字圖像處理》《虛擬儀器》等，培養(yǎng)學生具有系統(tǒng)分析、設計及解決復雜工程問題的能力。

所以，針對《傳感與檢測技術》這一綜合性較強的課程，上述的如“液體折射率測量”這類課題不僅可以在課堂講授、課程理解、Wiki平臺討論，還可以作為創(chuàng)新課題，令學生在課余時間搜索文獻調研折射率儀器國內外研究現(xiàn)狀，動手實踐，搭建光路調試。并從中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，即針對某一復雜工程問題，培養(yǎng)學生光電精密儀器設計、測控技術及系統(tǒng)領域的基礎理論、專門知識和專業(yè)技能，建立創(chuàng)新意識、國際視野，培養(yǎng)社會責任感，例如設計具有國內自主知識產(chǎn)權的智能的折射率自動測量儀。這正好印證與符合專業(yè)認證明確制定的12項畢業(yè)要求。

四、教學效果的質性評價與量化評價

依據(jù)課程教學大綱中，課程目標與畢業(yè)要求各指標點的對應關系矩陣，依次通過相加求和，算出畢業(yè)要求各指標點的達成度評價值，統(tǒng)計畢業(yè)要求達成度評價結果。

依據(jù)“評價機制”規(guī)定的合格標準，明確畢業(yè)要求評價結果是否“達成”，需對學生是否具備本專業(yè)人才培養(yǎng)需掌握的知識、能力和素養(yǎng)，進行畢業(yè)要求達成度合理評價。以《傳感與檢測技術》課程為例，可采用兩種評價方法：

1.直接評價方法

直接評價法即課程考核成績分析法，具體評價方式包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)、課堂測試、實驗報告、考試成績等。

例如，每一教學環(huán)節(jié)對相應畢業(yè)要求指標點的達成值是依據(jù)教學大綱中“課程目標與畢業(yè)要求關系”表中的矩陣計算的，公式如下：

某一畢業(yè)要求指標點達成值ADij為：

2.間接評價方法

間接評價方法，即Wiki平臺討論。具體包括對課題的參與、討論、組內參與、討論表現(xiàn)，通過此類反饋，以保證畢業(yè)要求的達成。

利用Wiki建立討論小組，利用思維導圖建立傳感器課程與實驗的樹圖，鼓勵教師和學生共同參與到導圖的建立中來。

就“間接評價的達成度分析”進行評價，采用作業(yè)方式、討論結果、參與討論頻率等作為間接的質性和量化評價方式。建立五個標準：5-非常積極；4-積極；3-基本積極；2-不積極；1-非常不積極。對調查結果按照公式4、公式5計算得到間接評價的達成值：

其中，AIi表示第i項畢業(yè)要求的間接評價值，AIij表示第i項畢業(yè)要求的第j個指標點的間接評價值，SijK表示第k個畢業(yè)生對第i項畢業(yè)要求的第j個指標點的評價值。

根據(jù)各項數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果，分別對各個課程目標、畢業(yè)要求具體指標點達成情況，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計并展開細化分析，歸納學生能力達成方面存在的問題，明確改進方向。

五、教學效果

《傳感與檢測技術》課程基于Wiki-思維導圖教學模式的實驗與探索開始于2017年，經(jīng)過一年從理論課程到實驗環(huán)節(jié)結合的教學模式探索，從課程理論與課程實驗內容密切相關的專業(yè)基礎課進行結合性的Wiki-思維導圖教學模式探索，通過一年來的教學方式改革實踐，取得了較好的改革效果。特別是利用該思路，在本科教學層面又進而指導了相關的比賽，例如挑戰(zhàn)杯比賽、光電設計大賽等等，使全體學生在課程學習過程中從開始不習慣、不接受到慢慢接受這種教學模式，對其專業(yè)發(fā)展的促進具體體現(xiàn)在以下幾個方面：①學生層面。學生積極參與課堂實踐活動，更積極參與各類相關設計比賽，學習積極性和興趣加大；學生學習方法發(fā)生了轉變，學習更加主動，對知識的掌握更加深入。從中也可以看出很多具有研究潛能的學生。②教師層面。學期開學初期，無論是理論課、實驗課，還是設計相關復雜工程問題，教師更加集中備課，且教學過程中教學研討次數(shù)明顯增加；教研用于教學的投入增加，教學成果顯著。

Wiki-思維導圖的教學模式，對教師和學生提出了更高的要求。在工程教育認證的大背景下，以復雜工程問題為驅動的測控類專業(yè)教學，學生不僅學到了知識，更學到了如何運用知識去解決問題，培養(yǎng)了獨立學習能力。相對而言，更解決了教師對于教學、科研的有效融合，這種教學方式的變革在真正意義上促進了教學相長、教研相長。