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摘要:面向社會需求,以創新型和實踐型人才培養為目標,本文通過線上線下混合教學方式的引入,建立師生互動教學平臺,以培養學生的動手能力、獨立思考問題的能力和創新地解決問題的能力。
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)18-0180-02
新形勢下,互聯網技術和通訊技術日趨成熟,交互式網絡教學平臺在我國迅速發展。網絡教學形式的開放性、靈活性和多樣性備受推薦,成為廣大師生最受歡迎的教學方式之一。本文利用現代信息技術的優勢,擬在傳統的課堂教學基礎上,結合網絡授課,基于《交通工程導論》課程,搭建混合教學平臺,將線上教學和線下教學有機結合,創新地開展師生互動式教學模式。
一、混合教學模式的界定
混合教學模式是基于多種理論指導,運用多種教學設備和工具、教材和媒體,堅持以學生為主體、教師為主導的教學理念。它將課堂教學方式與互聯網教學方式有機結合,建設良好的教學環境,最終達到最優教學目標的一種教學模式[1]。
混合教學模式可結合課堂面授和網上教學的優點。課堂教學以“教為主”,網絡教學強調學生和老師的互動,在實際的教學實踐中可以顯示老師的主導作用,同時也能突出學生的主體地位,多種方式引導、幫助學生積極地與老師進行溝通,課后鞏固課堂教學知識,提高教學效果。混合教學模式以能力培養為主,注重課堂面授教學與在線教學的互補,以發揮其最大的優勢。
線上線下混合教學模式充分利用了當前網絡教學可視化、面對面溝通的優勢,將集中的課堂教學部分轉移到日常生活中,教師和學生可利用業余的零散時間進行知識鞏固;同時,混合教學模式改善了傳統的枯燥、單調的課堂教學模式,提高了學生學習的興趣。
二、混合教學環境搭建
混合教學環境包括硬件環境和軟件環境[2]。硬件環境包括教學環境的準備,涉及教室和教室內多媒體設備、網絡教室、校園網建設、教學資源庫、教學平臺安裝,以及平臺的管理和維護。軟件環境包括課程教學計劃制定、教學資源搜集、開放教學空間搭建、網絡課程的設計和制作、課程習題庫建設等。軟件環境主要為學生主動學習提供平臺,加強老師和學生的互動。
硬件教學環境提供基本的教學設施,軟件教學環境保證了教學的順利開展,并在一定程度上提高了教學效果。從一定意義上來講,混合教學模式中軟件教學環境的搭建是其與普通教學模式的主要區別。
三、混合教學課程規劃
對《交通工程導論》課程而言,應站在國際化交通大舞臺的前沿,進行課程改革方案設計,充分融合當今各城市出現的交通問題,以解決實際問題為主。課程應緊密結合交通背景和課程擬解決的問題,如交通擁堵的解決方案、交通需求措施的實施、城市規劃和土地利用規劃的協調、道路網規劃等問題[3]。
目前教學大綱中,《交通工程導論》課程為60學時,每周4學時。實現教學模式多樣化后,增加線上教學的課時量。參考其他專業和學校的教學模式設計,擬安排線下教學30學時,線下教學模式20學時,增加課程設計環節10學時。
教學內容以教材為主,包括交通參與者行為特性、交通流理論、道路通行能力、交通規劃、公共交通系統分析、道路交通管理與控制、停車設施規劃、交通安全、交通環境和道路景觀設計、交通仿真等主干課堂。
四、課程教學方式設計
線上教學方式采用目前教學過程中廣泛應用的開放課程[4,5],包括微課、視頻公開課(Open talks)、TED、課件(Courseware)、MIT OCW、在線課程、網絡課程(Online Course)、大規模開放在線課程(MOOCs)、學術交流資料(Conference,Lecture)等。授課老師針對某些課程或知識點,制作視頻課程,上傳到指定的網絡教學平臺。此外,開發網絡互動平臺,為老師和學生提供面對面的溝通機會,增加了交流的及時性和有效性,諸如“實時通訊”的溝通方式,同時也提高了學生學習的興趣。
線下教學方式:針對某些特定的知識點,以文字、幻燈片、音視頻、動畫等方式進行具體、詳細地展現和講解;然后以案例的形式鞏固和加強知識點的理解。如《交通工程導論》中的交通流知識點,可以以動畫的形式生動地表現交通波的傳播過程;交通規劃內容可以用案例的方式,詳細講解四階段交通規劃法的應用。
課程教學活動可以分為線上和線下兩種形式。在線活動包括在線答疑討論、課程問卷、教學郵箱、教學筆記、個人資源、研究型教學、課程作業、在線測試等。線下教學包括課堂活動,如課堂講解、討論、答疑、案例分析、小組活動等,以及室外的實驗室、現場教學,如實驗室操作、訓練、觀摩、調研等。兩者相輔相成,互相補充。
線上和線下教學的結合可依據下述原則來進行:
1.線上線下混合講授,在統一的教學大綱指導下進行。線下教學主要是以教師為中心,講授式教學,以知識的系統講授為主。線上學習以學生自主看視頻為主,學生自主進行系統知識的學習,強調學生與老師的溝通。在此種方式下,課前預習、課程測試和作業以在線形式完成,包括在線、在線討論、在線作業和在線博客的方式。而課堂講授仍以傳統的教室授課的形式展開。線上和線下教學遵循統一的教學大綱,因此在制定培養計劃時,需考慮到線上教學的比例和內容;擬定教學大綱必須制定詳細的教學計劃和實施方案。
2.在線講授,定期輔導的方式。線下教學與傳統的課堂教授類似,學生在互動網絡平臺上進行系統知識學習,以課為主。線上輔導針對知識內容的薄弱環節進行有針對性的討論與輔導。在線講授的關鍵環節在于針對特定知識點,制作圖文并茂、音視頻合一的課件,如視頻、PPT等,詳細講解可提升效率。在線講授與課堂授課的不同點在于:課堂授課是系統學習,針對全體學生,需注重知識的普適性;而在線講授需針對具體知識點,注意特定學生的接受程度。此外,可借助于各種定性評價方法,對教學效果進行評估,實現有效“反饋”,引導學生進行有針對性的講授、輔導和討論。激發學生的自發性學習興趣,主動提問,及時溝通,充分利用網絡教學的優勢,提高學生學習的主觀能動性。
五、混合教學課程的評價和考核
混合教學課程的評價分三方面。教學資源評估:評估內容包括資料的完備性、豐富性、前沿性、開放性等,評估學生的學習效果和教師的教學反饋。教學效果評估:考核課堂教學效果和在線學習效果,增加在線學習效果的權重,將線上問答、視頻學習、線上交流納入到考核指標中。教學實施過程的評估:由第三方介入,聘請本專業的教授組成督導團,隨時參與到課程教學環節中,通過隨堂聽課、參與線上互動、與學生交談等方式,對教學過程進行評估。
考核綜合多種方式,除了傳統的課堂筆試成績外,線上學生的參與程度、作品的展現形式、對理論知識的應用能力和解決問題的能力,將作為重要的考核指標。此外,課程設計環節、學生對知識的掌握能力,也將加入到考核中。三種成績的權重需要通過調查,慎重確定。
通過對教師和學生的綜合評估,分析混合教學存在的問題,不斷更新教學方案,反饋教學效果,達到提高學生掌握和應用知識的綜合能力的目的。
通過搭建線上線下混合式互動教學平臺,為老師和學生提供了可以實時通訊的公開開放的溝通方式,將傳統的老師講、學生聽的教學方式轉變為老師引導學生主動學習。以不同類型的教學資源為媒介,提高學生學習的興趣,改進教學效果,充分挖掘了學生的主觀能動性和邏輯思維能力,對于培養創新型、研究型人才打下了良好的基礎。
參考文獻:
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收稿日期:2016-11-28
關鍵詞:物聯網技術與應用 教學目標 知識體系 內容安排 教學方法
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)01(a)-0162-03
物聯網(Internet of Things,IoT)概念最早于1999年由美國麻省理工學院提出,隨著技術和應用的發展,物聯網內涵不斷擴展[1]。目前業界普遍認為:物聯網是通信網和互聯網的拓展應用和網絡延伸,它利用感知技術與智能裝置對物理世界進行感知識別,通過網絡傳輸互聯,進行計算、處理和知識挖掘,實現人與物、物與物信息交互和無縫鏈接,達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的[2-5]。
物聯網可以廣泛應用于經濟社會發展的各個領域,引發和帶動生產力、生產方式和生活方式的深刻變革,成為經濟社會綠色、智能、可持續發展的關鍵基礎和重要引擎[6]。近年來,在“兩化融合”和“感知中國”等國家戰略背景下,物聯網發展受到了我國政府、科研、教育、產業界的高度關注。我國經濟社會各領域蘊含巨大的物聯網應用潛能,眾多行業對物聯網技術人才需求旺盛[7]。為此,中國傳媒大學于2012年通過教育部審批,依托理工學部信息工程學院網絡工程系開辦物聯網專業方向,成為全國較早面向本科生開設物聯網專業方向的高校之一。
1 課程教學目標
《物聯網技術與應用》是網絡工程系物聯網技術專業方向學生學習的第一門專業課,其主要目的是使學生了解物聯網的基本概念和相關技術,對物聯網在各個領域的典型應用有所認識,在此基礎上了解物聯網系統的整體框架,明確物聯網工程各個專業課程的意義和課程之間的關系,為后續的學習打好基礎,同時激發學生的學習興趣[8]。因此,《物聯網技術與應用》課程的講授成功與否關系到物聯網人才培養的質量,進而影響到我國物聯網技術發展的進程[9]。
2 課程知識體系及內容安排
2.1 知識體系
物聯網的架構分為3個層次:感知層、網絡層和應用層,如圖1所示[1]。
感知層是物聯網的“皮膚”和“五官”,用于識別物體、采集信息,是聯系物理世界與虛擬信息世界的紐帶。感知層中的自動感知設備包括:RFID標簽與讀寫設備、傳感器、GPS、智能家用電器、智能測控設備等;感知層中的人工生成信息設備包括:智能手機、智能機器人等。
網絡層分為接入層、匯聚層與核心交換層。接入層通過各種接入技術連接最終的用戶設備。匯聚層的功能為:匯接接入層的用戶流量,進行數據分組傳輸的匯聚、轉發與交換;根據接入層的用戶流量,進行本地路由、過濾、流量均衡、優先級管理,以及安全控制、地址轉換、流量整形等處理;根據處理結果把用戶流量轉發到核心交換層或在本地進行路由處理。核心交換層為物聯網提供一個高速、安全與保證服務質量的數據傳輸環境。匯聚層與核心交換層的網絡通信設備與通信線路構成了傳輸網。
應用層可以進一步分為管理服務層和行業應用層。管理服務層通過中間件軟件實現了感知硬件與應用軟件物理的隔離與邏輯的無縫連接,提供海量數據的高效、可靠地匯聚、整合與存儲,通過數據挖掘、智能數據處理與智能決策計算,為行業應用層提供安全的網絡管理與智能服務。行業應用層由多樣化、規模化的行業應用系統構成,包括:智能電網、智能環保、智能交通、智能醫療等。
此外,涉及感知層、網絡層與應用層的共性技術包括信息安全、網絡管理、對象名字服務與服務質量保證等。
2.2 內容安排
《物聯網技g與應用》課程的內容安排[10-12]如圖2所示,其中,各部分包含的主要內容有[1-6]以下幾方面。
物聯網概論:物聯網發展的社會背景、技術背景;物聯網的定義與主要技術特征;物聯網體系結構;物聯網關鍵技術與產業發展。
RFID技術:自動識別技術的發展背景、條形碼簡介、磁卡與IC卡的應用、RFID、RFID應用系統結構與組成、RFID標簽編碼標準。
傳感器技術:傳感器;智能傳感器與無線傳感器;無線傳感器網絡;無線傳感器網絡通信協議與標準。
嵌入式技術:智能設備的研究與發展;集成電路;嵌入式技術的研究與發展;RFID讀寫器與中間件軟件設計;無線傳感器網絡節點設計;可穿戴計算研究及其在物聯網中的應用;智能機器人研究及其在物聯網中的應用。
移動通信技術:通信技術的發展;移動通信技術的研究與發展;3G技術與移動互聯網應用的發展。
定位技術:位置信息與位置服務;物聯網中的位置服務;定位系統;移動通信定位技術、基于無線局域網的定位技術、基于RFID的定位技術、無線傳感器網絡定位技術。
數據處理技術:物聯網數據處理技術的基本概念;海量數據存儲技術;物聯網海量數據存儲與云計算;物聯網數據融合技術;物聯網中的智能決策。
信息安全技術:物聯網信息安全中的四個重要關系問題;物聯網信息安全技術研究;RFID安全與隱私保護研究。
物聯網的應用:智能電網;智能交通;智能醫療;智能物流。
3 課程教學方法
自2014年春季學期《物聯網技術與應用》課程首輪授課起至今,筆者已從以下幾方面做了有益嘗試,取得了良好的效果。
3.1 采用“翻轉課堂”模式將課堂內外相結合
翻轉課堂譯自“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”,是指重新調整課堂內外的時間,將學習的決定權從教師轉移給學生。該教學模式需要學生在課后完成自主學習,即自主規劃學習內容、節奏、風格和呈現知識的方式,可以通過看視頻講座、聽播客、廣泛閱讀各種書籍、與其他同學討論等方式進行。教師則采用講授法和協作法來滿足學生的需要和促成他們的個性化學習,其目標是為了讓學生通過實踐獲得更真實的學習體驗。翻轉課堂是對傳統課堂教學結構與教學流程的徹底顛覆。
在該課程的講授方式上,筆者嘗試引入“翻轉課堂”模式,轉變以往授課過程中教師“滿堂灌”、學生只是被動接受的傳統教學模式,利用教學實踐中小班授課、學生人數較少的優勢,使每位同學都有機會走上講臺,輪流充當“教師”的角色,過一把“教師癮”,從而充分調動學生的學習積極性和主動性。具體的實施過程為:首先,請每名學生選取物聯網學科中自己較為感興趣的一項具體技術作為自己的講授對象,通過廣泛查閱書籍文獻資料、上網搜索最新科技資訊等方式了解該項技術的來龍去脈、前世今生及發展前沿。然后,請學生自制課件,通過文字、圖片、視頻等方式形象生動地向大家講解艱澀枯燥的具體技術內容。其間,其他同學可以隨時提問,形成良好的互動效果,極大地活躍了課堂氣氛,同時也鍛煉了學生的邏輯思維能力和語言表達能力。最后,由教師點評學生的表現,指出其講解的優缺點,并補充完善知識點內容。學生的個人表現很大程度上決定了該門課程的個人結課成績。通過3年來具體的實踐,筆者發現學生們搜集資料的深度和廣度都遠遠超出了筆者的預期。作為老師,在授課的同時也收獲了很多新知識,達到了教學相長的目的。
3.2 教學與科研相結合
教師授課過程中應避免簡單生硬地照本宣科,而應以自身的科研經歷和科研體會現身說法,以激發學生的學習興趣。物聯網作為一門新興學科,發展日新月異。每輪備課時都要加入新的科技進展,對于教師來講,在科研方面需要不斷地關注科技前沿動態,及時更新知識,極具挑戰性。就筆者而言,由于一直從事數據挖掘領域的研究,在講授第八章《物聯網數據處理技術》時,就結合目前正在進行的有關電視節目受眾收視情況的數據挖掘研究課題,以實驗中具體的數據、模型為例,為學生講解數據挖掘技術的具體流程和其中的關鍵步驟,從而進一步加深學生對該技術的理解程度。
3.3 “走出去”與“引進來”相結合
“走出去”是指教師應當經常參加國內外相關教研機構組織的高校物聯網專業建設的培訓班、研討會等,廣結同行,吸取其他兄弟院校專業建設、課程改革的成功經驗,達到“它山之石可以攻玉”的目的。此外,還可以與國內一些專業從事物聯網技術的企業建立良好的合作關系,建立學生實習、實訓基地。學生可以到企業實地參觀相應的產品生產線,以便與課堂中學到的知識點概念、原理聯系起來,獲得感性認識,從而加深理解。同時,學生可以利用寒暑假時間到企業實習或選派學生到企業進行畢業設計,不但使學生掌握了物聯網技術、熟悉了企業的運行模式,還可以為企業提供專業的人才,拓展學生的就業渠道[13]。
“引進來”是指教師應當定期邀請國內外物聯網專業的權威教授、相關技術人員走進課堂、走上講臺,為學生帶來最新的行業發展信息。此外,在教材選擇方面,教師應當不局限于國內出版的一些經典教材,還應當廣泛引進國外的外文教材,追蹤國際領先的前沿技術[14]。
綜上所述,文章從“物聯網技術與應用”課程的教學目標、知識體系及內容安排、教學方法等方面進行了探討。由于物聯網技術是近年來的新興技術,該課程也是中國傳媒大學理工學部信息工程學院網絡工程系自2014年首次引入的新課程,一切還在逐步摸索過程中,因此,探尋一套適合本專業學生的課程教學方案任重道遠。
4 結語
此文是筆者近3年來參加物聯網專業建設研討班培訓、備課、授課的心得體會。由于筆者的驗有限,考慮問題難免有失偏頗,望與各位讀者共同探討。作為一名青年教師,筆者未來仍然需要逐步沉淀,不斷思考、總結、實踐,為培養出社會需要的物聯網專業人才貢獻力量。
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【項目來源】黑龍江省教育廳高職高專院校科研項目;項目名稱:高職高專物聯網專業人才培養方案的研究;項目編號:12515157
物聯網(Internet of Things,IOT)是指通過射頻識別(RFID)、傳感器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物體與互聯網連接起來,進行信息交換和通信,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網概念的引入,把互聯網的應用延伸和擴展到了任何物體與物體之間,進行信息交換和通信。物聯網是繼計算機互聯網與移動通信網絡之后的又一次信息產業革命。
物聯網概念是1999年由麻省理工學院自動標識中心(MIT AutoID Center)提出的。2005年,國際電信聯盟(ITU)了一份題為《The Internet of Things》的年度報告,正式將“物聯網”命名為“the Internet of Things”。2009年8月,總理考察中科院無錫高新微納傳感網工程技術研發中心,明確要求盡快建立中國的傳感信息中心,也就是“感知中國”中心。筆者從微控制器應用到ARM&Linux嵌入式系統,又回歸到微控制器的研究教學,親歷近30年國內嵌入式應用的發展歷程。下面就物聯網工程專業、物聯網課程體系和物聯網實踐3方面介紹國內現階段的情況,望和大家一起探討。
在教育部首批戰略性新興產業相關本科新專業中,物聯網相關專業就有700多所學校申報,最終28家IOT、5家WSN獲批,共33所高校。其中70%設在計算機學院。在2011年3月28日又批了第二批27所高校的物聯網專業,這樣全國現共有62所高校開設物聯網專業。
物聯網網絡架構由感知層、網絡層、應用層組成。計算機學院在物聯網技術的網絡層和應用層領域具有很好的研究基礎,而感知層更多依賴的是軟硬件結合的嵌入式系統技術。物聯網的傳感器接口、RFID讀寫都涉及嵌入式技術,但實際上新技術含量很少,可看作是一個新袋子。
物聯網主要涵蓋RFID(>5.5)、無線傳感器網絡(>8.5)、M2M智能手機(
迄今可以見到的關于超導的高、中、低各種水平的書籍已經出版了許多。但這里介紹的2012年出版的新書,是一部風格比較獨特很值得一讀的精品。作為一位從事超導研究幾十年的專家,本著手腦并用的教學理念,作者力求寫一本給大學生用的介紹超導電性的簡易教材,希望學生們一邊學習,一邊實踐。動腦筋地(mindson )參與一些實驗的研究活動,幫助學生在觀察中思考、對研究結果做出猜測、為小的研究項目制定計劃、對變量進行選擇和控制、對數據進行整理和分析,從而理解科學家獲取超導電性經驗知識的方法,同時讓學生在今后的學習中,學習既會動腦又會動手的實用技巧。
本書基于作者過去幾十年參與4個泛歐洲超導相關的研究項目的經驗對工程設計和物理專業領域內師生講課講義基礎上撰寫。工程設計和物理專業的大學生和那些準備爭取獲得從事大學生或研究生教學資質的一些進修物理教師講授超導課程的基礎上撰寫的。本書對于讀者的數學與物理知識背景的要求不高,盡量采用一些簡單的基礎數學工具(不超過初等微積分知識),通俗易懂地闡述超導電性的發展簡史和基本概念和原理。
本書的特點內容全面而敘述簡明,可以稱作是真正導論性的。另一個突出的特點是在課文敘述過程中的適當地方,插入了一些類似于練習題性質的小實驗作業,作者稱之為“研究”活動(正如本書的副題所指的 :一種研究方法, An Investigative Approach),可作為教師演示或學生實驗室練習。作者認為研究,特別是對于實際問題的研究在發展對現象的理解方面至關重要,希望讀者有機會試一試,哪怕選擇其中一部分。所有的這些材料都被作者和他的同事們設計而且測試過了,旨在以盡可能低的成本,提供給更廣發的讀者使用。
全書內容分成5個部分共15章。第1部分 導論,含第1-2章:1. 金屬的電阻率和電導率;2. 超導電性簡史。第2部分 超導電性,含第3-8章:3. 超導電性的一種解釋?4. MeissnerOchsenfeld 效應;5. 抗磁效應;6. 持續電流;7. I型和II型超導體; 8. 磁通鎖住。第3部分 超導材料,含第9-11章:9. 低溫超導體; 10. 有機超導體;11. 高溫超導體。第4部分 應用,含第12-15章:12. 超導線材; 13. 醫學影像學;14. 歐洲核子研究中心的大型強子對撞機; 15. 磁懸浮列車。第5部分含6個附錄,分別介紹了BCS理論、通量貫穿、Jusephson 效應和SQUID(超導量子干涉器件)、磁共振成像和超流。補充了一些深一點的物理和數學知識。最后一個附錄是關于使用液氦時需要注意的安全措施,主要是為課文中建議的一些實驗活動作為指導。
本書可以作為大學物理與非物理專業師生學習超導電性的很好的教材。也可以為本科高年級學生以及研究生攻讀更高級的凝聚態課程做準備選用的參考書。
關鍵詞:定性;定量;學科體系結構;系統工程思想
作者簡介:魏萍(1975-),女,河南新鄉人,中國石油大學(北京)信息學院,講師;許亞嵐(1977-),女,湖北襄樊人,中國石油大學(北京)信息學院,講師。(北京102249)
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)11-0048-02
系統工程是為了解決日益復雜的社會實踐問題而形成的,從整體出發合理組織、控制和管理各類系統的綜合性工程技術學科。在現代科學知識體系中,系統工程是系統科學的一個分支,實際是系統科學的工程技術應用。中國石油大學(北京)自動化專業開設選修課“系統工程導論”,共有32學時。而系統工程涉及知識范圍廣,需要基礎理論多,為了在課時不多的情況下,實現系統工程“導論”任務,有必要首先明確本門課程的教學目的,然后具體思考教學過程中需要關注的一些問題。
一、確定“系統工程導論”教學目的
作為系統工程的“導論”型課程,教學內容包括:緒論、系統工程理論基礎和一些系統工程具體方法。“緒論”是關于系統工程的基本介紹。“系統工程理論基礎”部分介紹少量基礎科學內容,如:自組織和他組織理論、非線性系統理論等;另外介紹少量技術科學部分,主要是運籌學中的數學規劃、圖與網路、系統優化等。“系統工程具體方法”主要講述系統分析與系統建模、系統評價、決策分析、網絡計劃法等。教學內容包含方面較多,容易給學生形成雜亂的印象,所以教學中一定要做到明確學科體系結構,突出系統工程思想。
1.使學生能夠充分認識系統工程
通過本門課程的學習,學生能夠認清系統工程是什么,對系統工程有一個全面整體把握。這要求從橫向、縱向明確系統工程學科歸屬,理解系統工程理論基礎;明確系統工程發展狀況,理解系統工程方法論意義。
2.使學生能夠掌握系統工程技術思想及方法
系統工程強調宏觀研究,兼顧微觀研究,“宏觀調控,微觀搞活”是系統工程的基本原理,對大小系統普遍適用。在處理工程問題時,不能只顧局部,忽略全局,必須至少上升一個層次考慮問題。系統工程方法一貫體現“定性到定量的綜合集成”,對于理工學科的學生,一定要避免過多傾向定量研究,忽略定性研究。
3.使學生能夠建立全面綜合的思維習慣
在日常教學中常常發現,當前學生普遍存在一個特點:進得去,出不來。也就是,太專注于細節,而忽略了整體掌控。這樣不利于知識的學習和運用,更不利于獨立鉆研習慣的形成和開拓創新精神的培養。而系統工程可以使學生養成全面綜合的思維習慣。
二、“系統工程導論”教學中需要關注的幾個問題
1.明確系統科學體系結構,理解系統工程理論基礎
現代科學技術體系包括自然科學、社會科學、數學科學、系統科學、信息科學、思維科學、人體科學、行為科學、地理科學、軍事科學、建筑科學、文藝科學。所以“橫向”看,系統工程屬于現代科學技術體系中的系統科學。[1]
另外按照現代科學技術體系中的錢學森框架,不同學科門類可劃分為基礎科學、技術科學和工程技術三個層次。其中,最接近社會實踐,直接用來解決實際問題的是工程技術;給工程提供理論指導的知識體系是技術科學(應用科學);給應用科學提供理論指導的知識體系是基礎科學。所以“縱向”看,系統工程屬于系統科學中的工程技術層次,且三個層次間有自上而下的指導關系。[1]
掌握了系統工程在整個科學技術體系中的“橫向縱向”關系,相當于理解了系統工程在現代科學技術體系的位置,從而能進一步理解層次間的指導關系。系統工程理論基礎包括兩個方面,一個是屬于系統科學基礎科學層次的系統學,另一個是屬于系統科學技術科學層次的運籌學、控制論等內容。關于系統學,由于當前并沒有完全建立起來,所以在認識上不太統一。在很多教科書里都會介紹耗散結構、協同學、突變論等等產生于其他學科的具體自組織現象。自然科學的基礎科學層次包含物理學、生物學等,參照來看基礎科學表達和描述的是研究對象本質上具有的屬性和功能,即系統本來的屬性和功能,如:系統的基本概念、動態系統理論、線性及非線性系統理論、自組織和他組織理論等。而那些具體的自組織現象多產生于其他學科,是系統學內容的具體表現,如耗散結構、協同學、突變論體現了系統的非線性動態特性以及自組織他組織能力,可作為具體例子。系統科學技術科學層次包含控制學、運籌學、博弈學等內容,在教科書中一般都這樣認為(自動化專業一般以介紹運籌學為主)。[2]
2.體會“綜合即創造”的系統工程思想
系統工程的著名范例――美國“阿波羅登月計劃”,該工程包含三百多萬個部件,耗資244億美元,參加者有兩萬多個企業和120個大學與研究機構,整個工程在計劃進度、質量檢驗、可靠性評價和管理過程等方面都采用了系統工程方法。在工程實施過程中及時向各層決策機構提供信息和方案,供各層決策者使用,保證了各個領域的相互平衡,體現出高度的“綜合性”。[3]負責“阿波羅登月計劃”實施的總指揮韋伯先生說:“阿波羅計劃中沒有一項新發明的自然科學理論和技術,全部工作都是現有技術的應用,關鍵在于綜合。”系統工程的一個重要價值,就在于綜合運用現代科學技術各個領域的相關成果,協調一致,解決復雜環境的復雜問題。
錢學森院士曾指出“系統工程是一門組織管理技術”,“系統工程是組織管理系統的規劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法,是一種對所有系統都具有普遍意義的科學方法”。[4]涉及的工程問題越大型,越復雜,就越能體現系統工程的“綜合即創造”思想。
體會到系統工程的綜合思想之后,就不會認為系統工程只是簡單包含一些具體工程技術方法,甚或將系統工程直接等同于具體的工程技術。
3.認識復雜與簡單的關系(復雜與簡單的相對性)
如果研究對象是結構良好的系統,即,系統具有可以精確觀測的特征量,可以獲取完備的數據資料,且這些特征量之間關系可以用明確的數學形式表示出來,原則上這類系統屬于簡單系統。反之,若系統存在一些無法精確觀測的特征量,不可能取得完備的數據資料,或無法建立精確的數學模型,要么兩者兼而有之,這就是結構不良系統,具有無法簡化的復雜性。[1]這樣比較來看,簡單系統相關問題為簡單問題,復雜系統相關問題為復雜問題。如果需要解決的問題,有可以依據的基礎理論和客觀具體的方法,則為簡單;反之,則為復雜。理解簡單與復雜的關系,有助于正確認識系統工程技術中的關鍵點所在,正確認識系統工程技術中的主觀定性內容。例如在系統決策和系統評價中,相關方法步驟比較簡單,但方法中與主觀、定性有關的量的確定,則比較復雜。
4.強調系統工程中的定性與定量關系
定量是指數量指標和數學方法的應用,定性是指借助非量化的途徑對研究問題做分析、判斷等。系統工程中無處不體現出定性和定量的密切結合。1987年,錢學森院士就提出了定性與定量相結合的系統研究方法,并把處理復雜巨系統的方法命名為定性定量相結合的綜合集成方法,表述為從定性到定量的綜合集成技術。1992年,他又提出從定性到定量的綜合集成研討體系,進而把處理開放復雜巨系統的方法與使用這種方法的組織形式有機結合起來,提升到方法論的高度。[5,6]
在具體研究應用中,一般是科學理論、經驗認識和專家判斷力相結合,從而提出經驗性假設。通常這些經驗性假設很難以嚴謹的科學方式證明,只是定性的認識。從定性到定量的綜合集成方法論,實質上就是將專家群體、數據和信息資料與計算機技術有機結合起來;把各門科學理論與人們實踐經驗知識結合起來,發揮整體優勢和綜合優勢。此方法論的特點是定性分析與定量分析結合,而后上升到定量認識;科學理論與經驗知識相結合,宏觀與微觀相結合,人與計算機相結合。[5,6]
系統工程教學中,注意強調系統工程中的定性與定量關系,避免學生注重定量,忽略定性的思維習慣。
5.清楚系統工程與具體工程技術的關系
“系統工程”中的“工程”是指把各種科學理論和基礎知識的概念和原理用于研究,創造和設計各種系統。從系統看工程――用系統的觀點和方法解決工程問題;從工程看系統――用工程的方法建立系統和解決系統問題。系統的方法主要是系統分析和系統設計方法;工程的方法是處理工程問題的方法,包括原理應用和結構構思,確定技術、經濟原則,對結構材料、參數和整體進行計算。系統和工程的結合,即系統的方法和工程的方法融為一體,使人們能在系統思想指導下以工程的方法作為工具,從定量角度描述系統元素間的關系、設計、建造和管理人們需要的系統。[7]
與一般工程相比較,系統工程是一種知識體系,不是工程實踐;是普遍適用的方法,一切工程都適用;是工程技術,不是科學理論,講究實際工效;系統工程的精華是系統觀點,強調從總體著眼構思,從局部著手實現,從全局出發用好局部,從全過程出發關照好各個階段。[1]
“系統工程導論”教學課堂中講授一些具體系統工程方法,如:系統模型技術、系統網絡分析技術、系統評價技術等。一些學生會認為系統工程只是包含類似的一些具體工程技術方法。只有真正清楚了系統工程的概念與意義,才不會造成這樣的誤解。
三、結論
上面關于“系統工程導論”教學中需關注問題的幾點思考,更要注重教學中的落實。首先在緒論中要表達清楚,其次在各章節教學中涉及部分要做課堂提示,使學生真實體會到這些問題的存在,從而使其在學習本門課程之后,能夠對系統工程有一個全面整體的把握,掌握系統工程技術強調宏觀研究、兼顧微觀研究的思想,以及定性到定量的綜合過程。另外,期望該課程能夠影響學生建立全面綜合的思維習慣,提高知識學習和運用的能力。
參考文獻:
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[2]魏萍,鄧先瑞.《系統工程導論》課程體系探討與教學實踐研究[J].煤炭技術,2010,(2):222-224.
[3]夏紹瑋,等.系統工程概論[M].北京:清華大學出版社,1995.
[4]錢學森,等.論系統工程[M].長沙:湖南科學技術出版社,1983.
[5]王眾托.系統工程[M].北京:北京大學出版社,2010.
關鍵詞:交通行業;信息技術;人才培養;培養體系;實踐
作者簡介:羅永紅(1975-),男,湖南邵陽人,長沙理工大學計算機與通信工程學院,講師;張建明(1976-),男,湖南益陽人,長沙理工大學計算機與通信工程學院,副教授。(湖南 長沙 410114)
基金項目:本文系長沙理工大學教學改革研究基金項目(項目編號:JG1224)的研究成果。
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)34-0054-02
隨著高校畢業生數量的劇增,就業形勢越來越嚴峻。根據近幾年來的就業情況來看,計算機相關專業本科學生的就業前景不容樂觀,長沙理工大學最近兩年的計算機科學與技術、軟件工程、網絡工程和通信工程等專業本科學生的就業率就呈下降趨勢。而我國《公路水路交通“十一五”發展規劃》指出,要“大力推進交通信息化建設,實現以信息化帶動交通產業升級和提高管理水平”。[1]“十一五”期間,交通行業信息化建設得到迅猛發展,信息化應用逐步深入到交通政務、運輸、公共信息服務等各個領域,公路、水路交通信息化體系逐步形成。[2]在當前時期,要繼續落實好這一規劃要求迫切需要培養造就一大批面向交通行業的信息技術人才。這對具有交通行業特色的長沙理工大學來說,計算機相關專業學生的培養就面臨著機遇和挑戰。開展面向行業的“信息技術”專業人才的培養工作具有挑戰性,存在較大的難度,不僅需要建立合適的課程體系、儲備相應的師資力量等,并且和傳統的計算機相關專業相比具有一些不同點,主要體現在以下幾個方面:一是面向行業的“信息技術”學生需要掌握通用的信息知識,同時要學習并熟悉一種典型的應用領域或行業。一方面該專業學生的基礎是掌握計算機專業的通用性技術和方法,另一方面還需要深入地了解某種行業或領域的信息技術應用情況;二是面向行業的“信息技術”是由實際應用驅動的一個方向,特別注重知識與動手能力和實踐經驗的結合;在培養過程中,要給學生提供有效的面向行業實踐環境和機會。這就要求學校要尋求行業的支持,實現校企合作,構建切實可行的產學相結合的實踐體系支撐環境。[3]
因此,為了適應計算機技術發展的趨勢和需求,培養出滿足和適應交通信息化建設、管理和時代需求的交通行業信息人才,這就要求:面向交通運輸行業,以交通運輸工程學科為依托,以計算機技術為基礎,建立信息人才培養體系,深化課程的內涵建設,強化實踐教學,加強能力培養,以培養現代ITS所需要的高級復合型人才。[4]
一、人才培養體系的構建
1.面向交通行業的教學團隊建設
面向交通行業的信息技術人才培養要求學生既要掌握計算機學科的知識,又要熟悉交通運輸學科的知識和業務流程。因此,教學團隊按照軟件、硬件、網絡和交通運輸四個課程群來建立,其中軟件課程、硬件課程和網絡課程由計算機與通信工程學院的教師負責,專業的交通運輸課程由交通運輸工程學院的教師承擔,交叉學科課程由從事智能交通方向研究的教師承擔。
2.面向交通行業的課程體系建設
為了能培養滿通行業需求的信息人才,需要對傳統的計算機學科課程體系進行適當調整,構建由軟件、硬件、網絡和交通信息四個課程群組成的課程體系。軟件課程群主要包括以下課程:軟件工程、信息融合導論、面向對象的程序設計、數據庫系統原理、Java程序設計、算法與數據結構、編譯原理、操作系統等,在培養方案中將這些課程設置為必修或限選課;硬件課程群主要包括以下課程:嵌入式系統、計算機組成原理、接口技術、計算機電路、數字邏輯與數字系統、匯編語言等,在培養方案中將這些課程設置為必修或限選課;網絡課程群主要包括以下課程:計算機網絡原理與技術、Web系統與技術、網絡化監控技術,其中Web系統與技術和網絡化監控技術設置為選修課;交通信息課程群主要包括ITS、交通運輸工程學和交通信息化概論等,在培養方案中都設置為選修課。
3.跨學科課程的教學資源的建設
由于長沙理工大學計算機與通信工程學院以前從而開設過該類課程,因此交通信息類課程的教學資源嚴重缺乏。為了提高教學效率,在實際中通過以下幾個方面來實施對“交通管理與控制”、ITS、“交通信息采集與處理”等跨學科課程的教學資源建設:收集和教學課程有關的文本、音頻、視頻等材料,利用常見的軟件工具(PowerPoint、Photoshop、FrontPage等)開發多媒體課件庫;建立簡單方便的網絡在線交互平臺,有利于教師與學生之間的互動和交流,教師可以通過平臺來答疑和布置作業,學生可以通過平臺來提問和完成作業;建立網絡測試系統,設置基礎知識題庫和實際操作題庫。教師可以利用這一系統對學生進行定期測試,以了解學生對教學內容的掌握程度;收集一些經典的和最新的交通信息方面的電子文獻資料,建立課外文獻庫。學生如果對教學內容有不理解的地方可以通過查閱相關文獻資料得以解惑。
4.綜合實訓平臺的建設
隨著交通業務流程的更加智能化和便捷化,而在實際的教學中卻不能直觀地反映出實際業務流程(比如鐵海多式聯運),并且缺少面向交通行業的真實實訓環境,往往會導致理論與實踐脫節等問題。建立“交通信息化綜合實訓平臺”能實現對交通行業多個信息管理系統的集成與定制,為課堂教學和遠程教育提供了綜合的實訓平臺,從而為培養面向交通行業的信息化人才創造了高效的教學實訓環境。通過多方調研,對湖南省交通行業中一些普及的經典智能交通系統進行抽取,然后對這些交通信息系統的流程和操作進行分析,設計并開發出相應的模擬實訓系統和網上在線實訓系統。
5.面向交通行業的實踐基地建設
通過校企合作模式,和一些長期從事交通信息系統研發的企業和事業單位建立“交通信息與控制研究中心”、“交通信息采集中心”、“ITS開發中心”等教學實踐基地,為交通信息人才的培養提供必要的實踐平臺。基地建立好之后,要定期對實踐基地進行評價,對于效果不理想的實踐基地要及時發現問題和及時解決問題,對于不達標的實踐基地要及時終止。為了進一步提升教學效果,學校可以聘請實踐基地的工程師和專家作為實習、課程設計和畢業設計的指導教師,并參與人才培養方案的制訂,同時學校也可以安排一些年輕教師進入企業鍛煉,將理論與實際有機結合起來,在實踐中提高技術水平。
二、面向交通行業的能力培養
1.應用能力培養
隨著智能交通的日益普及,需要處理的交通信息越來越多,這就需要培養出來的人才應能利用所學的計算機專業知識來實現交通信息的捕獲與控制以及交通信息的傳輸與處理,并能熟練地應用各種ITS系統為交通提供服務。對于這一能力的培養主要在教學和實驗上遵循以下思路:圍繞ITS的實訓項目,將課堂教學和實際應用緊密結合起來;對實踐性強的課程教學必須進行實驗操作,對于計算機專業課程進行課程實驗或課外實驗,而對交通信息實踐課必須進行開放實驗。
2.開發能力培養
對于交通行業的信息技術人才來說,只具有應用能力是遠遠不夠的。在實際的應用中,交通信息系統往往需要根據當前的環境作一些修改,并且有時還需針對一些特殊情況開發一些新的系統來應對。因此,需要根據不同的應用范圍,比如可設置交通信息工程及控制和交通物聯網等專業方向,將信息技術與交通專業知識結合起來對學生開展課堂教學和課外實踐,培養學生面向交通行業的信息系統設計與開發的能力,使其符合交通信息復合型人才的要求。
3.創新能力培養
為了培養學生在交通信息工程及控制領域的創新能力,主要采取了以下措施:
(1)在實驗教學中,增加創新性實驗的比例。我院開設了實驗的教學課程一般有三類實驗:驗證性實驗、綜合性實驗、設計性和創新性實驗。在實際的實驗安排中,減少驗證性實驗的比例,保持綜合性實驗的比例,增加設計性和創新性實驗的比例。并且要求學生對于實驗任務必須獨立完成,對于系統的實現和算法的設計要達到預期的效果。
(2)鼓勵學生參與科研項目。由于學生平時所學習的內容都是一些基礎性的知識,對于學科的前沿知識了解甚少,通過參與到教師所主持的一些基于交通行業的信息類科研項目可以幫助學生開拓視野,加深理論和實踐的聯系,增強解決實際問題的創新能力。
(3)建立面向交通行業的實習環境。利用課外時間,組織學生實地考察目前正在廣泛使用的一些交通信息管理系統,比如“高速公路聯網收費系統”和“公眾出行信息服務系統”,然后通過使用這些系統來發現現有系統的優點和不足之處,最后讓學生針對這些缺點找到切實可行的解決辦法。
(4)支持學生參與科技活動。為了給學生提供創新交流的平臺,組織學生積極參加“全國大學生服務外包創新創業大賽”、“全國大學生交通科技競賽”、“ACM程序設計大賽”、“挑戰杯學術科技作品競賽”等活動,通過比賽來發現差距和所存在的問題,為后續的學習和研發進一步提供動力。隨著“科技創新”的日益重視,校、省和國家都推出了“大學生創新性實驗項目”和“大學生科技創新項目”,可以在教師的指導下大力支持學生組團申報各個級別的創新項目,為創新能力的培養提供更為廣闊的渠道。
三、高端人才培養需解決的關鍵問題
1.交叉學科融合問題
由于人才培養的目標是要培養適合交通行業的信息技術人才,因而需要解決好計算機專業知識和交通運輸專業知識之間的融合問題,需要對課程體系進行精心的設計,并以“計算機為主、交通為輔”的原則安排好課堂教學和實踐教學,在畢業設計和課程設計上要面向交通領域進行選題。
2.實踐教學問題
交通信息處理的實質就是利用信息技術來解決交通領域的信息捕獲、傳輸、存儲和控制等問題,因此所涉及的教學內容同樣具有更新周期快、實踐性強等特點,在教學中需要改變傳統的課時分配方法,即增加實踐教學課時,減少理論教學課時,一些新的信息技術讓學生通過自學來掌握,給學生的自學能力培養留下足夠的空間。在開展實踐教學活動時,要有針對性地面向交通行業,并采取多種形式實施實踐教學,可以有課堂實踐、校內實踐、校外實踐等。
3.適應性問題
通過對一些交通行業的機關、企業、事業單位的調研發現:交通行業的高端信息人才既要有研發能力,還需具備工程應用能力和綜合分析能力。因此,在培養體系建設中要加強這些能力的培養,并經常組織學生到交通管理和建設部門去實習和調研。此外,要充分利用學校已有的教學質量跟蹤和監控措施,對面向交通行業的信息技術人才的培養過程從大一入學就開始監督和管理,并通過用人單位獲取對人才培養的反饋信息,然后以此為依據對培養目標進行修改,對培養模式進行完善,從而保證培養出來的學生能夠適應行業的需求,不與社會脫節。
四、實踐效果
近年來,盡管就業形勢嚴峻,但長沙理工大學學生在交通行業的就業人數卻是有增無減,本科畢業生受到了用人單位的一致好評,并且在“ACM程序設計大賽”、“全國大學生服務外包創新創業大賽”和“全國大學生交通科技競賽”等活動中取得了不俗的成績,成功獲批了多項省級、國家級大學生創新科技項目。
五、結論
為了培養出適合交通行業的信息技術人才,長沙理工大學建立了符合實際的培養體系,實踐證明培養模式是行之有效的。但是在以后的教學與實踐中還需根據交通行業信息化需求的變化進行相應調整,進一步完善培養模式,為交通行業培養出更多更好的信息技術人才。
參考文獻:
[1]霍麗娟,曹建秋.關于交通信息復合型人才培養模式的探索[J].改革與探索,2011,(22).
[2]徐德鳳,曹建秋.芻議交通信息復合型人才培養體系建設[J].重慶交通大學學報(社科版),2012,(2).
【關鍵詞】物聯網 課程 教學實踐 應用能力
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006-9682(2012)06-0063-02
一、引 言
物聯網(Internet of Things,IOT)又稱傳感網,指的是將無處不在的末端設備和設施,包括具備“內在智能”的傳感器、移動終端、工業系統、樓控系統、視頻監控系統和“外在使能”的各種資產、攜帶智能終端的個人與車輛等,通過各種無線或有線的通訊網絡實現互聯互通,從而提供安全可控乃至個性化的實時監控、定位溯源、報警聯動、遠程控制、安全防范等管理和服務功能,實現任何智能物體間的“管、控、營”一體化。物聯網是繼計算機、互聯網和移動通信之后的又一次信息產業的革命性發展。目前物聯網被正式列為國家重點發展的戰略性新興產業之一。物聯網產業具有產業鏈長、涉及多個產業群的特點,其應用范圍幾乎覆蓋了各行各業。并且隨著科學技術的不斷發展,物聯網技術將催生新的產業,形成新的經濟增長點,其發展前景十分可觀。鑒于此,2010年8月,教育部審批通過了35所高校獲批開設物聯網相關專業,新設專業將自2011年開始招生。在2011年,又有27所高校設置的“物聯網”專業通過了教育部的審批。
二、教學實踐與教學方法的初步探索
筆者所在的大學還未申報物聯網專業,但與物聯網技術相關的支撐專業門類比較齊全,如信息與通信工程、電子科學技術、計算機科學與技術、控制工程及測控技術及儀器等專業。基于此,筆者在2011年連續兩個學期開設了物聯網技術導論的公選課,學生選課非常踴躍,170人的選課規模每次都爆滿,從這可以看出當前本科生對物聯網等新生技術具有非常強的學習欲望。針對物聯網技術的特點,在現有教學技術的基礎上,對教學方案進行了初步探索。
1.合理選擇教材
筆者結合選課學生的特點:不僅有理工科學生,還有社會科學類學生,選擇了周洪波博士所編寫的《物聯網技術、應用、標準和商業模式》一書。此書以通俗易懂的方式,指導學生了解物聯網世界,且不需要較強的專業背景,適應不同專業的學生。
2.嚴格修訂教學大綱,合理安排教學內容。
教學大綱不僅是進行教學內容及進度的依據,也是考試考查的依據,更是教學質量評估的依據。一個好的教學大綱,非常有利于教學質量的提高。在教學內容上,首先講述物聯網產業的發展與機遇,讓同學們明白物聯網技術無論是在經濟、生活以及國家戰略上都有非常重要的前景。讓同學們掌握互聯網、物聯網以及它們的區別與聯系,并了解基于四大技術的物聯網支柱產業群,分別為RFID從業人員、傳感網從業人員、M2M人群以及工業信息化人群;其次,著重講述物聯網產業鏈,即Device、Connect以及Manage(DCM)三層系統,或者也可稱之為感知層、網絡層和應用層。讓學生了解物聯網的通訊與連接,包括短距離無線通訊技術、長距離無線通訊技術、短距離有線通訊技術和長距離有線通訊技術。在物聯網應用方面,通過物聯網在城市市政管理、農業園林、醫療保健、智能樓宇和交通運輸等方面和同學們進行交流和探討。并通過介紹各種傳感器的原理與技術,讓同學們對整個物聯網系統有更進一步的了解。
3.教學方法和教學互動
物聯網是個實用性很強、發展前景很廣的技術。將來物聯網會發展到什么程度,對人類的科技和生活會產生什么影響,都是一個未知數。因而在教學過程中,筆者非常注意和學生互動,讓同學們發揮自己的想象力,盡量去描繪50年,甚至100年后因物聯網的存在,人們的生活所發生的翻天覆地的變化。在上課過程中,筆者既有講述的環節,有和學生互動的環節,更有讓學生分組討論的環節。筆者希望此課程是個開放的課程,學生不僅能學到知識,更能發揮自己的主觀能動性。同時,通過運用多媒體等途徑來呈現物聯網所存在的問題和發展前景,請同學們利用已有知識,并發揮自己的想象嘗試提出解決方案,設置懸念,然后抓住重點、熱點作深入分析,最后上升為理論知識。從而使課程生動形象,對錯分明,環環相扣,印象深刻,氣氛活躍。當然,這種講課方式有一個前提,那就是建立在師生間平等、相互理解的基礎上。這種授課方式,就是師生間的相互溝通,實現這種溝通,理解是基礎,也即心靈交融,才能實現交往、溝通。
4.考核方式
為了適應物聯網技術應用型人才培養目標的要求,筆者在考核方式上突出強調學生對物聯網技術的基本概念掌握和發展前景設想,同時考查學生的論文寫作能力,從而實現對學習過程的督促與考核,客觀完整地評價學生的學習效果。在考核的評價標準上學生的成績由學生上課過程中的討論報告、出勤率和最終課程論文三個部分組成。其中討論報告占20%,出勤率占20%,最終課程論文占60%。這種考核方式既能讓學生進一步了解物聯網技術,又能發揮學生的想象力和主動性,并能讓學生初步掌握科技論文的寫作格式和寫作方法。
三、結束語
物聯網是一個新興的產業和技術,筆者依據物聯網專業的特點,結合我校應用型人才的培養目標,從物聯網專業設置的現狀、教學內容、教學方法和考核方式等方面進行了初步的探討。經過幾個學期的教學探索,摸清了教學規律,優化了教學過程,改進了教學方法,使學生具有合理的知識結構,理論與實踐相結合,從而具有解決實際問題的能力、開放的思維和協作能力,能夠暢想未來,把握經濟、社會和科學發展的大趨勢,以適應社會經濟和本科生教育信息化發展的需要,成為能夠適應21世紀新挑戰的復合型高端人才。
參考文獻
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目前國內高校車輛工程專業網絡通信類課程教學普遍存在以下問題:
(1)課時比重偏低,缺乏對新概念、新技術的介紹;
(2)設備陳舊,缺乏實用性實驗的開設;
(3)科研活動參與率低,未形成完善的創新培養體系;因此,在培養體系、課程平臺、教學模式等方面對車輛工程專業網絡通信類課程進行全新的探討,既可以作為對“機電結合,特色分流”交叉教學的補充和深化,也可以通過車輛工程專業“以點帶面,見賢思齊”,帶動其他專業學生對網絡通信類課程的興趣和創新能力的培養。
2培養體系的改革
現有網絡通信類的課程教學以車載CAN和LIN網絡理論的認識為主,實驗教學則以演示性和驗證性內容為主。但是,傳統的車載網絡已失去原有的主導地位。針對“以車為本兼顧網絡”的原則,需要逐步擴大網絡通信類的廣度和深度,鼓勵學生立足本專業課程,學科交叉,勇于探索。通過車輛工程專業導論和認知實習,重點在于拓寬學生視野,初步建立學生對車載網絡知識體系的感性認識。展示本專業前期積累的各項成果,如飛思卡爾智能小車等,為后續知識體系交叉學習打下基礎。在驗證、鞏固和加深理論教學的基礎上,選擇車輛相對獨立、功能簡單,但系統結構較為完整的網絡通信類實驗項目,力求學生能在課程實驗中能加深對車載網絡通信理論知識的理解,掌握車載網絡算法優化等方面的基本技能。以課程設計、競賽的形式,選擇適當的課題展開具有實際工程應用的綜合訓練。圍繞汽車行業生產、研發過程中具有實際工程意義的問題進行選擇,力求實現能正常運行的實驗室樣機,提高學生在車載網絡通信及優化方面的綜合能力。
3課程平臺的改革
圍繞培養體系的三個層次,對車輛工程專業的課程體系進行了創新性規劃,在專業基礎課中增設網絡通信類基礎課程,整合優化成“大機械類基礎課程平臺”,并配合車輛工程專業主干課,適當增設專業特色選修課,引導學生進行機械設計方向和車載網絡通信方向的分流。在先修機械類、通信類公共課程的基礎上,以學生的專業興趣為主要依據,搭建“車載網絡特色課程平臺”。對原有的課程體系進行調整,既要增設網絡通信類課程,還要兼顧原有機電類課程的設置。相互支撐,構建車載網絡特色課程群,通過車輛機械與電子信息學科體系的交叉,實現創新型、綜合型人才培養的目標。
3.1基礎平臺
通過增設通信原理、計算機網絡等基礎課程,結合相應的課程實習,將通信網絡類課程融入到基礎課程平臺中。以主題會議、專家報告等方式向低年級學生介紹行業前沿技術以及網絡在汽車中具體應用,形成直觀的認知,增強學生的興趣。由于總課時的限制,通信網絡類基礎課程以小課時、重實踐、多交叉的形式進行調整。由于機械類課程在車輛工程總課時中占有較大的比重,因此網絡通信類的課程根據“不同方向不同要求”的原則進行壓縮。在總課時不變的前提下,壓縮課時量,以增設相關網絡通信課程。需要注意的是,在總學時不變的前提條件下,如果不進行專業分流,勢必會造成機械類課程與電子信息類課程在學時分配上發生沖突。面向高年級學生進行專業分流,形成車輛與通信互為支撐、優勢互補的格局。創新性的將部分學生引導到車載網絡通信方向,有效緩解機械與通信類課時沖突的問題。
3.2特色平臺
圍繞新能源汽車、車載網絡等汽車行業重點研究方向,設置課題研究小組,由教授或副教授擔任負責人,配備2-3位中級職稱的教師和實驗室教師,團隊結構合理,知識體系交叉,階梯分工明確形成結構合理的學術團隊。鼓勵不同專業方向的學生進行自由組合,選擇部分動手能力強的學生參加科研課題研究,為學生的科技創新提供支持。創新平臺的課程覆蓋了車輛、機械、通信等領域,涉及汽車電子、新能源和通信網絡等多個方向,滿足車輛工程本科專業學生的興趣要求。團隊結構合理,知識體系交叉,階梯分工明確;對部分優秀本科生,仿照研究生的培養方式實行導師指導的培養制度,進入實驗室協助配合研究生完成相應的課題研究,實現導師負責、研究生協助的雙導師培養制度。
4教學模式的構建
教師在課程中的教學質量直接影響到學生的學習興趣和創新能力的培養。網絡通信類課程的改革,要求教師同時具備車輛工程和網絡通信的知識,既能將教學內容從機械知識結構拓展到網絡通信領域,也能夠將網絡通信領域的最新技術應用到車輛工程中。但我國高校中在機械工程和電子信息領域中的“雙師型”教師數量明顯不足,缺乏具有實踐經驗的中高級技術人員。為了充實教學隊伍,可以聘請汽車行業有經驗的技術人員作為兼職教師。同時,支持和鼓勵教師深入企業學習新技術。鼓勵學生將新想法、新創意,以發明專利、科技創新競賽的形式實現。對構思新穎的選題給予必要的科研經費和指導,同時設定創新學分,進一步推動創新研究。
5結語
安全學科自20世紀50年代建立本科專業發展至今,國內眾多學者就相應的人才培養模式開展了廣泛交流和深入研究。當前關于該專業的培養模式主要存在兩種觀點,即培養通才式安全科技人才和培養行業性安全科技人才。前者要求畢業生掌握適用于各個行業的通用安全科學理論和實務處理方法,以適應大社會的需求;后者僅要求學生掌握某個特定行業領域的安全科技知識。鑒于歷史原因,安全工程專業大多設置在能源礦業、石油化工、交通運輸、土木建筑等專業特色鮮明的工科類院校;中南財經政法大學、首都經濟貿易大學等少數文科類高校也有開辦此專業。由于當前國內安全生產現狀的嚴峻性及國家對安全工作的重視,全國現有130余所高校開辦了安全工程本科專業,該專業在發展過程中仍存在一系列問題。例如,培養模式上主要采取傳統的教學理念,課程教學只注重相應課程知識點的講解,未考慮該門課程在整個專業培養方案中的作用;偏重理論教學而忽視實踐教學環節;多門課程之間存在教學內容的重復,如安全系統工程、安全評價、安全學原理三門課程的部分內容;多采取大班制生產實習方式,局限于認知層面的觀摩與參觀;學生動手能力比較弱,普遍反映所學知識“泛”而不“精”。再者,現今的本科生都出自90后,多為家庭的獨生子女,個性較強,團隊協作能力欠缺。培養安全工程專業學生的工程實踐能力是一項系統工程,需要采取系統化的教學模式。作為一門實踐性較強的學科,有必要借鑒CDIO工程教育理念加強該專業培養模式的創新改革,將理論知識與社會實踐緊密結合,以培養出滿足社會需求的安全類應用型人才。
二、CDIO理念下的安全工程教學改革
(一)基于CDIO理念的課程體系建設
課程體系與專業培養模式息息相關,構建合理的課程體系是培養安全工程高素質人才的關鍵。在此,我院擬結合安全工程專業的自身特點,以學生個性化發展為核心,以未來職業規劃為導向,基于CDIO理念構建相應的課程體系,形成一、二、三級課程群。安全工程專業的課程體系見圖2。其中,一級項目為安全工程導論課(安全科學發展動態)及畢業論文(設計),學生能夠從中受到構思、設計、實現、運作的系統訓練。二級項目由公共基礎類課程、專業基礎類課程、專業類課程、專業特色課程等組成,專業類課程又可以進一步歸類為安全管理類、安全技術類;各門課程之間相互聯系,針對具體課程開設課程設計;三大實習包括認識實習、生產實習、畢業實習,旨在促進安全理論知識和工程實踐的融會貫通。二級項目主要以專業學習過程中的實踐、創新、綜合能力培養為目標,鼓勵學生參與各類創新創業項目。三級項目在二級項目下進行拓展,為加強核心課程與二級項目而設立的相應課程群,如安全管理類課程包括管理學概論、安全管理與安全法學、安全心理學、保險與安全經濟學等。 CDIO理念下的安全工程課程體系區別于傳統的重理論而輕實踐的教學模式,重在培養學生的創新意識、團隊協作精神和理論聯系實際的綜合能力。通過采取實驗課程的研究性教學、特定專業課程設計的設置、創新創業項目資助來貫穿相應的核心課程,學生可望提高學習的積極性。
(二)實驗課的研究性教學
研究性教學是引導學生從自然、社會和生活中選擇并確定與專業相關的課題開展研究,主動思考,主動實踐,從中吸收知識、運用知識、解決問題,從而提高綜合素質的一種實踐活動。實驗教學作為本科教學的重要組成部分之一,體現出綜合性、直觀性等特點,能夠激發學生的創造性思維,有利于提高學生的實踐能力。將研究性教學理念引入安全工程專業的實驗課程教學中,完全相符CDIO工程教育理念。安全工程專業的研究性實驗教學內容可區分為基礎性、綜合設計性、創新性三大類。基礎性實驗教學主要為強化專業理論理解和培養基本的實驗技能、動手能力;綜合性實驗教學旨在培養學生綜合運用所學理論和專業知識,分析、處理工程和前沿課題中的安全問題;創新性實驗是整個實驗教學的核心,由學生自發組建研究小組,圍繞教師的研究項目或學術前沿課題,通過查閱文獻、搭建實驗平臺、收集數據等,達到良好的實踐效果。因此,CDIO工程教育模式要求高校應加大安全工程專業的綜合設計性和創新性實驗的扶植力度。此外,高校應該大力建設開放性實驗室,向全體本科生開放,為學生參加各類學科競賽、自主實驗、參與創新項目、參與教師科研項目提供平臺。開放性實驗室可成為學生備賽的訓練場,自己動手,積極性增加,也提高了實驗設備的利用率。學生借助該平臺選定實驗課題、選擇儀器設備、擬定實驗方案、處理實驗數據和分析實驗結果。指導老師和實驗室管理人員在實驗室開放、實驗資料、解答實驗問題等方面為學生提供全方位服務,給學生創造一個研究型的學習環境。同時,實驗室還為全校學生創造了一個交友的平臺,許多獲過獎項的學生在這里可以起到很好的示范作用,高年級引導低年級,研究生指導本科生。安全工程專業實驗室必須加大相應的經費投入。各高校可以結合本校特色,設置安全系統工程實驗、安全人機工程實驗、工業通風實驗、礦井通風與除塵實驗、火災爆炸實驗、機械安全實驗、安全檢測實驗、電氣安全實驗、鍋爐與壓力容器實驗、地下工程安全防治實驗、軟件模擬仿真實驗等。
(三)多樣化的實習教學模式
認識實習是讓學生了解安全工程專業的主要知識點及職業特性,為后續的專業學習奠定基礎;通過共建校外產學合作認識實習基地,采取教學參觀與專題講座相結合的實習模式,加深學生對安全工程專業的認識。生產實習是在系統掌握安全工程專業基礎課與專業課程后實施,實習地點盡量滿足多樣化,如港口碼頭、建筑施工現場、火電廠、變電站、化工廠、造船廠、礦山等。畢業實習單位可由學生自主與就業單位取得聯系,或由指導老師推薦。畢業實習的內容可以涉及機械制造、石油化工、礦山、核電、建筑、道路交通、港口、酒店消防、地鐵施工、金融保險、安監部門等多個領域,與地區經濟建設、生產實況、科研現狀緊密結合。依據CDIO教育理念,必須加強校企合作,建立長期穩定的實習基地,以保障各類實習基地的有效性與延續性。
(四)課程設計與畢業設計的多樣性
課程設計主要以專業知識為基礎,是安全工程專業人才培養的重要實踐環節,有助于學生深入理解和靈活應用所學的專業知識,并且可以進一步提高學生的綜合應用能力與團隊協作能力。當前課程設計普遍存在一些不足之處,如課程設計題目偏少、時間安排不充足、教師重視程度不夠、考核方式不科學等,這是高校需要共同解決的一個問題。畢業設計是安全工程本科教學計劃的重要組成部分,其目的在于培養學生具有系統運用所學理論知識和技能分析和解決實際安全問題的能力,能夠從事安全技術與管理、安全科學研究及安全工程師的工作。安全工程專業畢業論文(設計)的選題應該緊扣學生的畢業實習單位,以便讓學生更早融入工程實踐中,適應新的社會環境。學生也可以根據未來的就業方向及科研興趣進行畢業設計題目的選擇,按照“導師—學生”雙向選擇的原則確定指導教師。保證畢業論文(設計)的選題盡量滿足工程設計需要,與實習項目相吻合。畢業設計題目類型多樣化,可涉及核電項目、建筑施工、公路隧道、煤礦水害、船舶重工、消防滅火、石油化工、銀行保險、礦山等多個行業的安全問題。
(五)科研訓練項目的設立
安全工程作為具有高度社會責任感的特色專業,要求畢業生在工作中要有較高的創新性思維和動手能力。開展科研訓練是遵循CDIO工程教育理念的重要手段之一,有利于創建良好的創新型學習環境。為提高本科生的科研能力、創新能力和實踐動手能力,了解安全學科發展的前沿和動態,可以組織和實施校級本科生科研訓練計劃項目。同時,專業教師還應該鼓勵學生積極申請國家級、省級大學生創新創業項目;學生也可以直接參與專業教師的在研課題。福州大學安全工程專業本科生近年獲批的立項課題涉及企業安全文化體系構建、煤礦水害防治、建筑施工用電風險管理、學生公寓人機不安全因素辨識、校園安全風險分析、大學生職業安全健康素質調研、手機人機界面設計、建筑工程安全培訓模式構建、防火涂料研制等。學生通過參與各類科研訓練,由此貫穿項目構思、設計、實施、運行的全過程,不僅拓寬了安全工程領域的科學知識,而且有助于培養自身的工程設計能力和團隊協作能力。
(六)教學團隊的建設
為更好地貫徹CDIO工程教育理念,必須建立一支優秀的教學團隊。當前從事安全工程專業教育的多數教師是在本科畢業后直接深造而走上教學崗位的,生產現場的實踐經驗比較缺乏。各個高校可以有計劃地安排青年專業教師深入工礦企業一線掛職鍛煉,并建立相應的獎勵制度;或主動聘請在各類企業中專門從事安全管理與安全技術的優秀工程科技人員到高校任教,彌補專職師資隊伍工程經驗不足的缺陷。安全工程專業教師要有終身學習的能力,不斷提高自身的工程實踐能力,以便及時將企業最新的技術進展反饋給本專業的學生。改革安全工程專業教師的考核方式,不能僅以論文為指標,還需注重教師的教學能力、工程實踐能力、團隊協作能力、人際交往能力和終身學習能力的綜合評價。實行本科生導師制。每個專業教師負責若干名學生的學業輔導,定期與學生進行直接交流,加強學生在職業道德、誠信和職業素質等方面的指引。
三、結論