智能科學與技術專業課智能傳感與檢測課程多元混合式教學實踐

蔣權 張婷

摘 要：傳統單一型混合教學存在諸多改進空間，為提高智能科學與技術專業人才培養質量，高職院?？商剿饕环N充分利用各方教學資源，綜合采用線上線下混合、真實實驗與虛擬仿真混合以及專業教育與實踐教育混合的多元混合式教學方法。文中基于智能科學與技術專業智能傳感與檢測課程改革提出融合線上與線下、真實實驗與虛擬仿真、專業教育與工程實踐教育、學生評教與同行評教的多元混合式教學策略，并以教學實例闡明多元混合式教學方法的實踐應用，旨在提高課程教學質量。

關鍵詞：智能科學與技術；智能傳感與檢測；多元混合教學

中圖分類號：文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2024）03-0147-05

廣西民族大學于2019年6月成立了廣西壯族自治區內第一個人工智能學院，并于同年開設智能科學與技術（Intelligence Science and Technology，IST）專業。當前，智能科學與技術和各學科的交叉融合正在不斷推進。如何完善智能科學與技術專業多主體協同育人機制，以產業和技術發展的最新成果推動人才培養改革［1］，面向新時代高等教育領域的“四新”探索［2］變得越來越迫切。

新工科背景下，為提高智能科學與技術專業人才培養質量、適應綜合交叉行業建設發展需求，高職院校應探索一種充分利用各方教學資源，綜合采用線上線下混合、真實實驗與虛擬仿真混合以及專業教育與實踐教育混合等多種混合模式，進一步建構以多元混合式教學為組織形式的教學方法。并將該方法應用于教學實踐，從而降低課程學習難度，提升學生的專業水平和實踐能力。同時，改善教學效果評價方式，借助多方評價反饋作用促進課程教學可持續改進。這對智能科學與技術教育改革有著重要意義，也是響應新工科發展總體目標和價值引領的有力舉措。

一、傳統單一型混合教學的現實問題

信息技術的飛速發展提升了大學教學的多樣性，混合教學模式日趨成為一流專業建設的重要途徑［3］。智能傳感與檢測課程（以下簡稱“該課程”）是智能科學與技術的專業課程之一，涉及物理學、化學、材料科學、電子信息工程、計算機科學等多個學科領域，主要內容包括傳感器的基本原理和分類、檢測技術、信息智能感知處理及其應用等，以強化培養學生的工程應用能力和創新能力，其綜合性、交叉性強，與智能系統工程關聯緊密。該門課程的目標學生為智能科學與技術專業大三上學期本科生，教學中發現多數學生難以充分把握智能傳感與檢測工程項目實施的全過程，更難以吸收智能傳感與檢測技術的精髓，對課程的學習往往僅觸及教材理論知識點層面，難以深入開展理論研究創新或工程應用實踐。

現階段我國高校普遍采用傳統單一的線上線下混合授課模式。然而該模式現階段暴露的弊端是線上線下課程雖能簡單拼接，但卻難以真正實現深度融合，且線上學習部分缺少有效監管，導致教學預期與教學成效往往不相匹配。

此外，該課程課標要求學生動手操作智能傳感與檢測實驗設備，但由于學院相關專業建成不久，配套實驗條件還需完善，難以滿足所有學生使用實驗設備的需求。雖可通過結合虛擬仿真技術彌補硬件資源的不足，但該舉措需要先進的技術支持，其實施難度大，且難以合理地設計、安排教學內容，不能匹配兩種環境下的教學需求。再者，該課程交叉性強、工程實踐特點明顯，通過專業教育與工程實踐教育的結合，能夠使學生既掌握理論知識又具備實踐技能。但是專業教育和工程實踐教育往往需要不同的教育資源，而學校不直接開展生產，如何合理分配資源也是一個難題。且兩種教育的目標和質量控制標準不完全一致，如何同時實現兩種教育目標，保證混合式教學的質量，亟需建全合理、明確且有效的質量控制機制。

當前，評教是高校教學質量控制的重要一環，然而，不同課程班級的混合評教、不同教學督導混合評教或教師混合評教在實踐中也存在一些不足，如單一型學生混合評教主觀性較強，評教結果易受個人情感和偏見的影響，也容易受課程難度、教師嚴格程度等因素影響；教學督導成員數量和聽課時間次數有限，單一型教學督導混合評教難以對教師的教學質量進行全面評估，容易導致評估結果不準確；授課教師同行評教通常由學校同事進行，容易被個人關系和情感左右。授課同行評教的能力水平可能存在差異，也會導致評估結果不準確。

二、多元混合式教學改進策略

基于該課程教學背景，課改團隊綜合各方面可用資源，運用新技術創新教學方法，開展基于多元混合式教學的教學改革工作，以應對原有教學模式的不足。課改團隊開展多元混合式教學設計和實施課程，以培養學生解決復雜問題的綜合能力；以高級思維為重要抓手，充分調動優勢課程及師資資源；通過開展虛擬仿真與少批次真機實驗混合的教學，著力解決課程實驗設備不足、上課學生多批次真機實驗項目開展難等問題；以小組形式開展實驗與仿真教學，調動學生參與實驗教學的積極性和主動性；通過融合專業理論教育與工程實踐教育，聘請領域專家等優秀人才擔任理論和實踐課程教師，引導學生在掌握教材理論知識點的基礎上向理論研究創新及工程應用實踐層面邁進?？己擞善綍r成績和課程結束后項目式考核成績組成混合式考核，并借助學生與同行混合評教反饋策略發現教學中存在的問題，推動課程教學質量的持續改進。具體的教學實踐思路如圖1所示。

以下以浙江某高新企業面向醫療衛生及食品蔬菜等領域的冷鏈監控工程實際項目為例，闡述智能傳感與檢測課程進行多元混合教學改革的策略。

（一）融合線上線下教學

與傳統混合教學時線上課程部分由學生自學不同，多元混合式教學的課程通過線上線下協同直播的方式開展，所用到的教學資源與工具也較多。授課教師由企業工程師團隊及高校師資隊伍組成，以保證教師團隊具有校企混合的跨區域多背景。在課程挑戰度方面，有針對地設計具有一定難度梯度的內容［4］?，F通過以下2個實例說明課程教學開展的具體方式。

1.教授智能溫濕度傳感器的技術指標與功能

智能溫濕度傳感器的技術指標主要包括其測量范圍、精度、響應時間、穩定性、尺寸重量和防護等級等。學生通過教材很容易實現文字層面的理解，但是往往缺乏工程性應用思維；在工程應用中如何確定溫濕度傳感器測量的溫度和濕度范圍，如何有效把握傳感器測量的準確度等方面缺乏經驗，難以平衡產品技術指標和工程應用實際之間的關系。

開展多元混合式教學后，企業工程師在線上直播講授理論知識，從工程實踐的角度以PPT形式及相關圖文內容向學生介紹智能溫濕度傳感器的基本原理、技術指標和應用領域；高校教師則組織線上線下討論、答疑，并考核知識點。在線上線下協同的教學過程中，企業工程師、高校教師及學生同步借助線上平臺實時討論，教師解答學生在學習過程中遇到的問題，鞏固學習效果。將理論與工程實踐相結合，使學生在學習理論知識的同時也獲得工程實踐經驗，為之后的溫濕度傳感器的組裝等實踐教學夯實理論基礎。此外，企業工程師和高校教師合作，也可以促進產學研合作，有助于推動相關技術的研發和應用。

2.講解面向智能溫濕度傳感器的冷鏈監控物聯網云平臺的應用

當前傳感器的應用多結合物聯網、大數據及人工智能等信息技術，將設備采集的數據上傳至云端平臺處理。

一線工程師較了解面向智能溫濕度傳感器應用開發的冷鏈監控物聯網云平臺，熟悉其整體架構、主要功能模塊及其在冷鏈監控工程中的應用和價值。因此開展多元混合式教學時，企業工程師首先向學生介紹該平臺的基本概念、架構和工作原理，以及溫濕度傳感器與平臺的集成方式，重點講解將傳感器接入平臺實現數據的采集、傳輸和處理的技術要點，然后通過分析實際案例及模塊，讓學生了解其應用效果和優勢；高校課程教師負責線下實驗教學的部分，在實驗室實際場景中引導學生將智能溫濕度傳感器接入平臺，講解數據的采集、傳輸和處理過程，展示該案例中平臺架構及歷史數據查詢處理流程，并組織線上線下討論與答疑，查漏補缺，鞏固學生的學習效果，為后面的溫濕度傳感器的應用提供支撐。

（二）融合真實實驗與虛擬仿真教學

本課程涉及多種類型的傳感器，要想讓實驗室配置齊全所有設備亦不現實。但由于傳感器構成形式及組裝應用流程基本類似，因此，教學團隊提出通過融合真實實驗與虛擬仿真的策略開展教學。

1.真實溫濕度傳感器組裝及實驗

傳感器的功能與核心感知元件相關，亦同成品工藝密不可分。為全面展現常見傳感器制造過程，使學生直觀地認識傳感器制作過程，教學團隊首先錄制溫濕度傳感器元器件模塊的分步驟式組裝教學視頻，主要包括傳感器外殼防震處理及安裝、電源模塊組裝、器件主板焊接、感知元件焊接、傳感器與主板連接等教學內容（如圖2所示）。學生可以根據教學講解及視頻自行實踐溫濕度傳感器組裝，最后利用軟件平臺進行成品測試，為后續的溫濕度測量項目提供基礎。

2.虛擬無人車傳感器組裝及實驗

在融合真實實驗與虛擬仿真的教學流程中，教師首先明確學生應掌握的知識點和技能，所設計教學方案應包括實驗和仿真的內容、課時安排、教學順序。在實驗環節，教師需要引導學生開展實驗，幫助學生理解實驗的原理，并指導學生記錄實驗數據。在仿真環節，教師需要指導學生使用仿真軟件，講明仿真原理和仿真過程，并指導學生分析并解讀仿真結果。最后，教師還需評估學生的學習情況，并根據教學反饋調整和改進授課方式。

如以當前廣泛應用智能傳感與檢測技術實現無人駕駛的虛擬無人車為例，課改團隊充分利用交互式虛擬環境開展教學。教師通過傳感器配置組裝及測試的過程向學生講明傳感器在虛擬無人車項目應用的要點，并以小組形式開展實驗與仿真教學，調動學生參與實驗教學的積極性和主動性，激發學習興趣和潛能，增強創新創造能力。

（三）融合專業教育與工程實踐教育教學

融合專業教育與工程實踐教育教學的主要內容包括基本專業理論教學、專業學術研究報告教育及實踐教育教學。專業教育側重于傳授理論知識，而工程實踐教育注重培養實際應用能力。將理論與實踐相結合，學生才能更好地理解并運用所學知識。其中，專業教育中的學術研究教育可引導培養學生獨立思考和解決問題的能力，而工程實踐往往會演練解決在真實環境中碰到的具體問題，結合兩者能訓練學生更好地掌握解決問題的方法，以及實踐方法與技巧，提出創新性的解決方案，進一步培養學生高層次學習能力。以下借助2個實例闡釋該融合策略。

1.開展校園低空溫濕度測量及預測實踐項目

溫濕度測量在氣象、農業、工業等領域有廣泛應用，了解低空溫濕度情況對把握當地氣候、優化資源配置、指導工農業生產等具有重要意義。而校園是學生生活、學習的場所，通過這一實踐項目讓學生掌握溫濕度測量的實際應用，在實踐中發現問題、解決問題，培養其創新思維和創新能力。

為有效地開展校園低空溫濕度測量及預測實踐項目，使學生對智能傳感與檢測技術現場應用有一個直觀的認識，授課教師首先根據實際情況設計校園低空溫濕度測量的實驗方案，內容包括測量點選擇、測量時間、數據處理與分析等，確保實驗的科學性和可行性。測量實驗以小組學習的方式開展，并要求學生記錄實驗數據，經歷文字、圖片及視頻記錄過程。在后續理論分析環節，教師引導學生運用數據分析技術可視化處理溫濕度數據（如圖3所示），進行異常檢測并建模預測趨勢，幫助學生理解溫濕度變化的規律和影響因素。最后，要求學生根據測量和分析結果撰寫實驗報告并進行結果展示、討論、總結及反思。以項目為驅動，幫助學生鞏固所學知識，提高其實踐能力和綜合素質。

2.參加專業學術報告會

遙感與人工智能的圖像空間信息提取和智能傳感與檢測課程關系密切，在內容上也有一定的交叉，均涉及圖像處理、傳感器技術和人工智能技術相關應用。具體區別則是智能傳感與檢測課程主要關注傳感器技術和檢測原理，而遙感與人工智能的圖像空間信息提取則更側重于利用傳感器和人工智能技術提取和處理圖像信息。因此，安排學生參加基于遙感與人工智能的圖像空間信息提取專業學術報告會，能使其了解這方面的最新進展和前沿知識，擴展知識體系，加深對智能傳感與檢測領域的理解。此外，遙感與人工智能技術結合也是當前研究的熱點領域，學生可以通過專業學術報告了解最新的研究動態和創新成果，有益于培養其創新思維。

專業學術報告會由學院邀請的領域專家主導，報告內容包括基本概念、技術原理、應用案例等方面，學生憑興趣自愿參與學習。教師合理協調時間，讓學生與報告人進行互動和討論，鼓勵學生提出問題，就報告內容開展深入的交流和探討。這有助于激發學生的興趣和好奇心，培養其批判性思維和解決問題的能力。在學術報告結束后，提供必要的學習資料和參考資料，以便學生進一步學習和研究。同時，可以組織學生進行小組討論或項目實踐，將所學知識運用于實際問題中，鞏固和提升課程學習效果。

（四）融合學生評教與同行評教

評教是教學質量監控的重要環節，融合多方、多維的評價可更全面地了解教師的教學情況，發現教學中的問題，促進教師不斷改進教學方法和手段，提高教學質量。同時，可避免單一評價主體可能帶來的主觀偏見，提高評價結果的可信度，對促進教師不斷學習和提高自身專業素養也有很大幫助。

評教的開展，需要先根據課程特點和教學要求制定具體的評價標準，包括教學目標、教學內容、教學方法、教學態度等方面。然后，在授課過程當中，由教學督導和同行老師采用聽課、觀察等方式對課程進行評教。課程結束后，由學生就教學方式、課程內容、考試、答疑等教學環節及內容安排參與評教問卷調查及網上評教。最后匯總和分析學生評教、授課老師同行評教、教學督導評教的結果，找出教學中的問題和不足之處，作為信息反饋，幫助課程教師了解自己的不足之處和改進方向。

三、課程教學效果分析

開展多元混合式教學改革后，課改團隊主要從課堂教學效果、學生學習成果方面分析改革成效，同時發放問卷，將問卷結果作為參考，進一步找準改革的發力點。

開展課程教學改革后，學生能掌握基本理論知識，具有一定學術研究能力及工程應用能力，綜合測試平均分達到77.2分，無不及格現象。同時，上課班級的學生在項目實踐中表現較好，部分學生的實踐水平得到穩步提升。這與課程教學中教師激發學生學習熱情，引導和鼓勵學生主動學習有相當大的關聯。此外，開展課程混合式教學實踐后的效果還可以直接從評教指標對比當中反映出來。

如圖4所示，評價本課程的平均分在多個維度都是高于學校和學院的平均分，特別是在鼓勵學生進行問題研討、突出實驗實踐與理論緊密聯系、課程內容前沿性、學習資源有效性、能力培養、過程考核等方面效果相對較好。但值得注意的是，不管學校還是學院，在能力提升這一點上表現趨勢是一致的，均出現較為明顯的短板，教學策略有待進一步改善。由于大三上學期的學生在學術研究層面沒有經過專門的訓練，在工程應用項目方面亦無完整開發經驗。因此，無論從學術研究能力還是工程應用能力來評價，獲得的分數都有可能相對較低。另一方面，課程工程實踐性教學內容難度不大時學生比較容易掌握，而涉及學術研究性專業教學內容學生則往往難以觸及關鍵，這時在實踐能力和學術研究能力提升方面就難有明顯的體現。因此，課程可考慮在實踐上增加難度，在學術研究方面想辦法降低學習難度，以期在學生綜合能力提升方面有更好的效果。

綜上所述，線上線下教學、真實實驗與虛擬仿真教學以及專業教育與工程實踐教學的融合在智能傳感與檢測課程中的應用是有一定成效的，可為智能科學與技術的其他專業課程的改革提供有益的參考。

參考文獻

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［2］吳巖.深化“四新”建設，走好人才自主培養之路［J］.重慶高教研究，2022，10（3）：3-13.

［3］歐陽修俊，周潤伍.新文科建設背景下大學混合式探究教學的模型建構與實踐［J］.廣西教育，2023（3）：96-99.

［4］林健.面向“六卓越一拔尖”人才培養的挑戰性學習［J］.清華大學教育研究，2020，41（2）：45-58.

注：本文系2021年度廣西高等教育本科教學改革工程項目“項目驅動下人工智能復合應用型卓越人才培養模式探索與實踐（2021JGB178）”、2022年度廣西高等教育本科教學改革工程項目“基于人工智能精準學情分析的一流混合式課程持續改進（2022JGA408）”的研究成果之一。

（責編 羅異豐）