东南大学积极推动新工科建设,贯彻落实绿色工程教育理念,高度重视学生知识建构、技术拓展、实践创新等能力素质。秉持“以学生发展为中心、以学生学习为中心、以学习效果为中心”的教学理念,学校以项目化教学为指导,针对传统课程知识面狭窄、知识陈旧、学用分离等痛点,对传统大电类基础课程群进行梳理剪裁、移旧植新,以自主运行电动小车为载体,优化重构形成以项目化教学为特征的“电子电路及系统”课程,该课程已经在东南大学“未来机器人”“电能载运工程”两个新设专业中实施。
凝聚团队合力,重构课程目标
为全面优化大电类基础课程群,学校组建跨学院课程团队。团队由东南大学首席教授领衔,电工电子实验中心牵头,联合机械工程学院、电气工程学院、自动化学院5名教授、8名副教授(高级工程师)组成。团队内每位教师各展所长、互助配合,开展理论与实践教学。
学校以新工科建设要求和“六卓越一拔尖”的指导思想为引领,重新定位课程教育教学目标。学校课程秉持需以促学、学以致用、兴趣驱动的理念,以实践项目引领学生自主构建知识方法体系,培养学生自主聚焦问题、探讨方法、移植应用、拓展技术、解决问题等综合能力素质,促进学生自主完成 “点—线—面—体”知识能力体系的构建。最终达成教学课程集研、学、做、赛于一体,承载“需求分析、探索创新、研究设计、工程实现、成效总结”的研学实践目标。同时,学校在教学项目设计及实践过程中引入行业需求、工程规范、工艺标准等要素,并在构建教学实践环境时充分参考业界先进技术方法,融入人工智能、增强现实、虚拟现实等技术成果,提升课程实践环境条件水平。
创新课程体系,优化实践环节
课程采用一系列类工程项目,牵引重构高效的理论知识与技术方法体系。课程以电动车为载体,从黑白引导线检测及电机控制开始,渐次加载各种功能模块,开设一系列具有关联性与延续性的实验和实践项目,并逐渐扩大项目规模、提高项目功能与要求,提升项目难度、复杂度与挑战度。同时学校以需求为引领,在项目设计中不断植入电子信息、电气工程、机器人等领域的前沿技术方法及工程技术规范,逐步向学生传授课程的理论知识及技术方法。
在学生的学习与实践中,课程将根据项目需要同步教授理论知识、技术方法、工程技能。实践项目落实到模块化组合式电动车上,在黑白线检测与直流电动机控制的基础项目中融入电路基本理论方法与电子技术,在无MCU的自动循迹运行中引入反馈、调节与控制;加入嵌入式处理器后,逐渐增加电动车速度里程状态检测,通过温湿度光照超声波电子罗盘摄像头等传感器获取环境状态信息、实现特定目标搜索等功能。基于电动车的类工程项目体现了知识的有用性、情景的真实性、场所的社会性、过程的互动性、任务的挑战性,以真实落地的趣味项目激发学生学习的主动性。项目中还设置了基本、提高、拓展等多层次任务与要求,让不同能力水平的学生都能达成研学实践目标。
在构建实践平台的过程中,学校与高科技企业密切配合,充分应用生成式人工智能、虚拟现实、增强现实等技术落实智能引导、虚拟仿真、数字孪生等方法,助力学生实践提质增效减负。
多元主体协同,赋能课程建设
学校通过跨院合作、校际合作、校企合作,共同开展课程建设。在校内,未来技术学院、电气工程学院、机械工程学院、自动化学院合作制订教学计划;在校外,学校联合大连理工大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、南京邮电大学等高校携手开展课程体系、实践项目、教学模式等方面教学设计的共建共享,并在多视角、多层面实施教学。
课程团队在教学设计中注重教学技术、实践环境、数字资源及智慧课程的创新拓展,联合多家企业开展产学研协同育人项目与技术协作,以提升学生自主学习实践效率为目标,开展技术平台、教学资源等多方面的设计与研发合作,创造适应项目化教学所需的实践环境与条件。
为促进基于电动车的类工程项目的实施,课程团队与多家公司联合研究和开发了模块化电动小车载体。后续随着实践项目需求的拓展与深入,将根据各个不同方向项目的需求,加载不同的电子、电气或执行机构模块,融入电子信息、电气工程、机器人等领域的前沿技术方法,并贯穿学科基础、专业基础、专业技术乃至毕业设计的本科培养全过程。
为了提高车载项目调试效率、缩减场地空间,增强实验过程中的实时交互,课程团队针对具有运动中调试特征的电动车项目进行技术创新,提出了实体电动车与虚拟运行环境相结合的半实物虚拟仿真测试平台构想,与企业合作在短时间内完成了“电动车测试台”的研发。“电动车测试台”可以适应不同尺寸规格电动车运行,能够实时提供电动车进退、转弯、速度、里程等数据,并配备多种不同行驶难度的运行地图供以选择。根据项目需要配置周边街区环境,“电动车测试台”还可以为电动车提供虚拟传感器投喂数据,并设置不同的运行速度以改变行驶控制难度,从而在实验桌上完成电动车在城市街区的自主行驶。
重构教学体系,实施考核机制
大电类基础课程群的优化重构包含了理论知识、技术方法与工程教育的课程教学体系。“电子电路及系统”课程涵盖电路理论、电子技术、检测技术、嵌入式系统技术、人工智能技术应用等模块。课程的教学设计涵盖项目内容与要求、预习与课堂教学重点、课内外研讨与思考、德智体美劳要素、学习成效考察与评价考核等多个维度。
课程团队设计了适应个性化项目及课程进程管理的数字化管理与考核体系。在数字化管理层面,学校充分记录、展现学生在学习中研学探索、自主设计、项目实现等情况,分析总结学生在各阶段学习中的专注度、主动性、完成度、完成质量、工作进度、师生交互等状态,同时针对教师分工、项目发布申报、学生团队管理、项目进程任务等方面进行全面管理。
在考核体系层面,一方面进行实践能力考查,课程团队将在预习检查、实践过程、项目验收等环节进行操作规范安全、知识方法应用、项目分析规划等方面的考查。另一方面实施综合素质分析,课程团队在学习与实践进程中考查学生独立思考、创新思维、工程伦理等综合素质。
学校创新重构的“电子电路及系统”课程,尝试破解高校教学内容滞后于产业技术发展,学用分离,学生实践中研究探索、创新设计空间与压力不足等难题。未来,学校将继续深化课程改革,以更加前瞻性的战略眼光和严谨的科学态度持续优化人才培养方案,为培养更多“新工科”创新型人才贡献智慧与力量。
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