以開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)為模式的課程設(shè)計(jì)

摘 要：本文以電子信息工程專(zhuān)業(yè)的“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”課程為例，討論了高職院校在教學(xué)過(guò)程中，如何開(kāi)展課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。探討了以開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)為模式的項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程，并引入表現(xiàn)性評(píng)價(jià)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革。

關(guān)鍵詞：開(kāi)放性實(shí)驗(yàn) 傳感器 課程設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）05（b）-0042-02

當(dāng)前，傳感器在工業(yè)、科研和日常生活中應(yīng)用日益廣泛，傳感器與檢測(cè)技術(shù)相關(guān)課程作為電子信息工程、儀器儀表、自動(dòng)控制等領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)必修課，如何讓學(xué)生真正地掌握實(shí)際的傳感器與檢測(cè)技術(shù)，是個(gè)值得探討的問(wèn)題。

為了加強(qiáng)其實(shí)踐性，我校在教學(xué)環(huán)節(jié)中，設(shè)置了為期一周的“課程設(shè)計(jì)”實(shí)踐環(huán)節(jié)，占1學(xué)分，一般安排在正常教學(xué)周結(jié)束之后，通常以能涵蓋教學(xué)大綱范疇的綜合性實(shí)驗(yàn)為主。

1 課程設(shè)計(jì)的目的和重點(diǎn)

課程設(shè)計(jì)的目的是在學(xué)生學(xué)習(xí)了一學(xué)期的“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”課程之后，對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)的一個(gè)綜合性的應(yīng)用。該環(huán)節(jié)旨在完善課程知識(shí)體系，使學(xué)生能靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)去解決現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和生活中的問(wèn)題，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)本課程知識(shí)的應(yīng)用能力和動(dòng)手能力。因此，課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)和重點(diǎn)應(yīng)放在培養(yǎng)“具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”的學(xué)生上面[1～2]。

傳統(tǒng)的傳感器實(shí)驗(yàn)，通常建立在課本知識(shí)的基礎(chǔ)上，以驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)為主。按照課本或者實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)所列步驟，在現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)箱或者實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，按部就班地觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。只要學(xué)生嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，就能得到結(jié)果。學(xué)生只是加強(qiáng)了對(duì)知識(shí)結(jié)論的印象，沒(méi)有任何創(chuàng)新，更談不上靈活應(yīng)用去解決實(shí)際問(wèn)題。一旦脫離常規(guī)的應(yīng)用模式，或者遇到新的問(wèn)題，往往顯得束手無(wú)策。這樣培養(yǎng)出來(lái)的人在日新月異的社會(huì)中，將無(wú)法適應(yīng)。為此，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)類(lèi)型的時(shí)候，我們摒棄傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，而選擇自由度更大的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。

2 開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

我們?cè)陂_(kāi)放性實(shí)驗(yàn)中，我們模擬實(shí)際項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程，將學(xué)生分為多個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，人數(shù)以5～6人為宜，學(xué)生的角色涵蓋設(shè)計(jì)、采購(gòu)、制作、調(diào)試等，考查學(xué)生的“知識(shí)與技能、實(shí)踐能力、綜合素質(zhì)”。

2.1 選題

設(shè)置選題時(shí)，教師不再千篇一律地給學(xué)生規(guī)定課題，而是讓學(xué)生觀察生活，自己選擇一種學(xué)習(xí)過(guò)的傳感器進(jìn)行某種功能的實(shí)現(xiàn)，可以仿造現(xiàn)有產(chǎn)品功能，也可以發(fā)揮創(chuàng)造力進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用。

學(xué)生根據(jù)自己的想法查閱資料，進(jìn)行小組討論，驗(yàn)證其可行性，并以項(xiàng)目組為單位提交“課題說(shuō)明書(shū)”闡明觀點(diǎn)。教師只需要考慮實(shí)驗(yàn)具有實(shí)用性、挑戰(zhàn)性和先進(jìn)性，并且難度、范圍、工作量方面滿(mǎn)足課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的要求，即可批準(zhǔn)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段，如果有不符合要求的部分，學(xué)生可在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行調(diào)整。

2.2 實(shí)施

選題通過(guò)以后，開(kāi)始進(jìn)入實(shí)施階段。

2.2.1 初步方案的確定

該項(xiàng)工作包含前期資料查閱、傳感器類(lèi)型論證確認(rèn)、配套相關(guān)電路模塊初步設(shè)計(jì)?？梢岳肊DA工具制作總圖，以方便后續(xù)工作的完成。方案由小組討論最終確定。

在此過(guò)程中，鍛煉了學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料、將知識(shí)轉(zhuǎn)化為已所用的能力，也初步考察了學(xué)生對(duì)EDA工具的掌握程度。

2.2.2 模塊設(shè)計(jì)

由項(xiàng)目組長(zhǎng)根據(jù)初步方案進(jìn)行模塊拆解，明確接口，并將各個(gè)模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)分工分配給小組成員。小組成員進(jìn)行模塊內(nèi)部的詳細(xì)設(shè)計(jì)，包含元器件的參數(shù)、封裝、型號(hào)的選擇，并進(jìn)一步以EDA工具進(jìn)行仿真和設(shè)計(jì)。完成子模塊后項(xiàng)目組長(zhǎng)組織討論并確定整體設(shè)計(jì)方案。

此工作主要考查學(xué)生對(duì)電子專(zhuān)業(yè)相關(guān)知識(shí)的理解和運(yùn)用程度，包括電路基礎(chǔ)、模電、數(shù)電、傳感器與檢測(cè)、EDA工具等方面。從能力上主要考驗(yàn)項(xiàng)目組長(zhǎng)的組織協(xié)調(diào)溝通能力，小組成員獨(dú)立完成工作及溝通能力。

2.2.3 器件采購(gòu)

學(xué)生根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)的情況，導(dǎo)出元件清單進(jìn)行采購(gòu)。在采購(gòu)過(guò)程中，學(xué)生需要考慮元件的性能、封裝等因素，甚至包括價(jià)錢(qián)。一定程度上能培養(yǎng)學(xué)生的成本效益意識(shí)，在將來(lái)的設(shè)計(jì)過(guò)程中能多方位地考慮問(wèn)題，使得實(shí)際產(chǎn)品具有最大的競(jìng)爭(zhēng)能力。

在采購(gòu)結(jié)束后，根據(jù)采購(gòu)情況，可能需要對(duì)原設(shè)計(jì)中的某些器件進(jìn)行調(diào)整，但不宜進(jìn)行大范圍改動(dòng)。經(jīng)過(guò)此步驟，最終的設(shè)計(jì)方案確定。

2.2.4 制作與調(diào)試

使用EDA工具進(jìn)行PCB板設(shè)計(jì)，將板子發(fā)送至生產(chǎn)廠家制版，然后再將采購(gòu)好的器件進(jìn)行組裝，最后進(jìn)行調(diào)試。

PCB版設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮其正確性、合理性、經(jīng)濟(jì)性。組裝過(guò)程中不單要保證正確，還要盡量保證作品的美觀度。調(diào)試是所有步驟中較難把握的，如果能順利調(diào)試出正確結(jié)果，則需要進(jìn)一步考慮該設(shè)計(jì)方案是否還有改進(jìn)的空間；如果沒(méi)有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，則要立即查找原因，盡量在課程設(shè)計(jì)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行修正。

整個(gè)過(guò)程對(duì)時(shí)間的把握能力，對(duì)問(wèn)題的反應(yīng)能力、解決能力都有很高的要求，需要整個(gè)項(xiàng)目小組所有成員共同協(xié)作完成。

2.2.5 項(xiàng)目驗(yàn)收與答辯

到達(dá)規(guī)定時(shí)間后，由教師組織各小組進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收，包括項(xiàng)目演示、提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告和答辯三個(gè)環(huán)節(jié)。

對(duì)于項(xiàng)目的最終實(shí)現(xiàn)結(jié)果，無(wú)論是否實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，各項(xiàng)目小組都要在課程報(bào)告和答辯環(huán)節(jié)中進(jìn)行明確描述，并分析其原因。對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的成功的部分和不足之處都應(yīng)進(jìn)行總結(jié)。教師除了對(duì)學(xué)生就項(xiàng)目進(jìn)行提問(wèn)外，更重要的是對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，幫助學(xué)生從能力和素質(zhì)方面提高。

學(xué)生在此過(guò)程中，培養(yǎng)了總結(jié)分析問(wèn)題的能力、表達(dá)能力和臨場(chǎng)應(yīng)變能力。

3 評(píng)價(jià)體系

評(píng)定學(xué)生的課程設(shè)計(jì)得分，應(yīng)該考慮整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，而不是只注重結(jié)果。一個(gè)好的評(píng)價(jià)體系能公正地對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以此引導(dǎo)和激勵(lì)學(xué)生更重視實(shí)際能力的培養(yǎng)，而不是單純的應(yīng)試。

在對(duì)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)方法中，依據(jù)人在過(guò)程中的表現(xiàn)而對(duì)人的特點(diǎn)予以發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)的表現(xiàn)性評(píng)價(jià)越來(lái)越受到重視，成為教育測(cè)量界的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域[3]。

我們借鑒表現(xiàn)性評(píng)價(jià)方法，結(jié)合本學(xué)科課程設(shè)計(jì)過(guò)程的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，制定了如下評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)圖1）。該標(biāo)準(zhǔn)主要注重學(xué)生的過(guò)程表現(xiàn)、實(shí)踐能力、綜合能力。對(duì)于結(jié)果，我們選擇弱化其絕對(duì)重要性的策略。

4 效果

在對(duì)我校電子信息工程三界學(xué)生進(jìn)行試用后，結(jié)果表明此種方式的課程設(shè)計(jì)明顯使學(xué)生有了更高的積極性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)揮更大的能動(dòng)性，考查的能力也更全面。例如，有一組學(xué)生在完成“超聲波傳感在避障系統(tǒng)中的應(yīng)用”課題時(shí)，由于擔(dān)心調(diào)試的時(shí)間不足，在經(jīng)費(fèi)由剩余的前提下，購(gòu)買(mǎi)了通用版，將項(xiàng)目組的成員分成兩部分，并行地進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)及調(diào)試兩項(xiàng)工作。在該設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生充分考慮了成本、時(shí)間、效率、結(jié)果等多方面因素，在合理的基礎(chǔ)上找到一個(gè)最佳結(jié)合點(diǎn)，這種能力在將來(lái)的工作中是非常必要的。

5 不足及改進(jìn)

實(shí)踐證實(shí)該方案效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，但還有很多問(wèn)題需要考量。

（1）經(jīng)費(fèi)的投入。由于課題不同，難以統(tǒng)一分配經(jīng)費(fèi)，學(xué)生如果對(duì)于器件等成本預(yù)計(jì)不足，則可能造成超支。學(xué)校支持經(jīng)費(fèi)的多少需要經(jīng)過(guò)調(diào)研，并且中間可能由于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)不足等造成一定的浪費(fèi)。

（2）學(xué)生的層次不一造成的問(wèn)題。不同的小組之間、同一小組之間都有可能出現(xiàn)能力不一的問(wèn)題。如果差異太大，可能會(huì)有部分學(xué)生喪失信心導(dǎo)致項(xiàng)目的失敗。因此，從分組到課題的選擇，教師要給予一定的建議，但是又不能過(guò)多干涉學(xué)生的選擇。

（3）時(shí)間的把握。由于學(xué)生之前以項(xiàng)目為形式的實(shí)踐機(jī)會(huì)比較少，所以對(duì)于時(shí)間的把握成了制約實(shí)訓(xùn)效果的最大因素，雖然大部分學(xué)生盡量遵循項(xiàng)目計(jì)劃完成各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，但是前松后緊仍然是主要的現(xiàn)象。這個(gè)問(wèn)題也需要教師適時(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行提醒，對(duì)于項(xiàng)目計(jì)劃的時(shí)間安排也需要根據(jù)時(shí)間做細(xì)化或者調(diào)整。

（4）評(píng)價(jià)體系的再完善。雖然表現(xiàn)性評(píng)價(jià)是較為合理的評(píng)價(jià)方法，但是其中的細(xì)節(jié)，包括各個(gè)環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)要求細(xì)化和分值分配的合理性都需要不斷調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1]李廣偉，胡留現(xiàn).實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，27（9）：110-112.

[2]楊碧石，束慧.開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)與探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，27（10）：166-169.

[3]郭均紡，周領(lǐng)，等.基于表現(xiàn)型評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，26（8）：89-90.