農林院?！皞鞲衅髟砑皯谩闭n程教學改革研究

周 竹，曾松偉，方益明，周素茵

(浙江農林大學信息工程學院，浙江臨安311300)

傳感器技術是構成現(xiàn)代信息技術的3大支柱之一［1］，已發(fā)展為現(xiàn)代科學領域中的一個重要學科［2］?！皞鞲衅髟砑皯谩笔钦憬r林大學電子信息工程、物聯(lián)網工程等專業(yè)的基礎課。隨著我國農業(yè)現(xiàn)代化水平的不斷提高，許多農林業(yè)裝備和儀器與傳感器技術密不可分，需要大批高素質、專業(yè)扎實的畢業(yè)生進入該領域。浙江農林大學作為定位于培養(yǎng)綠色科技人才、服務現(xiàn)代農業(yè)、致力生態(tài)文明建設為目標的浙江省唯一一所農林院校，如何通過這門課程的學習培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力并促進學生綜合素質的提升，對于現(xiàn)代化農林業(yè)人才的培養(yǎng)具有重要意義，也是相關課程教師必須深思的一個課題。該文剖析了該課程教學過程中存在的問題，并針對這些問題提出了一些改進方法，以期提高該課程的教學效果。

一、課程教學中存在的問題

(一)理論教學

長期以來，浙江農林大學“傳感器原理及應用”的課堂教學以教師為中心，教師通過多媒體課件為學生講解各種傳感器的工作原理及測量電路，學生被動接受。由于該課程包含的傳感器類型較多，涉及到的學科范圍較廣，信息量大且各章節(jié)內容獨立分散，學生的學習積極性普遍不高，教學效果較差。此外，該課程安排在大三下學期，很多學生都在準備找工作或考研，時有學生以找工作、實習面試等理由請假，心思并未集中在課程學習上。

在教學內容上，該課程的教學內容盲目向普通高等工科學校看齊，而忽視了農林院校的特色。這導致學生難以將所學知識與現(xiàn)代農業(yè)生產相結合，不能有效解決現(xiàn)代農業(yè)生產中的實際問題，無法滿足專業(yè)領域對現(xiàn)代農業(yè)科技人才的綜合需求。同時，也使相同專業(yè)的農林院校本科人才失去了自身的特色，降低了其在人才市場中的競爭力。

(二)實驗教學

該門課程的實驗教學依附于理論教學，其成績占課程總評成績的比例僅為10%，學生對實驗不夠重視。在前期的實驗教學內容設置上，存在驗證性實驗多，探究性實驗少;單一型實驗多，綜合型實驗少的不足。實驗教學過程則是教師先簡單介紹實驗目的、實驗原理、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理方法，然后讓學生按照實驗指導書在實驗設備上完成。由于實驗設備是由多個模塊組合的實驗箱，對學生的開放程度比較低，學生只能按部就班地對各個模塊進行接線、上電、觀察及記錄數(shù)據(jù)，而不能真正弄清楚所用傳感器及接口電路的原理與方法。這種實驗教學方式不利于學生實驗興趣的培養(yǎng)，也不利于學生動手應用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。此外，實驗的考核主要以實驗報告為依據(jù)，報告的大多數(shù)內容是抄寫實驗指導書內容，有些學生僅是抄襲實驗數(shù)據(jù)交差了事，這導致大部分學生缺乏思考，以致于壓縮了學生創(chuàng)造思維發(fā)揮的空間，嚴重阻礙了學生的學習積極性，不利于學生的自主發(fā)展［3］。

(三)考核方式

該門課屬于考試類課程。由于考試成績占總評成績的70%，很多學生在考試前臨陣磨槍，為了應付考試而死背硬記，這種片面重視理論知識的考核方法存在著明顯的不足，無法考察學生的實際應用及動手能力，不能有效地激發(fā)學生的學習熱情和創(chuàng)新意識。

二、教學方法的改革

為了充分調動學生的學習興趣，達到較好的教學效果，并促進學生動手能力、實踐應用能力和創(chuàng)新能力等的提高，筆者對該課程的課堂教學、實驗教學、考核方式等進行了改革，并施行了相應措施。

(一)課堂教學改革

1．多媒體教學和板書有機結合，激發(fā)學生興趣 多媒體教學課堂信息量大，形象直觀，圖文聲并茂，可以吸引學生的注意力并激發(fā)其學習興趣，還可使教師免除上課板書勞累［4］。然而，筆者在教學過程中發(fā)現(xiàn)，單純用多媒體教學，學生的注意力往往集中在多媒體信息的觀看上，而忽略了教師口頭表達的實用信息。此外，多媒體課件的播放速度較快，學生會出現(xiàn)沒有時間吸收消化知識的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的板書具有迅捷的信息交流互動功能，符合學生獲取信息的心理規(guī)律等特點［4］。但單純使用板書教學，也會造成課堂信息量小，直觀性差，學生注意力容易分散等缺點。針對這2種教學手段的優(yōu)缺點，我們根據(jù)各章的教學內容及教學目標，將傳統(tǒng)板書與多媒體教學有機結合起來，對于傳感器的結構、外形及電路原理圖采用多媒體的圖片、動畫或者專業(yè)軟件(如:Proteus、Multisim)展示，而對于傳感器的基本原理及公式推導則采用傳統(tǒng)板書講授。這2種手段相輔相成，可以有效調動學生的積極性，激發(fā)其學習興趣。

2．跟蹤前沿科技，引入討論式教學，拓展學生知識面 傳感器知識更新較快，而教材的更新相對較慢，新知識在教材中很難及時涉及。為了拓展學生視野，激發(fā)其求知欲望，我們擬定了一些專題，如智能手機、智能家居、移動式穿戴設備等，讓全部學生分別組團完成。通過一定時間查閱論文，收集資料，制作PPT，然后由教師隨機指派團隊內學生進行匯報并開展討論，最后由各團隊負責人和教師給出點評并對該團隊進行綜合評分。而在團隊內部，則由該團隊負責人根據(jù)隊員的參與情況，以綜合評分為基準，5分為階梯，依次給組內成員打分。通過這種討論式教學，既讓學生了解了最新的傳感器技術知識，又極大提高了學生對該門課程的學習興趣和自主學習能力;既培養(yǎng)了學生查閱文獻資料、歸納總結的能力，又鍛煉了學生PPT制作、演講等實用技巧。此外，團隊成員之間的協(xié)作精神也得以提高。

3．科研項目與教學內容相結合，增強農林特色 不斷將現(xiàn)代農林業(yè)中的科研成果、科研項目引入教學，及時跟蹤現(xiàn)代農業(yè)生產中傳感器研究應用的最新進展，將現(xiàn)代農林業(yè)生產的具體問題與課程相關章節(jié)結合。例如，結合開溝器的設計，講解如何針對不同的土壤類型設計不同形狀的開溝器，并用應變式傳感器評價開溝器的性能;根據(jù)魚、肉新鮮度變化的特點，講解采用電阻抗傳感器、氣體傳感器檢測魚、肉新鮮度的原理;以茶葉品質的光學檢測為例，講授采用CCD傳感器、近紅外光譜傳感器、高光譜圖像傳感器進行農產品品質檢測的原理、應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。通過這些科研項目不斷豐富教學內容，不僅讓學生了解了現(xiàn)代農業(yè)科技發(fā)展前沿，而且?guī)椭鷮W生端正了學習態(tài)度，激發(fā)了學生的學習熱情。

(二)實驗教學改革

1．適當調整驗證性實驗，提高此類實驗要求

該課程實驗教學的主要設備為浙江高聯(lián)生產的CSY2000D型傳感器與檢測技術實驗臺。根據(jù)教學大綱要求，課程教學中的每一種傳感器設置一個實驗，這些實驗往往以驗證性為主，學生只需要對照著實驗指導書進行相關操作即可。進行教學改革后，我們對這些驗證性實驗進行了歸納，將測試同一對象的實驗歸置到一起。比如，測量位移時，將電容式傳感器、差動變壓器、光纖傳感器放在一起，這樣學生通過實驗能對各種傳感器的性能進行比較，加深印象。其次，要求學生每次實驗前采用Multisim或者Proteus軟件畫出相應的接口電路并進行仿真，教師則通過課堂隨機提問等方式進行檢查，讓學生加深對所用傳感器測量原理以及接口電路的理解。

2．引入虛擬儀器技術，增加綜合性和設計性實驗，提高學生動手能力 在調整驗證性實驗教學的同時，我們根據(jù)每章的傳感器內容，要求學生制作相應的傳感器。如學完電容式傳感器，要求他們制作一個電容液位計;學完壓電式傳感器，要求他們制作一個壓電式玻璃破碎報警器;學完電渦流傳感器，則要求他們制作一個電渦流計數(shù)裝置。

此外，我們還將虛擬儀器技術引入到課程的實驗教學中。要求學生采用LabVIEW軟件平臺，結合串口通信與單片機，針對我國現(xiàn)代農業(yè)生產過程的一些熱點問題，開展一些農田信息采集、溫室環(huán)境監(jiān)控、農產品品質檢測方面的綜合性設計實驗。學生通過組隊的方式，根據(jù)實驗任務和實驗室提供的傳感器以及其它硬件設備進行選題，然后查閱資料，確定方案，完成電路設計、實物制作以及實驗報告并進行演示。通過這些綜合性實驗的練習，學生能重新認識該門課程相關的理論知識點，并加深對多學科知識的綜合運用。此外，虛擬儀器技術的引入，激發(fā)了學生的學習興趣，開闊了思維，也讓學生掌握了先進、高效的實驗手段，學到了數(shù)據(jù)采集與處理的技能。

3．制訂合理的實驗考核方案 傳統(tǒng)的實驗成績主要以實驗報告作為評價依據(jù)，學生的動手應用能力、創(chuàng)新能力不能得以體現(xiàn)。教學改革后，我們調整了實驗考核方案:首先，不再僅將實驗報告作為唯一的評價依據(jù)，而是依據(jù)學生使用儀器的能力、觀察和分析實驗現(xiàn)象的能力、排除實驗故障的能力、實驗結果和數(shù)據(jù)的正確性以及課堂紀律、實驗態(tài)度等方面的表現(xiàn)進行綜合考核。其次，建立考試制度。針對不同學生的學習能力和學習興趣，將驗證性實驗、設計性和綜合性實驗納入到實驗考試范圍。驗證性實驗讓所有學生在實驗庫中隨機抽取實驗項目，然后學生獨立連接電路，自擬實驗步驟，在規(guī)定的時間內完成實驗論證報告，并回答有關理論問題。而設計性和綜合性實驗則由1～3人組隊自由選擇題目，要求給出相應的方案以及實物并進行答辯。由于后者的要求較高，因此在考核過程中，我們提高了其分值權重。

(三)開辟第二課堂

“傳感器原理及應用”是一門實踐性很強的課程，僅靠學校規(guī)定的實驗課是遠遠不夠的。與傳感器應用聯(lián)系緊密的一些第二課堂活動，如:大學生課外科技競賽、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目訓練可以作為重要的補充和延伸。筆者所在的電子系設立了電子創(chuàng)新設計協(xié)會，承擔著學校全國大學生電子設計競賽、全國大學生“飛思卡爾杯”智能汽車競賽的賽前培訓教學任務。近3年來，浙江農林大學電子信息工程專業(yè)的學生在電子系老師的鼓勵和幫助下，積極參加全國及浙江省大學生電子設計競賽、全國大學生“飛思卡爾杯”智能汽車競賽、全國信息技術應用水平大賽等，學生的動手實踐能力有了很大的提高。

每年五月底是本專業(yè)畢業(yè)生答辯的時間，我們積極要求學生去旁聽，并要求提交一篇心得。這樣不僅能夠讓學生了解現(xiàn)有的傳感器應用現(xiàn)狀，還為大四畢業(yè)設計的選題打下了基礎。在這個過程中，要求同學們寫出一個印象最為深刻的畢業(yè)設計，并結合自己的理解，指出其優(yōu)點及不足，若自己來做，應該如何來做。

(四)課程考核改革

針對改革后的課程教學方法，相應調整了考核制度。學生成績依然由期末筆試成績、實驗成績、平時成績3部分構成。主要變化有:將期末筆試成績從70%減少到50%，在試卷題型上加大了分析設計題的比重，以考查學生是否具備根據(jù)所學知識在短時間內解決實際問題的能力［5］;實驗成績從10%增加到25%，主要是加強了學生動手能力的考核，強調了學生對各種傳感器的理解;平時成績則從20%增加到25%，主要包括作業(yè)、考勤、討論、提交學習心得等。此外，還將學生積極提問并回答問題作為獎勵分納入總評成績。

考核方式的轉變加大了對學生理論和實踐考核的力度，提高了學生課堂的參與度，促使學生將傳感器的理論知識與實際應用結合起來，使其更充分地認識到如何選擇合適的傳感器。

三、結束語

傳感器技術貫穿于現(xiàn)代農林業(yè)生產的各個環(huán)節(jié)，這對農林院?！皞鞲衅髟砑皯谩闭n程的教學提出了新的要求。針對浙江農林大學“傳感器原理及應用”課程教學的現(xiàn)狀，從理論教學、實驗教學、考核方式等方面進行了剖析并進行了相應的改革。這些措施較好地激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生的課堂參與度，鍛煉了學生的動手能力和創(chuàng)新能力，取得了較好的教學效果，受到了學生好評。在今后的教學過程中，仍要不斷探索實踐，切實提高“傳感器原理及應用”的教學效果與教學質量，以適應我國現(xiàn)代農林業(yè)人才培養(yǎng)的要求。

［1］ 吳建平．傳感器原理及應用［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2012．

［2］ 劉振廷．傳感器原理與應用［M］．西安:西安電子科技大學出版社，2011．

［3］ 程啟華，吳京秋．基于校企合作的傳感器與檢測技術課程實驗改革和開發(fā)［J］．中國電力教育，2011(8):144-145．

［4］ 杜子文，藍英．淺談傳統(tǒng)板書與多媒體教學的有機結合［J］．甘肅科技縱橫，2009，38(1):201．

［5］ 李姿景，張具琴，陳嘉義．“傳感器原理及應用”課程教學改革與實踐［J］．中國電力教育，2010(21):110-111．?