傳感器原理與檢測技術(shù)教學(xué)改革研究

周春艷+楊旭英

摘 要 在分析學(xué)生對傳感器原理與檢測技術(shù)課程學(xué)習(xí)狀況和學(xué)習(xí)能力基礎(chǔ)上，從課堂理論教學(xué)組織形式和實(shí)踐形式及考核方式等方面提出改革。提出在課堂上采用小組考核、小組競賽的形式，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和責(zé)任感。同時(shí)引入項(xiàng)目式教學(xué)法，將單片機(jī)課程和傳感器課程融合，設(shè)計(jì)四個(gè)難度逐漸加大的小型項(xiàng)目融合在整個(gè)教學(xué)過程中，使學(xué)生熟悉電子產(chǎn)品開發(fā)的過程，對所學(xué)課程和課程群有更深的理解，能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論應(yīng)用到實(shí)踐中。

關(guān)鍵詞 傳感器原理與檢測技術(shù)課程；物聯(lián)網(wǎng)；翻轉(zhuǎn)課堂；項(xiàng)目式教學(xué)法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）22-0110-03

Research of Teaching Reform of Sensor Principle and Detection Technology//ZHOU Chunyan， YANG Xuying

Abstract The paper put forward some reform measures about the organization of classroom teaching， practice and examination way on

the course of the Principle of Sensor and Testing Technology， based on the analysis of the students learning situation and learning ability in our school. Group assessment and team competition are adopted in the classroom teaching to improve the students team spirit and sense of responsibility. Furthermore， the project teaching method employed too， the courses of MCU and the Sensor are fused. Four small projects are difficulty gradually more designed in the whole teaching process， to make the students familiar with the process of electronic product development， to have a deeper understanding of the courses and course group， to be able to apply learning theory to practice.

Key words sensor principle and detection technology； internet of things； flipped classroom； project teaching method

1 前言

萬物互聯(lián)時(shí)代，人們生活的各個(gè)方面都離不開傳感器的應(yīng)用，傳感器是信息系統(tǒng)的源頭，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)最基礎(chǔ)、最底層的部分，每秒采集的海量數(shù)據(jù)構(gòu)成智能物聯(lián)的基礎(chǔ)[1]。隨著中國工業(yè)化的發(fā)展，傳感器市場呈井噴趨勢，未來五年，世界傳感器領(lǐng)域復(fù)合增長率將超過10%，中國將成為傳感器領(lǐng)域全世界最大的市場，是傳感器應(yīng)用的熱土。《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》也將“傳感器網(wǎng)絡(luò)及智能信息處理”作為“重點(diǎn)研究領(lǐng)域及優(yōu)先主題”[2]?？傮w而言，在制造業(yè)升級(jí)和物聯(lián)網(wǎng)這種大背景下，不管是政策支持還是市場需求，都傳達(dá)出支撐中國傳感器行業(yè)快速發(fā)展的積極信號(hào)。

因此，在本科教學(xué)中，為了適應(yīng)社會(huì)人才需求，學(xué)生掌握好傳感器技術(shù)顯得尤為重要。本文在分析本校學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)現(xiàn)狀和學(xué)習(xí)能力的基礎(chǔ)上，結(jié)合北方民族大學(xué)應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案，針對該課程，從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和課程評(píng)價(jià)體系等方面的改革進(jìn)行了探討。

2 教學(xué)現(xiàn)狀及改革的必要性

隨著智能制造和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，傳感器的重要性不斷凸顯。工業(yè)產(chǎn)品逐漸從自動(dòng)化向智能化方向發(fā)展，大量需要一些熟練掌握傳感器相關(guān)知識(shí)的人才。為適應(yīng)社會(huì)需求，各大高校加大了對傳感器課程的建設(shè)，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的優(yōu)秀畢業(yè)生。但由于各種因素影響，在教學(xué)中存在課本知識(shí)與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用脫節(jié)、傳感器更新?lián)Q代快、學(xué)生學(xué)習(xí)愿望強(qiáng)烈但基礎(chǔ)薄弱、教學(xué)方式陳舊等問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

理論教學(xué)枯燥，內(nèi)容滯后 傳感器原理與檢測技術(shù)是一門交叉學(xué)科，涉及學(xué)科門類繁多，知識(shí)應(yīng)用多元化，實(shí)踐性強(qiáng)，要求學(xué)生具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)、電路等知識(shí)。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師往往依照教材內(nèi)容，從傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、測量電路、補(bǔ)償電路和應(yīng)用等方面進(jìn)行講授，過于注重原理的解釋和公式的推導(dǎo)以及電路的分析，缺乏對傳感器的應(yīng)用和具體問題的分析，使學(xué)生對其應(yīng)用缺乏直觀具體的認(rèn)知，以至于給定具體的檢測任務(wù)時(shí)，不知道如何選擇合適的傳感器，也不會(huì)設(shè)計(jì)相應(yīng)的檢測系統(tǒng)。

另外，傳感器的發(fā)展日新月異，隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能制造的升級(jí)，傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。而目前教材所講授的內(nèi)容大多還是最基礎(chǔ)的原理，所涉及的實(shí)例也多是模擬的分立元件，和市場應(yīng)用脫節(jié)。這樣容易導(dǎo)致學(xué)生無法將所學(xué)知識(shí)和現(xiàn)實(shí)應(yīng)用建立具體的聯(lián)系，出現(xiàn)學(xué)習(xí)興趣下降。

實(shí)踐與應(yīng)用脫節(jié) 傳感器是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，實(shí)踐過程旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和工程意識(shí)。然而，傳統(tǒng)的傳感器實(shí)驗(yàn)大多在封閉的傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完成，學(xué)生僅僅是進(jìn)行測量，記錄數(shù)據(jù)而已，不利于動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。endprint

考核方式不能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性 目前的考核方式大多是考試和平時(shí)考勤相結(jié)合，且卷面分?jǐn)?shù)比重很大。由于傳感器所涉及的原理、材料性能等是大量需要記憶的內(nèi)容，容易導(dǎo)致學(xué)生成績不理想。做實(shí)驗(yàn)也是幾個(gè)人一組，有的學(xué)生自己不動(dòng)手，經(jīng)常出現(xiàn)“搭便車”和“混日子”的消極現(xiàn)象，給整個(gè)小組甚至更大的范圍帶來負(fù)能量，不能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3 課程改革探討

應(yīng)用型高校應(yīng)培養(yǎng)具有較強(qiáng)社會(huì)適應(yīng)能力和競爭能力的應(yīng)用型人才。這就要求在傳感器課程授課過程中打破傳統(tǒng)的以理論教學(xué)為主的模式，構(gòu)建以“學(xué)生為主，教師為輔”，以熟練應(yīng)用為目標(biāo)的新型教學(xué)體系。

理論教學(xué)方面

1）教材選取。目前，傳感器教材主要分為兩類：一類教材按傳感器的原理進(jìn)行分類講述；一類教材以被測量的分類進(jìn)行講述。兩類教材各有優(yōu)缺點(diǎn)：第一類便于學(xué)生清楚地理解某種傳感器的原理，但是在應(yīng)用過程中不知如何選型；第二類，學(xué)生遇到具體的檢測任務(wù)會(huì)知道選擇哪一類傳感器，但是對原理知道不深。

因此，教師在教學(xué)中應(yīng)該將兩類教材結(jié)合，淡化傳感器數(shù)學(xué)模型及公式推算、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及制造工藝、復(fù)雜的系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)和過多的體系強(qiáng)調(diào)等內(nèi)容；可選擇項(xiàng)目化教程，突出學(xué)生對傳感器的“認(rèn)識(shí)”，知道“在哪里用”“如何用”“應(yīng)用中需要注意什么問題”等[3]；可采用模塊化加項(xiàng)目化教學(xué)，將所學(xué)知識(shí)分為各個(gè)模塊，每個(gè)模塊由若干項(xiàng)目組成，每個(gè)項(xiàng)目中學(xué)習(xí)一個(gè)具體的傳感器的應(yīng)用，讓學(xué)生對現(xiàn)代典型傳感器和檢測技術(shù)有一定的了解和熟悉[4]。

2）課堂活動(dòng)組織。傳感器課程并不是以理論知識(shí)學(xué)習(xí)為主的基礎(chǔ)課程，更偏重于培養(yǎng)學(xué)生在傳感器與檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面的實(shí)踐能力。教師應(yīng)該以需求為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生針對傳感器檢測系統(tǒng)具有“選得出”“做得出”“講得明”的實(shí)踐能力為目標(biāo)[5]。因此，應(yīng)該讓學(xué)生成為課堂的主體，教師充當(dāng)引導(dǎo)員的角色，避免出現(xiàn)滿堂灌的現(xiàn)象。教師在上課前，可先給學(xué)生布置相關(guān)的任務(wù)和思考題，讓學(xué)生查找資料，思考本節(jié)課所學(xué)的傳感器內(nèi)容在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用，并找出最新發(fā)展技術(shù)和趨勢。同時(shí)，在教學(xué)中可采取小組協(xié)作、監(jiān)督學(xué)習(xí)、小組間競賽的教學(xué)模式。

每個(gè)學(xué)生的基礎(chǔ)不同、學(xué)習(xí)能力不同，為了讓所有學(xué)生都參與學(xué)習(xí)，可通過組成協(xié)作小組，讓學(xué)生在合作中完成學(xué)習(xí)任務(wù)。將班級(jí)學(xué)生每五人一組，分成若干小組，并選出組織能力較強(qiáng)、學(xué)習(xí)成績較好的學(xué)生作為組長，由組長負(fù)責(zé)組織、督促小組成員共同學(xué)習(xí)。將小組作為一個(gè)小的集體進(jìn)行共同考核，共同評(píng)定成績。如考勤的時(shí)候，如果小組中有人沒到，則該組集體記為缺勤。每組進(jìn)行的項(xiàng)目比賽成績記為大家共同的平時(shí)成績。

同時(shí)，可將競賽制引入課堂教學(xué)中。本課程將每次的項(xiàng)目開發(fā)都設(shè)計(jì)為競賽活動(dòng)，根據(jù)全組成員考勤情況、相互協(xié)作情況、PPT講解情況、成果展示等幾個(gè)方面評(píng)選出最優(yōu)小組，并給出競賽成績[6]。

實(shí)踐方面 采用項(xiàng)目式教學(xué)法，以任務(wù)為導(dǎo)向開展教學(xué)活動(dòng)，以項(xiàng)目的方式開展實(shí)踐活動(dòng)。同時(shí)，將傳感器課程和單片機(jī)課程相融合[7]，形成以單一項(xiàng)目為多課程服務(wù)的模式。項(xiàng)目的設(shè)置可以從簡單到復(fù)雜，步步遞進(jìn)，盡量包含一個(gè)電子產(chǎn)品構(gòu)成所需的采集、處理和執(zhí)行各個(gè)環(huán)節(jié)。如以測溫系統(tǒng)為例，可以將這個(gè)任務(wù)分成四個(gè)小型項(xiàng)目，在整個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中逐步完成。項(xiàng)目任務(wù)和內(nèi)容如表1所示。

經(jīng)過四個(gè)項(xiàng)目的訓(xùn)練，讓學(xué)生熟悉整個(gè)電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和系統(tǒng)的組成部分。還可在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上可加入執(zhí)行機(jī)構(gòu)，運(yùn)用不同的控制算法控制輸出驅(qū)動(dòng)加熱絲，使被測溫度控制在恒定值。通過項(xiàng)目的訓(xùn)練，使學(xué)生對傳感器課程、單片機(jī)課程和自動(dòng)控制原理課程等有一個(gè)更明確的認(rèn)識(shí)，有助于對所學(xué)專業(yè)產(chǎn)生深刻理解。

課程評(píng)價(jià)體系 考試作為檢驗(yàn)學(xué)生對知識(shí)掌握情況的重要途徑，可督促學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，也可進(jìn)一步提升教師的教學(xué)水平。然而對于傳感器這種應(yīng)用性強(qiáng)的課程，不能只看重卷面成績，應(yīng)該加大實(shí)踐分?jǐn)?shù)的比重。另外，為了端正學(xué)習(xí)態(tài)度，出勤率和上課積極性也應(yīng)納入考核范圍。借鑒翻轉(zhuǎn)課堂多維度、多方式的評(píng)價(jià)體制，本課程的考核方式包含平時(shí)成績和考試成績兩部分，各占50%。考試可采取半開卷的形式，學(xué)生可自帶一張A4紙，將重點(diǎn)知識(shí)和公式總結(jié)在上面，避免出現(xiàn)學(xué)生復(fù)習(xí)時(shí)陷入死記硬背的現(xiàn)象。試題可側(cè)重一些應(yīng)用設(shè)計(jì)和綜合性題目。考勤也可采取小組集體考核的方式，借此以督促全體學(xué)生都參與學(xué)習(xí)，增強(qiáng)團(tuán)體協(xié)作意識(shí)及自我約束能力。另外，課堂項(xiàng)目和開放性討論環(huán)節(jié)也應(yīng)納入最終成績，提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和應(yīng)用能力。具體考核內(nèi)容和所占比重見表2。

4 結(jié)語

本文根據(jù)傳感器課程綜合性、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，本著以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的方針，對傳感器原理與檢測技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)組織、教學(xué)評(píng)價(jià)方式等進(jìn)行改革。精簡了教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了項(xiàng)目式教學(xué)法、競賽制教學(xué)法等課堂活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性；在教學(xué)評(píng)價(jià)方式上對學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)一分組考核，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任感、榮譽(yù)感和團(tuán)體協(xié)作能力。同時(shí)，將單片機(jī)課程和傳感器課程進(jìn)一步融合，設(shè)置難度層層遞增的項(xiàng)目，讓學(xué)生一步步學(xué)會(huì)電子產(chǎn)品的開發(fā)，并更進(jìn)一步加深對課程群和專業(yè)的認(rèn)識(shí)，有利于知識(shí)的內(nèi)化和拓展。

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