“檢測技術(shù)”課程研討實踐教學(xué)方法探討

李煊鵬， 王 東

(東南大學(xué) 儀器科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 南京 210096)

0 引言

“檢測技術(shù)”是儀器儀表類專業(yè)的核心課程，是學(xué)生在本科階段前期所學(xué)的“傳感器”、“信號處理”、“微機原理”、“自動控制”等課程的基礎(chǔ)上，進一步學(xué)習(xí)的一門綜合性課程[1～3]。該課程強調(diào)學(xué)生應(yīng)掌握相關(guān)檢測技術(shù)原理和檢測系統(tǒng)的設(shè)計方法，并且通過實驗環(huán)節(jié)對相關(guān)檢測方法進行實踐。

傳統(tǒng)的“檢測技術(shù)”教學(xué)采用全部授課或是授課為主、研討為輔的方式，要求教師能夠準確地把相關(guān)檢測技術(shù)原理傳授給學(xué)生，并且結(jié)合少量實驗，讓學(xué)生對相關(guān)技術(shù)積累感性認知。然而，隨著時代的發(fā)展、新技術(shù)的涌現(xiàn)和新時代學(xué)生對新知識的訴求，這種傳統(tǒng)方式已經(jīng)逐漸滿足不了新需求，迫切需要對該課的內(nèi)容和授課方式進行調(diào)整[4]。

對于授課方式的改革，我們認為需要在以學(xué)生為主的授課方式基礎(chǔ)上，根據(jù)教師的特點，即科研背景和個性特征，采用多元化的教學(xué)模式為要。

本文的目的在于探索以學(xué)生為主的教學(xué)，通過調(diào)整授課方式、實驗方法、并融合科研能力的培養(yǎng)，從而摸索出一種新時代背景下的“檢測技術(shù)”課程教學(xué)模式。

1 存在問題

目前“檢測技術(shù)”一課在諸多院校的相關(guān)專業(yè)中都有講授，特別作為儀器儀表專業(yè)的主干課程，占有很重要的地位。但諸多院校由于條件限制基本是以課程講授的方式進行，缺少教師和學(xué)生的互動以及學(xué)生動手實踐能力的培養(yǎng)。

根據(jù)筆者授課經(jīng)驗來看，“檢測技術(shù)”一課主要存在以下三點問題：

(1)課程授課方式不夠靈活有效，若單以考試作為最后檢驗學(xué)生所學(xué)知識的手段，往往效果有限，存在考完就忘的問題，學(xué)生對課程認知不足；

(2)實驗方式相對保守，缺少創(chuàng)新之處，無法有效調(diào)動學(xué)生的積極性，也存在實驗強度不足的問題；

(3)課程內(nèi)容相對老舊，即使比較新的教材課本也是以2003年前后的內(nèi)容為基本框架進行修改，缺乏學(xué)生更加關(guān)心的新內(nèi)容新技術(shù)。

隨著時代發(fā)展和新技術(shù)的普及應(yīng)用，諸如微課、翻轉(zhuǎn)課堂這樣的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，“口袋實驗室”等實驗方式不斷推陳出新，人工智能技術(shù)等新思潮的涌動，都為該課程教學(xué)改革創(chuàng)新提供了很好的依托，這已在部分院校的課程教學(xué)中有所體現(xiàn)[5～7]。利用相關(guān)新技術(shù)，我們可以更加靈活地將“檢測技術(shù)”課程內(nèi)容呈現(xiàn)給學(xué)生，同時更加有效地傳遞知識，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2 教學(xué)改革具體思路

目前“檢測技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容由課堂教學(xué)、課堂研討和實驗環(huán)節(jié)三部分構(gòu)成，主要采用以課堂教學(xué)為主、研討和實驗為輔的方式。其原因在于首先課程大綱安排的授課內(nèi)容占比重較大，需要在課上有限時間安排中講授較多的基礎(chǔ)知識，導(dǎo)致弱化研討和實驗環(huán)節(jié)；其次，傳統(tǒng)的教師教、學(xué)生聽的方式，依舊沒有發(fā)生根本改變；最后，現(xiàn)代化的翻轉(zhuǎn)課堂、微課等教學(xué)手段實施起來還需要一定時間進行普及和驗證。因此，根據(jù)目前的授課條件，我們提出以下四點具體改革意見，并且部分內(nèi)容已經(jīng)在教學(xué)實踐中加以驗證：

(1)轉(zhuǎn)變課堂教學(xué)模式，從授課為主、研討為輔的方式轉(zhuǎn)變?yōu)檎n下在線學(xué)習(xí)、課堂檢驗，從而實現(xiàn)為研討為主、授課為輔的教學(xué)模式；

(2)改革課程研討內(nèi)容的設(shè)計，由教師命題學(xué)生自選和學(xué)生自主命題兩類方式相結(jié)合，從實際工業(yè)生產(chǎn)、生活等不同角度展開；

(3)轉(zhuǎn)變實驗方式，從定點定時定內(nèi)容的實驗方式到“口袋實驗室”的移動實驗方式；

(4)讓學(xué)生不僅做參與者，也做評委，通過以小組為單位進行PK，增進研討的質(zhì)量。

考慮到目前“檢測技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容跟不上最新科學(xué)技術(shù)的迅猛進展，解決的辦法是融合多學(xué)科交叉和前沿技術(shù)，重點體現(xiàn)在學(xué)生研討內(nèi)容匯報中。通過上述教學(xué)改革方法，從而實現(xiàn)以下三點目標：①培養(yǎng)學(xué)生課下學(xué)習(xí)、課上研討的學(xué)習(xí)習(xí)慣，重點進行基于課下學(xué)習(xí)的內(nèi)容結(jié)合實例的研討，構(gòu)建通過學(xué)生自主選題和命題相結(jié)合的方式展開立足于解決實際問題的案例化教學(xué)。②將傳統(tǒng)的相對較過時的實驗方式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐哉n程設(shè)計為主輔以“口袋實驗室”的方式進行實驗改革，使學(xué)生能夠?qū)⒀杏憙?nèi)容和動手實踐相結(jié)合，從而不僅在理論層面掌握相關(guān)檢測技術(shù)，并且在實踐過程中理解并加以應(yīng)用。③面對研討環(huán)節(jié)提出的設(shè)計目標，使學(xué)生能夠主動查閱中英文文獻，特別引導(dǎo)介紹近年來較為前沿技術(shù)的英文資料，提高學(xué)生專業(yè)英語能力，并且了解一定前沿技術(shù)。

3 教學(xué)改革的實施過程

根據(jù)上述研究內(nèi)容和目標，擬從四個方面進行課程的改革：

1)改進和完善在線課程內(nèi)容

筆者調(diào)研了中國大學(xué)MOOC(慕課)上涉及檢測技術(shù)的課程，目前主要有武漢理工大學(xué)的“傳感與檢測技術(shù)”和寧波城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院的“傳感器與檢測技術(shù)”。這兩門課都將檢測技術(shù)與傳感器結(jié)合在一起進行講授，特別是前者側(cè)重于傳感器原理和一些信號處理內(nèi)容，但涉及具體檢測技術(shù)原理并不多。此外，我校自動化專業(yè)也有相關(guān)的在線課程，重點講授檢測技術(shù)內(nèi)容，可以作為我院儀器專業(yè)設(shè)計在線課程的重要參考資料。

根據(jù)我校的儀器專業(yè)課程安排，“檢測技術(shù)”是“傳感器原理”、“信號處理”、“誤差原理”等課程的后續(xù)，有其自身的特點和定位，不應(yīng)該在課程內(nèi)容上和相關(guān)課程有太多重復(fù)。因此，“檢測技術(shù)”在線課程應(yīng)根據(jù)我校的課程特點，參考前期精選的在線課程素材，在線課程視頻等內(nèi)容，從重要知識點啟動，再遵循網(wǎng)絡(luò)課程的一些講授方式進行設(shè)計，重點突出檢測技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計和有針對性的案例解決。

2)開展雙模式研討教學(xué)

在“檢測技術(shù)”授課過程中，筆者所在團隊先采用全部教師命題、學(xué)生選題的方式進行課程研討內(nèi)容安排，再結(jié)合學(xué)生自主選題放入課程研討環(huán)節(jié)中。我們發(fā)現(xiàn)無論是教師命題還是學(xué)生自選題，很多小組都可以呈現(xiàn)出調(diào)研豐富、內(nèi)容詳實、論證充分的研討報告;特別是自主選題的小組更能夠在有限的條件下用制作的實例來進行課堂呈現(xiàn)，展現(xiàn)出高質(zhì)量的研討內(nèi)容。

此外，我們在研討環(huán)節(jié)中還采用互評的方式，讓選擇相同題目的小組進行相互PK，找出彼此報告中的不足，從而對同一命題進行不同角度的探討。這些方法已經(jīng)逐步應(yīng)用在課堂中，取得不錯反響。

3)“口袋實驗室”貫穿課程模式

在新一學(xué)期的課程中，實驗負責(zé)部門采購了一批小型實驗開發(fā)材料，包括多種傳感器和控制芯片，提供給各小組隨時隨地進行使用，并由相關(guān)負責(zé)人統(tǒng)一管理。我們發(fā)現(xiàn)采用實驗“口袋化”方式并且利用少量教學(xué)資金能夠最大程度地調(diào)動學(xué)生的積極性，提高實驗教學(xué)效率和質(zhì)量。在今后的課程教學(xué)中，我們將不斷完善這一理念，能夠讓每一個學(xué)生都可以從動手中真正學(xué)到很多實際的內(nèi)容。

4)多學(xué)科交叉及前沿技術(shù)的探索

檢測技術(shù)應(yīng)用于多個領(lǐng)域，涉及多種具體檢測方法，從壓力、速度、物位、溫濕度等，種類繁多，在課程中我們只能選擇少量和典型檢測對象進行闡述。學(xué)生往往對新技術(shù)充滿好奇，比如連續(xù)血壓監(jiān)測采用的光電方法或是脈搏波法都是較新的檢測方法，又如視覺測量于光學(xué)字符檢測、缺陷檢測中都是目前工業(yè)中應(yīng)用較多的新技術(shù)。我們將這些內(nèi)容融合進“檢測技術(shù)”課程中，并在此基礎(chǔ)上，以相對通俗的方法介紹機器視覺、模式識別等新技術(shù)來拓寬學(xué)生視野，調(diào)動學(xué)習(xí)熱情。此外，鼓勵學(xué)生在研討準備環(huán)節(jié)中多以最新的中英文期刊文章入手，一方面培養(yǎng)學(xué)生獨立科研能力，另一方面訓(xùn)練學(xué)生英文閱讀和文獻檢索能力。

“檢測技術(shù)”研討與實驗教學(xué)貫穿于整個課程教學(xué)過程：歷時16周，共48個學(xué)時。目前，采用講授16課時、研討16課時、實驗16課時的方式進行。將來的改革實踐中，擬采用講授約4～6課時，其余為研討和實驗混合進行。其中，以研討為例，學(xué)生被分為3人一個小組(以一個班30人為例)，需根據(jù)前三周的課題自選(自擬)、研討優(yōu)先順序選定等進行前期準備工作，包括資料文獻閱讀、調(diào)研、設(shè)計方案規(guī)劃，并在有限的時間內(nèi)進行方案驗證。在一堂研討課中，由預(yù)定順序的某一小組進行答辯和演示，需準備30分鐘左右的PPT演講，并且在演講結(jié)束后根據(jù)教師和同學(xué)提問進行作答。教師根據(jù)PPT內(nèi)容質(zhì)量和演講問答情況進行打分，并計入最終成績。研討內(nèi)容需明確具體目標和內(nèi)容，比如以研討課題“乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測”為例，要求如下：

(1)乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價檢測標準；

(2)調(diào)研市面上主要的檢測設(shè)備；

(3)確定相關(guān)物質(zhì)的采樣測定方法；

(4)有檢測系統(tǒng)各模塊的選型分析；

(5)有主要的電路設(shè)計結(jié)構(gòu)圖。

小組需在報告中完整呈現(xiàn)上述內(nèi)容。相同選題的小組需呈現(xiàn)不同的內(nèi)容體現(xiàn)其工作，并且進行問答引導(dǎo)式的較量。另外，實驗以小組為單位，可結(jié)合研討課題，主要在課后自主開展，并由教師組分階段審核各小組實驗進度。

4 結(jié)語

本文介紹的“檢測技術(shù)”課程的研討實踐教學(xué)改革轉(zhuǎn)變課堂教學(xué)模式，倡導(dǎo)以研討為主、授課為輔的教學(xué)方式；通過在線課堂的構(gòu)建，使學(xué)生能夠利用課外時間進行課程內(nèi)容學(xué)習(xí)。同時，改革課程實驗方式，以“口袋實驗室”代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗，提倡自主選題進行實驗設(shè)計。并且，將多學(xué)科交叉和前沿科技內(nèi)容融合進入課程體系中，在研討時進行新知識的梳理，旨在幫助學(xué)生拓展知識面、提升學(xué)科視野。

該項改革是針對我院測控技術(shù)與儀器專業(yè)這個江蘇省優(yōu)勢學(xué)科的創(chuàng)新發(fā)展而具體實施的，希望借此機會能夠優(yōu)化相關(guān)課程體系，并結(jié)合自身學(xué)科特色，努力把該課程打造成精品課程，更好地促進本科教學(xué)，為培養(yǎng)本科生服務(wù)。