“新工科”背景下“傳感器應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)改革探究

王曉紅，韓曉敏，馬玉英

（泉城工學(xué)院，山東 濟(jì)南 250200）

以信息技術(shù)為引領(lǐng)的當(dāng)今世界范圍內(nèi)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革如日中天，對工程科技人才需求日趨增長，對工科人才的素質(zhì)能力也提出了新的要求。而普通高等學(xué)校是培養(yǎng)工科人才重要的機(jī)構(gòu)，所以，對我國高等教育中工程教育提出了新要求，“新工科”的概念應(yīng)運而生?！靶鹿た啤敝械摹靶隆卑?個方面，即人才培養(yǎng)新模式、工程教育新理念、學(xué)科專業(yè)新結(jié)構(gòu)、分類發(fā)展新體系、教育教學(xué)新質(zhì)量等。隨著教育部“教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知”的發(fā)布，各地高校開展了新工科的研究實踐活動，推進(jìn)新工科的建設(shè)與發(fā)展，深化工程教育改革。繼“復(fù)旦共識”“天大行動”、“北京指南”之后，在全國各個高校開啟了“新工科”建設(shè)的篇章。

針對目前“傳感器應(yīng)用技術(shù)”課程在教學(xué)過程中往往存在工科教學(xué)理科化現(xiàn)象，與行業(yè)、企業(yè)的實際脫節(jié)嚴(yán)重等問題，作為電子信息工程專業(yè)的核心課程“傳感器應(yīng)用技術(shù)”[1]，探究該課程的教學(xué)模式，研究適合新工科建設(shè)需要的人才培養(yǎng)方式改革、在實踐中強(qiáng)調(diào)工程需要的理念，形成多個學(xué)科相互交叉教學(xué)，并借助現(xiàn)代化教學(xué)手段、重新明確課程定位、改變教學(xué)目標(biāo)、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、采用合理的教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)評價，構(gòu)建新工科背景下專業(yè)人才培養(yǎng)的內(nèi)涵發(fā)展模式，以期為相關(guān)工程專業(yè)課程改革提供參考。

1 結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證明確課程定位

根據(jù)“新工科”和國際工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)概念，明確了“傳感器應(yīng)用技術(shù)”的課程定位。該課程應(yīng)該以工程實際應(yīng)用能力為根本，以幫助學(xué)生夯實專業(yè)基礎(chǔ)，提升學(xué)生的專業(yè)能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力為根本目標(biāo)。把教學(xué)目標(biāo)、主要授課內(nèi)容、教學(xué)方式作為本課程的基本描述如下所述。

1.1 教學(xué)目標(biāo)

通過課堂理論學(xué)習(xí)和實際操作訓(xùn)練，使學(xué)生能夠根據(jù)實際檢測需要選擇合適的傳感器，使用常用傳感器進(jìn)行各種物理量（溫度、濕度、速度、位移、液位、角度、力等）的檢測與信號處理；學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，在做項目的過程中提高項目構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行的能力，然后再運用這種能力去解決新的工程實際問題[2]，從而提高適應(yīng)工作環(huán)境和技術(shù)的發(fā)展變化的能力。

1.2 主要授課內(nèi)容

各種常用被測量傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)及特點；不同應(yīng)用領(lǐng)域中傳感器的測量電路、選用要點以及使用方法；傳感器的微型化、集成化、新材料開發(fā)、無源化、智能化等概念；未來應(yīng)用領(lǐng)域—物聯(lián)網(wǎng)中低功耗、高可靠性和高精度傳感器的設(shè)計特點。

1.3 教學(xué)方式

“傳感器應(yīng)用技術(shù)”課程采用項目化教學(xué)方式，項目來源于常用傳感器的實際應(yīng)用。基于C（Conceive構(gòu)思），D（Design設(shè)計），I（Implement實現(xiàn)），O（Operate運作）教學(xué)模式，讓學(xué)生掌握項目開發(fā)的整個實踐過程。

2 “新工科”背景下采用CDIO教學(xué)模式的電子信息工程專業(yè)課程理論教學(xué)

根據(jù)“華盛頓協(xié)議”國際標(biāo)準(zhǔn)，在“新工科”建設(shè)背景下，按照工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)明確的課程目標(biāo)，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)需要加強(qiáng)。我們采用項目化教學(xué)的CDIO工程教育理念，將基本理論知識、系統(tǒng)設(shè)計能力、個人能力和團(tuán)隊協(xié)作能力結(jié)合在一起，讓學(xué)生以主動的實踐課程之間有機(jī)結(jié)合的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)[3]。這樣，才能實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，滿足行業(yè)企業(yè)的用人需求。

因此，“傳感器應(yīng)用技術(shù)”以“項目”為主線組織教學(xué)過程，把“學(xué)以致考”變?yōu)椤皩W(xué)以致用”，由“項目導(dǎo)向”取代“學(xué)科導(dǎo)向”，注重項目實踐訓(xùn)練的系統(tǒng)性和完整性代替了強(qiáng)調(diào)學(xué)科理論知識的完備性和系統(tǒng)性；基礎(chǔ)知識以“必須、夠用”為度；學(xué)生在做項目的過程中不僅學(xué)習(xí)必要的專業(yè)基礎(chǔ)知識，而且可以培養(yǎng)其學(xué)習(xí)能力，還能培養(yǎng)其在應(yīng)用所學(xué)理論知識解決實際問題的能力；學(xué)生在教師的指導(dǎo)下循序漸進(jìn)地完成好經(jīng)過精心挑選的、適合大多數(shù)學(xué)生的工程項目，學(xué)生在做項目的過程中提高項目構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行的能力，然后再運用這種能力去解決實際的工程問題，以此來提高其適應(yīng)工作環(huán)境和技術(shù)發(fā)展變化的能力。

教學(xué)過程中打破基礎(chǔ)知識加驗證性實驗的傳統(tǒng)教學(xué)體系，采用基于工程教育理念的項目化教學(xué)模式，將課程的理論知識、核心內(nèi)容融入項目中，根據(jù)項目的需要，按照項目設(shè)計要求、必備知識、項目實施和擴(kuò)充知識的架構(gòu)進(jìn)行重組進(jìn)行教學(xué)，所有項目均歸納為“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行”4個步驟[4]，以加強(qiáng)對學(xué)生進(jìn)行工程項目實施能力的培養(yǎng)。所選項目的難度科學(xué)合理，一般難度、中等難度和較高難度的項目按一定比例組成。在教學(xué)過程中選擇適合難度的項目，對優(yōu)秀的學(xué)生可以進(jìn)行項目的擴(kuò)展，以提高學(xué)生應(yīng)用知識的能力和創(chuàng)新能力。

“傳感器應(yīng)用技術(shù)”項目設(shè)置根據(jù)傳感器的被測量不同分為10個項目：智能開關(guān)、智能溫度測量系統(tǒng)、角度測量器、煙霧報警器、數(shù)字測力計、液位檢測器、速度檢測器、位移檢測器和模擬路燈控制器等。每個項目均具有設(shè)計要求、必備知識、任務(wù)實施、擴(kuò)充知識4部分內(nèi)容[5]。

學(xué)生實施項目的過程中，根據(jù)學(xué)生的具體情況分組進(jìn)行，每個小組對成員要求如下：語言組織能力較強(qiáng)（需要填寫項目任務(wù)書）、硬件設(shè)計能力較強(qiáng)（進(jìn)行每個項目的電路硬件設(shè)計及焊接）、傳感器的理論知識掌握扎實（對于每個項目需要對傳感器進(jìn)行選型）、單片機(jī)編程比較熟練（有寫項目需要結(jié)合單片機(jī)編程實現(xiàn)其功能）。通過完成每個項目，學(xué)生既可以掌握傳感器基礎(chǔ)理論知識，又提高了工程設(shè)計分析能力，在項目實施過程中，還養(yǎng)成了團(tuán)隊協(xié)作能力。對于有興趣深入研究的學(xué)生，可以通過擴(kuò)展功能實現(xiàn)更復(fù)雜的傳感器應(yīng)用系統(tǒng)，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力，還可以從中篩選出部分優(yōu)秀項目參加相關(guān)的大賽。

3 結(jié)語

依照工程教育認(rèn)證培養(yǎng)方案，以“新工科”的要求為背景，采用CDIO教學(xué)模式，探索了電子信息工程專業(yè)“傳感器應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)模式的改革，不僅能有效讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識、學(xué)生的工程能力也得以提高、還能培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科的認(rèn)知能力與意識、使學(xué)生具有良好的團(tuán)隊協(xié)作精神和創(chuàng)新思維意識，對于“新工科”背景下的其他課程教學(xué)改革也具有借鑒意義。實踐證明，“傳感器應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)中采用項目化教學(xué)方法，不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的學(xué)習(xí)興趣，還可以充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新性和主觀能動性，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。對本課程的教學(xué)探究適合新工科背景下創(chuàng)新工程教育，對培養(yǎng)優(yōu)秀的工程創(chuàng)新復(fù)合型人才具有重要意義。