“新工科”背景下《傳感器原理及應(yīng)用》 教學(xué)改革探索與實(shí)踐

黎萬平

（武漢工商學(xué)院，湖北 武漢 430065）

為適應(yīng)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)升級(jí)、“中國制造2025”以及“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家戰(zhàn)略，教育部積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)，以新技術(shù)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，這對(duì)應(yīng)用型本科工程教育提出了更高的要求，開展“新工科”的研究和實(shí)踐，從而深化工程教育改革，推動(dòng)“新工科”的建設(shè)與發(fā)展意義重大[1]。

近年來，各級(jí)教育部門以及各大高校均積極響應(yīng)新工科建設(shè)號(hào)召，促進(jìn)了傳統(tǒng)電子信息工程專業(yè)、通信工程專業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，加快了機(jī)器人工程、物聯(lián)網(wǎng)工程以及人工智能等典型新工科專業(yè)的申報(bào)建設(shè)?！秱鞲衅髟砑皯?yīng)用》是以上專業(yè)群課程體系中的一門重要專業(yè)課程，通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常見傳感器的原理、特性以及應(yīng)用，熟悉典型應(yīng)用系統(tǒng)中傳感檢測(cè)電路的應(yīng)用和設(shè)計(jì)。課程內(nèi)容涉及常見物理量如溫度、濕度、光照以及壓力等的檢測(cè)的傳感器，需要物理電學(xué)、磁學(xué)、數(shù)學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)點(diǎn)，教學(xué)中各種傳感器的物理或者化學(xué)效應(yīng)，傳感器結(jié)構(gòu)等知識(shí)點(diǎn)教松散，學(xué)生在學(xué)習(xí)中普遍反映學(xué)習(xí)存在傳感器部分理論抽象、傳感器理論與實(shí)踐應(yīng)用聯(lián)系不緊密等問題。因此，《傳感器原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)改革亟待進(jìn)行，以適應(yīng)“新工科”時(shí)期應(yīng)用型技術(shù)人才對(duì)傳感器原理、新技術(shù)以及典型工程應(yīng)用能力，培養(yǎng)適應(yīng)”新工科”時(shí)期創(chuàng)新型應(yīng)用型人才。

本文以武漢工商學(xué)院電子信息工程專業(yè)《傳感器原理及應(yīng)用》課程為例，介紹了課程教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)模式創(chuàng)新以及考核評(píng)級(jí)優(yōu)化等方面的改革探索，并在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的效果。

1 課程現(xiàn)狀分析

課程開設(shè)于第5學(xué)期，總學(xué)時(shí)為32學(xué)時(shí)，按照傳統(tǒng)的理論+實(shí)驗(yàn)的方式，理論學(xué)時(shí)占50%，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)占50%。傳統(tǒng)的教學(xué)中理論教學(xué)采用講授的方法，介紹電阻式、電容式、電感式、壓電式、磁敏式以及光電式等各種傳感器的工作原理、性能特點(diǎn)以及典型應(yīng)用，知識(shí)點(diǎn)多而雜，填鴨式教學(xué)使得學(xué)生覺得學(xué)習(xí)起來枯燥且對(duì)相關(guān)的工作原理難以理解。實(shí)驗(yàn)中多設(shè)計(jì)的為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)很難提高工程實(shí)踐能力。

2 教學(xué)改革探索

1）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。為改善課程內(nèi)容松散的缺點(diǎn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的組織進(jìn)行了改革探索，改革傳統(tǒng)的理論+實(shí)驗(yàn)的組成方式，設(shè)計(jì)若干個(gè)項(xiàng)目對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)。在“新工科”的大背景下，基于項(xiàng)目化課程建設(shè)的教學(xué)方法旨在將課程理論與工廠實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，一方面有助于學(xué)生掌握理論知識(shí)，將理論和實(shí)踐有機(jī)融合；另一方面可以通過做項(xiàng)目的方式促進(jìn)學(xué)生之間的合作，提高學(xué)生的協(xié)作能力，團(tuán)隊(duì)意識(shí)，并為他們今后的職業(yè)生涯打下堅(jiān)實(shí)的工作基礎(chǔ)[2]。

每一個(gè)項(xiàng)目由知識(shí)鏈接、項(xiàng)目實(shí)施以及知識(shí)拓展三大部分組成。以智能大棚溫濕度控制系統(tǒng)為例，知識(shí)鏈接部分主要介紹熱電傳感器原理、結(jié)構(gòu)、特性以及典型應(yīng)用；項(xiàng)目實(shí)施部分由學(xué)生根據(jù)智能大棚溫濕度控制系統(tǒng)的控制要求，進(jìn)行傳感器的選型、電路設(shè)計(jì)以及程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求；知識(shí)拓展部分介紹溫濕度測(cè)量相關(guān)最新的傳感器應(yīng)用。項(xiàng)目化調(diào)整后，由項(xiàng)目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)，實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)到主動(dòng)探究，極大地提高了學(xué)習(xí)效率。

在課程設(shè)計(jì)階段采取跨學(xué)科課程設(shè)計(jì)?？鐚W(xué)科課程教學(xué)區(qū)別于傳統(tǒng)單一課程獨(dú)立授課，通過給學(xué)生介紹跨學(xué)科的專業(yè)知識(shí)來引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合跨學(xué)科知識(shí)解決《傳感器原理與應(yīng)用》課程中所面臨的問題?？鐚W(xué)科課程設(shè)計(jì)不僅擴(kuò)展了學(xué)生的知識(shí)面，還啟發(fā)他們的跨學(xué)科思維。在課程設(shè)計(jì)階段鼓勵(lì)學(xué)生開展傳感器+醫(yī)療、傳感器+農(nóng)業(yè)以及傳感器+汽車等交叉學(xué)科的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生能根據(jù)不同的測(cè)試環(huán)境進(jìn)一步對(duì)材料學(xué)、力學(xué)以及生理學(xué)等學(xué)科進(jìn)行了解學(xué)習(xí)，拓展學(xué)生的思維。

2）改革教學(xué)模式。依托超星泛雅學(xué)習(xí)通平臺(tái)，開展線上線下混合式教學(xué)。這種線上線下混合式教學(xué)模式，使得課堂教學(xué)活動(dòng)突破時(shí)間、空間的限制，從本質(zhì)上改變傳統(tǒng)教學(xué)活動(dòng)中師生間的關(guān)系和課堂的整體架構(gòu)，從而讓學(xué)生達(dá)到“在生活中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中生活”的理想學(xué)習(xí)狀態(tài)[3]。

將教學(xué)過程分為課前、課中和課后三個(gè)大的階段。課前階段為學(xué)生自主學(xué)習(xí)階段，學(xué)生通過超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)以及檢測(cè),教師根據(jù)學(xué)生課前學(xué)習(xí)的情況，調(diào)整課中教學(xué)活動(dòng)；課中教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理、解決教學(xué)難點(diǎn)并進(jìn)行答疑；課后在超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)完成課后習(xí)題、拓展知識(shí)學(xué)習(xí)以及開展課后討論。

3）豐富教學(xué)手段。教學(xué)中靈活運(yùn)用板書、多媒體、仿真以及實(shí)物演示等教學(xué)手段，力求不斷優(yōu)化教學(xué)過程。比如在講授各種傳感器的工作原理的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)涉及教枯燥的定理、效應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，降低學(xué)習(xí)的難度，可以借助多媒體技術(shù)以形象生動(dòng)的動(dòng)畫形式展現(xiàn)給學(xué)生；在涉及傳感器的應(yīng)用的時(shí)候，可以借助web網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線影視、網(wǎng)站資料的展現(xiàn)，讓學(xué)生接觸到最新的前沿知識(shí)；在項(xiàng)目實(shí)施階段，可以借助實(shí)驗(yàn)演示讓學(xué)生對(duì)系統(tǒng)有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)部分不方便實(shí)驗(yàn)測(cè)量的傳感器如煤氣傳感器，可以借助仿真技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。多種教學(xué)手段的有機(jī)結(jié)合，為有效的突破教學(xué)難點(diǎn)、突出教學(xué)重點(diǎn)，提高教學(xué)效果起到了重要作用。

4）改革考核評(píng)價(jià)。為了加強(qiáng)過程考核，避免學(xué)生出現(xiàn)“平時(shí)不努力，考前搞突擊”。在本課程的改革探索中，對(duì)課程考核采取了平時(shí)加期末的全過程考核。平時(shí)成績(jī)從學(xué)生考勤、隨堂考核、項(xiàng)目完成情況以及項(xiàng)目報(bào)告等方面進(jìn)行量化考核；期末考核采取課程設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行考核，要求學(xué)生自擬一個(gè)測(cè)試需求，自行完成一個(gè)設(shè)計(jì)方案并形成設(shè)計(jì)報(bào)告。通過對(duì)報(bào)告的格式規(guī)范、測(cè)試方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及設(shè)計(jì)創(chuàng)新等方面進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定?？梢詫?duì)學(xué)生的資料收集整理、傳感器原理以及應(yīng)用、傳感器工程實(shí)踐以及文字表達(dá)等方面進(jìn)行全面考核，特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生的創(chuàng)新思維，對(duì)設(shè)計(jì)中有創(chuàng)新的同學(xué)給予最高10分的獎(jiǎng)勵(lì)分，估計(jì)同學(xué)們開展創(chuàng)新思維。

3 結(jié)束語

在“新工科”建設(shè)的大背景下，為了不斷提高應(yīng)用型人才的工程實(shí)踐能力，對(duì)《傳感器原理及應(yīng)用》課程開展了改革探索，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了項(xiàng)目化優(yōu)化，并開展跨學(xué)科課程設(shè)計(jì)、采用線上線下混合式教學(xué)模式改革，強(qiáng)化了理論與實(shí)踐的聯(lián)系；豐富了教學(xué)手段，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果；改革了考核評(píng)價(jià)方法，及時(shí)反饋學(xué)生學(xué)習(xí)情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，強(qiáng)化過程性考核，使考核更全面。通過教學(xué)改革實(shí)踐，提高了學(xué)生的上課熱情，加深學(xué)生對(duì)傳感器的理論理解的同時(shí)，提高了學(xué)生傳感器實(shí)際工程應(yīng)用的能力，開闊了學(xué)生的眼界，促進(jìn)了學(xué)生跨學(xué)科研究應(yīng)用能力。