新工科背景下傳感器與檢測技術(shù)課程教學(xué)改革探索

左慶峰　潘斯寧

[摘 要] 新工科建設(shè)背景下，對機械類專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了新的要求。傳感器與檢測技術(shù)基礎(chǔ)課程在人才培養(yǎng)體系中起著至關(guān)重要的作用。針對課程教學(xué)過程中存在的問題，從培養(yǎng)創(chuàng)新型人才角度出發(fā)，通過多方面的改革探索，以期提升課程的整體教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)滿足新工科建設(shè)要求的綜合性機械類專業(yè)人才。

[關(guān)鍵詞] 新工科;傳感器與檢測技術(shù);教學(xué)改革;創(chuàng)新型人才

[作者簡介] 左慶峰（1971—），男，廣西昭平人，碩士，副教授，研究方向：物理課程與教學(xué)論;潘斯寧（通信作者）（1985—），女，廣西梧州人，博士，工程師，研究方向：傳感器、智能制造技術(shù)研究。

[中圖分類號] G642? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）25-0241-02? ? [收稿日期] 2020-03-13

新科技背景下，全球范圍內(nèi)的科技創(chuàng)新與變革對目前的高等工程教育，尤其是機械設(shè)計制造及自動化類專業(yè)教育提出了新的要求。2017年2月，教育部提出推進(jìn)新工科建設(shè)，機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)作為機械、信息、材料、控制等多學(xué)科交叉特征明顯的專業(yè)之一，理所當(dāng)然成為新工科專業(yè)建設(shè)改革的排頭兵。傳感器與檢測技術(shù)是工科機械類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程之一，該課程著重培養(yǎng)學(xué)生掌握傳感器與檢測技術(shù)基本理論、基本方法，是一門理論性和實踐性很強的課程。筆者就賀州學(xué)院的實際情況，以機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)為例，對新工科背景下的傳感器與檢測技術(shù)課程教學(xué)進(jìn)行了相應(yīng)的改革探索。

一、傳感器與檢測技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前，我校開設(shè)的傳感器與檢測技術(shù)課程總學(xué)時為48學(xué)時，其中理論課40學(xué)時，實驗課8學(xué)時。理論課程主要圍繞各種傳感器及檢測技術(shù)的原理和應(yīng)用展開。不同類型傳感器的工作原理相對獨立，關(guān)聯(lián)性不強，需要學(xué)生具備扎實的數(shù)學(xué)和大學(xué)物理等基礎(chǔ)知識，對于學(xué)生理解和掌握各類傳感器的理論知識造成一定的困難。關(guān)于各類傳感器的應(yīng)用，目前的教學(xué)方式多是以多媒體課件的形式簡單列舉若干例子，學(xué)生只認(rèn)識圖片中的傳感器，不認(rèn)識真實的傳感器及其實際應(yīng)用，在一定程度上造成理論與實踐脫節(jié)，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)上，由于缺乏實驗場地和實驗設(shè)備，多是以教師的演示性實驗為主，學(xué)生能動手參與的實驗只有金屬箔式應(yīng)變片性能研究和熱電偶原理及現(xiàn)象兩個實驗，均是簡單的傳感器性能驗證實驗，并不能真正了解和掌握傳感器在實際現(xiàn)場條件下如何應(yīng)用，達(dá)不到課程的教學(xué)效果。因此，對該課程的教學(xué)模式和教學(xué)方法進(jìn)行研究就顯得非常重要和緊迫。

二、新工科背景下課程教學(xué)改革探索

針對機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)涉及的學(xué)科知識和具體應(yīng)用領(lǐng)域，需要對課程的內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)精簡，與專業(yè)聯(lián)系緊密且應(yīng)用較多的傳感器進(jìn)行重點講解和分析，而應(yīng)用較少或者瀕臨淘汰的傳感器只作簡單介紹。在講授各類傳感器時，適當(dāng)減少傳感器工作原理部分的理論公式推導(dǎo)，多介紹傳感器的典型應(yīng)用和發(fā)展方向方面的知識。例如，針對目前廣泛應(yīng)用的人臉識別技術(shù)，向?qū)W生提問如何通過臉部特征掃描識別身分，以此引出CCD固體圖像傳感器，并在講授過程中將此類傳感器的應(yīng)用與工業(yè)制造中的產(chǎn)品表面質(zhì)量視覺識別系統(tǒng)聯(lián)系起來，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，帶著問題去思考和學(xué)習(xí)。此外，在講授完各類傳感器的原理及應(yīng)用后，針對機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)的特點，還增加了“參數(shù)檢測”的專題章節(jié)，分為溫度檢測、壓力檢測、流量檢測、物位檢測等與實際應(yīng)用密切相關(guān)的測量內(nèi)容，根據(jù)具體的檢測任務(wù)將各類傳感器進(jìn)行系統(tǒng)串聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的思維和能力。

（一）調(diào)整教學(xué)方式

傳感器與檢測技術(shù)課程是一門理論性和實踐性都很強的課程，長期以來，該課程的實踐環(huán)節(jié)被忽視，在考核時，實踐環(huán)節(jié)（主要是實驗）成績僅占課程總成績的小部分，這就導(dǎo)致許多學(xué)生忽視實踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)。此外，在課堂上通常以教師為講授主體，學(xué)生參與度較低。課程教學(xué)團隊?wèi)?yīng)采用實物展示、實地操作與啟發(fā)互動的教學(xué)方法，讓學(xué)生充分參與到課堂教學(xué)中，教師可以充分了解學(xué)生的掌握程度并進(jìn)行有針對性的教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。例如，在講授傳感器與檢測技術(shù)概論時，首先播放徐工集團智能制造生產(chǎn)線的案例視頻，引導(dǎo)學(xué)生分組討論視頻里面涉及到的檢測任務(wù)以及所需的傳感器，結(jié)合本校的智能制造技術(shù)實訓(xùn)實驗室，進(jìn)行智能制造生產(chǎn)使用的傳感器實物展示及功能演示，幫助學(xué)生建立感性的認(rèn)識，引導(dǎo)學(xué)生將本課程內(nèi)容與后續(xù)將要學(xué)習(xí)的先進(jìn)制造技術(shù)課程聯(lián)系起來，使學(xué)生掌握所學(xué)課程的精髓，真正做到融會貫通、學(xué)以致用。

（二）改變課程考核方式

新的課程考核評價方式主要由以下四部分構(gòu)成：①平時成績占20%，主要包含出勤成績、作業(yè)成績、課堂表現(xiàn)成績，具體比例由任課教師自行分配。②傳感器實驗成績及應(yīng)用能力測試占20%，兩項各占總成績的10%。③傳感器綜合設(shè)計能力測試占20%。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中自主選擇時間、自主選擇傳感器類型進(jìn)行一個傳感器檢測的綜合設(shè)計，要求畫出設(shè)計電路原理圖并進(jìn)行一定的仿真，寫出設(shè)計報告，該項目可在學(xué)期中進(jìn)行，也可在該課程結(jié)束后進(jìn)行。④期末考試成績占40%，期末考試試題覆蓋考試大綱，試卷內(nèi)容包含基礎(chǔ)知識、基本技能、基本應(yīng)用;其中理論性知識題占30%，應(yīng)用性知識題占70%，增加對學(xué)生應(yīng)用能力的考核。

課程的考核成績由過程性考核成績和結(jié)果性考核成績兩部分構(gòu)成。過程性考核內(nèi)容包括學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能力和制作技能、學(xué)習(xí)效果三個方面。只有通過過程性考核才能進(jìn)入結(jié)果性考核環(huán)節(jié)，且過程性考核成績比例大于期末考試考核比例。通過采用完成教學(xué)項目（過程性考核）、出勤率和課程設(shè)計（或開卷考試）的多元化考核方式，將以學(xué)生為主體和以“能力測試”為中心的理念貫穿于整個課程學(xué)習(xí)，同時以課程設(shè)計的形式取代傳統(tǒng)的閉卷考試，使學(xué)生不用再死記硬背理論知識應(yīng)付考試，調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和解決問題能力。

（三）豐富實驗教學(xué)手段

課程教學(xué)團隊從工程實際出發(fā)，改變以往傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，探索課程實驗教學(xué)新模式，讓學(xué)生在解決工程實際問題中經(jīng)歷與所學(xué)課程融合為一體的能力訓(xùn)練過程，提高學(xué)生解決工程問題的能力。

1.課內(nèi)配套的基礎(chǔ)實驗。利用傳感器實驗室配套的YLXS-03系列傳感器實驗箱，加上雙線（雙蹤）通用示波器，可以開展多達(dá)數(shù)十種不同類型的傳感器實驗，以及LabVIEW、MATLAB實驗。在新工科背景下，根據(jù)機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)的培養(yǎng)計劃以及企業(yè)工作的實際需求，在原有的金屬箔式應(yīng)變片性能研究和熱電偶原理及現(xiàn)象兩個簡單實驗的基礎(chǔ)上，增加了基于電渦流式傳感器的電子秤、基于霍爾傳感器的振幅測量、溫度儀表PID控制、智能溫度控制系統(tǒng)設(shè)計、智能轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計等設(shè)計性實驗。

2.課外延伸的能力拓展實驗。利用學(xué)科基礎(chǔ)實驗室“智能制造技術(shù)實訓(xùn)實驗室”，進(jìn)行部分傳感器的實物展示，為學(xué)生提供完成課程設(shè)計所需要的設(shè)備及操作實訓(xùn)。在該實驗室里，學(xué)生接觸到的是各類智能制造設(shè)備實際使用中的傳感器，包括溫度檢測、壓力檢測、流量檢測、物位檢測等，在實際操作中更好的理解和掌握各類傳感器的原理及應(yīng)用，達(dá)到理論與實際相結(jié)合，使本專業(yè)培養(yǎng)的應(yīng)用型人才更好的滿足地方和企業(yè)的實際需要。

三、小結(jié)

在分析和總結(jié)當(dāng)前傳感器與檢測技術(shù)教學(xué)過程中存在不足的基礎(chǔ)上，以新工科為背景，結(jié)合機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)人才培養(yǎng)的需求，通過調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式、改變課程考核方式、豐富實驗教學(xué)手段等方面的改革，將課堂教學(xué)環(huán)節(jié)與實驗實踐環(huán)節(jié)有機結(jié)合，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識，提升學(xué)生的工程設(shè)計能力和解決問題的能力，鍛煉學(xué)生面向?qū)嶋H工程問題的實踐動手能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識。

參考文獻(xiàn)

[1]朱高峰.中國工程教育的現(xiàn)狀和展望[J].清華大學(xué)教育研究，2015，36（01）：13-20.

[2]左慶峰.新工科背景下的電氣工程專業(yè)實踐教學(xué)模式探究[J].當(dāng)代教育實踐與教學(xué)研究，2019，（04）：172-173.

[3]陳昶，熊志宏，殷赳.新工科背景下《機械工程材料》課程教學(xué)的探索[J].科技視界，2017，（21）：37-38.

Abstract：Under the background of Emerging Engineering construction，new requirements are put forward for the cultivation of mechanical professionals.Sensor and Detection Technology，a basic course，plays a crucial role in the talent training system.In view of the problems in the course of teaching，this paper，from the perspective of cultivating innovative talents，through reform and exploration in various aspects，hopes to improve the overall teaching quality of the course and train comprehensive mechanical professionals to meet the requirements of Emerging Engineering construction.

Key words：Emerging Engineering;Sensor and Detection Technology;teaching reform;innovative talents