新工科背景下《傳感器原理與應(yīng)用》課程教學改革探討

劉梓超 范秀偉 姜守振

摘? 要：當前，新工科建設(shè)正在廣泛推進。探索新工科的內(nèi)涵、特征以及新工科發(fā)展的路徑正在高等教育領(lǐng)域展開熱議。《傳感器原理與應(yīng)用》是物理專業(yè)的一門基礎(chǔ)技術(shù)性課程。本文主要結(jié)合科技發(fā)展趨勢與當前教學存在的問題，分析了這門課程課堂教學、網(wǎng)絡(luò)教學和實驗教學的現(xiàn)狀，并對新工科背景下本課程教學方法的改革進行了探討，以適應(yīng)新工科背景下人才培養(yǎng)模式的要求，一定程度上有利于促進教學效果的提高。

關(guān)鍵詞：傳感器原理與應(yīng)用? 教學現(xiàn)狀? 教學改革? 新工科

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）06（a）-0125-03

Sensors Principle and Application in New Engineering Background Discussion on curriculum teaching reform

LIU? Zichao? FAN Xiuwei? JIANG Shouzhen*

（College of Physics and Electronic Science， Shandong Normal University， Jinan， Shandong Province， 250358 China）

Abstract： At present， the construction of new engineering is being widely promoted. Exploring the connotation， characteristics and development path of new engineering is a hot discussion in the field of higher education， Sensor Principle and Application is a basic technical course for physics majors. Combined with the development trend of science and technology and the existing problems in current teaching， this paper analyzes the current situation of classroom teaching， network teaching and experimental teaching of this course， and discusses the reform of teaching methods of this course under the background of new engineering， so as to meet the requirements of talent training mode under the background of new engineering and promote the improvement of teaching effect to a certain extent.

Key Words： Sensor principle and application; Teaching situation; Teaching reform; New engineering

《傳感器原理與應(yīng)用》課程由于具有較強的實踐性和工程性，使之成為教師很難講授好的課程之一，因此經(jīng)常達不到預(yù)期的教學效果。筆者擬結(jié)合山東師范大學的《傳感器原理與應(yīng)用》課程教學現(xiàn)狀，探索一些有效的方法來改進教學模式，以滿足新形勢下教學模式改革的現(xiàn)實需求。

1? 《傳感器原理與應(yīng)用》課程的教學現(xiàn)狀

1.1 課堂教學現(xiàn)狀

具有豐富教學經(jīng)驗的教師，注重在口授的同時結(jié)合PPT及各種圖片等多媒體形式，將傳感器的電路模型、不同類型傳感器的應(yīng)用實例及傳感器的未來發(fā)展方向，生動、形象地展示給學生，并從結(jié)構(gòu)分析入手，循序漸進地將傳感器的原理與應(yīng)用傳授給學生，有利于在加深學生對所學內(nèi)容理解的同時，調(diào)動學生的學習積極性，提升課堂教學效果[1]。

1.2 網(wǎng)絡(luò)教學現(xiàn)狀

整個教學平臺涵蓋了《傳感器原理與應(yīng)用》課程的教學大綱、參考書目、實驗指導等內(nèi)容，使學生在課余學習時對于不理解的問題，可以自主通過網(wǎng)絡(luò)教學平臺解答;同時在電子閱覽室學習時，可以通過“師生交流”欄目，隨時與教師進行交流互動。這個平臺為學生提供了一種較好的理論學習輔助方式，也為師生提供了一個較為理想的交流平臺。特別在面對突發(fā)狀況導致無法進行線下課程教學時（如本次新型冠狀病毒肺炎隔離期間），該平臺充分發(fā)揮了應(yīng)有作用。本課程任課教師主動依托線上教育平臺進行線上教學，既保證了教學效果，又保證了教學進度的順利完成。

1.3 實驗教學現(xiàn)狀

實驗教學為了打破課堂教學的單一模式，提高學生的動手實踐能力，根據(jù)傳感器實驗室中所使用的傳感器實驗設(shè)備，學院申請了校級《傳感器實驗教學的實驗教材編寫及課件制作》項目，該項目現(xiàn)已結(jié)題，整個實驗教材也已編寫完畢，先后經(jīng)過幾個年級學生的學習使用，不同程度地加深了學生對所學內(nèi)容的理解，收到了較好的教學效果。例如在利用電橋電路優(yōu)化傳感器時，學生可以通過實驗驗證有電橋與無電橋相比之下的特點與優(yōu)勢，從而進一步加深學生對所學知識的理解與掌握。

2? 《傳感器原理與應(yīng)用》課程的改革必要性

2.1 線下教學方面

雖然相對于傳統(tǒng)教學，本課程的教學模式多樣化已有較大的改進，但是由于課程的性質(zhì)和特點，仍舊存在一些課堂教學問題需要解決。首先，本課程作為一門基礎(chǔ)技術(shù)性課程，具有涉及科目廣、知識體系相對零散、知識點繁多等特點。每門學科從不同的方面闡述知識和理論體系，具有各自的相關(guān)內(nèi)容，相互之間沒有明顯的相關(guān)性，教學大綱又存在專業(yè)針對性不強的問題，如果學生無法對知識體系有一個整體的感知和把握，便很難系統(tǒng)掌握專業(yè)知識。其次，完全掌握本課程知識內(nèi)容需要大量的探究實驗與課堂講授，但是現(xiàn)有的教學課時數(shù)較少，需要學習的內(nèi)容卻相對較多，存在課時數(shù)不能滿足所對應(yīng)的學習內(nèi)容的問題。而學習本課程的學生大都偏好實踐性操作以獲取經(jīng)驗與知識，如果教師把握不好實驗教學與課堂講授的平衡，則容易降低學生的學習興趣，影響教學效果。另外，實驗課程本身也存在一些問題，例如實驗課學時有限，學生依賴性強，創(chuàng)新性差;而實驗教師由于工作量大、重復(fù)性強，導致工作熱情降低，對學生的引導性不夠等[1]。

2.2 線上教學方面

我國的在線開放課程，能否用于在校學生的日常教學，一直是一個飽受爭議的問題，爭議的焦點在于：在線課程能否替代教師？在線教學技術(shù)支持的線上教學能否取代傳統(tǒng)教學模式[2]？首先，隨著科技的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)基本得到全面普及與應(yīng)用，再加上線上教學的時間和空間具有靈活性的特點，使得線上教學越來越成為一種新型教學模式。其次，當前的線上教育師生交流互動的程度無法與線下教育相提并論，甚至教師無法了解學生在上課時的聽課效果，從而也導致教師線上教學較難根據(jù)學生課上表現(xiàn)情況，及時調(diào)整教學進度與教學方法。同時，由于線上教學無法實現(xiàn)高效的師生交流互動，教師不能起到教學監(jiān)督作用，導致學生在線上學習時可能會出現(xiàn)惰性大、精力不集中等問題，進而導致線上教學效果不佳。最后，對于某些實踐性較強的課程內(nèi)容而言，目前的線上教學無法滿足線下教學中對實驗操作的具體要求，導致教學效果不理想。

3? 新工科背景下《傳感器原理與應(yīng)用》課程的教學改革

3.1 改革課程體系、教學資源與教學方法

網(wǎng)絡(luò)線上課程涵蓋理論課上的PPT、章節(jié)視頻、課后測試及專題討論，為師生互動提供一個優(yōu)質(zhì)平臺，也可作為理論學習的輔助方式，以幫助學生更好地鞏固課堂所學知識[2]。而實踐指導軟件用來幫助學生去動手實踐，比如制作汽車防酒駕儀及煤氣檢測裝置等，通過多個具體的實踐操作，鞏固學生對理論課所學知識的理解。在不斷更新教學資源的同時，教師還應(yīng)當在綜合多種教材的基礎(chǔ)上進行傳感器教學，因為不同的教材有不同的側(cè)重點，唯有如此，才能使得學生對課程內(nèi)容有一個綜合全面的了解，利于幫助學生在以后的工作中，及時處理和應(yīng)對可能出現(xiàn)的各種復(fù)雜的傳感器情況。

教學方法的改進應(yīng)始終堅持以學生為中心。教學過程中創(chuàng)設(shè)情境導入，以視頻或者其他方式引入新課，例如在傳授電容式傳感器的課程內(nèi)容之前，首先展示給學生電容式傳感器的具體應(yīng)用實例，將學生的思維順利帶入課堂。在整體教學上可以開展模塊化教學，將整個內(nèi)容分成不同部分，按照內(nèi)容的相關(guān)性布置模塊化學習任務(wù)，分模塊教學可避免出現(xiàn)整體灌輸?shù)那闆r[3]，這種教學方式既能使學生分項目逐項記憶與理解，同時又較好地解決了由于知識點零碎帶來的不好記憶的問題。

3.2 強化理論學習與實驗教學相結(jié)合

在實驗教學上，首先應(yīng)當確保實驗設(shè)備的完善，確保學生的想法有條件開展落實。開設(shè)有質(zhì)量的實驗課，要建立設(shè)備齊全、干凈整潔的傳感器實驗室以供學生實驗操作。實驗教學需要始終秉持引導學生自主探究的宗旨，展開以教師少講，學生多做，巡回指導，及時糾錯為原則的實驗教學，盡最大努力讓學生完全掌握相關(guān)知識與實驗技能。這樣在對整個傳感器的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理等理論知識有更深刻的理解和認識的同時，可以提高學生學習興趣，鍛煉動手能力，培養(yǎng)自主思考并解決問題的創(chuàng)新意識。當然實驗教學應(yīng)當結(jié)合模塊化教學進行，可以根據(jù)理論教學劃分的內(nèi)容項目設(shè)置不同的模塊，將學生分成不同的小組，各實驗小組在教師的指導下逐一討論并探究課程內(nèi)容，會更好地達到教學目的。

3.3 加強現(xiàn)代化技術(shù)教學

信息技術(shù)的發(fā)展推動著教育方式的不斷革新。教學改革日益聚焦于混合式教學，混合式教學是一種將在線學習和面授有機結(jié)合的新的教學方式。它的目標是使學習更方便，從而達到最好的教學效果。混合式教學不僅為我們提供了一個優(yōu)化科學探究教學實踐的新機會，還為學生提供了一個自主學習、自由探索的新平臺。

針對目前的教學問題與網(wǎng)絡(luò)大環(huán)境，加強現(xiàn)代化技術(shù)教學，促進線上、線下混合模式的發(fā)展顯得尤為重要。首先，利用學校校園網(wǎng)絡(luò)搭建立體化網(wǎng)絡(luò)教學平臺。將每章大綱與內(nèi)容上傳至平臺，并且開拓師生交流板塊，努力打造一個與線下交流基本無差別的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使得學生除了在課上所學之外，課下也可以自主復(fù)習、預(yù)習所學內(nèi)容。其次，線上的教學反饋機制應(yīng)當逐步完善。比如，當前利用線上教學平臺完成作業(yè)的布置與上交、評分機制等問題，利用手機應(yīng)用軟件自帶的作業(yè)布置與評價機制功能，就能夠做到按時提醒、分析完成情況等。這樣教師便能夠根據(jù)學生反饋來及時地調(diào)整教學方案，同時也可以督促學生按時完成應(yīng)學內(nèi)容。最后，針對實踐性較強的科目，應(yīng)當主動搭建虛擬仿真實驗室。最好能在線下通過教師指導來完成實驗效果，但是一旦由于突發(fā)狀況導致無法進入實驗室進行實驗，就必須使用線上虛擬仿真實驗室，利用學校網(wǎng)絡(luò)平臺搭建虛擬仿真實驗室，盡可能實現(xiàn)與線下實驗室相同的操作步驟、實驗材料，甚至是誤差分析等教學內(nèi)容。同時，隨著科技的不斷發(fā)展，線上仿真實驗與線下實驗的相似度也會越來越高，這必將是大勢所趨。

3.4 完善考核評價機制

作為一門基礎(chǔ)技術(shù)性課程，通過學生的及時反饋來了解教學效果是十分重要的。教師可以通過教學反饋實時調(diào)整課上講授與實驗操作的平衡，以求達到最好的教學效果。當前的教學反饋機制主要通過學生課下作業(yè)以及實驗項目的完成情況來實現(xiàn)，不過期末總成績對教學改革實踐有著重要的參考價值和現(xiàn)實意義，每學期的期末總成績總是需要綜合評定。為此，較為合理的學習成績評定方案可以如下：期末理論考試占比60%，實驗考試占比30%，平時課堂表現(xiàn)以及作業(yè)完成情況占比10%。其中實驗考試部分又可分為實驗態(tài)度占比20%，實驗質(zhì)量占比40%，實驗報告質(zhì)量占比40%。教師收到學生教學反饋后，須主動總結(jié)與調(diào)整教學理念和方法，并及時充實到以后的教學過程之中。

4? 結(jié)語

面對互聯(lián)網(wǎng)與新工科給師生教學提出的新挑戰(zhàn)，本文介紹了《傳感器原理與應(yīng)用》這門課程的教學現(xiàn)狀以及教學改革探索。教學理念和方法決定了教學質(zhì)量與水平的高低，而教學質(zhì)量和水平也直接決定了工科專業(yè)課程的建設(shè)水準。除了上述分析之外，當前的現(xiàn)實教學過程中還有很多的方式和方法可以優(yōu)化教學，這里不再一一列舉。相信隨著社會的發(fā)展與科技的進步，未來一定會有更多可以更好地提高課程教學效果的新方法和新手段不斷涌現(xiàn)。筆者通過對本課程的教學改革探索，深刻地體會到采納先進的教學理念與教學方法，確實能夠很大程度地優(yōu)化教學效果，提高教育教學質(zhì)量和水平。

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