新工科背景下“傳感器與工程測試技術(shù) 基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探索

曹修全 陳艷

摘??? 要：“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)卓越班的核心選修課程，是新工科建設(shè)過程中培養(yǎng)優(yōu)秀綜合性應(yīng)用型本科生的重要知識(shí)板塊。然而，該課程目前仍主要沿用傳統(tǒng)教學(xué)方法，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性較差，教與學(xué)滿意度較差。為此，文章通過深入分析“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)現(xiàn)狀，探究該課程教學(xué)方法和學(xué)生實(shí)際掌握情況與新工科建設(shè)存在的問題，并提出相應(yīng)的教學(xué)改革探索方案，以期通過2～3年的教學(xué)方法的實(shí)踐應(yīng)用探索出新工科背景下“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程的有效教學(xué)方法，培養(yǎng)出滿足新工科建設(shè)的優(yōu)質(zhì)應(yīng)用型機(jī)械類學(xué)生。

關(guān)鍵詞：新工科;“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”;教學(xué)方法;改革探索

中圖分類號(hào)：G642????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????? 文章編號(hào)：1002-4107（2022）02-0090-03

聯(lián)合國教科文組織在2015年的研究報(bào)告中指出，世界高等教育正在發(fā)生革命性變化，并呈現(xiàn)出了大眾化、多樣化、國際化、終身化、信息化的趨勢(shì)[1]。為服務(wù)國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求，2016年我國在世界范圍內(nèi)率先提出了新工科這一創(chuàng)造性概念，并且通過深入研討，形成了“復(fù)旦共識(shí)”和“天大行動(dòng)”，旨在培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[2-4]。在新工科建設(shè)背景下，四川輕化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院將機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（簡稱“機(jī)自”）專業(yè)作為試點(diǎn)專業(yè)，以培養(yǎng)符合新工科建設(shè)要求的優(yōu)秀綜合性應(yīng)用型機(jī)械類學(xué)生為目標(biāo)，按照“學(xué)生申請(qǐng)+學(xué)院遴選”的方式，每一屆組建一個(gè)機(jī)自卓越班，旨在按照社會(huì)發(fā)展需

求，培養(yǎng)新工科背景下的優(yōu)質(zhì)應(yīng)用型機(jī)械類學(xué)生[5]。

“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程作為面向智能制造的機(jī)自專業(yè)卓越班學(xué)生的一門核心選修課程，是應(yīng)用型人才必須學(xué)習(xí)的內(nèi)容，也是新工科改革范疇的重要組成部分。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠熟悉和掌握各類傳感器的工作原理、組成、特性與優(yōu)缺點(diǎn)，測試系統(tǒng)的基本要素、信號(hào)的采集與分析、測試技術(shù)在實(shí)際工程項(xiàng)目中的應(yīng)用，以此培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和工程素養(yǎng)，從而具備將所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐以及解決相關(guān)測試問題的能力。

然而，傳統(tǒng)的“滿堂灌、偏理論、重考試”的教學(xué)方法已經(jīng)不能滿足新工科背景下各類工程科技進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新的實(shí)際需求，迫切需要在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、評(píng)價(jià)機(jī)制等方面進(jìn)行深刻反思和全面改革，從而貫徹落實(shí)我國現(xiàn)階段所倡導(dǎo)的創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念，培養(yǎng)具備實(shí)際工程應(yīng)用能力的應(yīng)用型人才，以適應(yīng)以新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)和新模式為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)模式[6-8]。

文章通過分析“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)現(xiàn)狀，探究該課程教學(xué)方法和學(xué)生實(shí)際掌握情況與新工科建設(shè)存在的問題，從而提出將任課教師科研項(xiàng)目融入課程教學(xué)，通過解決科研項(xiàng)目中的實(shí)際測試問題，將課堂理論知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐，并以翻轉(zhuǎn)課堂等方式提升學(xué)生課堂參與度，培養(yǎng)應(yīng)用型人才的工程實(shí)踐能力。

一、課程和學(xué)習(xí)對(duì)象的特點(diǎn)分析

（一）課程特點(diǎn)

“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程主要包括三大板塊內(nèi)容：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理。在數(shù)據(jù)采集方面所涉及的傳感器種類繁多，主要有應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、磁電式傳感器、光電式傳感器、熱電式傳感器等數(shù)十種不同類型的傳感器，而且涉及材料學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、制造加工工藝等諸多學(xué)科;在數(shù)據(jù)傳輸方面涉及信號(hào)調(diào)理等技術(shù)，包括信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)、濾波、放大等，包含電子電工技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)等多學(xué)科知識(shí);在數(shù)據(jù)處理方面涉及拉普拉斯變換、傅里葉變換、均值、幅頻分析等諸多數(shù)理知識(shí)。該課程知識(shí)點(diǎn)分散，要求學(xué)習(xí)的內(nèi)容多，且對(duì)前期課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)要求較高[9-11]。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型傳感器與數(shù)據(jù)處理手段不斷被開發(fā)，若只是按照參考教材上的內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，不但無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且限制了學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐工程的能力，更導(dǎo)致學(xué)生無法緊跟科技前沿[12]。因此，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)突破參考教材的限制，緊跟科技前沿，為學(xué)生提供解決實(shí)際工程問題的實(shí)踐機(jī)會(huì)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和理論知識(shí)的應(yīng)用能力。（二）學(xué)習(xí)對(duì)象

“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程所涉及的知識(shí)點(diǎn)多，對(duì)前置課程的學(xué)習(xí)要求高。四川輕化工大學(xué)“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程的教授對(duì)象為機(jī)自專業(yè)卓越

班大三學(xué)生。作為機(jī)自卓越班學(xué)生，本身具有較好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和自學(xué)能力，并且已經(jīng)具備了一定的“電子電工”“材料學(xué)”“數(shù)理統(tǒng)計(jì)”“制造加工工藝”等相關(guān)課程基礎(chǔ)，但是由于生源所限，這些學(xué)生對(duì)相應(yīng)前置課程的學(xué)習(xí)深度不夠，而且課程中涉及的深層次的理論知識(shí)的理解難度較大，因此，他們只能理解和掌握基本原理和較為簡單的工程應(yīng)用。同時(shí)，按照歷年考研情況分析，機(jī)自卓越班的大部分學(xué)生都會(huì)選擇繼續(xù)深造。因此，需要注意培養(yǎng)學(xué)生的科研精神和探究新知識(shí)的能力。

二、“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

四川輕化工大學(xué)“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)方法和學(xué)生實(shí)際掌握情況與新工科建設(shè)內(nèi)涵還有一定的差距，主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

（一）在教材建設(shè)方面

現(xiàn)行教材基本是從知識(shí)體系的完備性出發(fā)，按照信號(hào)的產(chǎn)生及其特征描述、測試系統(tǒng)的基本特性、常用傳感器、信號(hào)調(diào)理與記錄、信號(hào)處理初步、典型物理參量的測量來展開。如果按照教材內(nèi)容順序進(jìn)行教學(xué)，容易割裂整個(gè)知識(shí)鏈，學(xué)生無法將前后的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來，難以做到融會(huì)貫通，也無法靈活地利用所學(xué)的有關(guān)測試方面的知識(shí)搭建測試系統(tǒng)，并對(duì)工程實(shí)踐中的各類物理量進(jìn)行測量。

（二）在教學(xué)方法方面

目前，“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程以傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方法為主，任課教師主要采用多媒體等教學(xué)手段對(duì)教材上的理論知識(shí)進(jìn)行課堂教學(xué)，加之教學(xué)內(nèi)容涉及多學(xué)科知識(shí)，導(dǎo)致學(xué)生課堂參與度不高，且由于是選修考核類課程，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性相對(duì)較差，更多的是被動(dòng)地接受知識(shí)，無法達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的綜合實(shí)踐能力的目標(biāo)。（三）在教學(xué)內(nèi)容方面

“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”是一門綜合性極強(qiáng)的課程，涉及大量抽象的數(shù)學(xué)知識(shí)以及機(jī)械、電子、控制等多學(xué)科理論知識(shí)。目前，四川輕化工大學(xué)的教學(xué)內(nèi)容過于偏重理論，從而使學(xué)生在脫離理論知識(shí)應(yīng)用場景的情況下，被動(dòng)接受一系列晦澀難懂的理論知識(shí)，導(dǎo)致課堂教學(xué)枯燥無味，削弱了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，且所涉及的各學(xué)科知識(shí)缺乏系統(tǒng)化的聯(lián)系而各自獨(dú)立，無法培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題能力及工程實(shí)踐能力。這與目前新工科建設(shè)所提倡的培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才的理念格格不入。

（四）在課程考核方面

“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程為機(jī)自卓越班的核心選修課程，目前主要按照傳統(tǒng)的考查方式予以考核，考核成績主要由課堂點(diǎn)名、平時(shí)作業(yè)、期末論文和實(shí)驗(yàn)成績構(gòu)成。學(xué)生普遍認(rèn)為只需要按照相應(yīng)考核要求提交各考核部分內(nèi)容即可獲得較好的分?jǐn)?shù)，而沒有主動(dòng)深入掌握課程相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)。因此，學(xué)生在完成課程學(xué)習(xí)后往往對(duì)課程內(nèi)容沒有任何印象。這種考核方式既無法增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也不利于任課教師評(píng)估學(xué)生對(duì)本課程知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，難以全面考核學(xué)生的綜合實(shí)踐應(yīng)用能力。

三、新工科背景下課程教學(xué)方法探索

作者通過對(duì)四川輕化工大學(xué)教師在講授“傳感器與

工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，根據(jù)課程的教學(xué)特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)課程進(jìn)行了以下教學(xué)改革。

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容基本都是按照教材編制目錄，分章節(jié)進(jìn)行講授。由于教材編制的年限或其更新?lián)Q代時(shí)間不夠快，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容無法緊跟科學(xué)前沿，且過于注重理論講授而導(dǎo)致學(xué)生缺乏實(shí)踐鍛煉機(jī)會(huì)，難以將理論知識(shí)融會(huì)貫通。因此，任課教師必須按照專業(yè)人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱要求，對(duì)“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程的內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，按照數(shù)據(jù)傳遞方向的內(nèi)在邏輯關(guān)系，構(gòu)建傳感器與工程測試技術(shù)知識(shí)體系，并將前沿科技融入課程知識(shí)體系中，從而讓學(xué)生按照知識(shí)體系構(gòu)建完成課程理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，并保障所學(xué)知識(shí)緊扣科技前沿。同時(shí)，為加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，鍛煉學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐工程的能力，任課教師除了講授相關(guān)理論知識(shí)外，還應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生參觀傳感器實(shí)驗(yàn)室，并開展相應(yīng)實(shí)

驗(yàn)，詳細(xì)了解各類傳感器的構(gòu)造、工作原理及應(yīng)用場合，尤其是各類新型傳感器的使用方法。

（二）改革教學(xué)模式

傳統(tǒng)的教學(xué)過程以任課教師的講授為主，導(dǎo)致學(xué)生的參與度不高，學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性較低。因此，任課教師對(duì)“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)模式進(jìn)行了改革，運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，按照構(gòu)建的知識(shí)體系將課程知識(shí)點(diǎn)切分為若干個(gè)板塊，同時(shí)將上課學(xué)生按照每4～5人一組進(jìn)行分組，每個(gè)小組推薦一名組長，由每個(gè)小組負(fù)責(zé)教授一個(gè)對(duì)應(yīng)板塊的知識(shí)。小組在講授相應(yīng)板塊的知識(shí)時(shí)，需對(duì)相應(yīng)的知識(shí)板塊內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的切分，由學(xué)生負(fù)責(zé)準(zhǔn)備和講授其中的某幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)，即學(xué)生必須全部參與并到講臺(tái)上講授相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)。在每組學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)板塊講解完成后，由小組成員對(duì)講授內(nèi)容和方法進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，最后，任課教師對(duì)學(xué)生的講授內(nèi)容和方法進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并再次對(duì)重要內(nèi)容進(jìn)行講解。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式讓學(xué)生更多地參與到教學(xué)過程中，由被動(dòng)學(xué)習(xí)改為主動(dòng)學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)式共同學(xué)習(xí)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，通過學(xué)生自評(píng)、互評(píng)和教師點(diǎn)評(píng)的模式，既可以加深學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的理解，又有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的不足，從而提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

（三）注重教學(xué)實(shí)踐

傳統(tǒng)教學(xué)模式更多地注重相應(yīng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)而弱化了教學(xué)實(shí)踐過程，致使學(xué)生實(shí)際工程能力較差。因此，任課教師應(yīng)采用項(xiàng)目式教學(xué)方法，增加實(shí)踐課程的學(xué)時(shí)，將任課教師科研項(xiàng)目融入課堂教學(xué)，給每個(gè)小組指定一個(gè)實(shí)際工程測試問題，指導(dǎo)學(xué)生完成整個(gè)測試系統(tǒng)的搭建、測試和優(yōu)化。任課教師以實(shí)際工程測試問題為導(dǎo)向，通過解決科研項(xiàng)目中存在的工程測試問題，培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目中分析與解決問題的能力，從而培養(yǎng)滿足新工科應(yīng)用需求的應(yīng)用型人才。

（四）改善考核方式

“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程的傳統(tǒng)考核方式更注重于對(duì)形式考核，而對(duì)整個(gè)知識(shí)體系和知識(shí)點(diǎn)的掌握情況及學(xué)習(xí)過程考核的把握不夠準(zhǔn)確。因此，任課教師通過認(rèn)真梳理，雖然沿用以前的課堂點(diǎn)名、平時(shí)作業(yè)、期末論文和實(shí)驗(yàn)等幾部分考核內(nèi)容，但對(duì)每一部分的考核權(quán)重進(jìn)行了調(diào)整，弱化了課堂點(diǎn)名、增強(qiáng)了課程實(shí)踐的成績比重。改善傳統(tǒng)考核方式后，更注重考核學(xué)生對(duì)知識(shí)體系的把握和將理論知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際工程問題能力的考核。這種考核方式既能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，又有利于培養(yǎng)學(xué)生初步的科研能力，有助于學(xué)生繼續(xù)深造。

經(jīng)過實(shí)踐，“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程的教

學(xué)改革效果明顯。首先，教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化不僅擴(kuò)展了學(xué)生的視野，還讓課程內(nèi)容緊跟科技前沿，有助于培養(yǎng)學(xué)生探索新知識(shí)的能力;其次，教學(xué)模式的改革提升了學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)的參與度，不僅有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和解決實(shí)際工程問題的能力;最后，通過考核方式的改善，更加全面地考核學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的把握，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。此外，該課程的教學(xué)改革也使得任課教師將科研融入教學(xué)中，并不斷更新自我認(rèn)知，真正做到教學(xué)相長。因此，“傳感器與工程測試技術(shù)基礎(chǔ)”課程改革探索不僅有助于培養(yǎng)新工科

建設(shè)要求下的優(yōu)質(zhì)應(yīng)用型人才，而且有助于培養(yǎng)新時(shí)代要求的“四有”新青年教師。

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■ 編輯∕丁俊玲

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