應(yīng)用型高?！皞鞲衅髋c檢測技術(shù)”課程實驗教學改革探析

楊鈺 徐曉 廖朝陽 劉志壯 王林惠

摘要：“傳感器與檢測技術(shù)”是電子技術(shù)類專業(yè)的專業(yè)課程，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中起著重要作用。結(jié)合本校辦學定位及人才培養(yǎng)目標，本團隊探討了普通地方應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)中“傳感器與檢測技術(shù)”課程實驗教學模式改革的新思路，建立了由驗證型、綜合型和創(chuàng)新型實驗相結(jié)合的實驗內(nèi)容，利用開放實驗室為學生搭建科研創(chuàng)新實踐平臺，借助線上教學平臺實現(xiàn)線上線下的混合式教學模式，構(gòu)建了全過程的課程考核評價體系。新型教學模式能夠切實提高教學質(zhì)量，對學生的能力培養(yǎng)和綜合素質(zhì)提升起到積極作用。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型地方高校;校企融合;實驗教學改革

中圖法分類號：V448

文獻標識碼：A

Analysis on experimental teaching reform of“sensor and detection technology"course in application-oriented colleges and universities

YANG Yu， XU Xiao， LIAO Chaoyang， LIU Zhizhuang， WANG Linhui

（ Hunan Institute of Scicnce and Tcchnology， Yongzhou， Hunan 425199 . China）

Abstract： "Sensor and detection technology

is a professional course for electronic technology majorsand plays an important role in the cultivation of applied talents. Combined with the school'sorientation and talent training goals， the team discussed the new ideas for the reform of theexperimental teaching mode of the "sensor and detection technology" course in the talent training ofordinary local application-oriented undergraduate colleges， and established an experimental teachingmodel consisting of verification， comprehensive and innovative experiments. Combined with theexperimental content， the open laboratory is used to build a scientific research and innovation practiceplatform for students， and the online teaching platform is used to realize the online and offline hybridteaching mode， and a wholeprocess course assessment and evaluation system is constructed. Thereformed new teaching mode can effectively improve the quality of teaching， and play a positive rolein the cultivation of students' ability and comprehensive quality.

Key words： application-oriented local universities， school-enterprise integration， experimentalteaching reform

1 “傳感器與檢測技術(shù)”課程的特點

“傳感器與檢測技術(shù)”課程實驗旨在使學生掌握相關(guān)理論知識的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學生分析問題和解決丁程實際問題的綜合能力，以提高學生的動手能力，具有較強的實踐性。傳感器的工作原理涵蓋力學、化學、光學、生物學、材料學等內(nèi)容，理論知識的相關(guān)性不強，而檢測系統(tǒng)的分析和構(gòu)建則需要學生綜合利用傳感器技術(shù)、自動化技術(shù)、電子信息技術(shù)、計算機技術(shù)方面的知識，并掌握不同檢測項目的標準、原理和方法。

2 傳統(tǒng)實驗教學的痛點

（l）驗證性實驗為主，學生積極性不高

傳統(tǒng)實驗內(nèi)容大多是針對某類傳感器的性能進行驗證和分析，如電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器的性能驗證實驗，且實驗設(shè)備大多模塊化，可擴展性不強，學生只需要連接電源、模塊和測量儀表，即可得到輸出信號，即使沒有掌握傳感器的工作原理和測量方法，也能得到最后的結(jié)果。且驗證型實驗不與實際應(yīng)用場景相結(jié)合，學生無法體會傳感器的實際用處，很難提起學習興趣[1]。因此，本團隊提出“驗證型+綜合型+創(chuàng)新型”實驗相結(jié)合的實驗教學模式。

（2）實驗內(nèi)容與實驗時間難匹配

傳感器在生活、工作、學習、科研中的應(yīng)用范圍非常廣。在傳統(tǒng)實驗中，學生僅需完成單一傳感器的性能驗證，記錄實驗數(shù)據(jù)，判斷實驗結(jié)果的正確性即可，2學時完成實驗往往還有富余：本團隊曾嘗試增加實驗內(nèi)容和難度，引導學生選擇合適的傳感器，并構(gòu)建測量電路，完成對給定物理量的測量，實踐證明，增加實驗難度后，多數(shù)學生無法在2學時內(nèi)完成實驗。因此，本團隊提出課內(nèi)課外相結(jié)合的實驗教學模式。

（3）缺乏過程性考核指標

課內(nèi)課外相結(jié)合，顧名思義，就是學生利用課外時問，先進行方案的設(shè)計和論證，在課內(nèi)完成系統(tǒng)的構(gòu)建和實驗結(jié)果的驗證。通過長期的教學實踐，我們發(fā)現(xiàn)：能夠獨立完成實驗的學生并不多。對于基礎(chǔ)相對薄弱的同學，課外資料收集不夠，無法拿出設(shè)計方案，課內(nèi)無法得到測量結(jié)果：即便得到實驗結(jié)果的同學，方案的重復性也較高;按照傳統(tǒng)的考核方式，未得到實驗結(jié)果的同學成績不及格，得到實驗結(jié)果的同學成績區(qū)分度也不高。因此，本團隊提出基于過程考核的考核方式。

3 實驗教學改革方向

3.1 基本思路

“傳感器與檢測技術(shù)”課程實驗教學改革的目標是高度融合學科體系內(nèi)容，培養(yǎng)學生利用所學知識解決工程實際問題的能力[2]。在教學實踐中，除了驗證傳感器的基本性能，還應(yīng)掌握利用傳感器進行信號檢測的基本電路和測試方法，并對實驗方案、檢測方法和實驗過程進行創(chuàng)新。本團隊經(jīng)過反復的實踐和持續(xù)改進，合理設(shè)計實驗內(nèi)容，創(chuàng)新采用線上線下混合式教學方法，并利用各教學平臺制定過程性考核標準，遵循“階梯式”教學思路，采用驗證型實驗→綜合型實驗→創(chuàng)新型實驗的模式，因材施教，力求讓每一個學生學有所獲。

3.2 驗證型實驗

驗證型實驗要求學生根據(jù)理論內(nèi)容、授課重難點對單一類型傳感器的工作原理和基本特性進行驗證，并以實驗報告的方式記錄實驗過程和數(shù)據(jù)，還要對實驗數(shù)據(jù)進行分析和說明。強化對傳感器工作原理的理解，尤其要對實驗?zāi)K中的轉(zhuǎn)換電路進行分析，為綜合設(shè)計實驗提供必要的理論支持和實踐支持[3]。

3.3 綜合性實驗

綜合型實驗要求學生能選擇合適的傳感器和測量電路，完成對規(guī)定物理量的檢測?？梢允褂锰摂M儀器，也可以使用硬件平臺。教師通過給定實驗?zāi)繕?，學生自行設(shè)計實驗思路，給出數(shù)據(jù)的采集方法，并對自己的設(shè)計內(nèi)容進行調(diào)試、分析和評估。

3.4 創(chuàng)新型實驗

創(chuàng)新型實驗要求學生綜合利用本學科的理論知識，設(shè)計具有一定功能的檢測系統(tǒng)，如電子秤、溫度計、測距儀、車輪轉(zhuǎn)速測量裝置等。了解傳感器技術(shù)與自動控制、單片機、計算機技術(shù)的關(guān)系，并以此安排相應(yīng)的教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題和團隊協(xié)作的能力。在此過程中，學生應(yīng)以團隊為單位進行實驗方案的設(shè)計，教師團隊應(yīng)提供適度指導。教師要因材施教，側(cè)重培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，探討不同基礎(chǔ)學生在此過程中學有所獲的可能性，同時分析改革的可行性。

4 實驗教學改革措施

4.1 教學平臺的優(yōu)化

我校是地方應(yīng)用型本科院校，學生基礎(chǔ)參差不齊，一開始就要求所有學生能夠完成創(chuàng)新型實驗顯然不現(xiàn)實，傳統(tǒng)的課堂教學也不可能有效解決所有學生的問題。因此，教師團隊利用“超星泛雅”平臺建設(shè)了課程在線學習平臺，利用QQ創(chuàng)建了課程交流群，利用LabVIEW技術(shù)搭建了虛擬仿真平臺，利用校企合作大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地構(gòu)建了創(chuàng)新實驗平臺。例如，電阻式傳感器實驗，實驗前2周，教師利用課程交流群發(fā)布實驗內(nèi)容，學生可利用Spoc平臺先觀看微課視頻：電阻式傳感器實驗原理、YL-21（X）型傳感器與測控綜合實驗平臺電阻式傳感器模塊演示視頻、稱重傳感器的制作方法、Labview小白入門、電子秤結(jié)構(gòu)解析等：利用LabView完成電阻式傳感器的電橋性能實驗：創(chuàng)新實驗可利用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心的實驗設(shè)備完成電子秤的設(shè)計制作。

4.2 教學內(nèi)容的重構(gòu)與改革創(chuàng)新

根據(jù)教材內(nèi)容，將傳統(tǒng)傳感器分為電阻式、電容式、電感式、壓電式、磁電式、熱電式、光電式、波式、化學、生物傳感器10個章節(jié)，每章設(shè)置5-15個知識點，涉及傳感器的工作原理、基本特性、測量電路、典型應(yīng)用、實驗演示、能力擴展、學以致用等內(nèi)容，并配套相應(yīng)的文字說明及自測習題，供學生進行課前預習和課后復習使用，學生可以根據(jù)自身實際，選看相關(guān)內(nèi)容，為實驗教學做準備。驗證型實驗內(nèi)容采用傳統(tǒng)教材，綜合型實驗內(nèi)容由團隊重新編寫，并不斷革新，創(chuàng)新型實驗只給出系統(tǒng)功能，不限定傳感器類型和電路形式，注意引導學生對方法和思路的創(chuàng)新，使學生在階段性訓練后掌握傳感器的實際應(yīng)用方法[3]。本團隊利用信息化技術(shù)營造出特色的實驗氛圍，說明各類傳感器的使用方法，并提出借助稱重傳感器測重，利用計步傳感器統(tǒng)計步數(shù)，燃氣泄漏報警裝置、簡易脈搏測量儀、利用陀螺儀、角度加速度傳感器等創(chuàng)新型實驗方案。始終貫徹應(yīng)用型人才培養(yǎng)的日標，重視對使用方法的學習，避免復雜公式的推導，并注重團隊協(xié)作，指導學生進行相關(guān)實驗的設(shè)計，掌握設(shè)計方法和思路，以期培養(yǎng)學生的問題分析能力、創(chuàng)新理解能力和探索欲望[4]。

4.3 教學方法創(chuàng)新

教學改革的重心是將對工作原理和傳感器性能的驗證轉(zhuǎn)向?qū)鞲衅鞯湫蛻?yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建，故需要教師不斷革新教學思路，既要說明傳感器的工作原理、使用方法和使用要點，又要對各類傳感器的適用范圍和工作電路進行推導和驗證，還有考慮如何利用小組合作的方式解決實際問題。因此，本團隊利用創(chuàng)新化的教學思路，建立系統(tǒng)的教學計劃。例如，將包含創(chuàng)新實驗的實驗學時增加至4學時，通過實物展示或虛擬現(xiàn)實技術(shù)呈現(xiàn)出傳感器的應(yīng)用場景，要求學生思考這些傳感器的應(yīng)用原理，并根據(jù)現(xiàn)有的問題展開思考和討論，在分析理論知識點的基礎(chǔ)上，如何利用所學實現(xiàn)應(yīng)用場景：同一個實驗包含多個綜合型實驗內(nèi)容，學生通過隨機抽取來確定課堂操作內(nèi)容等。例如，“應(yīng)變式傳感器”創(chuàng)新實驗中，教師可展示生活中常見的體重計裝置，說明體重計即為應(yīng)變式傳感器的經(jīng)典案例，并指導學生細致思考生活中還有哪些物件也使用了應(yīng)變式傳感器。實驗中，學生可先自制稱重傳感器，利用實驗?zāi)K驗證其稱重性能，然后根據(jù)小組的創(chuàng)新實驗選題，選擇合適的元器件，搭建電路，編寫程序，完成電子秤的制作。創(chuàng)新型實驗設(shè)計中，依托于驗證型實驗的基礎(chǔ)，掌握不同傳感器的工作性能、電路設(shè)計方法、檢測要點等方面的內(nèi)容，不斷加深對數(shù)據(jù)采集、傳感器使用范圍的理解與認知，這也避免了傳統(tǒng)實驗過程抄襲報告、抄襲實驗結(jié)果的情況。在此過程中，教師團隊應(yīng)當盡力提出個性化、優(yōu)質(zhì)的問題，通過指導學生自行設(shè)計實驗內(nèi)容，在必要的檢測基礎(chǔ)上提升學生的應(yīng)用能力[5]。

4.4 考核方式的改革

傳統(tǒng)實驗教學的考核方式是以學生課內(nèi)操作和課后實驗報告為依據(jù)進行考核。隨著實驗內(nèi)容和教學方法的改革，考核方式也應(yīng)該發(fā)生相應(yīng)改變。應(yīng)從平時、實驗、綜合、創(chuàng)新四個維度進行考核，便于發(fā)現(xiàn)學生在學習過程中的不足之處并及時反饋，指導教學。

（1）平時考核。主要是對線上內(nèi)容學習和課前預習報告的考核，側(cè)重在課前的自測題中設(shè)立關(guān)聯(lián)性問題，要求學生在課前根據(jù)問題展開思考，為動手實操打基礎(chǔ)。同時，出勤率和隨堂測驗也應(yīng)納入考核，可讓學生在獲取知識點，掌握實驗思路的基礎(chǔ)上完成教學評價。

（2）實驗和綜合考核。主要是對課堂實操質(zhì)量的考核評估，以學生2學時內(nèi)獨立完成1個“驗證型+綜合型”實驗為主，利用4學時分組完成1個創(chuàng)新型實驗即可。教師結(jié)合現(xiàn)有的學時，確定實驗內(nèi)容和考核目標。另外，在期末實驗考核中，除了考核學生對傳感器應(yīng)用方法、應(yīng)用范圍的掌握程度，還要考核學生對模擬電子電路、數(shù)字邏輯電路的實踐水平，結(jié)合綜合型實驗內(nèi)容考核學生的應(yīng)用水平，這對學生實踐能力的提升有著積極作用。

（3）參加學科競賽也是評估學生學習習慣、創(chuàng)新思維、實驗?zāi)芰Φ闹匾侄危时緢F隊并探索現(xiàn)代“學徒制”教學模式，每位團隊教師指導1-2個創(chuàng)新實驗團隊，并鼓勵學生積極參加各類學科競賽。歷年來，學生在各級各類競賽中屢獲佳績。設(shè)計出了具有智能識別路徑的自動巡航小車、防止老人摔跤的智能拐杖、自動大棚灌溉系統(tǒng)、北斗自動泊車系統(tǒng)等[6]。

5 結(jié)束語

通過全面提高應(yīng)用型高校傳“傳感器與檢測技術(shù)”課程的教學效率，側(cè)重對實驗課程進行改革，尤其是要提高學生的主觀能動性、學習積極性和創(chuàng)新能力，指導學生在實驗學習后掌握傳感器的使用方法和使用思路。教師應(yīng)當重構(gòu)教學內(nèi)容、創(chuàng)新教學方法、改革考核方式，在提高教學質(zhì)量的基礎(chǔ)上營造個性化的學習氛圍，進而提高應(yīng)用型高校的實驗教學質(zhì)量。

參考文獻：

[1]曲春英，基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的《傳感器與檢測技術(shù)》課程教學改革研究[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐，2021，4（8）：68-70.

[2]韓芳，封居強，吳超.信息鏈視角下傳感器與檢測技術(shù)課程的實踐教學改革[J].北部灣大學學報，2020，35（ 10）：71-75.

[3]左慶峰，潘斯寧.新工科背景下傳感器與檢測技術(shù)課程教學改革探索——以機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)為例[J].教育教學論壇，2020（25）：241-242.

[4]劉濤.傳感器與檢測技術(shù)課程“以學生為中心”的教學方法改革探索[J].黑龍江科學，2019，10（17）：14-17.

[5]胡博文.“新工科”背景下《傳感器與檢測技術(shù)》課程建設(shè)探討[J].南方農(nóng)機，2019，50（9）：213+221.

[6]蔣小菲，李論，劉國敏.物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)《傳感器與檢測技術(shù)》課程教學模式改革研究[J].教育現(xiàn)代化，2018，5（2）：44-45+50.

作者簡介：

楊鈺（1983-），碩士，講師，研究方向：電氣自動化、自動控制、智能算法及自動控制。

基金項目：教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目202002255003：湖南省一流本科課程《傳感與檢測》