黃梅志
武漢華夏理工學(xué)院 湖北武漢 430223
“智能儀器”課程是伴隨著智能系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的一門系統(tǒng)性較強(qiáng)的知識(shí)綜合型課程,也是我校測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)重要的專業(yè)課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),旨在使學(xué)生建立儀器整機(jī)系統(tǒng)的概念,掌握智能儀器軟硬件相結(jié)合的基本工作原理、主要技術(shù)和設(shè)計(jì)方法,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)與技術(shù)進(jìn)行儀器設(shè)計(jì)的能力,提高學(xué)生靈活性和創(chuàng)新意識(shí)。在該課程的傳統(tǒng)教學(xué)中,大多停留在以講解教材基礎(chǔ)理論為主,采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱教學(xué)法來(lái)完成驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn),缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]。針對(duì)以上情況,通過(guò)在理論教學(xué)中采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法,讓學(xué)生邊學(xué)邊練,在“做中學(xué)”。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,通過(guò)增加學(xué)生自主設(shè)計(jì)和動(dòng)手環(huán)節(jié),提升學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣和動(dòng)力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。
一方面,“智能儀器”課程教學(xué)內(nèi)容多,課時(shí)少,不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的熟練掌握。我校的“智能儀器”課程為32學(xué)時(shí),其中實(shí)踐環(huán)節(jié)為6學(xué)時(shí),課時(shí)量非常的有限[2]。理論教學(xué)通常側(cè)重于各種傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)、典型數(shù)據(jù)處理方法、可靠性與抗干擾技術(shù)、通信技術(shù)等智能儀器軟硬件相結(jié)合的基本工作原理和設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)理論講解,知識(shí)點(diǎn)多且分散。如果將教材中所有的知識(shí)點(diǎn)都進(jìn)行講解,可能教學(xué)時(shí)間不夠;如果只選取部分內(nèi)容來(lái)講解,可能會(huì)影響到學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。這兩種情況都將導(dǎo)致學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)很難熟練掌握預(yù)定的教學(xué)內(nèi)容,不利于實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教育目標(biāo)。
另一方面,教材提供的教學(xué)案例相互獨(dú)立,缺少關(guān)聯(lián)性和銜接性。在傳統(tǒng)教學(xué)中,通常按照教材的知識(shí)體系和教材的編排順序來(lái)進(jìn)行教學(xué)。教學(xué)案例來(lái)源于教材,一般是根據(jù)每一章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。該案例只應(yīng)用于本章節(jié),與后續(xù)章節(jié)中的案例沒(méi)有關(guān)聯(lián)性。這種案例式的教學(xué)方式不利于學(xué)生建立起智能儀器整機(jī)系統(tǒng)的概念。
在智能儀器的教學(xué)過(guò)程中,傳統(tǒng)的教學(xué)方式也相對(duì)單一,還是以理論為主,采用“填鴨式”的授課方式[3]。課堂教學(xué)以教師為主體,教師通過(guò)多媒體課件的形式進(jìn)行講解。在這種教學(xué)方式下,學(xué)生過(guò)度依賴課堂講授,很難接觸到具體的應(yīng)用實(shí)踐項(xiàng)目,因而難以有應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的機(jī)會(huì),不利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。
“智能儀器”課程是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程,實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中尤其重要。在智能儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,目前大部分高校還采用傳統(tǒng)的箱式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行接線,調(diào)用程序就可以看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生以試驗(yàn)箱為依托,通過(guò)改寫程序來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能,幾乎未進(jìn)行智能儀表的硬件電路設(shè)計(jì)。這種被動(dòng)接受的實(shí)踐教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生缺乏深入思考,無(wú)法實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的綜合理解和融會(huì)貫通,學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力也得不到提高,并且不利于學(xué)生創(chuàng)新性、研究性思維的培養(yǎng)。
本課程的考核方式以期末考試為主、過(guò)程考核為輔,其中部分過(guò)程考核細(xì)則不夠明確。我校對(duì)本課程的過(guò)程考核主要包括出勤率、課堂表現(xiàn)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)等。在課堂表現(xiàn)環(huán)節(jié),通常以回答問(wèn)題次數(shù)作為考核依據(jù),由于教學(xué)內(nèi)容多而學(xué)時(shí)少,課堂提問(wèn)次數(shù)較少,使得該項(xiàng)考核難以執(zhí)行。在實(shí)驗(yàn)考核環(huán)節(jié),考核依據(jù)一般都是實(shí)驗(yàn)報(bào)告,缺少對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程如動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作等方面的考核,因此不能對(duì)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)成績(jī)進(jìn)行科學(xué)、合理的分析。
大學(xué)生作為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的重要未來(lái)力量,其創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力是保持國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵,而高校是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的搖籃。因此,加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是教育改革的核心目標(biāo),也是提高人才質(zhì)量的關(guān)鍵。為培養(yǎng)符合社會(huì)需求的創(chuàng)新型人才,針對(duì)上述傳統(tǒng)教學(xué)中存在的各種問(wèn)題,結(jié)合“智能儀器”課程的特點(diǎn)和多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),筆者從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)以及考核方式四個(gè)方面進(jìn)行改革和實(shí)踐。具體措施如下:
課程內(nèi)容是一門課程的主體,是教師想要達(dá)到教學(xué)目的最主要的過(guò)程和內(nèi)容,所以對(duì)于學(xué)生掌握課程是至關(guān)重要的。
要保證教學(xué)效果,首先要精選教學(xué)內(nèi)容。該課程總共只有32學(xué)時(shí),理論教學(xué)比較緊張。任課教師需要根據(jù)教學(xué)大綱和測(cè)控專業(yè)特點(diǎn),結(jié)合學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)結(jié)構(gòu),對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精心提煉和組織。對(duì)比較陳舊、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不大的內(nèi)容應(yīng)進(jìn)行精簡(jiǎn)。對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)的知識(shí)點(diǎn),如常見(jiàn)模擬量信號(hào)的檢測(cè)方法,用的都是電子技術(shù)和傳感與檢測(cè)技術(shù)中學(xué)過(guò)的知識(shí),可以簡(jiǎn)單介紹,或通過(guò)留思考題、雨課堂、微課等方式讓學(xué)生課后帶著問(wèn)題去自學(xué)了解[4]。對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)比較薄弱的知識(shí)點(diǎn),如智能儀器的接口技術(shù)、典型數(shù)據(jù)處理功能、數(shù)據(jù)通信技術(shù)應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行講解。
其次,在教學(xué)中引入能貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程的典型案例,以便于學(xué)生建立起智能儀器整機(jī)系統(tǒng)的概念。教師在挑選案例時(shí),既要考慮案例與創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)的契合度,還要考慮案例與教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生知識(shí)水平的匹配性。最好挑選與學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)結(jié)構(gòu)相匹配、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)適中、緊密結(jié)合課程內(nèi)容、突出教學(xué)目標(biāo)的典型案例。完成案例的選擇后,教師要科學(xué)分解案例模塊,確定相應(yīng)的學(xué)習(xí)要求和討論主題,使每個(gè)子模塊與相應(yīng)章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容相匹配。
最后,加強(qiáng)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié),提高課堂教學(xué)效率。教師需要將提前制作的預(yù)習(xí)課件和微課視頻上傳到學(xué)習(xí)通,學(xué)生在預(yù)習(xí)后完成在線預(yù)習(xí)小測(cè)試。通過(guò)這種方式,一方面可以引導(dǎo)學(xué)生完成對(duì)課程內(nèi)容的了解和熟悉,另一方面,可以通過(guò)測(cè)試情況了解學(xué)生存在的問(wèn)題,教師可據(jù)此來(lái)調(diào)整授課重點(diǎn)。
在“智能儀器”課程的理論教學(xué)過(guò)程中引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法。該教學(xué)方法要求將具體的項(xiàng)目引入教學(xué)過(guò)程中,在基本的知識(shí)講解后,用項(xiàng)目來(lái)貫通和理解相關(guān)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)。在本課程中,項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)采用層次教學(xué)的方法來(lái)實(shí)施,將一個(gè)大項(xiàng)目分解為多個(gè)子項(xiàng)目。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法具體實(shí)施過(guò)程如圖1所示。
圖1 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法實(shí)施過(guò)程
在制訂教學(xué)計(jì)劃時(shí),教師先要在學(xué)習(xí)總體目標(biāo)的框架上,結(jié)合課程特點(diǎn)及科研經(jīng)驗(yàn)完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。這些項(xiàng)目可以是經(jīng)典案例、競(jìng)賽題目,也可以是企業(yè)的實(shí)際項(xiàng)目。同時(shí),根據(jù)教學(xué)進(jìn)度對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行編排,安排各階段的子項(xiàng)目及相關(guān)設(shè)計(jì)任務(wù)。當(dāng)教師進(jìn)行課程基本知識(shí)的講授后,結(jié)合學(xué)生前期學(xué)習(xí)成效、興趣愛(ài)好,指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行智能儀器研究項(xiàng)目的考察和調(diào)研,每組確定一個(gè)不同選題,例如環(huán)境溫濕度智能檢測(cè)、超市智能稱重、超聲波測(cè)距、酒精濃度智能檢測(cè)、電機(jī)轉(zhuǎn)速、紅外計(jì)數(shù)等智能檢測(cè)儀表的設(shè)計(jì)。在此階段,可采用教師提供指定題目和學(xué)生自主擬題相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)施,鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生對(duì)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行拓展,進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。隨著課程的進(jìn)行以及知識(shí)學(xué)習(xí)的深入,需要學(xué)生結(jié)合選題,將所學(xué)專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到具體研究當(dāng)中。例如,在完成智能儀器輸入通道的學(xué)習(xí)后,學(xué)生應(yīng)完成的子項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)包括控制芯片和傳感器選型、信號(hào)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)。隨著教學(xué)進(jìn)程的推進(jìn),學(xué)生還要依次完成輸出通道、人機(jī)交互接口電路等相關(guān)子項(xiàng)目的設(shè)計(jì),最后通過(guò)多個(gè)子項(xiàng)目組合成一個(gè)大項(xiàng)目,從而完成整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。
在項(xiàng)目完成過(guò)程中,為及早發(fā)現(xiàn)學(xué)生在設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題,避免設(shè)計(jì)偏離研究目標(biāo),教師需要進(jìn)行階段性的檢查,以此來(lái)及時(shí)糾正問(wèn)題。教師可在每個(gè)階段性設(shè)計(jì)完成的結(jié)束節(jié)點(diǎn),要求學(xué)生利用仿真、PPT、實(shí)物展示等方式展示設(shè)計(jì)成果[5],闡述設(shè)計(jì)思路及有關(guān)理論。在學(xué)生展示后,教師要進(jìn)行點(diǎn)評(píng)與總結(jié),對(duì)學(xué)生探究過(guò)程的評(píng)價(jià)要以正面鼓勵(lì)為主,對(duì)積極參與合作探究的學(xué)生給予表?yè)P(yáng),對(duì)能創(chuàng)造性完成任務(wù)的學(xué)生予以鼓勵(lì),對(duì)探究中暴露出的錯(cuò)誤觀點(diǎn)要及時(shí)糾正。在項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中,當(dāng)遇到困難時(shí),教師要提供幫助,和學(xué)生共同參與,相互合作,并隨著專業(yè)課程的學(xué)習(xí),逐步推進(jìn)和完善設(shè)計(jì)方案,保證設(shè)計(jì)的順利開(kāi)展。
通過(guò)項(xiàng)目式教學(xué),將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)知識(shí)學(xué)習(xí)和項(xiàng)目推進(jìn)的同步進(jìn)行。在學(xué)習(xí)過(guò)程中,學(xué)生會(huì)感受到新知識(shí)的價(jià)值,以及問(wèn)題成功解決的喜悅和成就感。這將使學(xué)生能夠由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí),更加注重研究和創(chuàng)新,從而積極投入課程學(xué)習(xí)當(dāng)中,激發(fā)創(chuàng)新思維,提升創(chuàng)新能力。
實(shí)踐教學(xué)的改革包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革。
(1)針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)度依賴試驗(yàn)箱,驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過(guò)多,缺乏設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題,筆者對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)。在原有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,依據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的知識(shí)水平,以學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向,引入軟件工具Proteus和keilC,增加軟件編程和硬件電路的自主設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),使每個(gè)實(shí)驗(yàn)均具有驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性與綜合性。其具體的實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程如圖2所示。
圖2 實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程
例如,在智能儀器輸入通道實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生先利用試驗(yàn)箱完成單通道數(shù)據(jù)的采集和顯示,然后用Proteus完成多通道數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì),利用keilC編寫控制程序,實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的采集和顯示。在此過(guò)程中,學(xué)生自行選擇采集對(duì)象和相應(yīng)的傳感器,根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)設(shè)計(jì)信號(hào)處理電路。在此設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,后續(xù)可依次完成輸出通道、人機(jī)接口實(shí)驗(yàn)中硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件編程。通過(guò)對(duì)原有實(shí)驗(yàn)的改進(jìn),使每個(gè)實(shí)驗(yàn)由淺到深、由驗(yàn)證到設(shè)計(jì),循序漸進(jìn)式地進(jìn)行,這樣充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力[6]。
(2)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,引入啟發(fā)式、提問(wèn)式、討論式等多種教學(xué)方法。以智能儀器人機(jī)接口實(shí)驗(yàn)為例,可以以實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的示波器引導(dǎo)學(xué)生理解人機(jī)交互對(duì)智能儀表的意義和重要性。在人機(jī)接口設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),教師可以給出部分方案或模板,通過(guò)提問(wèn)和分組討論來(lái)改進(jìn)和完善設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)過(guò)程中,學(xué)生可以從中找到創(chuàng)新思路,完成接下來(lái)的設(shè)計(jì)任務(wù)。
在考核方式上,提升過(guò)程性考核比例,設(shè)計(jì)多元化的過(guò)程考核評(píng)定形式,細(xì)致量化考核標(biāo)準(zhǔn),做好考核環(huán)節(jié)的把控。
首先,將項(xiàng)目完成情況納入課堂表現(xiàn)的考核指標(biāo)當(dāng)中。為避免評(píng)價(jià)的片面性,增加評(píng)價(jià)的真實(shí)性,考核方式可采用教師點(diǎn)評(píng)、組內(nèi)自評(píng)及組間互評(píng)三者相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行考核。在整個(gè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)環(huán)節(jié)中,通過(guò)制定系統(tǒng)完整的考評(píng)手段,讓全部學(xué)生參與到題目研究與考核中。例如,在任務(wù)分配階段,嚴(yán)格要求每個(gè)學(xué)生承擔(dān)一定的研究任務(wù),避免部分學(xué)生參與過(guò)少或沒(méi)有真正參與到項(xiàng)目研究當(dāng)中。在項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中,要求團(tuán)隊(duì)所有成員依據(jù)不同的分工,分別進(jìn)行不同部分的答辯。這樣既有分工又有合作,同時(shí)還會(huì)激勵(lì)各組之間相互競(jìng)爭(zhēng)。在每次成果展示及匯報(bào)時(shí),要求每個(gè)同學(xué)都要提出意見(jiàn),并納入考核范圍,最終激勵(lì)并推動(dòng)學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。
其次,在實(shí)驗(yàn)考核中,考核標(biāo)準(zhǔn)由原來(lái)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)橄驅(qū)嶒?yàn)過(guò)程評(píng)價(jià),實(shí)驗(yàn)報(bào)告不再是考核的唯一依據(jù)。在改革后的實(shí)驗(yàn)考核體系中,成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)由實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等幾部分構(gòu)成,每項(xiàng)占一定比例。通過(guò)對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)的考核,可以對(duì)學(xué)生的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行科學(xué)、合理的分析。通過(guò)加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的考核和對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo),既可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,又可有效提升其綜合能力;同時(shí)教師也能夠根據(jù)學(xué)生的考核結(jié)果充分了解學(xué)生在本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)中相關(guān)知識(shí)的掌握程度。
在我校2018級(jí)和2019級(jí)測(cè)控專業(yè)兩個(gè)年級(jí)的教學(xué)實(shí)踐中,通過(guò)在理論教學(xué)中引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法,對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行改進(jìn),激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生體會(huì)到了本門課的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)設(shè)計(jì)多元化考核形式,量化考核指標(biāo),使學(xué)生更加積極參與到課堂討論和實(shí)踐項(xiàng)目當(dāng)中,提升了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
項(xiàng)目研究成果在應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐的過(guò)程中,雖然取得了比較好的教學(xué)效果,但尚有不足之處。例如:目前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是原有實(shí)驗(yàn)的二次開(kāi)發(fā),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可擴(kuò)展性較小,后期可通過(guò)引用新技術(shù)、新研究?jī)?nèi)容來(lái)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;在考核形式上,可以在平時(shí)的課程作業(yè)中適量加入難度適宜的項(xiàng)目案例,豐富考核形式的同時(shí)更有利于學(xué)生知識(shí)的掌握和運(yùn)用。
“智能儀器”是測(cè)控專業(yè)的核心專業(yè)課,如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)讓學(xué)生在掌握理論知識(shí)的同時(shí),創(chuàng)新實(shí)踐能力得到提升一直是困擾任課教師的難題。筆者在分析傳統(tǒng)教學(xué)不足的基礎(chǔ)上,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)、考核標(biāo)準(zhǔn)四個(gè)方面進(jìn)行了探究,希望能夠?yàn)椤爸悄軆x器”課程教學(xué)改革提供幫助。