以開放性實驗為模式的課程設計

摘 要：本文以電子信息工程專業的“傳感器與檢測技術”課程為例，討論了高職院校在教學過程中，如何開展課程設計環節。探討了以開放性實驗為模式的項目實施過程，并引入表現性評價為評價標準，實現了對傳統教學模式的改革。

關鍵詞：開放性實驗 傳感器 課程設計

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）05（b）-0042-02

當前，傳感器在工業、科研和日常生活中應用日益廣泛，傳感器與檢測技術相關課程作為電子信息工程、儀器儀表、自動控制等領域的專業必修課，如何讓學生真正地掌握實際的傳感器與檢測技術，是個值得探討的問題。

為了加強其實踐性，我校在教學環節中，設置了為期一周的“課程設計”實踐環節，占1學分，一般安排在正常教學周結束之后，通常以能涵蓋教學大綱范疇的綜合性實驗為主。

1 課程設計的目的和重點

課程設計的目的是在學生學習了一學期的“傳感器與檢測技術”課程之后，對所學的基礎知識的一個綜合性的應用。該環節旨在完善課程知識體系，使學生能靈活應用所學知識去解決現實生產和生活中的問題，加強學生對本課程知識的應用能力和動手能力。因此，課程設計的目標和重點應放在培養“具有創新精神和實踐能力”的學生上面[1～2]。

傳統的傳感器實驗，通常建立在課本知識的基礎上，以驗證性的實驗為主。按照課本或者實驗指導書所列步驟，在現成的實驗箱或者實驗平臺上，按部就班地觀察實驗結果。只要學生嚴格按照實驗步驟進行實驗，就能得到結果。學生只是加強了對知識結論的印象，沒有任何創新，更談不上靈活應用去解決實際問題。一旦脫離常規的應用模式，或者遇到新的問題，往往顯得束手無策。這樣培養出來的人在日新月異的社會中，將無法適應。為此，在設計實驗類型的時候，我們摒棄傳統的實驗方法，而選擇自由度更大的開放性實驗。

2 開放性實驗設計

我們在開放性實驗中，我們模擬實際項目執行過程，將學生分為多個獨立的項目團隊，人數以5～6人為宜，學生的角色涵蓋設計、采購、制作、調試等，考查學生的“知識與技能、實踐能力、綜合素質”。

2.1 選題

設置選題時，教師不再千篇一律地給學生規定課題，而是讓學生觀察生活，自己選擇一種學習過的傳感器進行某種功能的實現，可以仿造現有產品功能，也可以發揮創造力進行創新應用。

學生根據自己的想法查閱資料，進行小組討論，驗證其可行性，并以項目組為單位提交“課題說明書”闡明觀點。教師只需要考慮實驗具有實用性、挑戰性和先進性，并且難度、范圍、工作量方面滿足課程設計環節的要求，即可批準進入實驗階段，如果有不符合要求的部分，學生可在教師的指導下進行調整。

2.2 實施

選題通過以后，開始進入實施階段。

2.2.1 初步方案的確定

該項工作包含前期資料查閱、傳感器類型論證確認、配套相關電路模塊初步設計。可以利用EDA工具制作總圖，以方便后續工作的完成。方案由小組討論最終確定。

在此過程中，鍛煉了學生查閱文獻資料、將知識轉化為已所用的能力，也初步考察了學生對EDA工具的掌握程度。

2.2.2 模塊設計

由項目組長根據初步方案進行模塊拆解，明確接口，并將各個模塊的詳細設計分工分配給小組成員。小組成員進行模塊內部的詳細設計，包含元器件的參數、封裝、型號的選擇，并進一步以EDA工具進行仿真和設計。完成子模塊后項目組長組織討論并確定整體設計方案。

此工作主要考查學生對電子專業相關知識的理解和運用程度，包括電路基礎、模電、數電、傳感器與檢測、EDA工具等方面。從能力上主要考驗項目組長的組織協調溝通能力，小組成員獨立完成工作及溝通能力。

2.2.3 器件采購

學生根據詳細設計的情況，導出元件清單進行采購。在采購過程中，學生需要考慮元件的性能、封裝等因素，甚至包括價錢。一定程度上能培養學生的成本效益意識，在將來的設計過程中能多方位地考慮問題，使得實際產品具有最大的競爭能力。

在采購結束后，根據采購情況，可能需要對原設計中的某些器件進行調整，但不宜進行大范圍改動。經過此步驟，最終的設計方案確定。

2.2.4 制作與調試

使用EDA工具進行PCB板設計，將板子發送至生產廠家制版，然后再將采購好的器件進行組裝，最后進行調試。

PCB版設計過程中，要考慮其正確性、合理性、經濟性。組裝過程中不單要保證正確，還要盡量保證作品的美觀度。調試是所有步驟中較難把握的，如果能順利調試出正確結果，則需要進一步考慮該設計方案是否還有改進的空間；如果沒有達到預期目標，則要立即查找原因，盡量在課程設計規定的時間內進行修正。

整個過程對時間的把握能力，對問題的反應能力、解決能力都有很高的要求，需要整個項目小組所有成員共同協作完成。

2.2.5 項目驗收與答辯

到達規定時間后，由教師組織各小組進行項目驗收，包括項目演示、提交課程設計報告和答辯三個環節。

對于項目的最終實現結果，無論是否實現預期目標，各項目小組都要在課程報告和答辯環節中進行明確描述，并分析其原因。對整個設計過程中的成功的部分和不足之處都應進行總結。教師除了對學生就項目進行提問外，更重要的是對整個項目進行點評，幫助學生從能力和素質方面提高。

學生在此過程中，培養了總結分析問題的能力、表達能力和臨場應變能力。

3 評價體系

評定學生的課程設計得分，應該考慮整個設計過程，而不是只注重結果。一個好的評價體系能公正地對學生的綜合素質進行評價，以此引導和激勵學生更重視實際能力的培養，而不是單純的應試。

在對開放性實驗的評價方法中，依據人在過程中的表現而對人的特點予以發現和評價的表現性評價越來越受到重視，成為教育測量界的一個熱點領域[3]。

我們借鑒表現性評價方法，結合本學科課程設計過程的特點，經過多次改進，制定了如下評分標準（見圖1）。該標準主要注重學生的過程表現、實踐能力、綜合能力。對于結果，我們選擇弱化其絕對重要性的策略。

4 效果

在對我校電子信息工程三界學生進行試用后，結果表明此種方式的課程設計明顯使學生有了更高的積極性，在設計過程中發揮更大的能動性，考查的能力也更全面。例如，有一組學生在完成“超聲波傳感在避障系統中的應用”課題時，由于擔心調試的時間不足，在經費由剩余的前提下，購買了通用版，將項目組的成員分成兩部分，并行地進行PCB設計及調試兩項工作。在該設計過程中，學生充分考慮了成本、時間、效率、結果等多方面因素，在合理的基礎上找到一個最佳結合點，這種能力在將來的工作中是非常必要的。

5 不足及改進

實踐證實該方案效果明顯優于傳統的實驗，但還有很多問題需要考量。

（1）經費的投入。由于課題不同，難以統一分配經費，學生如果對于器件等成本預計不足，則可能造成超支。學校支持經費的多少需要經過調研，并且中間可能由于學生經驗不足等造成一定的浪費。

（2）學生的層次不一造成的問題。不同的小組之間、同一小組之間都有可能出現能力不一的問題。如果差異太大，可能會有部分學生喪失信心導致項目的失敗。因此，從分組到課題的選擇，教師要給予一定的建議，但是又不能過多干涉學生的選擇。

（3）時間的把握。由于學生之前以項目為形式的實踐機會比較少，所以對于時間的把握成了制約實訓效果的最大因素，雖然大部分學生盡量遵循項目計劃完成各個部分的設計，但是前松后緊仍然是主要的現象。這個問題也需要教師適時地對學生進行提醒，對于項目計劃的時間安排也需要根據時間做細化或者調整。

（4）評價體系的再完善。雖然表現性評價是較為合理的評價方法，但是其中的細節，包括各個環節的評價要求細化和分值分配的合理性都需要不斷調整。

參考文獻

[1]李廣偉，胡留現.實驗教學改革與創新人才培養的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2008，27（9）：110-112.

[2]楊碧石，束慧.開放式實驗教學系統的建設與探索[J].實驗室研究與探索，2008，27（10）：166-169.

[3]郭均紡，周領，等.基于表現型評價的實驗教學研究[J].實驗室研究與探索，2007，26（8）：89-90.