“卓越計(jì)劃”背景下傳感器課程改革與探索

摘要：根據(jù)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”和應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要求，針對(duì)傳感器課程的特點(diǎn)和在教學(xué)中出現(xiàn)的問題，從課堂教學(xué)環(huán)節(jié)、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和課程考核方法等方面進(jìn)行了大膽的全方位改革和探索。實(shí)踐證明，通過改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、實(shí)踐技能及分析解決實(shí)際問題的能力得到了很大提高。

關(guān)鍵詞：卓越計(jì)劃；傳感器；課程改革；應(yīng)用型人才

作者簡(jiǎn)介：張鵬（1980-），男，黑龍江哈爾濱人，黑龍江工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，講師；吳東艷（1975-），女，黑龍江哈爾濱人，黑龍江工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，講師。（黑龍江 哈爾濱 150050）

基金項(xiàng)目：本文系2012年黑龍江工程學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JG2012046）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）19-0068-02

現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱是傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，它們分別構(gòu)成信息系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。因此，傳感器技術(shù)是信息社會(huì)的重要基礎(chǔ)技術(shù)，傳感器是信息獲取系統(tǒng)的首要部件。目前，傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程甚至文物保護(hù)等領(lǐng)域。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目都離不開各種各樣的傳感器。由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用是十分明顯的。

“卓越計(jì)劃”是教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的簡(jiǎn)稱，是貫徹落實(shí)《國家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項(xiàng)目。我國“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”于2010年6月開始實(shí)施，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù)。[1]

“卓越計(jì)劃”具有三個(gè)特點(diǎn)：一是行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程；二是學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才；三是強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。這就要求高校培養(yǎng)的學(xué)生在擁有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)的同時(shí)，又要有過硬的工程應(yīng)用技能，同時(shí)也對(duì)高校的課程教學(xué)提出了新的要求。針對(duì)上述情況，本文探討了當(dāng)前傳感器教學(xué)過程中存在的問題，針對(duì)“卓越計(jì)劃”的實(shí)施要求提出了一些改革措施，在教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中取得了較好的教學(xué)效果。

一、當(dāng)前教學(xué)狀況

傳感器課程是電類專業(yè)，如測(cè)控、自動(dòng)化、電子信息等專業(yè)的一門重要課程，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。它是講述傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的實(shí)用科學(xué)，在現(xiàn)代檢測(cè)與控制系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用。該課程主要介紹常用傳感器的基本原理、結(jié)構(gòu)、特性和應(yīng)用以及相關(guān)的信息處理技術(shù)，是一門內(nèi)容繁雜的交叉學(xué)科，涉及物理學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多門學(xué)科，知識(shí)密集性強(qiáng)，內(nèi)容離散性大，應(yīng)用性較強(qiáng)。

長(zhǎng)期以來，傳感器及檢測(cè)技術(shù)課程在教學(xué)內(nèi)容上側(cè)重于各種傳感器原理的講解；在教學(xué)方法上主要以課堂講解為主，同時(shí)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容開設(shè)少量驗(yàn)證性及綜合性教學(xué)實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)方式存在明顯不足，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中接觸最多的是傳感器工作原理，無法見到實(shí)物，從而對(duì)傳感器缺乏感性認(rèn)識(shí)。一些相似的原理介紹會(huì)讓學(xué)生覺得教學(xué)內(nèi)容枯燥，從而對(duì)學(xué)習(xí)失去興趣。教師在講解傳感器及應(yīng)用電路的分析方法時(shí)，同實(shí)際應(yīng)用結(jié)合較少，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）傳感器技術(shù)和微電子技術(shù)發(fā)展的速度很快，各種新型的傳感器不斷涌現(xiàn)，但當(dāng)前大部分教材中沒有或很少提及新型傳感器技術(shù)的理論知識(shí)及其應(yīng)用，不利于學(xué)生知識(shí)面的拓展。

（3）傳感器課程的內(nèi)容主要包括傳感器原理和檢測(cè)技術(shù)兩部分，主要內(nèi)容是傳感器原理部分，檢測(cè)技術(shù)內(nèi)容較少。教材中，傳感器原理部分主要介紹傳感器的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換電路，甚至是敏感元件的制作材料和工作原理等，內(nèi)容繁雜，不僅涉及電學(xué)、磁學(xué)等多門學(xué)科，還涉及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的一些實(shí)際情況及制作工藝學(xué)等。其中很多內(nèi)容對(duì)學(xué)生來說過于陌生，過多篇幅闡述這部分內(nèi)容會(huì)增加學(xué)生的畏難情緒，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

（4）傳統(tǒng)教學(xué)手段是理論教學(xué)加實(shí)驗(yàn)，而且以理論教學(xué)為主。以黑龍江工程學(xué)院為例，大綱規(guī)定總課時(shí)為48學(xué)時(shí)。其中，理論教學(xué)40學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)。在理論教學(xué)過程中，教師講解較費(fèi)力，而學(xué)生聽起來較困難，學(xué)習(xí)積極性不高。實(shí)驗(yàn)也基本是對(duì)著理論進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏創(chuàng)新性，收效甚微。

（5）課程考核方法一般是以考試為主，輔以作業(yè)、考勤評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。這種考核方法無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，不能真實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、對(duì)知識(shí)的掌握程度及其專業(yè)應(yīng)用能力，在某種程度上不利于學(xué)生提高自身的綜合能力。

為了改變這種教學(xué)狀況，對(duì)傳感器課程的教學(xué)內(nèi)容、方法和手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法以及考核機(jī)制進(jìn)行全面改革，使學(xué)生既能了解基本原理又能了解實(shí)際對(duì)象，將理論與實(shí)際緊密結(jié)合起來，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力，進(jìn)而滿足“卓越計(jì)劃”提出的要求。

二、教學(xué)改革措施

結(jié)合黑龍江工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院的實(shí)際情況和“卓越計(jì)劃”的要求，對(duì)傳感器及檢測(cè)技術(shù)課程從課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和課程考核三個(gè)方面進(jìn)行了全方位的改革和探索。

1.課堂教學(xué)的改革

針對(duì)“卓越計(jì)劃”和學(xué)校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，依據(jù)相關(guān)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)制定新的教學(xué)大綱，調(diào)整傳感器原理授課比例，徹底改變傳統(tǒng)的重理論、輕實(shí)踐的教學(xué)思路。在講解完傳感器的相關(guān)理論之后，從應(yīng)用的角度將重點(diǎn)放在傳感器的工程使用方面。將傳感器的應(yīng)用要點(diǎn)全面展現(xiàn)給學(xué)生，努力做到學(xué)生在完成理論課程的學(xué)習(xí)后可以使用實(shí)際傳感器進(jìn)行工程測(cè)量等應(yīng)用。為了利用有限的學(xué)時(shí)來解決主要的問題，避免時(shí)間不必要的浪費(fèi)，在制定大綱時(shí)認(rèn)真分析前后續(xù)課程的交叉知識(shí)，盡量避免知識(shí)的重復(fù)講授。

引入項(xiàng)目教學(xué)法，將大綱中的教學(xué)內(nèi)容按照工程相似性進(jìn)行分類，以生產(chǎn)實(shí)踐中的具體項(xiàng)目為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與工程項(xiàng)目的有機(jī)結(jié)合，將知識(shí)點(diǎn)融入到具體的工程項(xiàng)目中，在教師的指導(dǎo)下學(xué)生以小組為單位，自己參與傳感器應(yīng)用項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、仿真、制作、調(diào)試和改進(jìn)的全過程，最終得到結(jié)果并進(jìn)行展示和自我評(píng)價(jià)。

在結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方式和方法的同時(shí)，引入展示法、啟發(fā)法、課堂討論法等教學(xué)方法。購買一些具有代表性的傳感器實(shí)物，并在教學(xué)中將實(shí)物展示給學(xué)生，使學(xué)生能夠在第一時(shí)間獲得較充分的感性知識(shí)；采用啟發(fā)式教學(xué)，通過生動(dòng)地講述使學(xué)生產(chǎn)生聯(lián)想，給學(xué)生留下深刻印象；充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，針對(duì)學(xué)生感興趣的問題，在學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考之后留出一定時(shí)間共同討論，讓學(xué)生積極參與到課堂教學(xué)中，使課堂上的學(xué)生變被動(dòng)為主動(dòng)，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；為學(xué)生提供傳感器參考資料和相關(guān)科技文獻(xiàn)，鼓勵(lì)其課下閱讀，從而領(lǐng)會(huì)、消化、鞏固和擴(kuò)大知識(shí)面，提高學(xué)生的自學(xué)能力，養(yǎng)成良好的讀書習(xí)慣；以調(diào)研報(bào)告的形式，鼓勵(lì)學(xué)生通過一些渠道去了解廣大工廠企業(yè)中的傳感器應(yīng)用情況，使學(xué)生具有進(jìn)一步與企業(yè)接觸的經(jīng)歷。

在授課過程中，結(jié)合“卓越計(jì)劃”的要求，以教師自編的教案和講稿為主，不斷更新新型傳感器的部分內(nèi)容，逐步形成以項(xiàng)目教學(xué)法為主線的傳感器教材，從而滿足應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

突破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，將產(chǎn)品實(shí)例分析引入實(shí)驗(yàn)課堂。為學(xué)生準(zhǔn)備實(shí)際的傳感器實(shí)物，讓學(xué)生在拆開并分析其內(nèi)部工作原理的基礎(chǔ)上繪出內(nèi)部電路，并搭建外部輸出電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在動(dòng)手的同時(shí)鍛煉思維能力。

引入基于Proteus的虛擬實(shí)驗(yàn)方法，使學(xué)生擺脫對(duì)實(shí)驗(yàn)室的依賴，降低實(shí)驗(yàn)成本，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。讓學(xué)生在脫離實(shí)驗(yàn)室的情況下進(jìn)行自助實(shí)驗(yàn)。通過使用Proteus電路仿真功能，讓學(xué)生在課下進(jìn)行傳感器驅(qū)動(dòng)電路和測(cè)量電路的仿真實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的理解，并盡可能地對(duì)實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行優(yōu)化。在使用Proteus電路仿真的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)電路仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，找到仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的區(qū)別所在，并對(duì)電路進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，真正達(dá)到通過實(shí)驗(yàn)鍛煉學(xué)生應(yīng)用能力的目的。

通過上述實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革，學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)能力有了很大的提高，為學(xué)生創(chuàng)新能力和工程能力的培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.課程考核方法改革

在傳統(tǒng)考核方式的基礎(chǔ)上，結(jié)合課堂教學(xué)改革措施，引入新的考核機(jī)制，實(shí)行多元化、全方位的考核方式，綜合考查學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和工程實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的綜合能力。

降低卷面成績(jī)?cè)谡n程考核成績(jī)中的比重，將原來的試卷成績(jī)占60%更改為30%。試卷中去掉原有傳感器應(yīng)用方面的考核內(nèi)容，把重點(diǎn)放在傳感器相關(guān)原理的考核上，著重考查學(xué)生的理論掌握情況。對(duì)傳感器應(yīng)用能力的考核占課程考核成績(jī)的70%，主要由課堂表現(xiàn)（15%）、項(xiàng)目完成情況（10%）、實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)（40%）和傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)報(bào)告（5%）組成。其中，課堂表現(xiàn)成績(jī)依據(jù)出勤、作業(yè)、課堂討論、調(diào)研報(bào)告等情況給出；傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī)依據(jù)學(xué)生提交的設(shè)計(jì)報(bào)告情況給出。

在項(xiàng)目教學(xué)法中，授課教師監(jiān)控學(xué)生完成工程項(xiàng)目的每一個(gè)步驟，依據(jù)項(xiàng)目的完成情況給出學(xué)生的項(xiàng)目完成成績(jī)。實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)包含虛擬實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新和實(shí)驗(yàn)考試共六個(gè)方面的全方位實(shí)驗(yàn)考核體系。從實(shí)驗(yàn)整體出發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ岣邔W(xué)生綜合素質(zhì)，提倡自主實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，通過定性定量的實(shí)驗(yàn)操作考核來提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，以實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新考核來推動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，真正提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。對(duì)于實(shí)驗(yàn)考核不合格的采用一票否決制，即取消其理論課考試資格，進(jìn)而督促學(xué)生提高實(shí)際的動(dòng)手能力。

三、結(jié)束語

“卓越計(jì)劃”對(duì)于培養(yǎng)一批創(chuàng)新性強(qiáng)、能夠適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需求的各類工程科技人才、著力解決高等工程教育中的實(shí)踐性和創(chuàng)新性問題、提高科技創(chuàng)新能力、加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變、實(shí)現(xiàn)未來我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展具有重要意義。這無論對(duì)學(xué)校、教師還是學(xué)生都提出了新的要求，更需要參與人不斷地更新理念，特別是教師這一重要環(huán)節(jié)。[5]

本文針對(duì)在傳感器課程教學(xué)過程中所出現(xiàn)的問題，從課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和實(shí)踐考核三個(gè)方面對(duì)傳感器課程進(jìn)行了全方位的改革與嘗試，其主旨在于探索一套符合卓越工程師計(jì)劃和應(yīng)用型本科教學(xué)要求的傳感器課程教學(xué)方法。實(shí)踐表明，通過上述改革增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的效果，使學(xué)生在掌握傳感器技術(shù)的同時(shí)提高了學(xué)習(xí)能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

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（責(zé)任編輯：劉輝）