任務驅動教學法在《現代傳感技術與應用》課程中的實踐

謝海芬+牟海川+羅鍛斌+沈冬

（華東理工大學物理系，上海 200237）

摘要：任務驅動教學法改變以往以傳授知識為主的傳統教學理念，而代之以解決問題、完成任務為主的互動式的教學理念。本文結合《現代傳感技術與應用》課程，說明任務驅動教學法在該課程中的具體實施應用。實踐證明：該教學模式極大地提高了學生的自主學習和研究能力，同時也培養了他們的工程意識、提高了綜合實踐應用能力。

關鍵詞：任務驅動教學法；傳感器；課程教學模式；實踐應用

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）52-0181-02

一、引言

《現代傳感技術與應用》是我校物理系光電信息科學與工程專業的專業必修課程，課程主要討論工程領域傳感與測試技術中的傳感器、測試電路和記錄顯示分析設備的工作原理及技術應用，測量系統的靜、動態特性、測量信號的描述、分析和處理以及常用物理量的傳感與測試方法。教學目標是通過對傳感器基本原理與技術的講解，使得學生對傳感器的常用術語、材料、信號分析、精確評定、檢驗標定、光電、光纖、CCD、紅外、激光、壓電、壓磁、壓阻、電化學、生物、氣敏、濕敏、熱敏、電容電感、渦流、諧振、半導體等多種傳感器的特性、工作原理有正確的理解，同時將傳感器與工程測試技術方面的知識有機地聯系起來，使學生在掌握傳感技術的基礎上，及時正確地獲取各種傳感技術的發展和應用，解決工程生產等各種傳感與測試問題。該課程內容涉及力學、磁學、光學、化學等學科；整個內容與實際應用結合緊密，與物理學、電子學、計算機技術及自動控制技術實踐結合尤其突出；課程基礎知識要求高，同時每一章節的傳感器的轉換機理及應用內容又有相對獨立。這些特點給這門課程的教學帶來不小的難度，課程內容既要講解基本知識還要介紹跨學科的綜合知識。多年以來，該課程的教學模式為教師授課、學生被動聽課和被動完成課后作業與實驗。課程內容多是在教室的課堂上來完成，教師以傳感器轉換原理和相應檢測測量電路的講授為主，少量的實驗學時也是驗證性的實驗。這種“教師講，學生聽”、“以教定學”的被動教學模式不利于充分激勵學生學習的主動性，不利于發揮學生的想象力和創造力，與培養工程應用人才有一定的距離。近兩年來我們在實施教學中采用“任務驅動法”的教學模式，將傳感知識內容與具體工程相結合，重新整理課程內容體系。以完成工程任務為主線組織教學過程，將原有課程章節內容分為若個任務，如速度檢測、位移檢測、壓力的檢測、液位的檢測、溫度的檢測、氣體濃度檢測等，將傳感器與檢測技術的知識點和相關技能融入到各個具體任務之中。

二、任務驅動法在課堂教學中的實踐

任務驅動教學法是將以往以傳授知識為主的傳統教學理念，轉變為以解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學理念；改變了以往“教師講，學生聽”、“以教定學”的被動教學模式，創造了“以學定教”、學生主動參與、自主協作、探索創新的新型學習模式。它讓學生處于積極的學習狀態，運用已學的知識和自己積累的經驗提出方案、解決問題。使學生帶著真實的任務在探索中學習，通過思考解決問題。在這個過程中，學生可以不斷地獲得成就感，可以更大地激發他們的求知欲望，逐步形成一個感知心智活動的良性循環，從而培養出獨立探索、勇于開拓進取的自學和創新能力。在《現代傳感技術與應用》課程中的課堂教學中，以傳感器能實現的功能為主線，提出若干個任務，比如按照功能進行劃分，分為實現長度測量、位移測量、速度測量、溫度測量、電壓測量、電阻測量、濃度測量、濕度測量等物理量測試。在各個具體任務分解中提出若干問題供學生思考，例如測量長度的傳感器有哪些，這些傳感器測試長度的量程、精度為多少，測量的誤差有哪些因素，如何消除誤差，目前這些傳感器的最新發展和應用在哪里。這些問題引導啟發學生按照各個任務去學習和深入。采用任務驅動法進行課堂教學時，其過程大致可以分為以下幾個階段。

1.任務的設計。任務的設計是在學生能自我完成的前提下實現的。任務的設計通過一系列問題的引入幫助學生建立知識體系。每一章涉及傳感器原理部分的內容在上課之前以問題形式布置給學生，比如應變式傳感器分類有哪些？其傳感原理是什么？如何通過應力變化轉化成電壓（或電阻）的輸出？測試的電路為何采用電橋電路？該電路的輸出誤差如何引入，如何消除？在實際應用中采用交流電路還是直流電路？兩種電路的區別在哪里？學生通過知識學習和歸納，可以憑借自己的基礎知識和基本電路知識完全可以完成此項任務。

2.明確任務，教師指點完成任務的思路、方法和技能。比如找實現長度測量的傳感器哪些？各種傳感器的測量電路如何實現，誤差如何引入的，如何消除誤差，目前該種傳感器的發展進程，瓶頸在哪里？

3.學生完成任務，自主查詢資料相互討論，寫課題報告，做PPT準備。

4.匯報、總結、評價。學生在規定的時間內完成每個任務后，接著安排課堂匯報，每一組進行6分鐘的PPT內容展示匯報，匯報結束后接受同學和教師的提問。在提問、回答環節，老師要對一些重點、難點問題及時進行講解和分析，如“應變傳感器的接線與安裝”、“應變傳感器的溫度誤差、零點殘余及補償”、“應變傳感器在大橋、管道、水平衡中”的實際應用等，這些問題往往是學生在自學、討論、實施階段容易忽略或討論不夠深入的問題。教師同時對完成任務所學的知識點及時進行歸納、總結，最后由學生的互評和教師的評價共同確定學生任務執行的效果。效果主要從學生查閱文獻資料、自主分析和歸納問題、協作開發能力和表達能力等幾方面評價，這項成績作為學生平時成績的重要依據。

三、任務驅動法的特色和優點

通過任務驅動法在《現代傳感技術與應用》課程中的實踐，可以實現以下幾點。

1.確立學生自主學習的地位，提高學生自學能力，活躍了課堂氣氛。任務的確定不是由教師直接告訴學生應當如何去解決面臨的問題，而是學生自己查找資料，確立主題，從何處獲取有關的信息資料等，強調發展學生的自主學習能力。每一位學生都能根據自己對當前任務的理解，運用已有的知識和自己特有的經驗提出方案、解決問題，任務驅動為每一位學生的思考、探索、發現和創新提供了開放的空間，使課堂教學過程充滿了民主、個性，使課堂氛圍真正活躍起來。

2.有利于學生參與競爭，共同合作。任務的完成形式通過PPT形式向同學和老師匯報，教師把同一個主題的匯報安排在同一時段進行，匯報時同學之間就有比較，還可以相互提問、質疑，并作出評價打分。如①基于光電傳感器的煙霧報警裝置；②電感式接近傳感器在飛機上的應用；③相位對焦中光電傳感器的應用；④RFID系統在圖書館中的應用；⑤光纖傳感器在學校安防中的應用；⑥智能車燈調節系統；⑦微波傳感器在非接觸式IC卡中的應用；⑧基于射頻識別技術的停車收費系統；⑨基于紅外光電傳感器的智能車自動尋跡，這些同學立項的涉光電傳感方向的課題匯報安排在同一時段進行。通過PPT匯報，倡導學生之間的討論和交流，通過不同觀點的交鋒，補充、修正，加深學生對工程應用的理解和掌握。

3.培養了學生的創新精神，提高學生的綜合實踐能力。在任務的完成過程中，學生通過自我研究發現問題、自我構思設計、自我實踐。教師通過對任務完成的肯定和同學們對問題的滿意回答，可以提高學生的成就感，同時也獲取了新的知識，促進了學生綜合能力的提升。在《現代傳感技術與應用》中設計好教學任務，讓學生在規定時間內完成，在課堂實踐中達到了較好的教學效果。

四、結束語

任務驅動法在課程教學中的實施，大大提高了學生學習的效率和興趣，培養他們獨立探索、勇于開拓進取的自學能力。完成任務，學生就會獲得滿足感、成就感，從而激發了他們的求知欲望，逐步形成一個感知心智活動的良性循環。伴隨著一個接著一個的成就感，減少學生們以往由于片面追求信息技術課程的系統性而導致的“只見樹木，不見森林”的教學法帶來的茫然。一年多的教學實踐證明：這些改革措施不僅有利于教學目標的順利實現，也為應用型人才的培養打下了扎實基礎，有助于提高教學質量和教學效果。

參考文獻：

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