基于項目驅動的傳感器原理課程教學改革研究

謝 建 宏

(南昌大學 信息工程學院， 南昌 330031)

0 引 言

隨著電子信息、自動化、機器人等技術的迅速發展，對傳感器的需求不斷增加。傳感器技術成為現代科學領域中一門極其重要的學科，“傳感器原理”也成為電子信息、測控、自動化等專業的主干課[1]。但是，傳感器這門課程內容分散,缺乏系統性和連續性，具有實踐性和應用性強等特點。傳統的教學模式采用的是以課堂講授為主，根據教學內容開設少量驗證性實驗，這樣學生學起來枯燥乏味，教師教起來也很艱難，教與學都遇到了很大的困難[2-4]。如何結合課程特點，探討一套行之有效的教學模式，實現對學生創新意識、實踐能力的培養，是一件很緊迫的事[5-6]。基于傳感器課程具有的實踐性和應用性強等特點，項目驅動式教學模式應用于該課程教學是一個很好的嘗試。

1 項目驅動式教學模式

項目驅動式教學模式源于建構主義學習理論,最早產生于一些西方發達國家，是教育領域中一種不同于傳統教學模式的嶄新的教育教學方法[7-9]。該教學方法改變了傳統教學模式中以“教師為主體”的現狀，實現了“以教師為主導、學生為主體”的轉變，真正做到讓學生從“被動學”到“主動學”的轉變，強調發揮學生的主觀能動性。該教學模式以教學項目為主線來組織教材內容，較好地解決了理論與實踐相結合的問題，在項目完成過程中更加重視師生之間及學生之間的協作與對話。該教學模式融知識、能力、素質教育為一體，適合在應用性、實踐性強的課程教學中采用，是培養應用性、綜合性人才的一條很好的途徑[10-12]。

近年來有一些教育工作者開始關注并實施項目驅動式教學，但相關的研究還較少，理論體系還不完善，教師的能力素質也不同，從而導致教學效果參差不齊[13]。故對項目驅動式教學模式進行研究，并探討如何結合具體課程特點應用于教學實踐中，是非常必要的。

2 傳感器原理項目驅動式教學的實施

基于項目驅動式的教學模式，對本校測控技術及儀器專業的傳感器原理課程，從理論教學與實踐教學兩方面開展教學改革研究。在理論教學方面，課程教學以項目開發為案例，隨著課程教學內容的深入，對“項目”的要求不斷進行擴充，最終達到完成項目、掌握知識、技能的目標。在實踐教學中，開發以綜合性、設計性為主的實驗項目，要求學生以小組合作的方式完成實驗項目，以實現創新實踐動手能力的培養。為有效實施該教學模式，在教學項目、教學過程實施、教學評價方式等方面進行合理設計。

2.1 教學項目設計

設計好教學項目是項目驅動式教學成功實施的先決條件。教學項目的設計應以教學內容為依據，應體現課程核心知識點，因此要合理選擇項目內容，把握好項目內容的難易程度，以使學生能系統地掌握知識。教學項目的設計要圍繞一個總體目標，根據教學計劃分層次、分課時、分階段地進行。在進行項目設計時，要結合工程實際，應貼近學生生活，能引起學生的興趣，并遵循科學性、層次性、實用性、教育性、廣延性等原則[14]。

在傳感器原理課程教學項目設計中，以教學內容為依據，圍繞一些常用非電量的測量來設計教學項目，主要包括：溫度、壓力、位移和厚度、速度與加速度的測量等。例如，對于溫度的測量教學項目設計方面，涉及的核心知識單元有：熱電阻、熱敏電阻、熱電偶、紅外傳感器測量溫度等。為此，在理論教學方面，圍繞溫度的測量設計關聯核心測量方法的項目任務，對相關的測溫原理進行分析與探討；在實踐教學方面，根據溫度測量的理論與技術基礎，開發相應的綜合性實驗項目和設計性實驗項目，如：熱電偶測溫及冷端溫度補償等綜合性實驗項目，以及電冰箱溫度超標指示器設計等設計性實驗項目。根據該設計思想，設計的傳感器原理課程教學項目如表1所示。

表1 傳感器原理課程教學項目設計

2.2 教學過程實施

教學過程的實施主要是指用項目來驅動教學，即以項目為載體，以問題為線索，由教師引導學生思考，并通過課堂上師生之間的互動、學生之間的討論、課外小組成員之間的協作等手段來推動項目的實施。建立“以教師為主導、學生為主體”的協作式學習教學模式，充分發揮學生的積極性及主觀能動性，培養學生分析問題、解決問題的能力以及團結協作精神。項目驅動式教學，要注重時間與空間協調的教學過程有效實施問題。由于課堂教學時間有限，項目驅動式教學需學生付出更多的課外時間。為此，需為學生提供課外研學的場所，如為學生開放傳感器實驗室的部分場地和設備，建設大學生創新實驗室等。傳感器課程是三年級上學期開設的專業主干課,大部分大賽項目與傳感器密切相關，這也形成了對實踐環境的較大需求。

項目驅動式教學過程中要對現有實驗場所及實驗器材進行挖掘利用，以充分發揮現有教學資源的效用。項目實施過程涉及到技術、經濟、環境等領域，其教學場所不再局限于課堂，可擴展延伸至社會。針對不同項目和項目不同階段，項目驅動式教學主張在學習方面靈活選擇項目學習、實踐性學習、開放式學習或研究性學習等方法；在教學組織方面靈活采用學生獨立活動、小組活動或集體活動等形式；在教學活動方面靈活采用討論、實驗、模擬、案例等多種方式[15]。

為便于教學過程的實施，編寫了傳感器原理理論與實驗教學計劃，編寫了相應的教學講義、教學課件及實踐教學指導書。

2.3 教學評價方式構建

在項目驅動式教學中，項目主要靠學生的自主學習來完成。為反映學生的真實學習情況，充分發揮評價在教學中的作用，構建科學合理的教學評價方案至關重要。合理的教學評價方案的構建，有利于及時解決學生的問題，有利于教師及時反饋信息并調節自己的教學工作。

本課程遵循過程與結果有機結合的科學合理的教學評價方式。理論教學方面，課程考核主要由平時成績(20%)、期中考試成績(20%)、期末考試成績(60%)3部分來進行綜合評價。平時成績考核的內容包括：出勤、課堂交流與討論、作業等環節。期中考試簡化考核形式，要求學生通過查閱資料，結合前面所學傳感器相關知識，寫一篇關于新型傳感器的小論文，內容可涉及傳感器的原理、轉換電路及其應用等；考核指標包括：論文的新穎性、系統性、規范性等。期末考試成績通過試卷來評定，主要考核學生的基本理論知識的掌握情況及綜合應用能力。

基于傳感器原理課程具有實踐性、應用性強等特點，為充分培養學生實踐動手能力，本課程實驗單獨設課，實驗課時為16學時，記0.5學分。實驗項目包括8個綜合性實驗和4個設計性實驗項目，8個綜合性實驗項目要求學生按教學計劃在課內完成，另4個設計性實驗項目要求學生在課外完成。綜合性實驗項目是以達到對學生的技能進行綜合訓練，培養學生的綜合分析能力、動手能力、數據處理以及查閱資料的能力為目的。設計性實驗項目是給定設計目的、設計任務及設計要求，由學生自行設計方案并加以實現，著重培養學生獨立解決實際問題的能力、創新能力以及組織管理能力。所有實驗項目要求學生分組協作，以團隊形式進行，每小組2或3人。課程實驗成績由8個綜合性實驗項目成績(60%)和4個設計性實驗項目成績(40%)構成，每個實驗項目通過教師評價、小組評價和個人評價相結合的方式來進行，考核的內容包括：考勤、實驗過程參與及表現情況、項目組作品展示、項目文檔報告、項目總結等。項目組成員的個人評價參照項目小組整體評價并依其在項目完成過程中的貢獻進行相應浮動，以培養學生的團隊意識、合作精神。

3 實踐效果與分析

項目驅動式教學模式，能強化學生對理論知識的內化能力，使理論與實踐有機地結合，實現對學生獨立動手、勇于探索的實踐能力的培養，同時還能提高學生的學習熱情，激發學生學習的主動性及創造性，真正做到從“被動學”到“主動學”的轉變。對教師來說，項目驅動式教學模式實現了以傳授知識為主的傳統教學理念到以解決實際問題為主的現代協作式教學理念的轉變，課堂教學富有人性化、個性化，體現了以教師為主導、以學生為主體、以能力為本位的教學宗旨。

傳感器原理課程通過基于項目驅動的教學改革與實踐，學生無論是在課程學習還是各級賽事中都取得了很好的成績。近2年來該課程教學狀態有了新的景象，學生學習的目的性明確、學習興趣明顯提高，課程理論成績合格率均超過了95%，優良率達60%以上，實驗成績均為良好(含良好)以上；該課程2016～2017第1學期學生網上評教分數為91.5分；2017屆畢業生認為該課程對所學專業的貢獻度較大。學生所學該課程知識在開展科研訓練項目、進行畢業設計以及在參與電子設計大賽、機器人設計大賽、挑戰杯賽等系列化、多層次體現學生創新能力、團隊意識的比賽中都得到了很好的實踐應用，實現了創新人才的培養，取得了顯著成效。近2年來，測控技術與儀器專業學生獲國家級競賽獎8項、省級競賽獎16項。

4 結 語

針對當前傳感器課程傳統教學中普遍存在的問題，就本校測控技術及儀器專業的傳感器原理課程，從理論教學與實踐教學兩方面開展基于項目驅動的傳感器教學改革的研究。通過該教學改革與實踐，提高了傳感器課程的教學質量，加強了理論與實踐的聯系，增強了學生學習興趣及認知能力，培養了學生綜合應用知識的能力、分析與解決問題的能力、創新實踐能力及協作精神，為學生參加有關大賽奠定了堅實基礎。