“新工科”背景下《傳感器原理及應用》 教學改革探索與實踐

黎萬平

（武漢工商學院，湖北 武漢 430065）

為適應新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)升級、“中國制造2025”以及“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家戰(zhàn)略，教育部積極推進“新工科”建設，以新技術、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，這對應用型本科工程教育提出了更高的要求，開展“新工科”的研究和實踐，從而深化工程教育改革，推動“新工科”的建設與發(fā)展意義重大[1]。

近年來，各級教育部門以及各大高校均積極響應新工科建設號召，促進了傳統(tǒng)電子信息工程專業(yè)、通信工程專業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，加快了機器人工程、物聯(lián)網(wǎng)工程以及人工智能等典型新工科專業(yè)的申報建設。《傳感器原理及應用》是以上專業(yè)群課程體系中的一門重要專業(yè)課程，通過課程的學習，使學生掌握常見傳感器的原理、特性以及應用，熟悉典型應用系統(tǒng)中傳感檢測電路的應用和設計。課程內(nèi)容涉及常見物理量如溫度、濕度、光照以及壓力等的檢測的傳感器，需要物理電學、磁學、數(shù)學以及計算機技術等多學科知識點，教學中各種傳感器的物理或者化學效應，傳感器結(jié)構(gòu)等知識點教松散，學生在學習中普遍反映學習存在傳感器部分理論抽象、傳感器理論與實踐應用聯(lián)系不緊密等問題。因此，《傳感器原理及應用》課程的教學改革亟待進行，以適應“新工科”時期應用型技術人才對傳感器原理、新技術以及典型工程應用能力，培養(yǎng)適應”新工科”時期創(chuàng)新型應用型人才。

本文以武漢工商學院電子信息工程專業(yè)《傳感器原理及應用》課程為例，介紹了課程教學內(nèi)容改革、教學模式創(chuàng)新以及考核評級優(yōu)化等方面的改革探索，并在教學實踐中取得了良好的效果。

1 課程現(xiàn)狀分析

課程開設于第5學期，總學時為32學時，按照傳統(tǒng)的理論+實驗的方式，理論學時占50%，實驗學時占50%。傳統(tǒng)的教學中理論教學采用講授的方法，介紹電阻式、電容式、電感式、壓電式、磁敏式以及光電式等各種傳感器的工作原理、性能特點以及典型應用，知識點多而雜，填鴨式教學使得學生覺得學習起來枯燥且對相關的工作原理難以理解。實驗中多設計的為驗證性實驗，學生通過驗證性實驗很難提高工程實踐能力。

2 教學改革探索

1）優(yōu)化教學內(nèi)容。為改善課程內(nèi)容松散的缺點，對教學內(nèi)容的組織進行了改革探索，改革傳統(tǒng)的理論+實驗的組成方式，設計若干個項目對教學內(nèi)容進行重構(gòu)。在“新工科”的大背景下，基于項目化課程建設的教學方法旨在將課程理論與工廠實踐有機結(jié)合，一方面有助于學生掌握理論知識，將理論和實踐有機融合；另一方面可以通過做項目的方式促進學生之間的合作，提高學生的協(xié)作能力，團隊意識，并為他們今后的職業(yè)生涯打下堅實的工作基礎[2]。

每一個項目由知識鏈接、項目實施以及知識拓展三大部分組成。以智能大棚溫濕度控制系統(tǒng)為例，知識鏈接部分主要介紹熱電傳感器原理、結(jié)構(gòu)、特性以及典型應用；項目實施部分由學生根據(jù)智能大棚溫濕度控制系統(tǒng)的控制要求，進行傳感器的選型、電路設計以及程序設計，實現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求；知識拓展部分介紹溫濕度測量相關最新的傳感器應用。項目化調(diào)整后，由項目引領、任務驅(qū)動，實際的應用場景激發(fā)了學生的學習興趣，學生由被動學習到主動探究，極大地提高了學習效率。

在課程設計階段采取跨學科課程設計。跨學科課程教學區(qū)別于傳統(tǒng)單一課程獨立授課，通過給學生介紹跨學科的專業(yè)知識來引導學生結(jié)合跨學科知識解決《傳感器原理與應用》課程中所面臨的問題。跨學科課程設計不僅擴展了學生的知識面，還啟發(fā)他們的跨學科思維。在課程設計階段鼓勵學生開展傳感器+醫(yī)療、傳感器+農(nóng)業(yè)以及傳感器+汽車等交叉學科的設計，讓學生能根據(jù)不同的測試環(huán)境進一步對材料學、力學以及生理學等學科進行了解學習，拓展學生的思維。

2）改革教學模式。依托超星泛雅學習通平臺，開展線上線下混合式教學。這種線上線下混合式教學模式，使得課堂教學活動突破時間、空間的限制，從本質(zhì)上改變傳統(tǒng)教學活動中師生間的關系和課堂的整體架構(gòu)，從而讓學生達到“在生活中學習，在學習中生活”的理想學習狀態(tài)[3]。

將教學過程分為課前、課中和課后三個大的階段。課前階段為學生自主學習階段，學生通過超星學習通平臺完成相應的學習任務以及檢測,教師根據(jù)學生課前學習的情況，調(diào)整課中教學活動；課中教學環(huán)節(jié)對知識點進行梳理、解決教學難點并進行答疑；課后在超星學習通平臺完成課后習題、拓展知識學習以及開展課后討論。

3）豐富教學手段。教學中靈活運用板書、多媒體、仿真以及實物演示等教學手段，力求不斷優(yōu)化教學過程。比如在講授各種傳感器的工作原理的時候，經(jīng)常會涉及教枯燥的定理、效應等知識點，為了提高學生的學習興趣，降低學習的難度，可以借助多媒體技術以形象生動的動畫形式展現(xiàn)給學生；在涉及傳感器的應用的時候，可以借助web網(wǎng)絡進行在線影視、網(wǎng)站資料的展現(xiàn)，讓學生接觸到最新的前沿知識；在項目實施階段，可以借助實驗演示讓學生對系統(tǒng)有一個直觀的認識，對部分不方便實驗測量的傳感器如煤氣傳感器，可以借助仿真技術進行系統(tǒng)開發(fā)。多種教學手段的有機結(jié)合，為有效的突破教學難點、突出教學重點，提高教學效果起到了重要作用。

4）改革考核評價。為了加強過程考核，避免學生出現(xiàn)“平時不努力，考前搞突擊”。在本課程的改革探索中，對課程考核采取了平時加期末的全過程考核。平時成績從學生考勤、隨堂考核、項目完成情況以及項目報告等方面進行量化考核；期末考核采取課程設計的方式進行考核，要求學生自擬一個測試需求，自行完成一個設計方案并形成設計報告。通過對報告的格式規(guī)范、測試方案的設計與實現(xiàn)以及設計創(chuàng)新等方面進行成績評定。可以對學生的資料收集整理、傳感器原理以及應用、傳感器工程實踐以及文字表達等方面進行全面考核，特別強調(diào)學生的創(chuàng)新思維，對設計中有創(chuàng)新的同學給予最高10分的獎勵分，估計同學們開展創(chuàng)新思維。

3 結(jié)束語

在“新工科”建設的大背景下，為了不斷提高應用型人才的工程實踐能力，對《傳感器原理及應用》課程開展了改革探索，對教學內(nèi)容進行了項目化優(yōu)化，并開展跨學科課程設計、采用線上線下混合式教學模式改革，強化了理論與實踐的聯(lián)系；豐富了教學手段，提高了學生的學習積極性和學習效果；改革了考核評價方法，及時反饋學生學習情況，及時調(diào)整教學節(jié)奏，強化過程性考核，使考核更全面。通過教學改革實踐，提高了學生的上課熱情，加深學生對傳感器的理論理解的同時，提高了學生傳感器實際工程應用的能力，開闊了學生的眼界，促進了學生跨學科研究應用能力。