新工科背景下傳感器與檢測技術課程教學改革探索

左慶峰　潘斯寧

[摘 要] 新工科建設背景下，對機械類專業人才的培養提出了新的要求。傳感器與檢測技術基礎課程在人才培養體系中起著至關重要的作用。針對課程教學過程中存在的問題，從培養創新型人才角度出發，通過多方面的改革探索，以期提升課程的整體教學質量，培養滿足新工科建設要求的綜合性機械類專業人才。

[關鍵詞] 新工科;傳感器與檢測技術;教學改革;創新型人才

[作者簡介] 左慶峰（1971—），男，廣西昭平人，碩士，副教授，研究方向：物理課程與教學論;潘斯寧（通信作者）（1985—），女，廣西梧州人，博士，工程師，研究方向：傳感器、智能制造技術研究。

[中圖分類號] G642? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）25-0241-02? ? [收稿日期] 2020-03-13

新科技背景下，全球范圍內的科技創新與變革對目前的高等工程教育，尤其是機械設計制造及自動化類專業教育提出了新的要求。2017年2月，教育部提出推進新工科建設，機械設計制造及自動化專業作為機械、信息、材料、控制等多學科交叉特征明顯的專業之一，理所當然成為新工科專業建設改革的排頭兵。傳感器與檢測技術是工科機械類專業的重要基礎課程之一，該課程著重培養學生掌握傳感器與檢測技術基本理論、基本方法，是一門理論性和實踐性很強的課程。筆者就賀州學院的實際情況，以機械設計制造及自動化專業為例，對新工科背景下的傳感器與檢測技術課程教學進行了相應的改革探索。

一、傳感器與檢測技術課程教學現狀

目前，我校開設的傳感器與檢測技術課程總學時為48學時，其中理論課40學時，實驗課8學時。理論課程主要圍繞各種傳感器及檢測技術的原理和應用展開。不同類型傳感器的工作原理相對獨立，關聯性不強，需要學生具備扎實的數學和大學物理等基礎知識，對于學生理解和掌握各類傳感器的理論知識造成一定的困難。關于各類傳感器的應用，目前的教學方式多是以多媒體課件的形式簡單列舉若干例子，學生只認識圖片中的傳感器，不認識真實的傳感器及其實際應用，在一定程度上造成理論與實踐脫節，影響學生學習的積極性。

在實驗教學環節上，由于缺乏實驗場地和實驗設備，多是以教師的演示性實驗為主，學生能動手參與的實驗只有金屬箔式應變片性能研究和熱電偶原理及現象兩個實驗，均是簡單的傳感器性能驗證實驗，并不能真正了解和掌握傳感器在實際現場條件下如何應用，達不到課程的教學效果。因此，對該課程的教學模式和教學方法進行研究就顯得非常重要和緊迫。

二、新工科背景下課程教學改革探索

針對機械設計制造及自動化專業涉及的學科知識和具體應用領域，需要對課程的內容進行適當精簡，與專業聯系緊密且應用較多的傳感器進行重點講解和分析，而應用較少或者瀕臨淘汰的傳感器只作簡單介紹。在講授各類傳感器時，適當減少傳感器工作原理部分的理論公式推導，多介紹傳感器的典型應用和發展方向方面的知識。例如，針對目前廣泛應用的人臉識別技術，向學生提問如何通過臉部特征掃描識別身分，以此引出CCD固體圖像傳感器，并在講授過程中將此類傳感器的應用與工業制造中的產品表面質量視覺識別系統聯系起來，從而激發學生的學習興趣，帶著問題去思考和學習。此外，在講授完各類傳感器的原理及應用后，針對機械設計制造及自動化專業的特點，還增加了“參數檢測”的專題章節，分為溫度檢測、壓力檢測、流量檢測、物位檢測等與實際應用密切相關的測量內容，根據具體的檢測任務將各類傳感器進行系統串聯，培養學生解決實際問題的思維和能力。

（一）調整教學方式

傳感器與檢測技術課程是一門理論性和實踐性都很強的課程，長期以來，該課程的實踐環節被忽視，在考核時，實踐環節（主要是實驗）成績僅占課程總成績的小部分，這就導致許多學生忽視實踐環節的學習。此外，在課堂上通常以教師為講授主體，學生參與度較低。課程教學團隊應采用實物展示、實地操作與啟發互動的教學方法，讓學生充分參與到課堂教學中，教師可以充分了解學生的掌握程度并進行有針對性的教學，有利于培養學生的創新思維能力。例如，在講授傳感器與檢測技術概論時，首先播放徐工集團智能制造生產線的案例視頻，引導學生分組討論視頻里面涉及到的檢測任務以及所需的傳感器，結合本校的智能制造技術實訓實驗室，進行智能制造生產使用的傳感器實物展示及功能演示，幫助學生建立感性的認識，引導學生將本課程內容與后續將要學習的先進制造技術課程聯系起來，使學生掌握所學課程的精髓，真正做到融會貫通、學以致用。

（二）改變課程考核方式

新的課程考核評價方式主要由以下四部分構成：①平時成績占20%，主要包含出勤成績、作業成績、課堂表現成績，具體比例由任課教師自行分配。②傳感器實驗成績及應用能力測試占20%，兩項各占總成績的10%。③傳感器綜合設計能力測試占20%。學生在學習過程中自主選擇時間、自主選擇傳感器類型進行一個傳感器檢測的綜合設計，要求畫出設計電路原理圖并進行一定的仿真，寫出設計報告，該項目可在學期中進行，也可在該課程結束后進行。④期末考試成績占40%，期末考試試題覆蓋考試大綱，試卷內容包含基礎知識、基本技能、基本應用;其中理論性知識題占30%，應用性知識題占70%，增加對學生應用能力的考核。

課程的考核成績由過程性考核成績和結果性考核成績兩部分構成。過程性考核內容包括學習態度、學習能力和制作技能、學習效果三個方面。只有通過過程性考核才能進入結果性考核環節，且過程性考核成績比例大于期末考試考核比例。通過采用完成教學項目（過程性考核）、出勤率和課程設計（或開卷考試）的多元化考核方式，將以學生為主體和以“能力測試”為中心的理念貫穿于整個課程學習，同時以課程設計的形式取代傳統的閉卷考試，使學生不用再死記硬背理論知識應付考試，調動學生的積極性，培養學生的分析問題和解決問題能力。

（三）豐富實驗教學手段

課程教學團隊從工程實際出發，改變以往傳統的實驗教學模式，探索課程實驗教學新模式，讓學生在解決工程實際問題中經歷與所學課程融合為一體的能力訓練過程，提高學生解決工程問題的能力。

1.課內配套的基礎實驗。利用傳感器實驗室配套的YLXS-03系列傳感器實驗箱，加上雙線（雙蹤）通用示波器，可以開展多達數十種不同類型的傳感器實驗，以及LabVIEW、MATLAB實驗。在新工科背景下，根據機械設計制造及自動化專業的培養計劃以及企業工作的實際需求，在原有的金屬箔式應變片性能研究和熱電偶原理及現象兩個簡單實驗的基礎上，增加了基于電渦流式傳感器的電子秤、基于霍爾傳感器的振幅測量、溫度儀表PID控制、智能溫度控制系統設計、智能轉速控制系統設計等設計性實驗。

2.課外延伸的能力拓展實驗。利用學科基礎實驗室“智能制造技術實訓實驗室”，進行部分傳感器的實物展示，為學生提供完成課程設計所需要的設備及操作實訓。在該實驗室里，學生接觸到的是各類智能制造設備實際使用中的傳感器，包括溫度檢測、壓力檢測、流量檢測、物位檢測等，在實際操作中更好的理解和掌握各類傳感器的原理及應用，達到理論與實際相結合，使本專業培養的應用型人才更好的滿足地方和企業的實際需要。

三、小結

在分析和總結當前傳感器與檢測技術教學過程中存在不足的基礎上，以新工科為背景，結合機械設計制造及自動化專業人才培養的需求，通過調整教學內容和教學方式、改變課程考核方式、豐富實驗教學手段等方面的改革，將課堂教學環節與實驗實踐環節有機結合，有利于激發學生的學習興趣，有效鞏固學生的基礎理論知識，提升學生的工程設計能力和解決問題的能力，鍛煉學生面向實際工程問題的實踐動手能力，培養學生創新意識。

參考文獻

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[3]陳昶，熊志宏，殷赳.新工科背景下《機械工程材料》課程教學的探索[J].科技視界，2017，（21）：37-38.

Abstract：Under the background of Emerging Engineering construction，new requirements are put forward for the cultivation of mechanical professionals.Sensor and Detection Technology，a basic course，plays a crucial role in the talent training system.In view of the problems in the course of teaching，this paper，from the perspective of cultivating innovative talents，through reform and exploration in various aspects，hopes to improve the overall teaching quality of the course and train comprehensive mechanical professionals to meet the requirements of Emerging Engineering construction.

Key words：Emerging Engineering;Sensor and Detection Technology;teaching reform;innovative talents