新工科背景下《傳感器原理與應(yīng)用》課程教學(xué)改革探討

劉梓超 范秀偉 姜守振

摘? 要：當(dāng)前，新工科建設(shè)正在廣泛推進(jìn)。探索新工科的內(nèi)涵、特征以及新工科發(fā)展的路徑正在高等教育領(lǐng)域展開(kāi)熱議。《傳感器原理與應(yīng)用》是物理專業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)技術(shù)性課程。本文主要結(jié)合科技發(fā)展趨勢(shì)與當(dāng)前教學(xué)存在的問(wèn)題，分析了這門(mén)課程課堂教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，并對(duì)新工科背景下本課程教學(xué)方法的改革進(jìn)行了探討，以適應(yīng)新工科背景下人才培養(yǎng)模式的要求，一定程度上有利于促進(jìn)教學(xué)效果的提高。

關(guān)鍵詞：傳感器原理與應(yīng)用? 教學(xué)現(xiàn)狀? 教學(xué)改革? 新工科

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）06（a）-0125-03

Sensors Principle and Application in New Engineering Background Discussion on curriculum teaching reform

LIU? Zichao? FAN Xiuwei? JIANG Shouzhen*

（College of Physics and Electronic Science， Shandong Normal University， Jinan， Shandong Province， 250358 China）

Abstract： At present， the construction of new engineering is being widely promoted. Exploring the connotation， characteristics and development path of new engineering is a hot discussion in the field of higher education， Sensor Principle and Application is a basic technical course for physics majors. Combined with the development trend of science and technology and the existing problems in current teaching， this paper analyzes the current situation of classroom teaching， network teaching and experimental teaching of this course， and discusses the reform of teaching methods of this course under the background of new engineering， so as to meet the requirements of talent training mode under the background of new engineering and promote the improvement of teaching effect to a certain extent.

Key Words： Sensor principle and application; Teaching situation; Teaching reform; New engineering

《傳感器原理與應(yīng)用》課程由于具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和工程性，使之成為教師很難講授好的課程之一，因此經(jīng)常達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。筆者擬結(jié)合山東師范大學(xué)的《傳感器原理與應(yīng)用》課程教學(xué)現(xiàn)狀，探索一些有效的方法來(lái)改進(jìn)教學(xué)模式，以滿足新形勢(shì)下教學(xué)模式改革的現(xiàn)實(shí)需求。

1? 《傳感器原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 課堂教學(xué)現(xiàn)狀

具有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師，注重在口授的同時(shí)結(jié)合PPT及各種圖片等多媒體形式，將傳感器的電路模型、不同類型傳感器的應(yīng)用實(shí)例及傳感器的未來(lái)發(fā)展方向，生動(dòng)、形象地展示給學(xué)生，并從結(jié)構(gòu)分析入手，循序漸進(jìn)地將傳感器的原理與應(yīng)用傳授給學(xué)生，有利于在加深學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容理解的同時(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升課堂教學(xué)效果[1]。

1.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)現(xiàn)狀

整個(gè)教學(xué)平臺(tái)涵蓋了《傳感器原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)大綱、參考書(shū)目、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)等內(nèi)容，使學(xué)生在課余學(xué)習(xí)時(shí)對(duì)于不理解的問(wèn)題，可以自主通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)解答;同時(shí)在電子閱覽室學(xué)習(xí)時(shí)，可以通過(guò)“師生交流”欄目，隨時(shí)與教師進(jìn)行交流互動(dòng)。這個(gè)平臺(tái)為學(xué)生提供了一種較好的理論學(xué)習(xí)輔助方式，也為師生提供了一個(gè)較為理想的交流平臺(tái)。特別在面對(duì)突發(fā)狀況導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行線下課程教學(xué)時(shí)（如本次新型冠狀病毒肺炎隔離期間），該平臺(tái)充分發(fā)揮了應(yīng)有作用。本課程任課教師主動(dòng)依托線上教育平臺(tái)進(jìn)行線上教學(xué)，既保證了教學(xué)效果，又保證了教學(xué)進(jìn)度的順利完成。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

實(shí)驗(yàn)教學(xué)為了打破課堂教學(xué)的單一模式，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，根據(jù)傳感器實(shí)驗(yàn)室中所使用的傳感器實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)院申請(qǐng)了校級(jí)《傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)教材編寫(xiě)及課件制作》項(xiàng)目，該項(xiàng)目現(xiàn)已結(jié)題，整個(gè)實(shí)驗(yàn)教材也已編寫(xiě)完畢，先后經(jīng)過(guò)幾個(gè)年級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)使用，不同程度地加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，收到了較好的教學(xué)效果。例如在利用電橋電路優(yōu)化傳感器時(shí)，學(xué)生可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有電橋與無(wú)電橋相比之下的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，從而進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解與掌握。

2? 《傳感器原理與應(yīng)用》課程的改革必要性

2.1 線下教學(xué)方面

雖然相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)，本課程的教學(xué)模式多樣化已有較大的改進(jìn)，但是由于課程的性質(zhì)和特點(diǎn)，仍舊存在一些課堂教學(xué)問(wèn)題需要解決。首先，本課程作為一門(mén)基礎(chǔ)技術(shù)性課程，具有涉及科目廣、知識(shí)體系相對(duì)零散、知識(shí)點(diǎn)繁多等特點(diǎn)。每門(mén)學(xué)科從不同的方面闡述知識(shí)和理論體系，具有各自的相關(guān)內(nèi)容，相互之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性，教學(xué)大綱又存在專業(yè)針對(duì)性不強(qiáng)的問(wèn)題，如果學(xué)生無(wú)法對(duì)知識(shí)體系有一個(gè)整體的感知和把握，便很難系統(tǒng)掌握專業(yè)知識(shí)。其次，完全掌握本課程知識(shí)內(nèi)容需要大量的探究實(shí)驗(yàn)與課堂講授，但是現(xiàn)有的教學(xué)課時(shí)數(shù)較少，需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容卻相對(duì)較多，存在課時(shí)數(shù)不能滿足所對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容的問(wèn)題。而學(xué)習(xí)本課程的學(xué)生大都偏好實(shí)踐性操作以獲取經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，如果教師把握不好實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課堂講授的平衡，則容易降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，影響教學(xué)效果。另外，實(shí)驗(yàn)課程本身也存在一些問(wèn)題，例如實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)有限，學(xué)生依賴性強(qiáng)，創(chuàng)新性差;而實(shí)驗(yàn)教師由于工作量大、重復(fù)性強(qiáng)，導(dǎo)致工作熱情降低，對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)性不夠等[1]。

2.2 線上教學(xué)方面

我國(guó)的在線開(kāi)放課程，能否用于在校學(xué)生的日常教學(xué)，一直是一個(gè)飽受爭(zhēng)議的問(wèn)題，爭(zhēng)議的焦點(diǎn)在于：在線課程能否替代教師？在線教學(xué)技術(shù)支持的線上教學(xué)能否取代傳統(tǒng)教學(xué)模式[2]？首先，隨著科技的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)基本得到全面普及與應(yīng)用，再加上線上教學(xué)的時(shí)間和空間具有靈活性的特點(diǎn)，使得線上教學(xué)越來(lái)越成為一種新型教學(xué)模式。其次，當(dāng)前的線上教育師生交流互動(dòng)的程度無(wú)法與線下教育相提并論，甚至教師無(wú)法了解學(xué)生在上課時(shí)的聽(tīng)課效果，從而也導(dǎo)致教師線上教學(xué)較難根據(jù)學(xué)生課上表現(xiàn)情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度與教學(xué)方法。同時(shí)，由于線上教學(xué)無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效的師生交流互動(dòng)，教師不能起到教學(xué)監(jiān)督作用，導(dǎo)致學(xué)生在線上學(xué)習(xí)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)惰性大、精力不集中等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致線上教學(xué)效果不佳。最后，對(duì)于某些實(shí)踐性較強(qiáng)的課程內(nèi)容而言，目前的線上教學(xué)無(wú)法滿足線下教學(xué)中對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的具體要求，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。

3? 新工科背景下《傳感器原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)改革

3.1 改革課程體系、教學(xué)資源與教學(xué)方法

網(wǎng)絡(luò)線上課程涵蓋理論課上的PPT、章節(jié)視頻、課后測(cè)試及專題討論，為師生互動(dòng)提供一個(gè)優(yōu)質(zhì)平臺(tái)，也可作為理論學(xué)習(xí)的輔助方式，以幫助學(xué)生更好地鞏固課堂所學(xué)知識(shí)[2]。而實(shí)踐指導(dǎo)軟件用來(lái)幫助學(xué)生去動(dòng)手實(shí)踐，比如制作汽車(chē)防酒駕儀及煤氣檢測(cè)裝置等，通過(guò)多個(gè)具體的實(shí)踐操作，鞏固學(xué)生對(duì)理論課所學(xué)知識(shí)的理解。在不斷更新教學(xué)資源的同時(shí)，教師還應(yīng)當(dāng)在綜合多種教材的基礎(chǔ)上進(jìn)行傳感器教學(xué)，因?yàn)椴煌慕滩挠胁煌膫?cè)重點(diǎn)，唯有如此，才能使得學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容有一個(gè)綜合全面的了解，利于幫助學(xué)生在以后的工作中，及時(shí)處理和應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的各種復(fù)雜的傳感器情況。

教學(xué)方法的改進(jìn)應(yīng)始終堅(jiān)持以學(xué)生為中心。教學(xué)過(guò)程中創(chuàng)設(shè)情境導(dǎo)入，以視頻或者其他方式引入新課，例如在傳授電容式傳感器的課程內(nèi)容之前，首先展示給學(xué)生電容式傳感器的具體應(yīng)用實(shí)例，將學(xué)生的思維順利帶入課堂。在整體教學(xué)上可以開(kāi)展模塊化教學(xué)，將整個(gè)內(nèi)容分成不同部分，按照內(nèi)容的相關(guān)性布置模塊化學(xué)習(xí)任務(wù)，分模塊教學(xué)可避免出現(xiàn)整體灌輸?shù)那闆r[3]，這種教學(xué)方式既能使學(xué)生分項(xiàng)目逐項(xiàng)記憶與理解，同時(shí)又較好地解決了由于知識(shí)點(diǎn)零碎帶來(lái)的不好記憶的問(wèn)題。

3.2 強(qiáng)化理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，首先應(yīng)當(dāng)確保實(shí)驗(yàn)設(shè)備的完善，確保學(xué)生的想法有條件開(kāi)展落實(shí)。開(kāi)設(shè)有質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)課，要建立設(shè)備齊全、干凈整潔的傳感器實(shí)驗(yàn)室以供學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要始終秉持引導(dǎo)學(xué)生自主探究的宗旨，展開(kāi)以教師少講，學(xué)生多做，巡回指導(dǎo)，及時(shí)糾錯(cuò)為原則的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，盡最大努力讓學(xué)生完全掌握相關(guān)知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技能。這樣在對(duì)整個(gè)傳感器的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理等理論知識(shí)有更深刻的理解和認(rèn)識(shí)的同時(shí)，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鍛煉動(dòng)手能力，培養(yǎng)自主思考并解決問(wèn)題的創(chuàng)新意識(shí)。當(dāng)然實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)當(dāng)結(jié)合模塊化教學(xué)進(jìn)行，可以根據(jù)理論教學(xué)劃分的內(nèi)容項(xiàng)目設(shè)置不同的模塊，將學(xué)生分成不同的小組，各實(shí)驗(yàn)小組在教師的指導(dǎo)下逐一討論并探究課程內(nèi)容，會(huì)更好地達(dá)到教學(xué)目的。

3.3 加強(qiáng)現(xiàn)代化技術(shù)教學(xué)

信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著教育方式的不斷革新。教學(xué)改革日益聚焦于混合式教學(xué)，混合式教學(xué)是一種將在線學(xué)習(xí)和面授有機(jī)結(jié)合的新的教學(xué)方式。它的目標(biāo)是使學(xué)習(xí)更方便，從而達(dá)到最好的教學(xué)效果。混合式教學(xué)不僅為我們提供了一個(gè)優(yōu)化科學(xué)探究教學(xué)實(shí)踐的新機(jī)會(huì)，還為學(xué)生提供了一個(gè)自主學(xué)習(xí)、自由探索的新平臺(tái)。

針對(duì)目前的教學(xué)問(wèn)題與網(wǎng)絡(luò)大環(huán)境，加強(qiáng)現(xiàn)代化技術(shù)教學(xué)，促進(jìn)線上、線下混合模式的發(fā)展顯得尤為重要。首先，利用學(xué)校校園網(wǎng)絡(luò)搭建立體化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。將每章大綱與內(nèi)容上傳至平臺(tái)，并且開(kāi)拓師生交流板塊，努力打造一個(gè)與線下交流基本無(wú)差別的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使得學(xué)生除了在課上所學(xué)之外，課下也可以自主復(fù)習(xí)、預(yù)習(xí)所學(xué)內(nèi)容。其次，線上的教學(xué)反饋機(jī)制應(yīng)當(dāng)逐步完善。比如，當(dāng)前利用線上教學(xué)平臺(tái)完成作業(yè)的布置與上交、評(píng)分機(jī)制等問(wèn)題，利用手機(jī)應(yīng)用軟件自帶的作業(yè)布置與評(píng)價(jià)機(jī)制功能，就能夠做到按時(shí)提醒、分析完成情況等。這樣教師便能夠根據(jù)學(xué)生反饋來(lái)及時(shí)地調(diào)整教學(xué)方案，同時(shí)也可以督促學(xué)生按時(shí)完成應(yīng)學(xué)內(nèi)容。最后，針對(duì)實(shí)踐性較強(qiáng)的科目，應(yīng)當(dāng)主動(dòng)搭建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。最好能在線下通過(guò)教師指導(dǎo)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)效果，但是一旦由于突發(fā)狀況導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，就必須使用線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，利用學(xué)校網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)搭建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，盡可能實(shí)現(xiàn)與線下實(shí)驗(yàn)室相同的操作步驟、實(shí)驗(yàn)材料，甚至是誤差分析等教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，隨著科技的不斷發(fā)展，線上仿真實(shí)驗(yàn)與線下實(shí)驗(yàn)的相似度也會(huì)越來(lái)越高，這必將是大勢(shì)所趨。

3.4 完善考核評(píng)價(jià)機(jī)制

作為一門(mén)基礎(chǔ)技術(shù)性課程，通過(guò)學(xué)生的及時(shí)反饋來(lái)了解教學(xué)效果是十分重要的。教師可以通過(guò)教學(xué)反饋實(shí)時(shí)調(diào)整課上講授與實(shí)驗(yàn)操作的平衡，以求達(dá)到最好的教學(xué)效果。當(dāng)前的教學(xué)反饋機(jī)制主要通過(guò)學(xué)生課下作業(yè)以及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的完成情況來(lái)實(shí)現(xiàn)，不過(guò)期末總成績(jī)對(duì)教學(xué)改革實(shí)踐有著重要的參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義，每學(xué)期的期末總成績(jī)總是需要綜合評(píng)定。為此，較為合理的學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)定方案可以如下：期末理論考試占比60%，實(shí)驗(yàn)考試占比30%，平時(shí)課堂表現(xiàn)以及作業(yè)完成情況占比10%。其中實(shí)驗(yàn)考試部分又可分為實(shí)驗(yàn)態(tài)度占比20%，實(shí)驗(yàn)質(zhì)量占比40%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量占比40%。教師收到學(xué)生教學(xué)反饋后，須主動(dòng)總結(jié)與調(diào)整教學(xué)理念和方法，并及時(shí)充實(shí)到以后的教學(xué)過(guò)程之中。

4? 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)與新工科給師生教學(xué)提出的新挑戰(zhàn)，本文介紹了《傳感器原理與應(yīng)用》這門(mén)課程的教學(xué)現(xiàn)狀以及教學(xué)改革探索。教學(xué)理念和方法決定了教學(xué)質(zhì)量與水平的高低，而教學(xué)質(zhì)量和水平也直接決定了工科專業(yè)課程的建設(shè)水準(zhǔn)。除了上述分析之外，當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)教學(xué)過(guò)程中還有很多的方式和方法可以優(yōu)化教學(xué)，這里不再一一列舉。相信隨著社會(huì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，未來(lái)一定會(huì)有更多可以更好地提高課程教學(xué)效果的新方法和新手段不斷涌現(xiàn)。筆者通過(guò)對(duì)本課程的教學(xué)改革探索，深刻地體會(huì)到采納先進(jìn)的教學(xué)理念與教學(xué)方法，確實(shí)能夠很大程度地優(yōu)化教學(xué)效果，提高教育教學(xué)質(zhì)量和水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 李碩，何越，王志軍，等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)模式的探討與實(shí)踐[J].大學(xué)物理，2020，39（8）：39-42.

[2] 王祖源，張睿，張志華.混合式教學(xué)策略研究——以疫情期間教學(xué)現(xiàn)狀為例[J].大學(xué)物理，2020，39（9）：1-5，22.

[3] 吳陽(yáng)，張亞勤，劉潔，等.“新工科”背景下單片機(jī)課程教學(xué)體系構(gòu)建[J].科技與創(chuàng)新，2020（21）：114-115.

[4] 王方媛.傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革研究[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2020（9）：116-117.

[5] 宋雪.中等職業(yè)學(xué)校《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)案例設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春師范大學(xué)，2020.

[6] 楊睿.《傳感器原理及應(yīng)用》課程實(shí)踐教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016，33（4）： 571-574.