線上線下混合式教學(xué)模式在傳感技術(shù)實(shí)踐中的應(yīng)用

王曉飛

（北京信息科技大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院 北京 100192）

0 引言

我校測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)是國(guó)家級(jí)一流建設(shè)專業(yè)，兩次順利通過(guò)了工程教育專業(yè)認(rèn)證。傳感技術(shù)為其核心專業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)也是其他理工科專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，受眾面寬，應(yīng)用領(lǐng)域廣。該課理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)，其原理和方法可直接應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)、專業(yè)綜合實(shí)踐、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，并為研究生階段的“現(xiàn)代傳感技術(shù)”“傳感器理論與研究方法”等課程奠定良好的基礎(chǔ)。

隨著OBE理念、新工科建設(shè)、工程教育專業(yè)認(rèn)證的推進(jìn)，該課歷經(jīng)數(shù)次教改、課程建設(shè)、教材建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、教師隊(duì)伍建設(shè)等，目前為北京市優(yōu)質(zhì)本科課程，校級(jí)精品在線開(kāi)放課程，在中國(guó)大學(xué)MOOC等5個(gè)網(wǎng)站上線。課程組主編的《傳感器原理及檢測(cè)技術(shù)》為“十二五”普通高等教育國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，并配套出版了《傳感器原理及檢測(cè)技術(shù)學(xué)習(xí)與實(shí)踐指導(dǎo)》。該課目前已形成了一套以學(xué)生為中心的切實(shí)有效的線上線下混合式教學(xué)模式。

1 教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)理念

課程以布魯姆教學(xué)目標(biāo)金字塔的知識(shí)目標(biāo)（識(shí)記、理解、應(yīng)用）和能力目標(biāo)（分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造）為基礎(chǔ)，并提出素質(zhì)目標(biāo)，堅(jiān)持三者有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生深度分析、大膽質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的精神和實(shí)踐能力，并教育學(xué)生積極承擔(dān)社會(huì)責(zé)任。

布魯姆教學(xué)目標(biāo)金字塔[1,2]中的知識(shí)目標(biāo)是本課的基礎(chǔ)教學(xué)要求，使學(xué)生能夠掌握典型傳感器的工作原理、測(cè)量方法及手段、性能分析、工程實(shí)際應(yīng)用，會(huì)根據(jù)實(shí)際需求合理選用傳感器。能力目標(biāo)訓(xùn)練學(xué)生具備創(chuàng)造性思維和能力，可以在較復(fù)雜的工程實(shí)際應(yīng)用中給出傳感器的解決方案。另外，更重視超越布魯姆教學(xué)目標(biāo)金字塔的素質(zhì)目標(biāo)，力求培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、刻苦鉆研的治學(xué)態(tài)度，勇于創(chuàng)新的實(shí)踐精神以及良好的職業(yè)道德，具備規(guī)范意識(shí)和質(zhì)量意識(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化、環(huán)境等因素的影響。

傳統(tǒng)課堂以講授為主，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)習(xí)內(nèi)容留存率低[3-5]；基于 OBE（Outcome Based Education）理念促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，則可以獲得良好的學(xué)習(xí)效果，因此采用線上線下混合式教學(xué)模式，積極推動(dòng)同學(xué)們參與到主動(dòng)學(xué)習(xí)中。慕課則為翻轉(zhuǎn)課堂奠定了良好基礎(chǔ)，形成了以學(xué)生為中心的教學(xué)模式[6-9]，從被動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)渡到主動(dòng)學(xué)習(xí)。

對(duì)于理論課，學(xué)生通過(guò)慕課知識(shí)點(diǎn)視頻和課件進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，并利用測(cè)試題（基礎(chǔ)知識(shí)）對(duì)個(gè)人所學(xué)進(jìn)行檢驗(yàn)，然后帶著問(wèn)題來(lái)聽(tīng)課。線下授課不再側(cè)重于講解基礎(chǔ)知識(shí)，而是以任務(wù)驅(qū)動(dòng)，注重在工程實(shí)際應(yīng)用中分析傳感器的解決方案。課后完成線上思考題（拓展性知識(shí)，側(cè)重于實(shí)際應(yīng)用）。對(duì)于比較棘手的問(wèn)題，學(xué)生可以利用慕課討論區(qū)各抒己見(jiàn)，教師則參與討論與指導(dǎo)。

實(shí)踐創(chuàng)新教育與專業(yè)教育融合發(fā)展已成為高校人才培養(yǎng)模式改革的必然趨勢(shì)，而人才培養(yǎng)模式改革需要依托有效的課程載體[10-12]。傳感技術(shù)實(shí)踐環(huán)節(jié)可以鞏固和加深課堂所學(xué)，并培養(yǎng)與提高學(xué)生的實(shí)踐能力，包括設(shè)計(jì)、分析與判斷能力，實(shí)際調(diào)試能力，書(shū)寫(xiě)表達(dá)能力，解決工程實(shí)際問(wèn)題能力、創(chuàng)新意識(shí)和科研精神等。

2 線上線下混合式實(shí)踐教學(xué)模式

該課實(shí)踐環(huán)節(jié)包括兩個(gè)部分：一是基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）和綜合性實(shí)驗(yàn)（8學(xué)時(shí)）；二是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)（24學(xué)時(shí)），包括自主創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和科研探究性實(shí)驗(yàn)。

其中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可基于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)根據(jù)興趣從20幾個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中進(jìn)行選擇，教師只指定必做實(shí)驗(yàn)，通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握敏感元件工作機(jī)理及特性變化影響因素的分析方法，有助于鞏固基礎(chǔ)理論知識(shí)。

綜合性實(shí)驗(yàn)有三種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可根據(jù)興趣擇其一，其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)自教師科研成果的轉(zhuǎn)化。綜合性實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生掌握傳感器檢測(cè)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性的測(cè)試及分析；以任務(wù)帶動(dòng)學(xué)習(xí)，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放，一人一組，鼓勵(lì)學(xué)生多做嘗試，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師隨時(shí)可以提供幫助，學(xué)生也可通過(guò)在線資源及時(shí)獲得主講教師的答疑解惑。通過(guò)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練來(lái)達(dá)到課程的知識(shí)目標(biāo)。

1.5周的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)則積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式和個(gè)性化學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)展自主創(chuàng)新性和科研探究性實(shí)驗(yàn)，按照方案設(shè)計(jì)和完成情況給予創(chuàng)新加分。學(xué)生自行組成3人左右小組，初步完成選題并形成設(shè)計(jì)方案；利用慕課討論區(qū)進(jìn)行小組間、師生間探討，完善方案；利用線下討論課，在主講教師的指導(dǎo)下，確定最終的實(shí)驗(yàn)方案；學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)設(shè)備清單和元器件清單，實(shí)驗(yàn)員準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)；最后，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在教師的指導(dǎo)下完成傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試、性能測(cè)試及誤差分析，從而滿足課程的能力目標(biāo)。設(shè)計(jì)中除了技術(shù)層面的創(chuàng)新外，也要考慮非技術(shù)因素的影響，如社會(huì)、環(huán)境、安全、健康等，具備規(guī)范意識(shí)和質(zhì)量意識(shí)，以達(dá)到課程素質(zhì)目標(biāo)的要求。

圖1所示為學(xué)生參與到教師的科研項(xiàng)目中，以解決科研實(shí)際問(wèn)題為選題，這組學(xué)生最后成功設(shè)計(jì)了基于法布里-珀羅干涉的光纖位移傳感系統(tǒng)。

圖2所示是學(xué)生根據(jù)興趣自行選題，自動(dòng)控制臺(tái)燈光照度使其適于人眼，檢測(cè)并提醒人體保持正確坐姿，從而達(dá)到保護(hù)視力的目的。基于此同學(xué)們發(fā)表了1篇核心期刊論文，申請(qǐng)了1項(xiàng)實(shí)用新型專利和1項(xiàng)軟件著作權(quán)。

圖2：保護(hù)視力臺(tái)燈

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的增設(shè)基于測(cè)控專業(yè)工程教育認(rèn)證的深化改革，注重訓(xùn)練學(xué)生解決較復(fù)雜工程實(shí)際問(wèn)題的能力以及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過(guò)實(shí)踐使學(xué)生能夠進(jìn)一步了解傳感器測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)造，掌握傳感器的動(dòng)、靜態(tài)性能測(cè)試和評(píng)價(jià)方法，以及性能補(bǔ)償方法等，初步具備傳感器的設(shè)計(jì)能力。積極引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)，加大學(xué)習(xí)投入，科學(xué)增負(fù)，讓學(xué)生體驗(yàn)“踮腳才夠得著”的學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)，增強(qiáng)學(xué)生經(jīng)過(guò)刻苦學(xué)習(xí)收獲能力和素質(zhì)提高的成就感。[13-15]

3 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

為了實(shí)現(xiàn)上述兩類四型的實(shí)驗(yàn)，多年來(lái)對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容、手段和方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了多次改革和建設(shè)。由于目前市場(chǎng)上傳感器的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)多采用模塊化、封閉式結(jié)構(gòu)，占地較大，且不利于學(xué)生直觀了解傳感器的組成結(jié)構(gòu)、測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的工作原理及測(cè)試方法。針對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，我們與公司合作定制了傳感器基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使學(xué)生不僅可以直觀了解傳感器的結(jié)構(gòu)組成，還可以對(duì)轉(zhuǎn)換電路的各級(jí)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，有助于對(duì)傳感器敏感元件工作機(jī)理的了解和對(duì)其特性進(jìn)行測(cè)試分析。針對(duì)綜合性實(shí)驗(yàn)，我們與公司合作定制了3種傳感器綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)自教師科研成果的轉(zhuǎn)化，重點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生掌握傳感器檢測(cè)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性的測(cè)試及分析。以任務(wù)帶動(dòng)學(xué)習(xí)，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。而對(duì)于自主創(chuàng)新性和科研探究性實(shí)驗(yàn)，除了給予學(xué)生資金上的全力支持，也和公司合作定制了通用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，供學(xué)生選用。

4 結(jié)論

線上線下混合式實(shí)踐教學(xué)方案目前已完成四輪運(yùn)行，實(shí)踐表明：堅(jiān)持以學(xué)生為中心，注重培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和挑戰(zhàn)能力有明顯提高。我們堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合，線上與線下相結(jié)合，自主與交流相結(jié)合，反思與提升相結(jié)合，努力打造具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的實(shí)踐課程。