新工科背景下“傳感器與工程測試技術 基礎”課程教學改革探索

曹修全 陳艷

摘??? 要：“傳感器與工程測試技術基礎”課程是機械設計制造及其自動化專業卓越班的核心選修課程，是新工科建設過程中培養優秀綜合性應用型本科生的重要知識板塊。然而，該課程目前仍主要沿用傳統教學方法，導致學生學習積極性較差，教與學滿意度較差。為此，文章通過深入分析“傳感器與工程測試技術基礎”課程教學現狀，探究該課程教學方法和學生實際掌握情況與新工科建設存在的問題，并提出相應的教學改革探索方案，以期通過2～3年的教學方法的實踐應用探索出新工科背景下“傳感器與工程測試技術基礎”課程的有效教學方法，培養出滿足新工科建設的優質應用型機械類學生。

關鍵詞：新工科;“傳感器與工程測試技術基礎”;教學方法;改革探索

中圖分類號：G642????? 文獻標識碼：A????? 文章編號：1002-4107（2022）02-0090-03

聯合國教科文組織在2015年的研究報告中指出，世界高等教育正在發生革命性變化，并呈現出了大眾化、多樣化、國際化、終身化、信息化的趨勢[1]。為服務國家戰略發展新需求，2016年我國在世界范圍內率先提出了新工科這一創造性概念，并且通過深入研討，形成了“復旦共識”和“天大行動”，旨在培養多元化、創新型卓越工程人才[2-4]。在新工科建設背景下，四川輕化工大學機械工程學院將機械設計制造及其自動化（簡稱“機自”）專業作為試點專業，以培養符合新工科建設要求的優秀綜合性應用型機械類學生為目標，按照“學生申請+學院遴選”的方式，每一屆組建一個機自卓越班，旨在按照社會發展需

求，培養新工科背景下的優質應用型機械類學生[5]。

“傳感器與工程測試技術基礎”課程作為面向智能制造的機自專業卓越班學生的一門核心選修課程，是應用型人才必須學習的內容，也是新工科改革范疇的重要組成部分。通過該課程的學習，學生能夠熟悉和掌握各類傳感器的工作原理、組成、特性與優缺點，測試系統的基本要素、信號的采集與分析、測試技術在實際工程項目中的應用，以此培養學生的工程意識和工程素養，從而具備將所學理論知識應用于生產實踐以及解決相關測試問題的能力。

然而，傳統的“滿堂灌、偏理論、重考試”的教學方法已經不能滿足新工科背景下各類工程科技進步和技術創新的實際需求，迫切需要在教學方法、教學內容、評價機制等方面進行深刻反思和全面改革，從而貫徹落實我國現階段所倡導的創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念，培養具備實際工程應用能力的應用型人才，以適應以新技術、新產品、新業態和新模式為特點的新經濟模式[6-8]。

文章通過分析“傳感器與工程測試技術基礎”課程教學現狀，探究該課程教學方法和學生實際掌握情況與新工科建設存在的問題，從而提出將任課教師科研項目融入課程教學，通過解決科研項目中的實際測試問題，將課堂理論知識應用于工程實踐，并以翻轉課堂等方式提升學生課堂參與度，培養應用型人才的工程實踐能力。

一、課程和學習對象的特點分析

（一）課程特點

“傳感器與工程測試技術基礎”課程主要包括三大板塊內容：數據采集、數據傳輸和數據處理。在數據采集方面所涉及的傳感器種類繁多，主要有應變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、磁電式傳感器、光電式傳感器、熱電式傳感器等數十種不同類型的傳感器，而且涉及材料學、熱力學、電磁學、光學、制造加工工藝等諸多學科;在數據傳輸方面涉及信號調理等技術，包括信號的調制與解調、濾波、放大等，包含電子電工技術、機電控制技術等多學科知識;在數據處理方面涉及拉普拉斯變換、傅里葉變換、均值、幅頻分析等諸多數理知識。該課程知識點分散，要求學習的內容多，且對前期課程學習基礎要求較高[9-11]。同時，隨著科學技術的不斷發展，各種新型傳感器與數據處理手段不斷被開發，若只是按照參考教材上的內容進行教學，不但無法調動學生的學習積極性，而且限制了學生將理論知識應用于實踐工程的能力，更導致學生無法緊跟科技前沿[12]。因此，在教學過程中，教師應突破參考教材的限制，緊跟科技前沿，為學生提供解決實際工程問題的實踐機會，鍛煉學生的動手能力和理論知識的應用能力。（二）學習對象

“傳感器與工程測試技術基礎”課程所涉及的知識點多，對前置課程的學習要求高。四川輕化工大學“傳感器與工程測試技術基礎”課程的教授對象為機自專業卓越

班大三學生。作為機自卓越班學生，本身具有較好的學習習慣和自學能力，并且已經具備了一定的“電子電工”“材料學”“數理統計”“制造加工工藝”等相關課程基礎，但是由于生源所限，這些學生對相應前置課程的學習深度不夠，而且課程中涉及的深層次的理論知識的理解難度較大，因此，他們只能理解和掌握基本原理和較為簡單的工程應用。同時，按照歷年考研情況分析，機自卓越班的大部分學生都會選擇繼續深造。因此，需要注意培養學生的科研精神和探究新知識的能力。

二、“傳感器與工程測試技術基礎”課程教學現狀

四川輕化工大學“傳感器與工程測試技術基礎”課程的教學方法和學生實際掌握情況與新工科建設內涵還有一定的差距，主要表現在以下四個方面。

（一）在教材建設方面

現行教材基本是從知識體系的完備性出發，按照信號的產生及其特征描述、測試系統的基本特性、常用傳感器、信號調理與記錄、信號處理初步、典型物理參量的測量來展開。如果按照教材內容順序進行教學，容易割裂整個知識鏈，學生無法將前后的知識點聯系起來，難以做到融會貫通，也無法靈活地利用所學的有關測試方面的知識搭建測試系統，并對工程實踐中的各類物理量進行測量。

（二）在教學方法方面

目前，“傳感器與工程測試技術基礎”課程以傳統的課堂教學方法為主，任課教師主要采用多媒體等教學手段對教材上的理論知識進行課堂教學，加之教學內容涉及多學科知識，導致學生課堂參與度不高，且由于是選修考核類課程，學生學習主動性相對較差，更多的是被動地接受知識，無法達到培養學生獨立分析問題、解決問題的綜合實踐能力的目標。（三）在教學內容方面

“傳感器與工程測試技術基礎”是一門綜合性極強的課程，涉及大量抽象的數學知識以及機械、電子、控制等多學科理論知識。目前，四川輕化工大學的教學內容過于偏重理論，從而使學生在脫離理論知識應用場景的情況下，被動接受一系列晦澀難懂的理論知識，導致課堂教學枯燥無味，削弱了學生自主學習的積極性，且所涉及的各學科知識缺乏系統化的聯系而各自獨立，無法培養學生綜合分析問題能力及工程實踐能力。這與目前新工科建設所提倡的培養多元化、創新型卓越工程人才的理念格格不入。

（四）在課程考核方面

“傳感器與工程測試技術基礎”課程為機自卓越班的核心選修課程，目前主要按照傳統的考查方式予以考核，考核成績主要由課堂點名、平時作業、期末論文和實驗成績構成。學生普遍認為只需要按照相應考核要求提交各考核部分內容即可獲得較好的分數，而沒有主動深入掌握課程相應知識點。因此，學生在完成課程學習后往往對課程內容沒有任何印象。這種考核方式既無法增強學生的學習積極性，也不利于任課教師評估學生對本課程知識點的掌握情況，難以全面考核學生的綜合實踐應用能力。

三、新工科背景下課程教學方法探索

作者通過對四川輕化工大學教師在講授“傳感器與

工程測試技術基礎”課程的現狀進行分析，根據課程的教學特點和培養目標，對課程進行了以下教學改革。

（一）優化教學內容

傳統的教學內容基本都是按照教材編制目錄，分章節進行講授。由于教材編制的年限或其更新換代時間不夠快，導致教學內容無法緊跟科學前沿，且過于注重理論講授而導致學生缺乏實踐鍛煉機會，難以將理論知識融會貫通。因此，任課教師必須按照專業人才培養方案和教學大綱要求，對“傳感器與工程測試技術基礎”課程的內容進行優化調整，按照數據傳遞方向的內在邏輯關系，構建傳感器與工程測試技術知識體系，并將前沿科技融入課程知識體系中，從而讓學生按照知識體系構建完成課程理論知識的學習，并保障所學知識緊扣科技前沿。同時，為加深學生對理論知識的掌握，鍛煉學生將理論知識應用于實踐工程的能力，任課教師除了講授相關理論知識外，還應帶領學生參觀傳感器實驗室，并開展相應實

驗，詳細了解各類傳感器的構造、工作原理及應用場合，尤其是各類新型傳感器的使用方法。

（二）改革教學模式

傳統的教學過程以任課教師的講授為主，導致學生的參與度不高，學習興趣和學習積極性較低。因此，任課教師對“傳感器與工程測試技術基礎”課程的教學模式進行了改革，運用翻轉課堂的教學模式，按照構建的知識體系將課程知識點切分為若干個板塊，同時將上課學生按照每4～5人一組進行分組，每個小組推薦一名組長，由每個小組負責教授一個對應板塊的知識。小組在講授相應板塊的知識時，需對相應的知識板塊內容進行進一步的切分，由學生負責準備和講授其中的某幾個知識點，即學生必須全部參與并到講臺上講授相應知識點。在每組學生對相應知識板塊講解完成后，由小組成員對講授內容和方法進行自評和互評，最后，任課教師對學生的講授內容和方法進行點評，并再次對重要內容進行講解。

翻轉課堂教學模式讓學生更多地參與到教學過程中，由被動學習改為主動學習和團隊式共同學習，從而激發學生的學習興趣。同時，通過學生自評、互評和教師點評的模式，既可以加深學生對相應知識點的理解，又有助于學生發現自己的不足，從而提高學生的綜合素養。

（三）注重教學實踐

傳統教學模式更多地注重相應理論知識的學習而弱化了教學實踐過程，致使學生實際工程能力較差。因此，任課教師應采用項目式教學方法，增加實踐課程的學時，將任課教師科研項目融入課堂教學，給每個小組指定一個實際工程測試問題，指導學生完成整個測試系統的搭建、測試和優化。任課教師以實際工程測試問題為導向，通過解決科研項目中存在的工程測試問題，培養學生將理論知識應用于實際工程項目中分析與解決問題的能力，從而培養滿足新工科應用需求的應用型人才。

（四）改善考核方式

“傳感器與工程測試技術基礎”課程的傳統考核方式更注重于對形式考核，而對整個知識體系和知識點的掌握情況及學習過程考核的把握不夠準確。因此，任課教師通過認真梳理，雖然沿用以前的課堂點名、平時作業、期末論文和實驗等幾部分考核內容，但對每一部分的考核權重進行了調整，弱化了課堂點名、增強了課程實踐的成績比重。改善傳統考核方式后，更注重考核學生對知識體系的把握和將理論知識應用于解決實際工程問題能力的考核。這種考核方式既能提高學生學習的主動性，又有利于培養學生初步的科研能力，有助于學生繼續深造。

經過實踐，“傳感器與工程測試技術基礎”課程的教

學改革效果明顯。首先，教學內容的優化不僅擴展了學生的視野，還讓課程內容緊跟科技前沿，有助于培養學生探索新知識的能力;其次，教學模式的改革提升了學生對課堂教學的參與度，不僅有助于提高學生的學習興趣，還有助于培養學生的團隊合作精神和解決實際工程問題的能力;最后，通過考核方式的改善，更加全面地考核學生對知識點的把握，有助于培養學生的科研能力。此外，該課程的教學改革也使得任課教師將科研融入教學中，并不斷更新自我認知，真正做到教學相長。因此，“傳感器與工程測試技術基礎”課程改革探索不僅有助于培養新工科

建設要求下的優質應用型人才，而且有助于培養新時代要求的“四有”新青年教師。

參考文獻：

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■ 編輯∕丁俊玲

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