對(duì)分課堂在“傳感器原理與應(yīng)用”課程中的教學(xué)改革探索

胡代弟

鄭州西亞斯學(xué)院電子信息工程學(xué)院 河南新鄭 451150

一、緒論

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展讓學(xué)生獲得知識(shí)的途徑發(fā)生了很大的變化，高等教育領(lǐng)域的教學(xué)方法、教學(xué)手段也都發(fā)生了顛覆式的改變。當(dāng)代的教學(xué)是單一的以教師為主導(dǎo)，以課堂為中心，教師提出問(wèn)題學(xué)生回答的課堂教學(xué)模式，已經(jīng)很難適應(yīng)目前教學(xué)環(huán)境。如何合理地利用各種教學(xué)平臺(tái)和資源，以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性以實(shí)現(xiàn)高效的課堂，解決學(xué)生主要存在的不愿學(xué)、學(xué)不會(huì)、不會(huì)用，但又樂(lè)于接受新事物等問(wèn)題，由此國(guó)內(nèi)外的教師都在孜孜不倦地探索新的教學(xué)模式和教學(xué)方法。

2014年復(fù)旦大學(xué)心理系張學(xué)新教授針對(duì)當(dāng)前高校課堂存在的主要問(wèn)題，結(jié)合講授式課堂與討論式課堂的優(yōu)點(diǎn)，提出了名為“對(duì)分課堂”的教學(xué)新模式。其核心理念是分配一半課堂時(shí)間給教師講授，另一半給學(xué)生討論，并把講授和討論時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，使學(xué)生在課后有一周時(shí)間自主安排學(xué)習(xí)，進(jìn)行個(gè)性化的內(nèi)化吸收。對(duì)分課堂強(qiáng)調(diào)兩個(gè)核心要素：一是把一半課堂時(shí)間分配給教師講授，一半分配給學(xué)生討論；二是把教師講授和學(xué)生討論在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)，讓學(xué)生在中間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化吸收。對(duì)分課堂的出發(fā)點(diǎn)是調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，要讓學(xué)生主動(dòng)參與，教師必須讓出部分課堂時(shí)間，交給學(xué)生掌控、主導(dǎo)，形成師生“對(duì)分”課堂的格局。對(duì)分課堂把教學(xué)刻畫(huà)為在時(shí)間上清晰分離的三個(gè)過(guò)程，分別為講授、內(nèi)化吸收和討論。

二、“傳感器原理與應(yīng)用”課程現(xiàn)狀

“傳感器原理與應(yīng)用”這門(mén)課程是我校自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)大三上學(xué)期開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，本課在自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的課程體系中具有承上啟下的作用。本課程涉及物理、化學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)等多門(mén)學(xué)科知識(shí)的交叉，學(xué)生的先修課程有高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電路基礎(chǔ)、模擬電子、數(shù)字電子、信號(hào)與系統(tǒng)等課程，通過(guò)“傳感器原理與應(yīng)用”課程的學(xué)習(xí)，能了解、熟悉和掌握各種類(lèi)型傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理、技術(shù)及工程應(yīng)用，涉及信息采集、信息處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制等工程方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)提供理論基礎(chǔ)。

目前的課堂教學(xué)仍采用注入式的教學(xué)模式，以教師為主，采用講授式、啟發(fā)式、探究式等方法。為了提高學(xué)生理論和實(shí)踐結(jié)合的能力、實(shí)際的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，2018年在本課程的教學(xué)中實(shí)施《基于Arduino套件的傳感器原理課程教學(xué)改革探索》的教學(xué)改革。通過(guò)教學(xué)改革的實(shí)施，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和實(shí)際的動(dòng)手能力有了一定改善。但是這些教學(xué)模式下，教師關(guān)注的是學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握情況，沒(méi)有足夠重視引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行反思和對(duì)學(xué)習(xí)方法進(jìn)行優(yōu)化，這在一定程度上導(dǎo)致學(xué)生綜合應(yīng)用能力不夠強(qiáng)，對(duì)學(xué)習(xí)方法的掌握欠缺，進(jìn)而學(xué)習(xí)能力有待提高。

針對(duì)以上問(wèn)題，我們提出在“傳感器原理與應(yīng)用”課程中引入對(duì)分課堂的教學(xué)模式。希望通過(guò)課程中引入對(duì)分課堂教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，以學(xué)生為中心，讓學(xué)生主動(dòng)參與課堂，教師把部分課堂時(shí)間交給學(xué)生主導(dǎo)和掌控，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)的知識(shí)內(nèi)化吸收，學(xué)生通過(guò)教學(xué)過(guò)程的實(shí)施最后取得學(xué)習(xí)成果。最終完成體現(xiàn)以學(xué)生為中心，體現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)三個(gè)維度的教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生掌握各種類(lèi)型傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理，具備運(yùn)用傳感器的基本理論對(duì)控制系統(tǒng)中傳感器的各種問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)分析，并得到解決方案的能力，讓學(xué)生能夠分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、理論和實(shí)際結(jié)合；掌握傳感器的工程應(yīng)用，具備通過(guò)文獻(xiàn)研究、分析設(shè)計(jì)、維護(hù)系統(tǒng)的能力，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)溝通、合作精神。讓學(xué)生愿意學(xué)、能學(xué)會(huì)、能運(yùn)用，最終能培養(yǎng)出高素質(zhì)應(yīng)用型的人才。

三、教學(xué)目標(biāo)的調(diào)整

在教學(xué)過(guò)程中，所有的教學(xué)活動(dòng)是以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，并圍繞教學(xué)目標(biāo)而進(jìn)行。設(shè)立教學(xué)目標(biāo)后，學(xué)生通過(guò)教學(xué)過(guò)程的實(shí)施最后取得學(xué)習(xí)成果。因此，首先需要調(diào)整教學(xué)目標(biāo)。設(shè)立體現(xiàn)以學(xué)生為中心，體現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)三個(gè)維度的教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生掌握各種類(lèi)型傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理，具備運(yùn)用傳感器的基本理論對(duì)控制系統(tǒng)中傳感器的各種問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)分析，并得到解決方案的能力，讓學(xué)生能夠分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、理論和實(shí)際結(jié)合；掌握傳感器的工程應(yīng)用，具備通過(guò)文獻(xiàn)研究、分析設(shè)計(jì)、維護(hù)系統(tǒng)的能力，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作精神。根據(jù)培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱的要求，利用超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，建立每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容構(gòu)架，明確每個(gè)章節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)生可通過(guò)自學(xué)和課堂導(dǎo)學(xué)、自主完成項(xiàng)目進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)，并開(kāi)展討論，最終能讓學(xué)生參與、主導(dǎo)課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生愿意學(xué)、學(xué)會(huì)、能運(yùn)用，最終能培養(yǎng)出高素質(zhì)應(yīng)用型的人才。

四、教學(xué)改革方案

本次“傳感器原理與應(yīng)用”課程的改革在我校2019級(jí)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)1班、2班、3班進(jìn)行，在2019級(jí)自動(dòng)化1班、2班實(shí)施對(duì)分課堂教學(xué)模式，在2019級(jí)自動(dòng)化3班實(shí)施傳統(tǒng)的教學(xué)模式。

(一)開(kāi)課前的準(zhǔn)備工作

1.學(xué)生分組

開(kāi)課前和學(xué)生溝通后，班級(jí)的學(xué)生按3人一組自由組合構(gòu)成學(xué)習(xí)小組，每個(gè)學(xué)習(xí)小組采用組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)本學(xué)期本小組的學(xué)習(xí)工作。每小組除了要完成理論課程的學(xué)習(xí)之外，還在本學(xué)期利用課余時(shí)間查閱和課程相關(guān)的資料，要組織至少一次主題討論或知識(shí)分享，完成一個(gè)以上和課程相關(guān)的創(chuàng)新項(xiàng)目，并進(jìn)行講解和項(xiàng)目展示。小組分組情況如表1所示。

表1 小組分組情況

2.在超星學(xué)習(xí)通系統(tǒng)發(fā)布自學(xué)資料

依托于超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，從2018年開(kāi)始，“傳感器原理與應(yīng)用”課程采用了線上線下結(jié)合的混合式教學(xué)模式。平臺(tái)中提供學(xué)習(xí)視頻、PPT、課程拓展的鏈接等學(xué)習(xí)資料，以保證學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自主的學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)通系統(tǒng)發(fā)布教師自行研發(fā)的傳感器開(kāi)發(fā)板全套資料、課程項(xiàng)目資料、自學(xué)視頻等內(nèi)容。課程資源情況如表2所示。

表2 課程資源情況

(二)課堂教學(xué)

課堂教學(xué)是教學(xué)中最重要的環(huán)節(jié)之一，對(duì)分課堂改革中課堂涉及教師講授和學(xué)生討論兩大部分。要達(dá)到好的教學(xué)效果，在教學(xué)過(guò)程中如何能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性并保持學(xué)習(xí)興趣讓學(xué)生想學(xué)是關(guān)鍵。以學(xué)生為中心，從教學(xué)內(nèi)容的安排和學(xué)生對(duì)課程的參與度兩方面著手。

1.教師教學(xué)內(nèi)容的安排

本課程原來(lái)的教學(xué)中以各種類(lèi)型傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理和測(cè)量電路為主，弱化了實(shí)際工程應(yīng)用。但是這些內(nèi)容比較抽象，對(duì)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)傳感器的同學(xué)來(lái)說(shuō)很難想象其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原過(guò)程，以及分析復(fù)雜的測(cè)量電路相關(guān)的知識(shí)。故調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的安排，采用倒敘的方法，先采用一些先進(jìn)的傳感器技術(shù)應(yīng)用作為課程導(dǎo)入，以吸引學(xué)生的注意力，讓其想要去了解其結(jié)構(gòu)和工作原理。例如，應(yīng)變式傳感器這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，可以先通過(guò)學(xué)生都熟悉的電子秤為例，讓學(xué)生通過(guò)自己的親身經(jīng)歷思考如何把重量變?yōu)殡娦盘?hào)這一物理量到電量的變換過(guò)程，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，然后對(duì)其結(jié)果、工作原理、測(cè)量電路進(jìn)行分析，最后留給學(xué)生思考如何自己來(lái)制作一個(gè)數(shù)字電子秤。只有使課程內(nèi)容豐富、緊跟時(shí)代發(fā)展，知識(shí)不落伍，學(xué)生才能更有興趣學(xué)習(xí)下去。

2.學(xué)生的參與課堂的安排

課堂中對(duì)學(xué)生的參與措施如下：

(1)課前，針對(duì)所有班級(jí)成員，在超星學(xué)習(xí)通系統(tǒng)發(fā)布選擇題和問(wèn)卷調(diào)查的課前測(cè)，了解學(xué)生的知識(shí)水平。提前一周給3～5小組的學(xué)生分別布置一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的任務(wù)，讓其通過(guò)學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)資源的學(xué)習(xí)和查資料的方式學(xué)習(xí)后，完成一個(gè)PPT的制作和5～10分鐘的微課程內(nèi)容的講解。根據(jù)課程安排完成相關(guān)章節(jié)、相關(guān)項(xiàng)目的小組準(zhǔn)備項(xiàng)目實(shí)物演示和PPT制作。

(2)課中，對(duì)分課堂學(xué)生講解三結(jié)合。對(duì)知識(shí)點(diǎn)講解的小組根據(jù)自己做的PPT和微課內(nèi)容進(jìn)行講解；有項(xiàng)目展示的小組進(jìn)行項(xiàng)目展示和講解；講解完畢后采用學(xué)習(xí)通進(jìn)行討論、每組提交所學(xué)內(nèi)容的思維導(dǎo)圖、采用小組項(xiàng)目互評(píng)等模式。

(三)學(xué)生內(nèi)化吸收

學(xué)生對(duì)知識(shí)的內(nèi)化吸收，除了在超星學(xué)習(xí)通進(jìn)行視頻的學(xué)習(xí)，最重要的途徑是利用第二課堂理論和實(shí)踐結(jié)合實(shí)現(xiàn)。學(xué)生可以把理論和實(shí)踐結(jié)合，讓學(xué)生學(xué)會(huì)并會(huì)用。由于理論的課堂受到時(shí)間和空間的限制，學(xué)生要想完全掌握還需要有一個(gè)過(guò)程，所以可以充分地利用第二課堂把理論和實(shí)踐相結(jié)合完成項(xiàng)目后，在課堂上展示。項(xiàng)目?jī)?nèi)容如表3所示。

表3 學(xué)生各組完成項(xiàng)目

1.第二課堂理論和實(shí)踐結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)施方法

在第二課堂中，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)水平，分層次通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的結(jié)合完成項(xiàng)目：

(1)沒(méi)有任何項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，可采用開(kāi)源的Arduino傳感器套件完成項(xiàng)目，以減少硬件的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試等帶來(lái)的問(wèn)題，節(jié)省項(xiàng)目時(shí)間，以達(dá)到對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)、應(yīng)用的目的。

(2)參與過(guò)項(xiàng)目并且對(duì)項(xiàng)目流程很熟練的學(xué)生，根據(jù)教師提供的課程項(xiàng)目資料，完成硬件和軟件的設(shè)計(jì)及制作，以達(dá)到對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)、綜合應(yīng)用及理論與實(shí)際結(jié)合的目的，培養(yǎng)學(xué)生具備簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。

(3)能熟練完成項(xiàng)目的學(xué)生，可以根據(jù)自己的興趣完成創(chuàng)新項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)、綜合應(yīng)用及理論和實(shí)際結(jié)合，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生具有復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

2.第二課堂理論和實(shí)踐結(jié)合項(xiàng)目的管理方法

在第二課堂中對(duì)項(xiàng)目的管理由教師、助教團(tuán)隊(duì)共同指導(dǎo)，助教團(tuán)隊(duì)一般3～5人，在各小組實(shí)施項(xiàng)目的過(guò)程中，如遇到小組長(zhǎng)解決不了的問(wèn)題，就可以通過(guò)助教團(tuán)隊(duì)或者教師進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。

3.第二課堂的其他措施

第二課堂除了學(xué)生完成項(xiàng)目之外，還開(kāi)展以下活動(dòng)：

(1)課程討論，每周三晚上7點(diǎn)到8點(diǎn)輪流安排一個(gè)小組組織同學(xué)在學(xué)習(xí)通發(fā)起線上討論。組織本周討論的小組提前一周根據(jù)查資料的情況，確定談?wù)擃}目，并設(shè)計(jì)線上活動(dòng)的流程。討論以當(dāng)前的傳感器的新技術(shù)、新理論、新工藝及一些典型的應(yīng)用為主，通過(guò)討論，可以拓展學(xué)生的知識(shí)面，鍛煉學(xué)生組織活動(dòng)的能力和團(tuán)隊(duì)合作的能力。

(2)參與學(xué)校的專(zhuān)業(yè)競(jìng)賽，如PLC大賽、機(jī)器人大賽等專(zhuān)業(yè)賽事。

五、課程考核與評(píng)價(jià)

本課程考核學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)充分的體現(xiàn)學(xué)習(xí)的過(guò)程性評(píng)價(jià)，如表4所示：

表4 課程評(píng)價(jià)表

學(xué)生期末成績(jī)分?jǐn)?shù)分布情況表如表5所示：

表5 學(xué)生期末成績(jī)分布情況表

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在“傳感器原理與應(yīng)用”課程中開(kāi)展對(duì)分課堂的課程教學(xué)模式的創(chuàng)新性改革，不但完善了教學(xué)內(nèi)容，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，拓展了學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、自學(xué)能力，而且通過(guò)實(shí)施對(duì)分課堂教學(xué)改革的2019級(jí)自動(dòng)化1班、2班和未實(shí)施對(duì)分課堂教學(xué)的2019級(jí)自動(dòng)化3班的最后期末成績(jī)對(duì)比可知，對(duì)分課堂的實(shí)施也有利于學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)知識(shí)的掌握。對(duì)分課堂的實(shí)施從知識(shí)、能力、素質(zhì)三個(gè)維度實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)。