應用型高校“傳感器與檢測技術(shù)”課程教學模式探究與實踐

張培

［摘 要］ 依據(jù)應用型本科人才培養(yǎng)目標定位，針對“傳感器與檢測技術(shù)”課程傳統(tǒng)教學中存在的問題，形成了“夯實應用、強化實踐、項目引領(lǐng)、虛實結(jié)合、突出創(chuàng)新”的教學理念，創(chuàng)新性地提出了“求真務實、知行合一”的探究式教學模式，推進教學體系、教學內(nèi)容、教學資源、教學方法和考核方式的深層次改革。教學實踐表明，以學生為中心組織開展教學活動，在實現(xiàn)師生、生生良性互動的同時，提高了學生的解決問題能力和創(chuàng)新應用能力，學生成績和課堂滿意度均有明顯提升。

［關(guān)鍵詞］ 應用型本科；傳感器與檢測技術(shù)；教學體系；教學模式；評價方式

［基金項目］ 2021年度天津市教育委員會天津市一流本科建設課程“傳感器與檢測技術(shù)”

［作者簡介］ 張 培（1984—），女，河北容城人，碩士，天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院副教授，主要從事傳感器與檢測技術(shù)研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）26-0128-04［收稿日期］ 2022-05-25

國務院正式發(fā)布的《國家職業(yè)教育改革實施方案》中明確指出：“到2022年，一大批普通本科高等學校向應用型轉(zhuǎn)變。”［1］在應用型本科建設大背景下，針對應用型本科人才培養(yǎng)目標定位，科學構(gòu)建符合應用型本科人才培養(yǎng)規(guī)律的教學模式顯得尤為重要［2-4］。“工業(yè)4.0”“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”等發(fā)展戰(zhàn)略正前所未有地推動信息化和工業(yè)化深度融合，傳感器與檢測技術(shù)位于信息鏈之首，是泛在感知、智能制造等的基石，被賦予新的、更加偉大的歷史使命。與此同時，也對“傳感器與檢測技術(shù)”課程的人才培養(yǎng)目標、內(nèi)容和方法提出了與時俱進的新要求［5］。本文以天津中德應用技術(shù)大學機械工程學院天津市一流本科建設課程“傳感器與檢測技術(shù)”為例，以傳感器理論知識為主線、以驗證性實驗為基礎(chǔ)、以基于Arduino的實踐應用為拓展、以移動端增強現(xiàn)實（AAR）技術(shù)為依托、以提升學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標，探索教學目標高階、教學內(nèi)容前沿、教學方法先進、考核方式健全、教學成果卓越、教學質(zhì)量優(yōu)秀的具有鮮明應用型本科專業(yè)人才培養(yǎng)特色的“傳感器與檢測技術(shù)”課程。

一、傳統(tǒng)“傳感器與檢測技術(shù)”課程存在的問題

（一）就課程而言，多科綜合，知識繁雜

“傳感器與檢測技術(shù)”是一門多學科交叉而成的專業(yè)課程，理論知識點繁雜、枯燥，導致學生出現(xiàn)畏難情緒和倦怠心理。與此同時，作為機電類專業(yè)必修課，閉卷考試是必不可少的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的考核評價方式主要是以試卷考試為主，以適量的課后作業(yè)練習為輔。在這樣的考核評價方式下，學生大多重理論而輕實踐，對傳感器的認識基本上停留在相對空洞的理論知識上，不符合應用型人才的培養(yǎng)目標［6-10］。

（二）就教師而言，反饋滯后，學情難以把握

在傳統(tǒng)教學模式中，以教師講解傳感器工作原理和測量電路的理論知識為主，且多為合班教學，師生、生生之間的良性互動和交流很少，學生坐在大教室的座位上被動聽課，對課堂教學的參與度不高。與此同時，缺乏教學效果反饋，教師往往不知道學生聽懂了多少，單一的教授過程導致學生學習積極性和主動性降低，學習體驗差［9］。

（三）就學生而言，學難致用，缺乏創(chuàng)新

“傳感器與檢測技術(shù)”課程實驗教學環(huán)節(jié)多以驗證性實驗為主，且實驗設備集成度較高，多被設計成模塊化的實驗箱，學生做實驗的過程中只需要簡單地接線和體驗式地使用傳感器測量相對簡單的數(shù)據(jù)，缺乏創(chuàng)新性，無法激發(fā)學生的興趣和熱情［6-8，10］。

二、形成教學理念，重構(gòu)教學體系

“傳感器與檢測技術(shù)”課程堅持以本為本，以探索適合應用型本科人才培養(yǎng)的教學方法為核心，以高水平教學團隊為建設保障，以培養(yǎng)“重實踐、強基礎(chǔ)、校企化、國際化、復合型”專業(yè)人才為目標，形成“夯實應用、強化實踐、項目引領(lǐng)、虛實結(jié)合、突出創(chuàng)新”的教學理念。

（一）以培養(yǎng)應用型本科人才為導向，制定教學目標

依據(jù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》，結(jié)合天津中德應用技術(shù)大學應用型本科專業(yè)人才培養(yǎng)特色和學情，“傳感器與檢測技術(shù)”課程教學目標為通過任務引領(lǐng)、“理論+實驗+實踐”并重、虛實結(jié)合、以學生為中心的教學活動，使學生掌握傳感器的工作原理、基本特性、測量電路及應用發(fā)展，熟悉非電量測量的基本知識、檢測方法及誤差處理方法，并通過典型的、趣味的傳感器創(chuàng)新設計與制作，加深學生對傳感器選型、應用等方面技能的培養(yǎng)，同時培養(yǎng)學生精誠合作、與人溝通、解決問題的能力和革故鼎新的價值追求。

（二）以理論實驗實踐并重為目標，重構(gòu)教學體系

在教學內(nèi)容上打破傳統(tǒng)的以傳感器的物理原理為主線、平鋪直敘枯燥的理論講解，以被感知被測量物理量為主線，重構(gòu)教學體系，基于Arduino開源開發(fā)板，設計制作了7個教學項目、10個傳感器裝置，重新梳理教學內(nèi)容，使其更適合應用型本科人才培養(yǎng)。

“傳感器與檢測技術(shù)”課程共計48學時，其中理論32學時，實驗16學時，另含16學時的自主學習學時。利用自主學習學時，將理論知識學習延伸至課前，延長課中實驗學時，并增加實踐教學環(huán)節(jié)。具體教學內(nèi)容及學時安排如表1所示。從工程實際應用出發(fā)，在學生完成傳感器驗證性實驗、掌握傳感器性能指標的基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于Arduino開源開發(fā)板的創(chuàng)新應用實踐環(huán)節(jié)，學生通過創(chuàng)新設計、硬件連接、軟件編程，實現(xiàn)傳感器的工程應用，提高其解決問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新應用思維。

三、自制教學資源，豐富教學環(huán)境

（一）自制貼合教學內(nèi)容的教學資源，提高學生解決問題的能力

在選用“十三五”高等教育規(guī)劃教材的基礎(chǔ)上，配合貼近教學內(nèi)容的自制的校本教材、實驗報告、實踐報告、工作任務單、任務評價表，提高學生分析問題、解決問題的能力。自制“傳感器創(chuàng)新綜合實踐套箱”，學生通過創(chuàng)新設計、硬件連接、軟件編程，自主設計制作傳感器裝置，實現(xiàn)傳感器的工程應用，符合應用型本科人才培養(yǎng)目標。

自制AR教學資源，將“AR+教育”落地高等教育。虛實結(jié)合的教學手段，一方面可以有效降低由于學生誤操作引起的設備損壞，另一方面為實驗、實踐課程線上教學保駕護航。

（二）以學生主體地位為引領(lǐng)，豐富教學環(huán)境

采用小班教學，將課程所在機電檢測技術(shù)實驗室有機分為理論實踐區(qū)和驗證實驗區(qū)。理論實踐區(qū)有滿足小組探究、團隊合作的教學島、平板電腦，有滿足師生、生生有效互動的雙電子屏，有滿足實踐教學所需的自制教學儀器設備“傳感器創(chuàng)新綜合實踐套箱”6臺套；驗證實驗區(qū)包含“傳感器實驗臺”和計算機各10臺套，學生上課自帶筆記本電腦和手機，打造“理論+實驗+實踐”一體化智慧課堂，體現(xiàn)學生主體地位，提升教學效果。

與此同時，對實驗室進行思政教育文化氛圍布置，努力創(chuàng)設體現(xiàn)社會主義核心價值觀和理想信念的軟硬環(huán)境，潤物無聲地影響學生，提高大學生思想政治教育的教學效果。

四、創(chuàng)新教學模式，優(yōu)化評價體系

（一）構(gòu)建“求真務實、知行合一”探究式教學模式，引導學生自主學習

構(gòu)建自主“求”知、創(chuàng)設“真”境、曉“務”原理、探究“實”驗、實踐“知”徑、眾“行”悉用、多元“合”評、“一”隅三反的“求真務實、知行合一”探究式教學模式，采用基于問題導向、學生中心的PBL（Problem-based Learning）教學方法，將教學過程分為課前、課中、課后三個階段，引導學生自主學習、合作學習，突破教學中的重點和難點。以項目三“距離”中的任務一“超聲波測距儀”為例，具體闡述“求真務實、知行合一”探究式教學模式的教學過程。

在課前自主求知環(huán)節(jié)，教師將理論微課超聲波的基本概念及特性、超聲波傳感器的工作原理、授課課件、實驗報告、實踐報告、工作任務單、任務評價表上傳至藍墨云班課教學平臺，將理論知識的學習延伸至課前，學生利用碎片化時間完成理論知識的學習，并完成自測題。與此同時，教師根據(jù)學生完成情況分析總結(jié)出共性問題，對學生理論知識的掌握情況做到心中有數(shù)。

在課堂實施階段的創(chuàng)設“真”境環(huán)節(jié)，教師通過播放任務導入動畫“蝙蝠”，學生明確了任務目標，以目標、結(jié)果為導向，自主探尋方法和路徑。

在曉“務”原理環(huán)節(jié)，教師利用動畫、AR等信息化教學手段激發(fā)學生的學習興趣，解答共性問題，隨后發(fā)布在線自測題，學生完成在線自測題鞏固知識難點。通過課前自主求知、課中曉“務”原理這兩個教學環(huán)節(jié)，利用AR、動畫等教學資源來解決課程維度的教學痛點。

在探究實驗環(huán)節(jié)，教師和學生移動到實驗室的驗證實驗區(qū)，教師發(fā)布驗證性實驗任務超聲波傳感器測距離。學生以小組為單位，根據(jù)實驗報告，完成試驗臺硬件連接，填寫實驗報告，上傳至教學平臺，隨后在教師的引導下進行硬件連接結(jié)果的分享。教師點評后，與分享學生一起檢查其他小組硬件連接情況，避免設備損壞。學生完成驗證性實驗，處理實驗數(shù)據(jù)、分析傳感器性能指標，填寫實驗報告，上傳至教學平臺，隨后在教師的引導下，再次完成實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理分享。最后，學生在教師的引導下根據(jù)實驗完成情況及填報分享情況在教學平臺上完成本環(huán)節(jié)自評、互評，并完成實驗設備的整理。

在實踐知徑環(huán)節(jié)，教師和學生移動到實驗室的理論實踐區(qū)，教師發(fā)布創(chuàng)新應用實踐任務超聲波測距儀及倒車雷達的制作，學生通過自制教學儀器設備傳感器創(chuàng)新綜合實踐套箱完成創(chuàng)新應用實踐環(huán)節(jié)。學生首先利用AR游戲，掌握傳感器硬件連接方法，避免造成器件損壞。教師通過投屏軟件向?qū)W生演示基本任務超聲波測距儀的實現(xiàn)方法。學生自主完成創(chuàng)新任務倒車雷達的硬件連接和軟件編程邏輯流程圖，填寫實踐報告，上傳至教學平臺，在教師的引導下進行硬件連接的分享，并通過頭腦風暴，完善項目設計。隨后學生完成創(chuàng)新實踐項目整體調(diào)試，錄制視頻，上傳至教學平臺。最后，學生在教師的引導下根據(jù)硬件選型、軟件編程、整體調(diào)試情況在教學平臺上完成本環(huán)節(jié)自評、互評。

在眾行悉用環(huán)節(jié)，學生以小組為單位，通過網(wǎng)絡搜索的方式找到超聲波傳感器的前沿應用，制作PPT，上傳至教學平臺，并在教師的引導下進行分享。過程中教師點評，引出課程思政點“大國工匠精神”。學生在教師的引導下根據(jù)制作分享情況在教學平臺上完成本環(huán)節(jié)自評、互評。

在多元合評環(huán)節(jié)，教師根據(jù)教學平臺數(shù)據(jù)實時總結(jié)本任務完成情況。

（二）搭建“N+1”考核評價方式，實現(xiàn)過程化、多元化考核評價體系

搭建過程化、多元化考核評價體系，客觀全面地幫助學生提高創(chuàng)新應用能力。將學生的自主學習能力、團隊合作能力、語言表達能力、動手實踐能力、解決問題能力等都納入評價，貫穿課程教學的整個過程，避免一試定成績的局面。

“傳感器與檢測技術(shù)”課程采用“N+1”考核方式。“N”是指過程考核，按照“求真務實、知行合一”教學環(huán)節(jié)，根據(jù)資源觀看、在線測試、報告填寫、團隊分享、課后作業(yè)等完成情況進行賦分，包含教師評價、組內(nèi)自評、組間互評等多種評價方式，全過程通過教學平臺采集，及時反饋；“1”是指閉卷考試。考核評價方式如表2所示。

通過重構(gòu)教學體系、整合教學目標、創(chuàng)新教學模式、制作教學資源、設計教學環(huán)境、搭建評價方式進行教學改革的“傳感器與檢測技術(shù)”課程，在2018級機械電子工程專業(yè)1—5班及2019級機械電子工程1—4班，共計296人中進行了實踐教學。教學實踐證明，基于學情分析的教學目標、“理論+實驗+實踐”并重的教學內(nèi)容、緊密貼合教學內(nèi)容的自制教學資源、“求真務實、知行合一”的混合式教學模式、以學生為中心結(jié)合信息化教學手段的教學活動、過程化多元化實時反饋的“N+1”評價方式，讓每個學生在掌握知識、技能的同時，獲得成就感、增強使命感、提升責任感。與傳統(tǒng)教學模式相比，學生的學習興趣、學習成績均有明顯提升。

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Exploration and Practice on Teaching Mode of the Sensors and Detection Technology Course in Applied Universities

ZHANG Pei

（School of Mechanical Engineering， Tianjin Sino-German University of Applied Sciences，

Tianjin 300350， China）

Abstract： Based on talents training target positioning of applied undergraduates， according to the problems existing in traditional teaching of sensors and detection technology course， the teaching concept of “Consolidating Application， Strengthening Practice， Project Leading， Virtual and Real Combining， Highlighting Innovation” is formed， and the inquiry-based teaching mode of “Seeking Truth and Being Pragmatic， Combining Knowledge and Action” is innovatively proposed， which is to promote the in-depth reformation of teaching system， teaching contents， teaching resources， teaching methods and assessment methods. The teaching practice shows that student-centered teaching activities can achieve positive interaction between teachers and students， and at the same time， improve students problem-solving and innovative application ability， and students performance and satisfaction degree of teaching are greatly improved.

Key words： applied universities; Sensors and Detection Technology; teaching system; teaching mode; assessment method