研究生專業課程“現代傳感與檢測技術”教學改革探索

吳才章，趙志科

（河南工業大學電氣工程學院 河南 鄭州 450001）

現代傳感與檢測技術是自動化和信息化的基礎與前提，在生產、科研、試驗及服務等領域得到了廣泛應用，也是儀器強國的重要技術因素[1-3]。河南工業大學（以下簡稱“我校”）為控制科學與工程學碩、電子信息專碩研究生開設了現代傳感與檢測技術課程，其教學內容涉及各種先進傳感器技術和現代檢測技術的融合創新與技術應用，目的是使研究生全面了解現代檢測系統的特點和組成，掌握基于先進傳感器的現代檢測技術。基于上述目的，我們對現代傳感與檢測技術這門課程進行全方位的審視，將教學的重點更多地放在傳感器設計方法與實現、多傳感器融合應用等領域。通過討論式教學、實驗教學、案例式等方式，學生可以深入了解傳感器的工作原理，并了解其在實際應用中的使用場景，提高學生的實踐應用能力。通過引導學生參與課程設計、開展科研活動等方式，提高學生的創新意識和解決問題的能力[4-6]。在這樣的背景下，課程教學改革的必要性顯而易見。

1 “現代傳感檢測技術”課程建設中存在的問題

1.1 過于偏重傳感器原理介紹，工程應用介紹得不深入

過于重視傳感器原理介紹，造成了與本科階段傳感器類課程內容交叉重復偏多，教學內容不集中，研究性教學內容不足，深入性不夠。此外，在目前的課程教學中，傳感檢測技術的理論知識和實踐操作相對獨立，缺乏完整系統的實戰體驗。這導致學生在學習過程中難以將所學知識與實際應用場景結合起來，從而無法全面掌握傳感檢測技術的工作原理及其在實踐中的應用。在傳感檢測技術領域，行業實踐經驗對于學習者的成長非常重要。然而，在目前的課程設計中，缺乏與相關企業合作、開展真實場景實踐的機會，這使得學生對傳感檢測技術的學習仍停留在理論了解層面，缺乏對該領域的深入了解和認知，無法在實踐中進行有效的交流和應用。

1.2 教學內容更新不及時，缺乏傳感器最新研究成果介紹

現代傳感與檢測技術的研究與應用發展迅速，新技術、新產品不斷涌現。然而，在當前的課程設計中，很少涉及最新的研究進展和行業趨勢，這使得學生的知識體系相對滯后，不能及時了解到最新的技術動態和應用情況。課程建設的必要性在于更新課程內容，關注最新的研究進展和行業趨勢，使學生具備前瞻性思維能力和市場敏感度。

1.3 教學方法拘泥于傳統課堂講授，研究性教學開展不夠

在現代傳感與檢測技術的教學中，教學方法單一，多數情況下只采用知識點講解和實驗操作等傳統教學方式。這種教學方式往往不能滿足學生個性化的學習需求，也難以激發學生的學習興趣和創新能力。缺乏研究生培養所需的研究性教學方法應用，不能通過課程教學來有效提升研究生的科研素質。

1.4 教學手段單一，信息化手段利用不足

現代傳感與檢測技術課程具備與數字化教學結合的優勢，但在實際教學中線上線下教學、虛擬仿真、數據可視化技術手段的應用嚴重不足，致使學生僅能通過課堂教學與任課教師進行交流討論，可供學生自主學習的資源有限，缺乏數字化信息化帶來的沉浸式教學，對學生學習興趣的激發不足，缺乏對學生專業能力提升的指引。

綜上，現代傳感與檢測技術課程存在著理論與實踐相對脫節、缺乏最新研究進展、實驗設備單一陳舊、教學方法不夠多樣化以及缺乏行業實踐機會等問題。這些問題的存在需要我們對課程設計進行改革和創新，以提高學生的應用能力和競爭力。

2 課程教學改革的主要措施

2.1 教學內容改革

2.1.1 理論教學

“現代傳感與檢測技術”教學內容的組織既要具有一定的系統性、學術性和實用性，又要具有新穎性和前沿性。以河南工業大學電氣工程學院課程建設為例，課程以先進的光電檢測技術為主要內容，涵蓋了光電檢測的最新前沿技術，譬如光電倍增管、激光測量、光纖、光柵光譜測量、微流控測量技術等，這些內容充分反映了當代國內外傳感檢測技術的最新發展、科研成果和最新應用，既實現了與傳統電類傳感器原理課程的有效銜接和差異性，又保證了知識的深度和廣度，并能突出教學內容的先進性。因此，在理論教學中，教師應注重基礎知識的講解，例如傳感器的種類、工作原理、信號處理等。同時，應緊密結合實例，闡述傳感檢測技術在實際應用中的重要性和局限性。此外，應引導學生關注傳感檢測技術的最新發展，根據當前傳感器與檢測技術的最新發展動態，實時更新課程教學內容，開闊視野，了解行業趨勢。

2.1.2 實驗教學

在現代傳感與檢測技術課程教學中，實驗教學是最為重要的環節之一。在實驗教學中，應以實際應用為目標，著重培養學生的實際操作能力。首先，教師應引導學生深入理解各種傳感器的原理、特點和適用范圍。接著應設置多個實驗項目，以涵蓋不同的應用領域，例如工業、醫療、環境保護等。通過實驗，學生可以親自操控傳感器設備，了解各個參數的測量方法以及相關數據的處理方法，使學生系統地掌握傳感檢測技術的應用場景。

以河南工業大學電氣工程學院課程建設為例，本課程結合大量的實際科研項目案例，逐步引導發學生研究工程問題的科學屬性，從實際工程問題中找出規律，找到解決問題的方法和步驟，并形成系統的解決方案。課程內容的三分之一來自相關課程教師承擔的各級各類科研課題。譬如現代檢測系統一講中，以油脂精煉生產線智能監控系統為例進行內容講授，該項目獲得2009 年河南省科技進步二等獎；光電檢測強度篇一講中，以基于光電倍增管的小麥超弱發光檢測系統為例進行講解，該項目是2011 年國家自然科學基金面上項目；光電檢測相位篇一講中，以基于激光測距傳感器的便攜式糧食數量檢測儀設計為例進行內容講授，該項目是中儲糧2015 年的重大科技攻關項目，獲得河南省教育廳科技成果一等獎、河南省科技進步三等獎；在光電檢測微納傳感技術一講中，以基于光纖微流控的儲糧真菌毒素檢測方法研究為例進行內容講授，該項目是2018 年河南省科技攻關項目。這樣既培養了學生的工程實踐能力，又提升了學生的科研能力，讓學生在思考探索過程中學習新知識，課堂氛圍和學習的興趣也得到了極大的提升。

2.1.3 課程設計

課程設計是學生獨立開展課程相關內容研究實踐的主要途徑。在現代傳感與檢測技術課程設計中，應著眼于提高學生的創新精神和實際應用能力。鼓勵學生參與課程設計，自主選擇傳感檢測項目，并在教師的指導下，從方案設計、實驗操作到結果分析，全方位鍛煉學生的科研能力。

2.2 教學手段改革

2.2.1 線上線下教學相結合

傳感檢測技術是一門實踐性非常強的學科，因此應注重實驗教學。然而，僅靠實驗教學無法使學生完全掌握該領域知識。因此，應采用線上線下相結合的教學手段，如在線資源建設、微課視頻建設、實施翻轉課堂教學模式等，線上線下混合的教學模式可以實現課堂的拓展延伸，逐層深入的“問題式”“探究式”等教學方式有利于培養學生的分析、推理、應用和評估等高階思維能力。而且教師在線上平臺上發布相關教材、課件和視頻講解，使學生可以隨時、隨地進行學習。學生明確學習目標后線上自學，教師通過線上測試了解學生的掌握情況，指導后續教學安排。線下重在培養學生的工程實踐能力、創新能力。采用“科研項目案例式”教學方式，幫助學生把握工程問題切入點，以完成引領探究。開展課堂分組討論等多樣化的教學活動，增加學生學習熱情，激發學生潛能，培養學生運用理論知識解決實際工程問題的能力。

2.2.2 研究性與創新性教學相結合

針對傳感檢測技術這一領域的特點，應采用創新教學手段，例如虛擬仿真、數據可視化、案例分析等。其中，虛擬仿真可以讓學生在模擬環境中體驗各種傳感器設備的工作原理和參數測量方法，加深對于相關知識的理解；而案例分析則可以將理論知識與實際應用相結合，幫助學生更好地掌握該領域的核心概念。同時，加強討論式、自主式教學方法的靈活應用，將科研成果和新技術以專題形式引入課堂教學，使課堂教學與科研實際有機結合，強化學生對傳感器與檢測技術在工程實踐中應用的認識，提升學生的工程實踐能力、科研能力和創新能力。

2.2.3 課程實踐與產學研協同育人相結合

依托河南省計量科學研究院、新天科技、漢威科技等產學研實踐基地，圍繞現代傳感與檢測技術課程實踐內容，開展真實場景實踐，為學生提供更多的實踐機會和資源，幫助學生更好地認識傳感檢測技術在實際工作中的應用，以提高學生的實踐操作能力和對行業的認知。

2.2.4 課程評價和反饋相結合

建立有效的課程評價和反饋機制，利用好學習通線上反饋平臺，及時了解學生的學習情況和需求，改進教學方法和課程內容。以課堂匯報、課程論文為主開展課程考核，通過學生互評和教師點評的方式，讓學生及時了解當前的不足。結課后，將優秀學生設計選入課程項目資源庫，對課程目標達成情況進行分析，總結教學過程中的問題，并制訂針對性的教學改進措施。

通過上述教學改革方案，使學生通過本課程的學習，能系統地了解現代傳感的主要發展方向和類型、掌握光電傳感器的基本理論、關鍵技術和主要應用特點；掌握現代檢測技術的發展趨勢和現代檢測系統的組成和結構，深刻體會傳感器在檢測系統和控制系統的作用和地位，能夠在將來科研過程中學會各種先進傳感器的選擇、使用和設計等，特別是較全面地掌握光電傳感器的原理、設計以及應用，對現代傳感器的設計有更深層次的認識，培養學生科學的思維方式和分析問題、研究問題的能力，培養學生理論聯系實際和實踐動手的能力，并為以后的科研工作打下堅實基礎。滿足產業對于傳感檢測技術人才的需求，為該領域的發展做出更大的貢獻。

3 結語

經過三年的課程建設與實踐，從優化課程內容、強化學生實踐操作能力、更新研究進展、強化數字化技術應用、培養學生創新精神出發，本教學團隊建立了現代傳感與檢測技術課程教學內容更新機制，搭建了線上教學資源共享平臺，形成了較為完善的課程研究性教學體系與實施方案。課程改革實踐結果表明，課程改革后研究生參與課程教學的積極性與課程目標達成度都得到了顯著提升，現代傳感與檢測技術課程對研究生科研創新能力的支撐得到了顯著加強。