工程教育專業認證下的傳感器課程教學改革

摘要：工程教育專業認證是提升理工科學生培養質量的重要抓手，本文針對傳感器與檢測技術課程教育教學過程中存在的問題進行了探析，在工程教育專業認證的框架下，以制定新的課程教學改革方案、明確課程培養目標、優化教學計劃、調整教學內容體系、教學方法改革、課程與課外實踐有機融合、細化課程考核方式、引入思政元素等方面開展教學改革與實踐，著力提高理工科人才培養質量。

關鍵詞：工程教育專業認證；傳感器與檢測技術；教學改革

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.16.091

0引言

1989年由美國、英國、加拿大等6個國家發起并簽訂了《華盛頓協議》，旨在建立通用的本科工程教育學位互認協議，2016年我國正式成為該協議成員國，這是我國高等教育發展的里程碑。傳統的工程教育更加注重畢業生的工程知識，而對學生的能力培養、工程倫理等方面缺乏關注，而《華盛頓協議》體系有兩個突出特點，一是“以學生為本”，著重基于學生學習結果的標準；二是用戶參與認證評估，強調工業界與教育界的有效對接，著重強調學生能力的培養，為我國制造業轉型升級提供源源不斷的人才。因此以工程教育加入《華盛頓協議》為契機，并基于其標準開展教學理念轉變、教學設計改造成為了高校教學改革的一大重要研究內容。

傳感器是獲取信息的源頭，傳感器位于研究對象與測控系統之間，是感知、獲取與檢測信息的媒介，在眾多領域得到了廣泛的應用。以物聯網為典型代表的第三次信息化浪潮推動著傳感器課程建設迅速向前發展，同時也對傳感器相關課程的教學質量提出了新的挑戰。

傳感器主要將各種物理量、化學量和生物量等非電量信號轉變為電信號，從而實現非電量的對象的自動測量、信息處理和自動控制，因此傳感器教學不僅要幫助學生掌握各類傳感器的結構、原理及其性能指標，還要拓展學生相關電路知識以能滿足信號處理、顯示和控制的要求。根據上述要求可知傳感器教學具有以下特點：

（1）涉及學科領域廣泛，傳感器技術涉及電工、電子、檢測、數據處理等諸多領域，且檢測系統通常需要軟硬件相結合；

（2）對基礎要求較高，在學習本門課程前，學生應基本掌握普通物理、電路基礎、模擬電子技術、數字電子技術、單片機原理與應用等課程相關知識；

（3）實踐應用較多，除了理論學習外，學生還應通過實驗掌握各類典型傳感器的基本原理和應用場合，掌握常用測量儀器的工作原理和工作性能，能夠合理選用測量儀器和測量電路，根據測量要求設計各類測量系統，對測量結果進行誤差分析和數據處理等，達到理論與實踐的統一。

1傳感器課程教學過程中存在問題

教師在以往傳感器課程講解過程中很難使得學生理論聯系實際，容易讓課堂氣氛較為沉悶，不易引起同學的學習熱情。相較于工程教育專業認證對于課程教學的要求，傳統的教學模式仍存在以下顯著問題。

1.1教學培養目標設置不合理，脫離就業崗位要求

長期以來傳感器與檢測技術課程的教學培養目標設定為教授學生理論知識，尤其是在“考研熱”的大環境下，高校課程教學更是圍繞研究生考試要求實施，而逐漸忽視了對學生實踐能力、自學能力等能力培養，而一所應用型高校應以提高人才培養質量作為教學培養目標，不斷培養企業需求、社會需要的人才。因此以教育專業認證為契機，開展對課程培養目標的探討，在日常教學中較好地把理論授課和實踐培養結合，以達到提高人才培養質量的目的。

1.2部分知識新穎性不足，沒有緊跟工程教育專業認證的步伐

隨著半導體技術的發展，以往傳感器課程的傳統授課內容并不能滿足目前智能化、無線化以及網絡化等要求。隨著信號處理技術等的迅速發展，在教學內容中應及時地加入部分新型傳感器介紹，以拓寬學生視野，且提升其對于傳感器研究的熱情。

1.3教學內容繁雜、抽象，教學方法缺少系統性設計，考核方式單一，沒有激發學生學習積極性，未能達到培養學生自主學習的目的

目前的課堂教學仍采用注入式的教學模式，以教師為主，采用講授式、啟發式、探究式等方法。傳感器與檢測技術課程中的傳感器原理推導不僅需要用到高數相關知識，還涉及大學物理中的電學、電磁學、光學等知識以及模擬電子線路基礎課程中的二極管、三極管等理論。對于應用型大學的學生而言，課程中理論部分的內容如果單純依靠教師線下教學講授以及單一的考核方式，難以吸引學生注意力，學生在課堂上對課程的興趣和參與度不高。

1.4以傳感器類型分類進行模塊化教學，模式固化，難以使學生接受

傳統的傳感器類課程教學內容比較分散，各章節內容是獨立的，章節之間缺乏連續性，教師以傳感器類型進行模塊化教學，常常使學生感到教學內容繁雜且彼此間關聯性不強，很難記憶和掌握。

1.5課外實踐較少

在某種意義上，課外實踐活動的參與程度往往決定了課堂教授內容的轉化率，若要將傳感器課程的原理和應用融會貫通，單純的依賴課堂上的講授顯然不足。誠然，教師將理論知識使學生進行模塊化學習，再輔以一些基礎的驗證性實驗，如果課后時間沒有應用場景加以熟悉，那么很快這些知識就會被拋諸腦后。而在學科競賽、畢業設計中，需要學生根據具體的應用場景選擇合適的傳感器，并在實踐中運用知識分析和解決問題。但目前而言，傳感器與檢測技術課程與本科期間的課外實踐活動契合度較低，與傳感器與檢測技術課程息息相關的課外活動、學科競賽等仍然較少，學生在這方面的實踐創新能力不足且學生參與度不高。

2工程教育專業認證下傳感器課程的探索之舉

2.1明確工程教育專業認證下的課程培養目標

針對傳統傳感器課程教學過程中培養目標不明確的問題，在工程教育專業認證的新背景下，針對電子信息專業的性質和“傳感器與檢測技術”課程的特點制定課程教學目標。課程的主要目標是通過對傳感器的原理講授和實踐教學，使學生熟悉非電量測量的基本知識與基本方法；認識傳感器在各種電路中的重要作用，使學生能夠根據實際需要正確地選擇與使用各種傳感器，為使用與設計各種電子信息產品打下堅實的基礎，其教學目標為：

（1）能夠運用電磁感應、壓電效應、熱電效應、應變效應、霍爾效應等原理識別電子信息工程領域中各種傳感器，分析檢測系統的組成結構及工作原理；

（2）能針對電子信息領域的非電量檢測、信號處理、系統控制等問題，選擇合適的傳感器、調理電路和數據處理裝置，提出符合技術指標的系統設計方案；

（3）能正確處理和分析實驗數據，對電子設備與信息系統中的信號采集與處理模塊進行分析和評判；

（4）清楚不同類型傳感器材料的差異以及在電子檢測系統中對環境和人類造成的影響，培養根據不同應用場景選擇傳感器和評估其對環境影響的能力。

傳感器課程的教學目標和畢業要求的對應關系如表1所示。

2.2優化教學計劃

針對模塊化教學使知識難以內化的問題，優化教學計劃為重中之重。傳統的傳感器課程各章節內容是獨立的，章節之間缺乏連續性，教師以傳感器類型分類進行模塊化教學，常常使學生感到教學內容繁雜且彼此間關聯性不強，因此課堂效果并不理想，無法令學生學習到的理論知識與工程實踐緊密聯系。

在工程教育專業認證的框架下，對傳感器課程傳統知識結構進行優化與重構，現將“傳感器與檢測技術”課程以工程案例為引入點，形成了以常見物理量測量為主線，以諸多效應機理為輔線，形成更為完整的知識體系，如圖1所示。該教學計劃不僅對知識體系的完整性有所保證，同時彰顯了重點內容，以傳感器應用為出發點，構建新型傳感器課程知識體系，加強了各獨立模塊之間的邏輯性。其中主要的改進體現在兩方面。一是融合技術發展前沿內容；二是凝練依舊占主導地位的傳統物理量測量方法，增補新效應機理的應用，做到新舊兼顧，緊扣工程實際應用現狀。

2.3教學方法改革

基于傳統傳感器課程課時少、內容多且難，教學過程缺乏系統性設計等問題，對“傳感器與檢測技術”課程的教學過程和教學方式進行革新。采用理論教學、工程案例教學、前沿技術專題、網絡拓展閱讀以及翻轉課堂討論結合實驗教學等多種教學手段相結合的線上線下混合式教學模式，實現以學生為中心的教與學，新型的教學模式如圖2所示。

通過將工程應用案例如“典型橋梁健康管理系統的多傳感器應用”納入課程教學環節，拓寬課程知識范圍，加強課程理論知識與工程實踐的聯系，培養學生的工程實踐能力；相關前沿科技以及網絡拓展閱讀的引入主要針對某一類傳感器進行擴展，如該類傳感器目前在國內的先進水平如何，是否有其他型號，不同型號有何區別，還有哪些應用場合，相關的產品鏈接等；線下課后要求學生在線上平臺完成小節習題測試；通過線下實驗的操作過程，可以更好地結合理論知識，理解傳感器的原理及應用。線上線下混合式教學是一個有機整體，線上jY5Sv3I7uC62iCEdniX9/mZxnlHjJHck1qHwNN8voaM=可以減少課堂學時的占用，為線下學習打下基礎，線下教學有助于對線上知識進一步理解和內化，通過線上線下教學的相互銜接，更有針對性地提升學生解決實際問題的能力。

2.4課程與課外實踐有機融合

傳感器與檢測應用課程實驗課時量較少且內容簡單，多為驗證性實驗，為了夯實學生課程理論知識，并提高其實際操作能力，將以介紹傳感器在學科競賽和畢業設計中的應用為出發點進行傳感器課程實踐教學改革。

由于傳統教學內容的抽象和與現實生活的脫節，導致傳感器課程在大多數學生心目中的價值僅在于獲取對應學分，缺乏其他現實意義。事實上，對于電子信息類專業學生來說，在校期間參加的學科競賽和畢業設計過程中都會涉及大量的傳感器應用，但大多數學生不具備在傳感器課程與競賽、畢業設計之間自主建立有效聯系的意識和能力，教師在傳統課堂教學活動中往往也缺乏這方面的專項引導。

為改變上述狀況，使學生真正體會到傳感器課程的重要性和實用性，教師應結合案例教學法，引導學生了解不同傳感器在競賽和畢設中的定位和常見用法，例如，在基于單片機的室內環境監測系統的畢業設計中，可以選擇利用溫濕度傳感器、有害氣體傳感器和可燃氣體傳感器獲取室內的相應信息，并將檢測結果在一塊屏幕上集中顯示；如果單片機判斷測得的溫濕度超過設定閾值，可利用WiFi或藍牙遠程自動打開空調或關閉窗戶；如果檢測到濃度較高的有害氣體或可燃氣體，可立即進行聲光報警，自動打開窗戶并開啟排氣扇。也可就各種傳感器的代表性產品向學生多作介紹，包括傳感器的型號、外形、售價、主要引腳及其與單片機等的連接、調試方法和典型應用案例。這樣的課堂教學內容和形式更貼近學生的真實需求和認知規律，不僅對今后的畢業設計有所幫助，還能提升學生課堂學習的積極性。

2.5細化課程考核方式

由于傳統“傳感器與檢測技術”課程考核中存在平時考核流于形式、試卷涵蓋知識點有限、考核缺少細則等問題，因此，細化考核方式變得尤為重要，在此給出考核要求和評價細則，如表2所示。

3結束語

工程教育專業認證是我國各高校教育改革的必然趨勢，通過對課程教學方案、培養目標、教學計劃、教學內容、教學方法、考核方式的不斷改進，學生的知識學習興趣及認知能力將大幅提升，學生綜合應用知識的能力、分析和解決實際問題的能力，以及創新思維和協作精神將得到進一步培養，將使投身傳感器行業以及其他科技公司的學生快速上手各類型傳感器，提升電子信息行業領域人才培養質量。

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