產學研融合下的檢測與傳感技術課程改革

針對產學研融合下檢測與傳感技術課程教學面臨的問題，結合課程教學大綱和當前學生自身的特點，提出了一些有效的改革措施。利用知識圖譜和思維導圖，梳理課程知識點，使教師與學生明晰課堂知識的重點和難點，激發學生的積極性；將真實的科研案例融入教學，利用虛擬仿真技術實現課堂教學模式革新，充分引起學生的興趣；改革考試內容，建立全方位、多角度、多維度考核模式，對學生學習能力進行綜合評價，以滿足新時代產學研深度融合下對人才培養和能力評價的要求。

近年來，隨著“工業4.0”和“中國制造2025”的提出，工業制造與生產逐漸進入了智能化的發展階段，而智能制造代表了一個國家信息技術發展的綜合水平。檢測與傳感器技術作為智能設備的關鍵技術，為智能制造和智能系統采集信息，是智能工廠的感官系統和信號獲取的重要入口，也是發展智能制造的基礎和核心。檢測與傳感技術的培養目標主要是學生能夠熟悉傳感器工作原理、基本結構及常用測量電路分析，掌握常用工程參量的基本測量和處理方法，能夠進行傳感檢測技術工程應用的工作原理分析和設計，為從事電子測量及相關領域的科研工作奠定堅實的基礎。因此，檢測與傳感技術也成為高科技人才必須熟悉和掌握的一門關鍵技術，從人才培養和課程體系建設來看，檢測與傳感技術也成為我國高等院校電氣工程類、自動化類、機電工程類、電子信息類等各工科專業的重點必修課程。

在目前的高等教育課程體系中，尤其是在大部分高校的自動化、電子信息工程和電氣工程及其自動化等專業的課程體系中，檢測與傳感技術屬于專業課，是連接自動控制理論、自動控制系統等專業核心課程與電路、數字電子技術、模擬電子技術等專業基礎課的紐帶和橋梁。該課程主要包括各類傳感器的原理、信號調理電路、測量數據處理方法和傳感器的工程應用等方面的教學內容，涉及的知識點跨越多個學科，既囊括理論分析，又包含工程應用，是一門典型的綜合性課程。因此，不論從教師教學角度，還是從學生學習角度，檢測與傳感技術都是一門教學與學習難度較大的課程，所以如何對這門課程進行改革使教師和學生都容易接受，是這門課程改革的重要問題。隨著國家對高?？萍汲晒D化的大力支持，高校教學、科研與轉化產學研的不斷深入融合，也對課程教學提出了新的要求，而具有典型工科課程特點的檢測與傳感技術在教學過程中也面臨著新的挑戰。因此，在產學研不斷深度融合的背景下，如何將最新科研成果和應用案例融合到課程教學中，以激發學生的課程學習興趣和對課程的理解能力，并提高老師的教學積極性，從而達到“以教促研、以研支教”的目的，是檢測與傳感技術課程教學改革與探索的新方向。

1 檢測與傳感技術課程教學現狀與面臨的問題

1.1 教學內容繁雜枯燥，學生難以梳理、掌握相關知識

檢測與傳感技術課程典型的特點就是綜合性較強，該課程涉及材料學、電學、力學、生物學、光學、電磁學等相關內容，主要與大學物理、高等數學、電路、數字電子技術、模擬電子技術多門前序課程相關，并且對學生前序課程知識的掌握程度具有一定的要求，這大大提高了學生學習的難度。此外，由于不同傳感器具有完全不同的原理，包含壓力傳感器、溫度傳感器、速度傳感器、圖像傳感器、電壓傳感器、電流傳感器、生物傳感器等，所以檢測與傳感技術具有涵蓋知識面廣、知識點繁雜、多學科交叉的特點，并且所有章節幾乎獨立，不同章節之間聯系較為松散，教學內容知識點繁雜，課程內容無法構成一脈相承的完整體系，學生難以梳理，無法進行循序漸進的學習與掌握，使得學生學習該課程的難度進一步加大。因此，如何對本課程的教學內容進行系統科學的梳理與展現，是降低本課程教學難度、提高學生對知識點掌握程度的首要問題。

1.2 教學模式傳統單一，學生興趣難以被激發

檢測與傳感技術課程目前大多數采用理論教學模式，通常采取“教師講、學生聽”的傳統板書+PPT多媒體教學的方式進行授課，教師在黑板上或多媒體課件上講理論，學生被動地學習理論、接受新知識，教學方式比較傳統單一，傳感器與檢測原理、信號調理電路工作狀態和案例應用難以生動形象地表達，學生在學習過程中覺得枯燥乏味，學習積極性不高。同時教學案例陳舊單一，個別案例早已被新技術和新工藝取代，現在已經不再被使用，而新的工程應用沒有被及時更新到課堂教學中，教師未正確認識到自身科研與教學的內在聯系，學生在學習時認為課程知識離自己很遙遠，未認識到課程知識對自身發展的重要性，所以教師改進教學內容和教學模式的內在動力不足，難以推動教學的創新與發展。同時，實驗教學以驗證實驗為主，學生在實驗過程中往往只需要按照實驗說明書上的步驟機械式地接線即可完成實驗任務，結果使得學生對理論知識的理解和掌握只停留在表面，缺乏自主創新能力和學習積極性，難以激發和活躍課堂的氣氛。因此，如何將教師科研的最新案例融入教學內容中并利用新技術生動展示，是在產學研結合背景下提高教師教學和學生學習積極性的必然途徑。

1.3 考核內容與形式單一，學生綜合能力難以被準確評價

目前檢測與傳感技術的考核形式仍然采用傳統的閉卷考試進行，考試題型仍然由選擇、填空、判斷、簡答和計算等經典題型構成，而考試內容主要包括基本概念、基本原理、計算步驟等內容。這樣的考試題型與考試內容更偏基礎，略顯教條，雖然能夠檢驗學生對書本知識的掌握程度，但是缺乏對學生在知識綜合運用能力和動手能力方面的評價。目前，學生普遍采用的考試方式都是典型的應試方法，即課堂上只聽感興趣的知識點，考前進行考試知識點評估并突擊記憶，在短期內將大量知識點快速記憶，考試完畢后，突擊記憶的這些知識點基本被遺忘。利用這種考試內容和考核方式很難客觀評價學生對知識點的掌握程度，也無法評價學生靈活運用課程知識點的能力。同時，這種考核方式和考核內容也無法為學生帶來內在的學習驅動力，不利于學生自主學習、理解和掌握課程的知識點。因此，如何在產學研的背景下，豐富考核內容和改進考核形式，以對學生綜合能力實現合理準確評價，是評估學生掌握知識情況和增強學生學習內在動力的必要手段。

2 在產學研深度融合下，檢測與傳感技術的課程教學改革

針對檢測與傳感技術在當前課程教學中面臨的問題，本課程教學團隊基于現有的信息技術手段，結合教學團隊的科研課題，在國家自然科學基金和教育改革項目基金的支持下，對課程教學進行了改革與探索。首先，在對國內不同層次高校課程及教材調研的基礎上，根據最新的教學大綱，對每一章的知識點進行重新梳理，并構建知識圖譜和思維導圖，使課程的知識點能夠一目了然地呈現出來，便于教師講解和學生記憶；其次，基于課程教學團隊的科研項目，編寫并引入最新的科研案例，利用虛擬仿真技術，實現案例動態展示，以激發學生的學習興趣和動手能力；再次，對考核方式與內容進行改革，一方面在考試題中引入實際案例以測試學生對知識的靈活掌握能力，另一方面將單一的考核方式改變為多角度全方位的考核方式，通過平時課堂隨機考核、實驗考核、分組討論及評價考核和傳統的考試四種考核方式對學生的能力進行評價；最后，課程結束時通過教師之間的交流、督導的反饋與對學生進行調查問卷征集意見和建議，形成反饋以改進課程教學。

2.1 構建知識框架，明晰課程重點、難點

針對檢測與傳感技術在課程教學時面臨的教學內容繁雜枯燥、各章知識點邏輯性不強的問題，本課程教學團隊依據課程教學大綱，在充分調研的基礎上對課程知識點進行了梳理。首先，對武漢大學、中南大學、北京交通大學、國防科技大學、蘭州交通大學、成都理工大學等不同層次高校的教材與課程內容進行了充分調研，并根據學生的實際情況和對前序課程的學習情況進行分析；其次，基于調研和分析對課程的知識點進行梳理，挖掘課程章節之間的內在聯系，構建知識框架；最后，利用思維導圖軟件繪制知識圖譜，突出課程的重點與難點，使學生能夠明白課程章節中需要了解什么知識點、需要掌握什么知識點，從而降低學生學習的難度，激發學生的學習積極性。圖1為本課程教學團隊設計的應變式傳感器知識圖譜，該圖利用思維導圖軟件繪制。學生可以從圖1看到應變式傳感器章節所有的知識點，也可以從圖譜的顏色去分辨對知識點的掌握程度，了解哪些知識點是需要掌握的，哪些知識點是需要熟悉的，哪些知識點是需要了解的，哪些是重點，哪些是難點。這大大提高了學生的學習效率，降低了學生對知識掌握的難度，從而也降低了學生學習的心理負擔，從而激發了學生的學習興趣。

2.2 融入科研案例與虛擬仿真技術，激發學生學習興趣

針對檢測與傳感技術在課程教學時面臨的教學內容單一、教學案例陳舊的問題，本課程教學團隊在國家自然科學基金的支持下，將教學團隊的最新相關科研成果融入課程內容中，實現產學研的融合，讓學生切身體會到自己所學知識在國家級課題中發揮的重要作用。圖2為電容式傳感器在直拉硅單晶生長過程中的應用案例。為加深學生對電容式傳感器的理解，在電容式傳感器的應用中加入了直拉硅單晶生長籽晶與液面接觸的檢測案例，該案例為國家863計劃支持下取得的重要科研成果，并授權了發明專利。這個案例巧妙地應用電容式傳感器解決了籽晶與液面接觸的檢測難題。此外，在課程教學過程中還增加了空氣預熱器漏風間隙檢測案例、鋁板軋制厚度檢測案例等。根據學生的反饋了解，該案例使學生切身感受到自己所學知識能夠解決問題中的技術瓶頸，原來解決重大問題與自己距離如此之近（見圖2）。

本課程教學團隊利用虛擬仿真技術改進傳統的PPT+板書教學模式，將課程的主要內容利用虛擬仿真技術進行呈現，使學生除了聽、學之外，還可以利用切身體會、嘗試實驗的方法進一步加深印象，提高學生的自我動手和自我思考的能力，進而激發學生的學習興趣。圖3為基于虛擬仿真技術開發的電容式傳感器教學軟件。學生可以通過這個軟件親自嘗試改變電容大小觀察測量電路輸出的電壓大小和波形，可以清晰地觀察傳感器輸入與輸出之間的關系，并且通過調整不同的參數得到傳感器和測量電路的特性。通過這個軟件，一方面可以提高學生動手的積極性，另一方面可以激發學生的學習興趣和樂趣（見圖3）。

2.3 多樣化考核方式，全面評估學生能力

針對檢測與傳感技術在課程教學時面臨的考核內容與形式單一、學生綜合能力難以被準確評價的問題，本課程教學團隊對考核內容和考核方式都進行了改革。首先，實施全方位考核方式，將課堂隨機考核、實驗考核和分組討論融入考核評價體系中。通過課堂隨機考核的方式給予學生一定的學習緊迫感，迫使學生積極學習，同時可以通過反復課堂考核加深學生對重要知識點的記憶。其次，實驗考核通過學生動手搭建電路、調試電路、記錄數據、分析與處理數據、撰寫實驗報告、回答實驗等內容考核學生對實驗技能、數據處理、實驗報告撰寫的能力。分組討論則通過對學生進行分組，讓學生尋找身邊的案例，發現問題，利用所學的知識解決問題，最后通過寫報告和PPT匯報的形式進行考核，這種考核方式可以評估學生的團隊協作能力、發現問題與解決問題的能力。再次，對考試內容進行改革，除了基礎概念與課堂知識外，還融入了產學研中的案例，例如，曾加入了空氣預熱器漏風間隙檢測的綜合題，包含檢測原理分析、電路連接、實驗步驟、數據處理等內容，旨在考查學生對知識的靈活掌握和應用能力。這種全方位的考核方式可以全面考查和評估學生的能力，一方面可以促使學生積極學習，提高對知識的掌握程度，另一方面可以對學生掌握知識的能力、自主發現解決問題的能力、團隊協作的能力進行全方位的考察，對于全面評估產學研深度融合背景下的人才培養質量具有重要意義。

2.4 多方位反饋教學效果，持續迭代更新教學模式

對教學效果進行反饋是對教學模式、教學內容改進與更新的必要手段，尤其是學生迫切需要改革的檢測與傳感技術課程。本課程團隊在學校原有的教學效果評價體系下進行改革，建立多方位教學反饋機制，以此為依據改進教學模式和內容。首先，以學生為中心，以評教系統中的評教分數和建議為參考進行分析，同時設置調查問卷，對具體內容和教師關心的問題進行進一步調研，得到學生的及時反饋。其次，積極與督導老師交流與溝通，從督導角度了解教學改進的效果，并聽取督導教授的建議進行進一步改進。再次，積極與教授同一專業學生的老師進行交流，交換意見和感受以及學生課堂的表現情況，再對課程進行綜合改進。圖4為本課程團隊提出的教學模式持續迭代改進思路。通過學生、督導、同事多角度全方位進行反饋，再通過課程小組開會研討，形成具體可行的改進方案，持續改進，反復迭代，直至達到教師和學生都滿意的程度。

3 結語

在產學研深度融合的背景下，對檢測與傳感技術進行改革對于培養電子工科專業的學生以滿足當代社會發展需求是至關重要的。面對當前日趨激烈的人才競爭和產業界需求的不斷提高，從教學內容、教學模式、考核方式和改進模式對檢測與傳感技術進行全方位改革，借助知識圖譜和虛擬仿真技術更新教學模式，綜合多種模式對學生能力進行綜合評判，對于提高學生學習興趣、促進學生掌握知識、學習處理復雜工程問題具有重要意義，也為社會主義新時代工科人才模式培養提供了寶貴的經驗。

本文系陜西高等教育教學改革研究項目“面向集成電路產業的產教科教融合人才培養模式研究與實踐”研究成果，項目編號：21BG022；西安理工大學校級教學改革研究項目“產學研結合背景下檢測與傳感技術課程改革與探索”研究成果，項目編號：xjy2128。

（作者單位：西安理工大學自動化與信息工程學院）