新工科背景下“傳感器與測試技術(shù)”課程教學(xué)創(chuàng)新探究

摘"要：在新工科背景下，“傳感器與測試技術(shù)”課程教學(xué)創(chuàng)新旨在改變我國傳統(tǒng)“傳感器與測試技術(shù)”課程采用純理論知識(shí)的講述，忽視培養(yǎng)學(xué)生思政深度和動(dòng)手能力的現(xiàn)狀。課程在“大思政”視域下堅(jiān)持立德樹人、守正創(chuàng)新，幫助學(xué)生形成寬廣全面的世界觀，培養(yǎng)他們的文化自信和民族自豪感，厚植家國情懷。課程采用基于在線開放課程的混合式教學(xué)模式，立足中國國情，呈現(xiàn)傳感器與測試技術(shù)知識(shí)，結(jié)合在線開放課程和智慧教學(xué)工具，重塑課程教學(xué)模式并構(gòu)建全新的課程考核方式。

關(guān)鍵詞：新工科；大思政；測試技術(shù)；混合式；創(chuàng)新

新工科概念的提出對(duì)高等工程教育提出了新的要求，即培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的復(fù)合型工程技術(shù)人才［12］。新工科注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、跨學(xué)科融合、解決復(fù)雜問題、適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求、創(chuàng)新能力和合作精神等方面的能力［34］。新工科是一種新的工程教育理念和模式，旨在培養(yǎng)適應(yīng)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)復(fù)合型工程技術(shù)人才［5］。在新工科背景下，改進(jìn)教學(xué)方案對(duì)于培養(yǎng)適應(yīng)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)復(fù)合型工程技術(shù)人才具有重要意義。

“傳感器與測試技術(shù)”課程是鄭州科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、智能制造工程等專業(yè)的一門既有系統(tǒng)理論又有較強(qiáng)實(shí)踐性的核心專業(yè)課程，它涵蓋了測試系統(tǒng)的基本特性、傳感器的原理與應(yīng)用、虛擬儀器測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、信號(hào)的處理與分析等方面的知識(shí)。隨著科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的“傳感器與測試技術(shù)”課程教學(xué)方式已經(jīng)難以滿足學(xué)生的需求，且存在與前沿技術(shù)研究脫節(jié)、解決工程實(shí)際問題能力弱等問題。因此，本文旨在探究新工科背景下“傳感器與測試技術(shù)”課程的教學(xué)創(chuàng)新，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的復(fù)合型工程技術(shù)人才。

1"創(chuàng)新教學(xué)方法

在“傳感器與測試技術(shù)”課程的教學(xué)過程之中，主要采取了如下創(chuàng)新的教學(xué)方法。

1.1"理實(shí)一體的教學(xué)方法

在“傳感器與測試技術(shù)”課程理論知識(shí)教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加了動(dòng)手實(shí)踐技能活動(dòng)，讓學(xué)生親自動(dòng)手獨(dú)立完成傳感器數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)、接線和調(diào)試等。這種方法有助于學(xué)生更好地理解“傳感器與測試技術(shù)”的理論知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和分析解決問題的能力。通過實(shí)踐技能環(huán)節(jié)，學(xué)生可以深入了解傳感器的原理和特點(diǎn)，提高其對(duì)抽象理論知識(shí)的理解程度。

1.2"引入虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)方法

利用虛擬仿真軟件模擬傳感器的工作原理和測試過程，讓學(xué)生通過模擬實(shí)驗(yàn)深入理解傳感器的性能和特點(diǎn)。這種方法節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本，提高了實(shí)驗(yàn)效率，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過虛擬仿真軟件，學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上模擬傳感器的測試過程，更好地理解傳感器的工作原理和性能。下圖所示為通過虛擬仿真軟件模擬應(yīng)變式傳感器的工作原理。

應(yīng)變式傳感器虛擬仿真圖

1.3"翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法

翻轉(zhuǎn)課堂是將傳統(tǒng)滿堂灌的教學(xué)模式翻轉(zhuǎn)過來的一種新型教學(xué)模式［67］。在“傳感器與測試技術(shù)”課程的教學(xué)中引入了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，在課前讓學(xué)生通過教學(xué)資料或在線視頻進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的預(yù)習(xí)，課堂中開展小組討論和深入講解，指引學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和思考，這種方法能夠有效提高當(dāng)代大學(xué)生的主動(dòng)自學(xué)能力和學(xué)習(xí)動(dòng)力。通過翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法，學(xué)生能夠在課前主動(dòng)自我預(yù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，并在課堂中進(jìn)行深入討論和交流，一方面增強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效果，另一方面也提高了學(xué)生的分析問題與解決問題的能力。

1.4"案例教學(xué)方法

通過引入基于傳感器的數(shù)據(jù)采集與控制項(xiàng)目實(shí)例，讓學(xué)生掌握傳感器在實(shí)際項(xiàng)目工程中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)習(xí)效果。

1.5"在線教學(xué)平臺(tái)

利用在線教學(xué)平臺(tái)，給學(xué)生提供豐富多彩的在線教學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括問題解答、線上虛擬實(shí)驗(yàn)室、在線視頻課程等。這些豐富的內(nèi)容資源能夠根據(jù)學(xué)生的興趣與需求進(jìn)行個(gè)性化推薦，幫助學(xué)生更好地掌握“傳感器與測試技術(shù)”課程相關(guān)的知識(shí)。

通過在線教學(xué)平臺(tái)，可以實(shí)施互動(dòng)式教學(xué)。例如，可以通過在線討論區(qū)、實(shí)時(shí)聊天工具、視頻會(huì)議等方式，鼓勵(lì)學(xué)生參與討論、分享觀點(diǎn)、解決問題。這種教學(xué)方式可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的學(xué)習(xí)效果。

1.6"混合式教學(xué)模式

混合式教學(xué)模式是一種將傳統(tǒng)教學(xué)方式的優(yōu)勢和網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)的優(yōu)勢結(jié)合起來的教學(xué)模式［89］。在混合式教學(xué)模式中，教師可以借助在線教學(xué)平臺(tái)，讓學(xué)生通過線上預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、討論交流等，再結(jié)合線下課堂講解、小組討論、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)等方式，使學(xué)生更好地掌握知識(shí)和技能。例如，通過在線學(xué)習(xí)平臺(tái)能夠進(jìn)行上課簽到點(diǎn)名，與線下課堂點(diǎn)名相比可以大大減少點(diǎn)名時(shí)間；通過結(jié)合在線學(xué)習(xí)平臺(tái)可以在線下課堂中進(jìn)行隨堂小測驗(yàn)等。

線下面對(duì)面教學(xué)和線上教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)模式能夠充分發(fā)揮線上線下兩者的優(yōu)點(diǎn)，一方面能夠提供線下面對(duì)面的指導(dǎo)與互動(dòng)，另一方面能夠提供豐富便捷的線上學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

1.7"創(chuàng)新考核方式

改變傳統(tǒng)的以理論考試成績和平時(shí)綜合表現(xiàn)成績?yōu)橹鞯目己朔绞剑黾硬⑻岣邔?shí)踐技能考核所占的比例，重視學(xué)生分析問題與解決問題的能力和動(dòng)手實(shí)際操作的能力。通過創(chuàng)新考核方式，能夠全面評(píng)估學(xué)生的分析問題與解決問題的能力和動(dòng)手實(shí)際操作的能力，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和綜合素質(zhì)。

2"課程思政的融入

將思政元素融入“傳感器與測試技術(shù)”課程的教學(xué)中，是一個(gè)富有意義且具有創(chuàng)新的教學(xué)嘗試。一方面，能夠使學(xué)生更加全面地理解所學(xué)課程的內(nèi)容；另一方面，也能幫助激發(fā)學(xué)生的使命感、無私奉獻(xiàn)精神、民族自豪感等。

2.1"強(qiáng)調(diào)科技的社會(huì)責(zé)任

在介紹傳感器和測試技術(shù)的基本概念和應(yīng)用時(shí)，通過引入當(dāng)前社會(huì)中相關(guān)的熱點(diǎn)問題，比如環(huán)境保護(hù)、公共安全、醫(yī)療健康等，讓學(xué)生了解到傳感器和測試技術(shù)在這些領(lǐng)域中的重要作用，并意識(shí)到自己作為未來工程師和技術(shù)人員的社會(huì)責(zé)任。

2.2"培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度

在講解傳感器和測試技術(shù)的原理和應(yīng)用時(shí)，通過引入科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原則和方法，比如控制變量、重復(fù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析和解讀等，讓學(xué)生了解到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性和復(fù)雜性，從而培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

2.3"注重實(shí)踐和反思

通過組織學(xué)生進(jìn)行傳感器和測試技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，讓其親身體驗(yàn)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的樂趣和挑戰(zhàn)。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中，通過引導(dǎo)學(xué)生反思實(shí)驗(yàn)過程中的問題，比如實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理、數(shù)據(jù)分析是否準(zhǔn)確、結(jié)論是否可靠等，從而培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和解決問題的能力。此外，實(shí)踐技能教學(xué)也是“傳感器與測試技術(shù)”課程中十分重要的環(huán)節(jié)，需要堅(jiān)持和人才培養(yǎng)方案、目標(biāo)、就業(yè)競爭力緊密結(jié)合起來，通過動(dòng)手實(shí)踐來加深學(xué)生對(duì)傳感器原理、結(jié)構(gòu)、功能和作用的理解。在大思政背景下，根據(jù)“傳感器與測試技術(shù)”課程的本身特點(diǎn)，將思政元素巧妙地融入“傳感器與測試技術(shù)”課程的教學(xué)中，且加強(qiáng)思政理念、科技強(qiáng)國和創(chuàng)新實(shí)踐精神的培養(yǎng)。

2.4"強(qiáng)化職業(yè)道德和倫理

在講解傳感器和測試技術(shù)的應(yīng)用時(shí)，可以引入相關(guān)的職業(yè)道德和倫理準(zhǔn)則，比如尊重他人隱私、保護(hù)環(huán)境、遵守法律法規(guī)等。讓學(xué)生了解到作為未來的工程師和技術(shù)人員，他們需要承擔(dān)起相應(yīng)的社會(huì)責(zé)任，遵守職業(yè)道德和法律法規(guī)。

2.5"結(jié)合案例分析

通過引入一些真實(shí)的案例，比如傳感器故障導(dǎo)致的安全事故、測試數(shù)據(jù)失真等，讓學(xué)生了解到傳感器和測試技術(shù)在這些案例中所起的作用，同時(shí)引導(dǎo)他們分析這些案例背后的原因和教訓(xùn)，從而加深對(duì)課程內(nèi)容的理解。

通過以上方法，“傳感器與測試技術(shù)”課程的思政元素可以更好地融入教學(xué)之中，不僅可以幫助學(xué)生更好地掌握課程內(nèi)容，還可以培養(yǎng)他們的職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任感。

3"站在學(xué)術(shù)前沿創(chuàng)新課程內(nèi)容

學(xué)術(shù)科研引領(lǐng)“傳感器與測試技術(shù)”的教學(xué)是指將最新的科研成果和趨勢融入課程教學(xué)中，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，提高他們的研究水平和素養(yǎng)。

3.1"引導(dǎo)學(xué)生參與科研項(xiàng)目

鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生申請(qǐng)參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目或參與到教師立項(xiàng)的科研項(xiàng)目中來，使學(xué)生親身經(jīng)歷科研的挑戰(zhàn)和過程，從而鍛煉與培養(yǎng)他們的科研實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。

3.2"引入最新的科研成果和趨勢

在“傳感器與測試技術(shù)”課程中介紹與課程相關(guān)的最新的科研成果與趨勢，包括先進(jìn)測試方法、新型傳感器技術(shù)等，讓學(xué)生了解科研學(xué)術(shù)前沿的進(jìn)展和研究動(dòng)態(tài)。

3.3"強(qiáng)調(diào)研究方法和技能的培養(yǎng)

在課程的教學(xué)過程中引入研究方法和技能的培養(yǎng)，如科技論文寫作、傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與分析等。通過案例分析和實(shí)踐操作，學(xué)生可以掌握相關(guān)的方法和技能。

3.4"安排學(xué)術(shù)講座和研討會(huì)

定期舉辦學(xué)術(shù)研討會(huì)和講座，邀請(qǐng)領(lǐng)域行業(yè)內(nèi)的專家學(xué)者分享交流最新的科研成果和發(fā)展趨勢，使學(xué)生了解學(xué)術(shù)前沿的發(fā)展動(dòng)態(tài)。同時(shí)，也可以安排學(xué)生進(jìn)行學(xué)術(shù)交流，分享他們的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)、比賽獲獎(jiǎng)經(jīng)驗(yàn)和研究成果，從而提高他們的交流合作能力。

實(shí)施以上措施能夠有效地將科研學(xué)術(shù)成果和動(dòng)態(tài)趨勢融入“傳感器與測試技術(shù)”課程的教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和意識(shí)，提高他們的綜合素養(yǎng)和學(xué)術(shù)水平，從而實(shí)現(xiàn)科研促進(jìn)教學(xué)的發(fā)展。同時(shí)也能夠促進(jìn)教師自身的專業(yè)素養(yǎng)和科研教學(xué)水平的提高。

4"創(chuàng)新教學(xué)的成效

通過采取創(chuàng)新的教學(xué)方法，主要取得了以下成效。

4.1"提高了教學(xué)質(zhì)量

通過理論與實(shí)踐相結(jié)合、虛擬仿真技術(shù)的引入和翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方法，學(xué)生能更好地理解和掌握“傳感器與測試技術(shù)”的知識(shí)，提高了教學(xué)質(zhì)量。

4.2"增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力

創(chuàng)新的教學(xué)方法使學(xué)習(xí)過程更加有趣和有挑戰(zhàn)性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力。學(xué)生們積極參與實(shí)驗(yàn)、討論和實(shí)踐活動(dòng)，形成了良好的學(xué)習(xí)氛圍。

4.3"促進(jìn)了教師教學(xué)能力提升

由于實(shí)施這些創(chuàng)新的教學(xué)方法，教師需要不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)、新方法，這在無形中提高了教師的教學(xué)能力和水平。

4.4"提升了學(xué)生綜合素質(zhì)

通過創(chuàng)新考核方式，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的分析問題、解決問題的能力和動(dòng)手實(shí)際操作能力得到了明顯提高，這表明所采取的創(chuàng)新教學(xué)方法對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)有很大幫助。

4.5"推動(dòng)了學(xué)科專業(yè)發(fā)展

創(chuàng)新教學(xué)方法的應(yīng)用與實(shí)踐在一定程度上推動(dòng)了機(jī)械工程學(xué)科專業(yè)的發(fā)展。通過持續(xù)采用新的教學(xué)方法、技術(shù)、理念，可以更好地提高教學(xué)效果，同時(shí)也能推動(dòng)學(xué)科專業(yè)的發(fā)展建設(shè)。

結(jié)語

通過在“傳感器與測試技術(shù)”課程教學(xué)中采取創(chuàng)新的教學(xué)方法，取得了明顯的教學(xué)成效。這些成效具體包括提高了教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，促進(jìn)了教師教學(xué)能力提升，提升了學(xué)生綜合素質(zhì)，推動(dòng)了學(xué)科專業(yè)發(fā)展。取得的成效表明，所采取的創(chuàng)新教學(xué)方法是顯著有效的，而且可以為學(xué)生的發(fā)展與學(xué)習(xí)提供更好的支持。未來我們將持續(xù)不斷地創(chuàng)新和探索教學(xué)方法，以充分地滿足學(xué)生的發(fā)展和需求。

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作者簡介：郝振興（1987—"），男，漢族，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，工程師，副教授，主要從事機(jī)電液一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及儲(chǔ)能管理系統(tǒng)方面的教學(xué)和科研工作。