雙向驅動的傳感技術項目教學與討論課設計

摘" 要：針對傳感技術課程復雜性的特點，提出雙向驅動的討論課和項目教學設計方案。項目教學設置為面向實際需求的課題，課題以現有傳感技術為基礎，采用市場調研、理論驗證、技術討論為手段，為解決實際問題提供方案。討論課設置為面向未來需求的課題，課題以現有傳感理論為基礎，采用文獻調研、理論驗證、拓展想象為手段，為解決未來問題提供方案。經過方案實施前后學生成績和課堂表現的對比論證，驗證教學效果。

關鍵詞：討論課；項目教學；教學改革；傳感技術；能力提升

中圖分類號：G642" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）09-0106-04

Abstract： In response to the complexity of the course 'Sensing Technology'， a bidirectional driven discussion course and project teaching design scheme are proposed. The project teaching is set up as a practical demand oriented topic， which is based on existing sensing technology and uses market research， theoretical verification， and technical discussions as means to provide solutions to practical problems. The discussion class is set up as a topic that faces future needs. The topic is based on existing sensing theory， and uses literature research， theoretical verification， and imagination expansion as means to provide solutions to future problems. The teaching effectiveness has been verified through comparative analysis of students' grades and classroom performance before and after the implementation of the course design.

Keywords： discussion class; project teaching; teaching reform; Sensing Technology; ability promotion

信息技術的發展，對新時代人才的培養提出了更高的要求。為此，教育部發布《教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》[1]，強調要深化創新創業教育改革，推動科研反哺教學。為了深化本科教育教學改革，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人，高校對本科生教學改革探索正在展開[2-5]，獲得了很多有益的經驗。

馮曉云等[6]認為在課程質量保障、教學改革創新、教師能力發展與學生學習支持四個方面形成合力，是提升課程教學質量最關鍵因素。蔣有錄等[7]以專業核心課程油氣地質與勘探為例，通過開展以學生為中心的教學，增強了學生綜合分析和解決復雜工程問題的能力。王小章等[8]對新形勢下精密機械與儀器設計課程教學中存在的問題進行梳理和分析，分別從課程內容、教學方法、考核方式、課程設計和課程思政五個方面進行探討。鄭靜等[9]針對機械設計基礎課程，提出“兩層次三方面”教學改革思路，通過現代設計方法牽引教學、科學前沿研究融入教學以及理論課堂與實踐課程的貫通融合，構建基于現代設計方法的理論—實踐一體化教學模式。周玉等[10]提出以項目應用為導向、網絡科技為手段的教學理念，改革課程設計教學環節，項目應用貫穿所有實踐環節，校企合作式的課程設計教學。

推進研究性教學既是教育理念的全新改革，也是教學方法的全新改革，是改變高校傳統教學模式、提高教學質量、培養創新人才的必然要求[11]。傳感技術作為測控技術與儀器、智能制造等專業的核心課程，具有知識密集程度高、學科交叉的難點，也有應用廣泛、通用性強的特點。受上述教學改革研究啟發，提出“面向當前和面向未來”雙向驅動項目教學和討論課設計方案，將知識學習融進項目教學，將視野拓展放入討論課教學設計中。

一" 教學中的問題分析

工業應用中的傳感器起著至關重要的作用，就像人體中的感覺器官一樣。傳感器的應用領域涉及機械制造、工業過程控制、汽車電子產品、通信電子產品和消費電子產品。美國、日本、英國、法國和德國等先進國家都把傳感器技術列為國家重點開發的關鍵技術之一。傳感技術等課程在高等學校工科人才培養的重要性愈發凸顯，而目前的教學方式無法滿足需要。

教學內容和教學方法與學生能力培養不相適應。現在的教學基本上采用板書為主、多媒體為輔的教學方式，學生對常用的傳感器元件缺乏實際了解，導致學生調查、分析、設計等能力欠缺，面對相關設計應用無從下手。

現行傳感技術等課程內容復雜凌亂。通常是對原理進行講授，而與之相關的測試應用都無法在課堂上講授，教與學都比較枯燥，學生不易掌握，且設備不足，缺少綜合性和設計性教學環節，使得教學與實際應用脫節，不能滿足學生專業素養的需要。

在傳感技術課程結束后，所學知識與實際缺乏結合，不能熟練應用相應的傳感器產品，缺乏相關知識融合和綜合項目實踐，不利于學生實踐應用能力的培養，亦無法良好實現解決復雜工程問題的培養要求。

基于以上分析，本教學團隊以培養學生專業素養為目標，以適應職業需求為方向，提出開展“雙向驅動”的綜合能力培養的研究，以求找到一種符合高素質學生的培養方法。在前期教改項目支持下，已經完成了多傳感器的儲備和教具庫的積累，取得了較好的效果和積極的反饋。為此，將迭代升級教學內容，重點更換完善新的討論課和項目教學設計，切實貫徹工程教育專業認證所倡導的持續性改進的精神。

本科學習的最重要能力是自主學習能力，首要是進行自主查找資料的能力訓練。因此，按照這種目的，教學設計基本思路為：升級原有的項目教學內容，設計開放式和限定式課題，設定相關參數，引導學生設定關鍵詞，檢索資料，快速篩選，凝練匯總，最終形成一套完整的傳感器應用方案。

二" 傳感技術項目教學設計

項目教學設計的基本原則是以工程實踐為導向，融合多種現代教育理念，包括現代認知心理學、自適應學習理論，探索性學習架構的教學模式，鼓勵學生主動學習，自主發展。將理論學習與工程實踐有效結合起來，充分發揮學生的主觀能動性，培養學生獨立思考問題的能力、團隊協作能力和分析問題、解決問題的能力等。

因此，項目教學的設計采用以當前實際工業生產為導向，設置開放性的題目。通過簡化電路設計方面的內容，具體內容集中于傳感器的選型與檢測方案的設計。著重引導學生體會到有能力去解答、有興趣去發現，提升學生的參與熱情。項目教學實施后，通過傳感器比對選型的開放性題目設計，使他們不僅了解現有工業生產的傳感方案要求，還能夠拓展視野，增強經驗積累。

下面以2022年的題目為例，具體安排如下。

（一）" 傳感技術項目教學要求

實際選用合適的傳感器和待測對象，設計一套測厚系統（需要機械安裝的示意框圖，傳感器及處理電路的相關產品資料、價格、尺寸和購買渠道）。

根據材料的精度和范圍要求，解釋選擇它的原因，例如：成本、技術成熟度、應用范圍等，選擇合理的傳感器，說明測量原理，建立傳感器靈敏度方程（可忽略信號處理系統和機械的詳細設計）。

（二）" 項目教學實施指導

工業生產中，對材料厚度的測量和控制需求比較普遍，例如：高精度“手撕鋼”的厚度檢測與控制（圖1）[12]。但是各式傳感器紛繁雜亂，不同的材料、不同的使用環境、不同的精度要求等因素，都會對傳感測試系統的選擇產生影響。

圖1" 高精度鋼膜的厚度的測量與控制

具體要求：通過查找參考文獻，選擇任意材料（要求有充分的價值和意義的材料）。選用合適的工業用的傳感器產品，設計一套測厚系統。根據材料的精度和范圍要求，選取一種技術掌握其中的原理，并說明選擇它的原因，例如：成本、技術成熟度、應用范圍等。

具體安排：自行分組討論，組員人數為3～5人，組內采用競爭策略，即組員各自提出相應方案，相互對比斟酌，形成組內最終方案，把探討過程記錄在討論課報告里。

三" 傳感技術討論課設計

討論課設計的基本原則是在教師的引導下，為實現一定的教學目標，通過預先的設計與組織，使學生圍繞學習目標自學思考，主動設疑，促使學生之間相互交流，共同探討，使學生主動地獲取知識，提高能力，培養學生的獨立思考能力和創新精神。在教學中運用“討論式教學法”是教學思想的一種解放，是培養學生實踐能力和創新精神的一個主要途徑。

因此，討論課的設計采用以未來社會需求為導向，設置相對限定的題目。通過撇去復雜的理論和實物，具體內容集中于文獻資料獲取和拓展思考與對比。著重引導學生發現有興趣，然后去尋找和思考，提升學生的搜索和思考能力。討論課實施后，通過對限定性題目的傳感方案比對，使他們了解傳感器的發展方向和未來需求。

以2022年的題目為例，具體安排如下。

（一）" 討論課要求

調研水下渦流探測傳感的發展現狀，整理參考文獻，文獻數量不少于20項。

討論并研究水下渦流探測傳感的工作原理，工作原理要有切實可靠的物理依據。

討論并分析該傳感器的各項參數、性能指標及特點，可忽略信號處理系統和機械的詳細設計。

（二）" 討論課實施指導

2015年，美國戰略與預算評估中心發布了《水下戰新紀元報告》，認為非聲探測技術的出現與推廣應用使未來水下作戰環境變得更為復雜，并對美國水下安全構成嚴峻挑戰[13]。長期以來，聲吶一直是主力探潛裝備。但是，隨著潛艇隱蔽性能的不斷提升以及復雜海洋環境的影響，急需開展新型非聲探測技術以提高探潛能力。為此，國外海軍強國先后開展了多類型水下非聲探測技術的研究，如英國、芬蘭、美國和俄羅斯等國家先后研制了磁、水壓等多種探測系統，以實現對潛艇的有效探測。最近數十年，針對潛艇水動力特性中的渦流特性而出現的探潛技術（圖2、圖3），具有探測距離遠、抗干擾能力強的特點，已逐步由理論研究向實際應用發展，有望顯著提高探潛能力。

根據以上背景調研查找資料，完成以下工作。

具體要求：通過查找參考文獻，調研水下渦流探測傳感的發展現狀，分析水下渦流探測傳感的種類，掌握基本的原理，對比分析其精度和優缺點。其中，方案設計要求有明確可靠的物理依據。

具體安排：自行分組討論，組員人數為3～5人，調研并形成水下渦流探測傳感的方案設計。組內采用競爭策略，即組員各自提出相應方案，相互對比斟酌，形成組內最終方案，把探討過程記錄在討論課報告里。

四" 教學效果驗證

本團隊所教授的傳感技術課程先后獲得了青島理工大學教學改革項目（F2019-031、F2022-017、F2023-180）的支持。從2019開始，經過了四年的不斷調整和優化，截至2022年12月，共四屆測控技術與儀器專業和兩屆智能制造專業同學接受了該項目教學改革的迭代。

學生對本課程的學習積極性大幅提高，在課堂專注度明顯提升。有部分同學開始著手嘗試將所學知識付諸行動應用到感興趣的競賽項目中。為了避免主觀方式對教學效果評價影響的波動性，我們采用2020—2022三屆同學的書面筆試成績作為比對（圖4）。2020和2021屆同學采用了實物展示和項目教學，2022屆同學采用了雙向驅動的項目教學和討論課。2020屆64.9%同學集中于60～69分數段。經過持續改進，2021屆同學在60～69分數段的占比已經下降到58.5%，70～79分數段占比已經上升到27.3%，是2020屆同學在該分數段的兩倍。采用了新型的教學方式的2022屆同學的成績發生了巨大的變化，成績在70～79、80～89分數段占比分別為33.8%、39.7%，成績在60～69分數段占比為19.1%，相較于2020屆同學在該分數段成績下降了三分之二。可見該教學方式的優越性是十分明顯的。

五" 課程分析

雙向驅動的課程設計具體優勢如下。

（一）" 雙向驅動有利于實現教育觀念和行為的轉變

把教學的重點從教轉向學，從教師的行為轉向學生的活動，并從被動接受轉向主動發現。從結構來看，討論課和項目教學是一個以教師、學生、教學目的和教學方法等要素相互關聯的多維結構。通過開放式和限定式課題，對學生的任務指向更加明確，有助于學習動能的釋放和轉化。特別是工科同學將來面對的基本就是與之類似的問題。

（二）" 現實與未來的教學內容結合有利于學生可持續發展

學生經歷了知識的發現、發生、發展過程，知識內在的發展規律與學生思維活動自然地形成了高度統一。學生經歷組建團隊、搜索資料、對比競爭等任務，通過獨立自主的思考、探索規律，得到的是科學精神、科學思維的訓練。從單純的有可行答案的工程問題，跨越到對未來未知問題的思索和探尋，形成了一條有跨越的學習路徑，有助于他們應對未來的挑戰。

（三）" 團隊組合討論促進了學生綜合素質的發展

課程設置中強化了組建團隊的要求，人數被控制在3～5人。自行組隊，推薦聯系人，在過程活動中伴隨著民主平等，相對寬松的學習氛圍。合作交流，相互協作，團隊意識、共同進步的能力也都得到了鍛煉。隨著團隊競爭性擇優選擇和整個團隊任務的完成，學生的自信心、自我意識和自主能力也隨之得到強化，有利于學生綜合素質的發展。

（四）" 雙向驅動的設計為課堂教學改革提供了新的空間

從課堂教學的任務來看，該設計是以“工程教育認證”為導向，關心的是學生的進步和發展。活動是媒介，學生是中心。教師職能在于設計活動方案，是向導和組織者，為學生提供豐富、廣泛的素材[14]。靈活多變的任務要求和團隊合作方式能夠使不同發展水平的學生在內容和時間方面有相對自主的選擇。整個設計的重點在于學生的活動和經驗，而不是書本，內容更加寬泛和靈活。從這個角度拓展開來，雙向驅動的設計可以為后續課堂教學改革帶來更廣闊的空間。

六" 結束語

提升學生的學習興趣，激發學生學習的內驅力，讓學生在興趣的帶動下主動學習和探究是充分發揮學生主觀能動性的必要條件，也是教育工作者的首要任務和培養對人類社會有所貢獻的人才的重要途徑。針對傳感技術課程復雜性的特點，提出了“面向當前和面向未來”雙向驅動的討論課和項目教學設計方案。貫徹“工程教育認證”的三大理念，通過設定面向當前問題和未來需求的開放性和限定性題目，激發學生的主動學習興趣，增強學習目標導向，培養學生深度持續學習。該設計方法通過三屆學生的對比，驗證了教學效果。希望我們的探索能夠給其他同事帶來有益的啟發。

參考文獻：

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