謝海芬+牟海川+羅鍛斌+沈冬

（華東理工大學(xué)物理系，上海 200237）

摘要：任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法改變以往以傳授知識(shí)為主的傳統(tǒng)教學(xué)理念，而代之以解決問(wèn)題、完成任務(wù)為主的互動(dòng)式的教學(xué)理念。本文結(jié)合《現(xiàn)代傳感技術(shù)與應(yīng)用》課程，說(shuō)明任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在該課程中的具體實(shí)施應(yīng)用。實(shí)踐證明：該教學(xué)模式極大地提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和研究能力，同時(shí)也培養(yǎng)了他們的工程意識(shí)、提高了綜合實(shí)踐應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法；傳感器；課程教學(xué)模式；實(shí)踐應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）52-0181-02

一、引言

《現(xiàn)代傳感技術(shù)與應(yīng)用》是我校物理系光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)必修課程，課程主要討論工程領(lǐng)域傳感與測(cè)試技術(shù)中的傳感器、測(cè)試電路和記錄顯示分析設(shè)備的工作原理及技術(shù)應(yīng)用，測(cè)量系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)特性、測(cè)量信號(hào)的描述、分析和處理以及常用物理量的傳感與測(cè)試方法。教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)對(duì)傳感器基本原理與技術(shù)的講解，使得學(xué)生對(duì)傳感器的常用術(shù)語(yǔ)、材料、信號(hào)分析、精確評(píng)定、檢驗(yàn)標(biāo)定、光電、光纖、CCD、紅外、激光、壓電、壓磁、壓阻、電化學(xué)、生物、氣敏、濕敏、熱敏、電容電感、渦流、諧振、半導(dǎo)體等多種傳感器的特性、工作原理有正確的理解，同時(shí)將傳感器與工程測(cè)試技術(shù)方面的知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生在掌握傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上，及時(shí)正確地獲取各種傳感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，解決工程生產(chǎn)等各種傳感與測(cè)試問(wèn)題。該課程內(nèi)容涉及力學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、化學(xué)等學(xué)科；整個(gè)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合緊密，與物理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)踐結(jié)合尤其突出；課程基礎(chǔ)知識(shí)要求高，同時(shí)每一章節(jié)的傳感器的轉(zhuǎn)換機(jī)理及應(yīng)用內(nèi)容又有相對(duì)獨(dú)立。這些特點(diǎn)給這門(mén)課程的教學(xué)帶來(lái)不小的難度，課程內(nèi)容既要講解基本知識(shí)還要介紹跨學(xué)科的綜合知識(shí)。多年以來(lái)，該課程的教學(xué)模式為教師授課、學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)課和被動(dòng)完成課后作業(yè)與實(shí)驗(yàn)。課程內(nèi)容多是在教室的課堂上來(lái)完成，教師以傳感器轉(zhuǎn)換原理和相應(yīng)檢測(cè)測(cè)量電路的講授為主，少量的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)也是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。這種“教師講，學(xué)生聽(tīng)”、“以教定學(xué)”的被動(dòng)教學(xué)模式不利于充分激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，不利于發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，與培養(yǎng)工程應(yīng)用人才有一定的距離。近兩年來(lái)我們?cè)趯?shí)施教學(xué)中采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)法”的教學(xué)模式，將傳感知識(shí)內(nèi)容與具體工程相結(jié)合，重新整理課程內(nèi)容體系。以完成工程任務(wù)為主線組織教學(xué)過(guò)程，將原有課程章節(jié)內(nèi)容分為若個(gè)任務(wù)，如速度檢測(cè)、位移檢測(cè)、壓力的檢測(cè)、液位的檢測(cè)、溫度的檢測(cè)、氣體濃度檢測(cè)等，將傳感器與檢測(cè)技術(shù)的知識(shí)點(diǎn)和相關(guān)技能融入到各個(gè)具體任務(wù)之中。

二、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在課堂教學(xué)中的實(shí)踐

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是將以往以傳授知識(shí)為主的傳統(tǒng)教學(xué)理念，轉(zhuǎn)變?yōu)橐越鉀Q問(wèn)題、完成任務(wù)為主的多維互動(dòng)式的教學(xué)理念；改變了以往“教師講，學(xué)生聽(tīng)”、“以教定學(xué)”的被動(dòng)教學(xué)模式，創(chuàng)造了“以學(xué)定教”、學(xué)生主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型學(xué)習(xí)模式。它讓學(xué)生處于積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)，運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)和自己積累的經(jīng)驗(yàn)提出方案、解決問(wèn)題。使學(xué)生帶著真實(shí)的任務(wù)在探索中學(xué)習(xí)，通過(guò)思考解決問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生可以不斷地獲得成就感，可以更大地激發(fā)他們的求知欲望，逐步形成一個(gè)感知心智活動(dòng)的良性循環(huán)，從而培養(yǎng)出獨(dú)立探索、勇于開(kāi)拓進(jìn)取的自學(xué)和創(chuàng)新能力。在《現(xiàn)代傳感技術(shù)與應(yīng)用》課程中的課堂教學(xué)中，以傳感器能實(shí)現(xiàn)的功能為主線，提出若干個(gè)任務(wù)，比如按照功能進(jìn)行劃分，分為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度測(cè)量、位移測(cè)量、速度測(cè)量、溫度測(cè)量、電壓測(cè)量、電阻測(cè)量、濃度測(cè)量、濕度測(cè)量等物理量測(cè)試。在各個(gè)具體任務(wù)分解中提出若干問(wèn)題供學(xué)生思考，例如測(cè)量長(zhǎng)度的傳感器有哪些，這些傳感器測(cè)試長(zhǎng)度的量程、精度為多少，測(cè)量的誤差有哪些因素，如何消除誤差，目前這些傳感器的最新發(fā)展和應(yīng)用在哪里。這些問(wèn)題引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生按照各個(gè)任務(wù)去學(xué)習(xí)和深入。采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法進(jìn)行課堂教學(xué)時(shí)，其過(guò)程大致可以分為以下幾個(gè)階段。

1.任務(wù)的設(shè)計(jì)。任務(wù)的設(shè)計(jì)是在學(xué)生能自我完成的前提下實(shí)現(xiàn)的。任務(wù)的設(shè)計(jì)通過(guò)一系列問(wèn)題的引入幫助學(xué)生建立知識(shí)體系。每一章涉及傳感器原理部分的內(nèi)容在上課之前以問(wèn)題形式布置給學(xué)生，比如應(yīng)變式傳感器分類有哪些？其傳感原理是什么？如何通過(guò)應(yīng)力變化轉(zhuǎn)化成電壓（或電阻）的輸出？測(cè)試的電路為何采用電橋電路？該電路的輸出誤差如何引入，如何消除？在實(shí)際應(yīng)用中采用交流電路還是直流電路？?jī)煞N電路的區(qū)別在哪里？學(xué)生通過(guò)知識(shí)學(xué)習(xí)和歸納，可以憑借自己的基礎(chǔ)知識(shí)和基本電路知識(shí)完全可以完成此項(xiàng)任務(wù)。

2.明確任務(wù)，教師指點(diǎn)完成任務(wù)的思路、方法和技能。比如找實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度測(cè)量的傳感器哪些？各種傳感器的測(cè)量電路如何實(shí)現(xiàn)，誤差如何引入的，如何消除誤差，目前該種傳感器的發(fā)展進(jìn)程，瓶頸在哪里？

3.學(xué)生完成任務(wù)，自主查詢資料相互討論，寫(xiě)課題報(bào)告，做PPT準(zhǔn)備。

4.匯報(bào)、總結(jié)、評(píng)價(jià)。學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成每個(gè)任務(wù)后，接著安排課堂匯報(bào)，每一組進(jìn)行6分鐘的PPT內(nèi)容展示匯報(bào)，匯報(bào)結(jié)束后接受同學(xué)和教師的提問(wèn)。在提問(wèn)、回答環(huán)節(jié)，老師要對(duì)一些重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行講解和分析，如“應(yīng)變傳感器的接線與安裝”、“應(yīng)變傳感器的溫度誤差、零點(diǎn)殘余及補(bǔ)償”、“應(yīng)變傳感器在大橋、管道、水平衡中”的實(shí)際應(yīng)用等，這些問(wèn)題往往是學(xué)生在自學(xué)、討論、實(shí)施階段容易忽略或討論不夠深入的問(wèn)題。教師同時(shí)對(duì)完成任務(wù)所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行歸納、總結(jié)，最后由學(xué)生的互評(píng)和教師的評(píng)價(jià)共同確定學(xué)生任務(wù)執(zhí)行的效果。效果主要從學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料、自主分析和歸納問(wèn)題、協(xié)作開(kāi)發(fā)能力和表達(dá)能力等幾方面評(píng)價(jià)，這項(xiàng)成績(jī)作為學(xué)生平時(shí)成績(jī)的重要依據(jù)。

三、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法的特色和優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在《現(xiàn)代傳感技術(shù)與應(yīng)用》課程中的實(shí)踐，可以實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)。

1.確立學(xué)生自主學(xué)習(xí)的地位，提高學(xué)生自學(xué)能力，活躍了課堂氣氛。任務(wù)的確定不是由教師直接告訴學(xué)生應(yīng)當(dāng)如何去解決面臨的問(wèn)題，而是學(xué)生自己查找資料，確立主題，從何處獲取有關(guān)的信息資料等，強(qiáng)調(diào)發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。每一位學(xué)生都能根據(jù)自己對(duì)當(dāng)前任務(wù)的理解，運(yùn)用已有的知識(shí)和自己特有的經(jīng)驗(yàn)提出方案、解決問(wèn)題，任務(wù)驅(qū)動(dòng)為每一位學(xué)生的思考、探索、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新提供了開(kāi)放的空間，使課堂教學(xué)過(guò)程充滿了民主、個(gè)性，使課堂氛圍真正活躍起來(lái)。

2.有利于學(xué)生參與競(jìng)爭(zhēng)，共同合作。任務(wù)的完成形式通過(guò)PPT形式向同學(xué)和老師匯報(bào)，教師把同一個(gè)主題的匯報(bào)安排在同一時(shí)段進(jìn)行，匯報(bào)時(shí)同學(xué)之間就有比較，還可以相互提問(wèn)、質(zhì)疑，并作出評(píng)價(jià)打分。如①基于光電傳感器的煙霧報(bào)警裝置；②電感式接近傳感器在飛機(jī)上的應(yīng)用；③相位對(duì)焦中光電傳感器的應(yīng)用；④RFID系統(tǒng)在圖書(shū)館中的應(yīng)用；⑤光纖傳感器在學(xué)校安防中的應(yīng)用；⑥智能車(chē)燈調(diào)節(jié)系統(tǒng)；⑦微波傳感器在非接觸式IC卡中的應(yīng)用；⑧基于射頻識(shí)別技術(shù)的停車(chē)收費(fèi)系統(tǒng)；⑨基于紅外光電傳感器的智能車(chē)自動(dòng)尋跡，這些同學(xué)立項(xiàng)的涉光電傳感方向的課題匯報(bào)安排在同一時(shí)段進(jìn)行。通過(guò)PPT匯報(bào)，倡導(dǎo)學(xué)生之間的討論和交流，通過(guò)不同觀點(diǎn)的交鋒，補(bǔ)充、修正，加深學(xué)生對(duì)工程應(yīng)用的理解和掌握。

3.培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。在任務(wù)的完成過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)自我研究發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、自我構(gòu)思設(shè)計(jì)、自我實(shí)踐。教師通過(guò)對(duì)任務(wù)完成的肯定和同學(xué)們對(duì)問(wèn)題的滿意回答，可以提高學(xué)生的成就感，同時(shí)也獲取了新的知識(shí)，促進(jìn)了學(xué)生綜合能力的提升。在《現(xiàn)代傳感技術(shù)與應(yīng)用》中設(shè)計(jì)好教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，在課堂實(shí)踐中達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

四、結(jié)束語(yǔ)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)法在課程教學(xué)中的實(shí)施，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的效率和興趣，培養(yǎng)他們獨(dú)立探索、勇于開(kāi)拓進(jìn)取的自學(xué)能力。完成任務(wù)，學(xué)生就會(huì)獲得滿足感、成就感，從而激發(fā)了他們的求知欲望，逐步形成一個(gè)感知心智活動(dòng)的良性循環(huán)。伴隨著一個(gè)接著一個(gè)的成就感，減少學(xué)生們以往由于片面追求信息技術(shù)課程的系統(tǒng)性而導(dǎo)致的“只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林”的教學(xué)法帶來(lái)的茫然。一年多的教學(xué)實(shí)踐證明：這些改革措施不僅有利于教學(xué)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，也為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)打下了扎實(shí)基礎(chǔ)，有助于提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

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