謝 建 宏
(南昌大學(xué) 信息工程學(xué)院, 南昌 330031)
隨著電子信息、自動(dòng)化、機(jī)器人等技術(shù)的迅速發(fā)展,對傳感器的需求不斷增加。傳感器技術(shù)成為現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域中一門極其重要的學(xué)科,“傳感器原理”也成為電子信息、測控、自動(dòng)化等專業(yè)的主干課[1]。但是,傳感器這門課程內(nèi)容分散,缺乏系統(tǒng)性和連續(xù)性,具有實(shí)踐性和應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式采用的是以課堂講授為主,根據(jù)教學(xué)內(nèi)容開設(shè)少量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),這樣學(xué)生學(xué)起來枯燥乏味,教師教起來也很艱難,教與學(xué)都遇到了很大的困難[2-4]。如何結(jié)合課程特點(diǎn),探討一套行之有效的教學(xué)模式,實(shí)現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新意識、實(shí)踐能力的培養(yǎng),是一件很緊迫的事[5-6]?;趥鞲衅髡n程具有的實(shí)踐性和應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn),項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式應(yīng)用于該課程教學(xué)是一個(gè)很好的嘗試。
項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式源于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論,最早產(chǎn)生于一些西方發(fā)達(dá)國家,是教育領(lǐng)域中一種不同于傳統(tǒng)教學(xué)模式的嶄新的教育教學(xué)方法[7-9]。該教學(xué)方法改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式中以“教師為主體”的現(xiàn)狀,實(shí)現(xiàn)了“以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的轉(zhuǎn)變,真正做到讓學(xué)生從“被動(dòng)學(xué)”到“主動(dòng)學(xué)”的轉(zhuǎn)變,強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。該教學(xué)模式以教學(xué)項(xiàng)目為主線來組織教材內(nèi)容,較好地解決了理論與實(shí)踐相結(jié)合的問題,在項(xiàng)目完成過程中更加重視師生之間及學(xué)生之間的協(xié)作與對話。該教學(xué)模式融知識、能力、素質(zhì)教育為一體,適合在應(yīng)用性、實(shí)踐性強(qiáng)的課程教學(xué)中采用,是培養(yǎng)應(yīng)用性、綜合性人才的一條很好的途徑[10-12]。
近年來有一些教育工作者開始關(guān)注并實(shí)施項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué),但相關(guān)的研究還較少,理論體系還不完善,教師的能力素質(zhì)也不同,從而導(dǎo)致教學(xué)效果參差不齊[13]。故對項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式進(jìn)行研究,并探討如何結(jié)合具體課程特點(diǎn)應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中,是非常必要的。
基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)模式,對本校測控技術(shù)及儀器專業(yè)的傳感器原理課程,從理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩方面開展教學(xué)改革研究。在理論教學(xué)方面,課程教學(xué)以項(xiàng)目開發(fā)為案例,隨著課程教學(xué)內(nèi)容的深入,對“項(xiàng)目”的要求不斷進(jìn)行擴(kuò)充,最終達(dá)到完成項(xiàng)目、掌握知識、技能的目標(biāo)。在實(shí)踐教學(xué)中,開發(fā)以綜合性、設(shè)計(jì)性為主的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,要求學(xué)生以小組合作的方式完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)。為有效實(shí)施該教學(xué)模式,在教學(xué)項(xiàng)目、教學(xué)過程實(shí)施、教學(xué)評價(jià)方式等方面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。
設(shè)計(jì)好教學(xué)項(xiàng)目是項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)成功實(shí)施的先決條件。教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)應(yīng)以教學(xué)內(nèi)容為依據(jù),應(yīng)體現(xiàn)課程核心知識點(diǎn),因此要合理選擇項(xiàng)目內(nèi)容,把握好項(xiàng)目內(nèi)容的難易程度,以使學(xué)生能系統(tǒng)地掌握知識。教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要圍繞一個(gè)總體目標(biāo),根據(jù)教學(xué)計(jì)劃分層次、分課時(shí)、分階段地進(jìn)行。在進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí),要結(jié)合工程實(shí)際,應(yīng)貼近學(xué)生生活,能引起學(xué)生的興趣,并遵循科學(xué)性、層次性、實(shí)用性、教育性、廣延性等原則[14]。
在傳感器原理課程教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,以教學(xué)內(nèi)容為依據(jù),圍繞一些常用非電量的測量來設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目,主要包括:溫度、壓力、位移和厚度、速度與加速度的測量等。例如,對于溫度的測量教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方面,涉及的核心知識單元有:熱電阻、熱敏電阻、熱電偶、紅外傳感器測量溫度等。為此,在理論教學(xué)方面,圍繞溫度的測量設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)核心測量方法的項(xiàng)目任務(wù),對相關(guān)的測溫原理進(jìn)行分析與探討;在實(shí)踐教學(xué)方面,根據(jù)溫度測量的理論與技術(shù)基礎(chǔ),開發(fā)相應(yīng)的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,如:熱電偶測溫及冷端溫度補(bǔ)償?shù)染C合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,以及電冰箱溫度超標(biāo)指示器設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。根據(jù)該設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)的傳感器原理課程教學(xué)項(xiàng)目如表1所示。
表1 傳感器原理課程教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)
教學(xué)過程的實(shí)施主要是指用項(xiàng)目來驅(qū)動(dòng)教學(xué),即以項(xiàng)目為載體,以問題為線索,由教師引導(dǎo)學(xué)生思考,并通過課堂上師生之間的互動(dòng)、學(xué)生之間的討論、課外小組成員之間的協(xié)作等手段來推動(dòng)項(xiàng)目的實(shí)施。建立“以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的協(xié)作式學(xué)習(xí)教學(xué)模式,充分發(fā)揮學(xué)生的積極性及主觀能動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué),要注重時(shí)間與空間協(xié)調(diào)的教學(xué)過程有效實(shí)施問題。由于課堂教學(xué)時(shí)間有限,項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)需學(xué)生付出更多的課外時(shí)間。為此,需為學(xué)生提供課外研學(xué)的場所,如為學(xué)生開放傳感器實(shí)驗(yàn)室的部分場地和設(shè)備,建設(shè)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等。傳感器課程是三年級上學(xué)期開設(shè)的專業(yè)主干課,大部分大賽項(xiàng)目與傳感器密切相關(guān),這也形成了對實(shí)踐環(huán)境的較大需求。
項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)過程中要對現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)場所及實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行挖掘利用,以充分發(fā)揮現(xiàn)有教學(xué)資源的效用。項(xiàng)目實(shí)施過程涉及到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等領(lǐng)域,其教學(xué)場所不再局限于課堂,可擴(kuò)展延伸至社會(huì)。針對不同項(xiàng)目和項(xiàng)目不同階段,項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)主張?jiān)趯W(xué)習(xí)方面靈活選擇項(xiàng)目學(xué)習(xí)、實(shí)踐性學(xué)習(xí)、開放式學(xué)習(xí)或研究性學(xué)習(xí)等方法;在教學(xué)組織方面靈活采用學(xué)生獨(dú)立活動(dòng)、小組活動(dòng)或集體活動(dòng)等形式;在教學(xué)活動(dòng)方面靈活采用討論、實(shí)驗(yàn)、模擬、案例等多種方式[15]。
為便于教學(xué)過程的實(shí)施,編寫了傳感器原理理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃,編寫了相應(yīng)的教學(xué)講義、教學(xué)課件及實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)書。
在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)中,項(xiàng)目主要靠學(xué)生的自主學(xué)習(xí)來完成。為反映學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況,充分發(fā)揮評價(jià)在教學(xué)中的作用,構(gòu)建科學(xué)合理的教學(xué)評價(jià)方案至關(guān)重要。合理的教學(xué)評價(jià)方案的構(gòu)建,有利于及時(shí)解決學(xué)生的問題,有利于教師及時(shí)反饋信息并調(diào)節(jié)自己的教學(xué)工作。
本課程遵循過程與結(jié)果有機(jī)結(jié)合的科學(xué)合理的教學(xué)評價(jià)方式。理論教學(xué)方面,課程考核主要由平時(shí)成績(20%)、期中考試成績(20%)、期末考試成績(60%)3部分來進(jìn)行綜合評價(jià)。平時(shí)成績考核的內(nèi)容包括:出勤、課堂交流與討論、作業(yè)等環(huán)節(jié)。期中考試簡化考核形式,要求學(xué)生通過查閱資料,結(jié)合前面所學(xué)傳感器相關(guān)知識,寫一篇關(guān)于新型傳感器的小論文,內(nèi)容可涉及傳感器的原理、轉(zhuǎn)換電路及其應(yīng)用等;考核指標(biāo)包括:論文的新穎性、系統(tǒng)性、規(guī)范性等。期末考試成績通過試卷來評定,主要考核學(xué)生的基本理論知識的掌握情況及綜合應(yīng)用能力。
基于傳感器原理課程具有實(shí)踐性、應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn),為充分培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力,本課程實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課,實(shí)驗(yàn)課時(shí)為16學(xué)時(shí),記0.5學(xué)分。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括8個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)和4個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,8個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求學(xué)生按教學(xué)計(jì)劃在課內(nèi)完成,另4個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求學(xué)生在課外完成。綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是以達(dá)到對學(xué)生的技能進(jìn)行綜合訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、動(dòng)手能力、數(shù)據(jù)處理以及查閱資料的能力為目的。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是給定設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)要求,由學(xué)生自行設(shè)計(jì)方案并加以實(shí)現(xiàn),著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力、創(chuàng)新能力以及組織管理能力。所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求學(xué)生分組協(xié)作,以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行,每小組2或3人。課程實(shí)驗(yàn)成績由8個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成績(60%)和4個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成績(40%)構(gòu)成,每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通過教師評價(jià)、小組評價(jià)和個(gè)人評價(jià)相結(jié)合的方式來進(jìn)行,考核的內(nèi)容包括:考勤、實(shí)驗(yàn)過程參與及表現(xiàn)情況、項(xiàng)目組作品展示、項(xiàng)目文檔報(bào)告、項(xiàng)目總結(jié)等。項(xiàng)目組成員的個(gè)人評價(jià)參照項(xiàng)目小組整體評價(jià)并依其在項(xiàng)目完成過程中的貢獻(xiàn)進(jìn)行相應(yīng)浮動(dòng),以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識、合作精神。
項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式,能強(qiáng)化學(xué)生對理論知識的內(nèi)化能力,使理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手、勇于探索的實(shí)踐能力的培養(yǎng),同時(shí)還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性及創(chuàng)造性,真正做到從“被動(dòng)學(xué)”到“主動(dòng)學(xué)”的轉(zhuǎn)變。對教師來說,項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)了以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學(xué)理念到以解決實(shí)際問題為主的現(xiàn)代協(xié)作式教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變,課堂教學(xué)富有人性化、個(gè)性化,體現(xiàn)了以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體、以能力為本位的教學(xué)宗旨。
傳感器原理課程通過基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)改革與實(shí)踐,學(xué)生無論是在課程學(xué)習(xí)還是各級賽事中都取得了很好的成績。近2年來該課程教學(xué)狀態(tài)有了新的景象,學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性明確、學(xué)習(xí)興趣明顯提高,課程理論成績合格率均超過了95%,優(yōu)良率達(dá)60%以上,實(shí)驗(yàn)成績均為良好(含良好)以上;該課程2016~2017第1學(xué)期學(xué)生網(wǎng)上評教分?jǐn)?shù)為91.5分;2017屆畢業(yè)生認(rèn)為該課程對所學(xué)專業(yè)的貢獻(xiàn)度較大。學(xué)生所學(xué)該課程知識在開展科研訓(xùn)練項(xiàng)目、進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)以及在參與電子設(shè)計(jì)大賽、機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽、挑戰(zhàn)杯賽等系列化、多層次體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)意識的比賽中都得到了很好的實(shí)踐應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新人才的培養(yǎng),取得了顯著成效。近2年來,測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生獲國家級競賽獎(jiǎng)8項(xiàng)、省級競賽獎(jiǎng)16項(xiàng)。
針對當(dāng)前傳感器課程傳統(tǒng)教學(xué)中普遍存在的問題,就本校測控技術(shù)及儀器專業(yè)的傳感器原理課程,從理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩方面開展基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的傳感器教學(xué)改革的研究。通過該教學(xué)改革與實(shí)踐,提高了傳感器課程的教學(xué)質(zhì)量,加強(qiáng)了理論與實(shí)踐的聯(lián)系,增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及認(rèn)知能力,培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力、分析與解決問題的能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力及協(xié)作精神,為學(xué)生參加有關(guān)大賽奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。