李 靜，艾志偉，楊春山，李樹德

(桂林航天工業(yè)學院，廣西桂林，541004)

2016年，教育部提出了高等教育新工科建設，旨在培養(yǎng)符合新形勢、新經(jīng)濟、新要求的具有一定工程實踐能力和創(chuàng)新能力的復合型人才。桂林航天工業(yè)學院(以下簡稱“我?！?也積極響應教育部的號召，對傳統(tǒng)課程進行教學改革，使培養(yǎng)應用型、創(chuàng)新型的人才目標真正落地。傳感器與檢測技術(shù)是工程領域各種工業(yè)控制系統(tǒng)的首要組成部分，為系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)提供有力支撐，是實現(xiàn)智能測控的關鍵環(huán)節(jié)。[1]該課程是我校自動化專業(yè)和測控技術(shù)與儀器兩個專業(yè)的專業(yè)核心課程，主要講授各類傳感器的工作原理、工作特性、測量電路以及傳感器的簡單應用。然而，當前課堂上學生對這些枯燥乏味的原理、特性分析毫無興趣，學習的積極性和主動性也都不高，不能積極參與到教學活動中來。課后，學生也只有少量書本后的習題作業(yè)，課堂教學與課后學習兩個環(huán)節(jié)的脫離現(xiàn)象嚴重，學生思維活動較少，學習效果不理想。針對教與學中存在的問題，課題組對傳感器與檢測技術(shù)進行了教學模式的探索和改革。

一、以“學生為主體”的線上線下教學活動設計

教與學的主客體關系研究表明，教學過程是教師和作為學習主體的學生不斷互動的過程，學生只有主動參與教學過程才能取得最佳的學習效果。[2]在教育信息化的背景下，我校教師借鑒慕課優(yōu)勢，積極創(chuàng)設“以學生為主體”的學習情境和教學活動，將線下學習和傳統(tǒng)課堂有效結(jié)合，運用多樣化的學習方式，深化學生對知識的理解、遷移與應用，促進學生的深度學習。[3]如針對紅外傳感器這章內(nèi)容的教學，教師首先在課前發(fā)布“自動感應門”“公共場所感應水龍頭”等學生熟悉的應用場景并提出問題，學生在線上根據(jù)場景自行閱讀教材和參考書目，并通過慕課視頻學習紅外傳感器這一章的工作原理，了解傳感器的工作特性，制作學習PPT。課堂上，學生匯報紅外傳感器的相關知識點，教師只針對重難點和學生提出的問題展開講解。為了檢測學生線下的學習效果，教師在課后使用“雨課堂”向?qū)W生推題，學生在線答題，教師實時了解學生的學習情況，督促學生平時的學習。線上線下的教學活動讓學生主動參與教學過程，發(fā)揮了學生的主導作用，把學生從被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，課堂氣氛因此活躍起來，教學效果得到明顯好轉(zhuǎn)。線上線下教學活動過程如圖1所示。

圖1 線上線下教學活動圖解

二、以“應用”為導向的項目式教學模式

傳感器與檢測技術(shù)是一門實踐性非常強的課程，線下學生自主學完傳感器的基本知識點，課堂上教師重點以項目形式講解傳感器的應用。教師主要從項目背景、項目方案、硬件電路設計、軟件編寫、項目仿真、測量數(shù)據(jù)處理、項目的改進與展望七個方面講解，把抽象的思想變成具體的方案框圖、電路原理圖、程序代碼、仿真演示等，形象地為學生展示傳感器應用設計的過程。學生也只有通過這一具體設計過程才能加深對傳感器工作原理和特性的理解。這一環(huán)節(jié)具體內(nèi)容如下。

第一，介紹項目背景。在生產(chǎn)、生活中，傳感器無處不在，應用領域非常廣泛。教師選擇傳感器有代表性的應用背景，采用播放視頻、動畫等豐富的形式展開背景介紹，從而吸引學生的學習興趣，激發(fā)學生探索的欲望。如“直流電機轉(zhuǎn)速測量”，圍繞機床中的電機、汽車的車速等提出轉(zhuǎn)速測量，介紹背景的同時介紹目前常用的轉(zhuǎn)速測量技術(shù)和轉(zhuǎn)速測量意義。

第二，方案設計。方案設計主要是對傳感器選型，引導學生至少提出可以檢測物理量的三種傳感器，通過對比三種傳感器的性能、特點、使用場合、價格等，確定其中一種傳感器，將其作為檢測元件，最后畫出系統(tǒng)設計方案框圖。如轉(zhuǎn)速測量，提出電渦流傳感器、光電編碼盤、霍爾傳感器三種測量轉(zhuǎn)速的方法，通過比較這三種傳感器的特點，最后選用霍爾傳感器測量電機轉(zhuǎn)速，繪制的方案框圖如圖2所示。

圖2 霍爾傳感器測量電機轉(zhuǎn)速方框圖

第三，硬件電路設計，分模塊設計電路。一般的檢測控制系統(tǒng)構(gòu)成至少包括敏感信號的采集、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和控制以及系統(tǒng)的顯示電路。教師在Protetuse里繪制出電路原理圖，給學生講解信號采集和電路工作的原理，信號采集時就把霍爾傳感器如何檢測轉(zhuǎn)速、如何把速度轉(zhuǎn)變成電信號的工作過程解釋清楚。

第四，軟件程序編寫。教師利用虛擬儀器構(gòu)建系統(tǒng)，指導學生學習 Lab VIEW 軟件相關部分的內(nèi)容，采用 Lab VIEW軟件編寫信號采集、處理、顯示程序，實現(xiàn)人機交互及軟硬件之間的信息交互，編寫控制程序。

第五，項目仿真。驗證設計方案并運行測試程序是極其重要的內(nèi)容，從教學效果上講，仿真環(huán)節(jié)將驗證前面教學過程中涉及的所有分析、設計是否正確，電路圖和程序是否正確，成功的測試結(jié)果將極大地激發(fā)學生的興趣。

第六，測量數(shù)據(jù)處理。教師指導學生通過Excel、Matlab等軟件對測量數(shù)據(jù)進行處理，生成傳感器的靜態(tài)特性曲線，再分析該傳感器的靈敏度和非線性誤差等指標，找出存在誤差的原因。

第七，項目的改進與展望。這個環(huán)節(jié)是對整個項目所涉及傳感器知識點的整理，旨在引導學生進行傳感器應用過程中的規(guī)律總結(jié)和知識積累，最終實現(xiàn)課程體系的理論升華。

這種教學法以項目為載體，以應用為導向，通過教師課堂示范，引導和啟迪學生線下自主完成教師布置的項目設計大作業(yè)。學生通過具體的項目設計，把理論與實踐融合起來，培養(yǎng)了文獻檢索能力、硬件電路設計能力，學生學會了傳感器選型方法、測量電路和變送電路設計及后續(xù)信號的處理，學會了熟練使用Matlab、Labview等仿真軟件。學生的分析、設計能力和綜合應用能力得以提高。

三、閉環(huán)式實驗教學

我校開設了8個傳感器與檢測技術(shù)實驗，目的主要是驗證傳感器工作原理，對測量電路設計和測量數(shù)據(jù)進行處理。學生參考實驗指導書能較快完成實驗，但通常表現(xiàn)是學生做完實驗就下課，而學生很少在課后積極主動地思考實驗過程中傳感器的檢測過程，導致學生撰寫的實驗報告數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，實驗分析和總結(jié)內(nèi)容空洞，言之無物。為了改善這一現(xiàn)狀，在實驗過程結(jié)束后，教師組織學生對本次實驗內(nèi)容進行討論和反思，請學生講述實驗檢測中信號轉(zhuǎn)換的過程，提出實驗過程中遇到的問題，并由學生討論回答。實驗結(jié)束后的提問、討論、反思環(huán)節(jié)相當于是對實驗教學過程的負反饋。通過這一環(huán)節(jié)，學生對本次實驗目的和原理理解得更加深刻，對實驗過程中遇到的各種問題都能大致找到原因，從實驗報告來看，學生實驗分析和總結(jié)都能結(jié)合實驗的具體過程進行分析，內(nèi)容變得詳盡、充實、到位。實驗教學過程如圖3所示。

圖3 閉環(huán)式實驗教學過程圖

四、注重過程評價，優(yōu)化考核方式

原有的考核方式主要以期末卷面考核為主，考核結(jié)果只反映了學生對部分知識點的記憶能力和理解程度，考核方式單一，既不能體現(xiàn)完整的教學活動，也不能體現(xiàn)學生的綜合應用能力。因此，我校建立了一套注重過程評價的學生成績綜合評價體系，把過程評價與期末卷面考核有機結(jié)合起來，綜合反映學生的學習情況和學以致用的情況。在新的評價體系中，考勤、課堂匯報、課堂提問、在線答題、線下大作業(yè)、實驗等內(nèi)容均納入平時成績，從而體現(xiàn)出教學的全過程。其中，考勤占總評成績的5%，課堂匯報占總評成績的10%，課堂提問占總評成績的5%，在線答題占總評成績的5%，線下大作業(yè)占總評成績的10%，實驗占總評成績的15%。由此可見，新的評價體系提高了平時成績的比例，和卷面考核一樣各占總成績的50%。平時成績?nèi)娣从沉巳粘＝虒W活動，以能力為本位評價了學生，與期末考試卷面成績同等重要。

經(jīng)過兩年的探索與實踐，傳感器與檢測技術(shù)課程的教學改革取得了明顯效果。課堂上學生積極參與教學活動，主動提問，踴躍發(fā)言，課堂氣氛明顯活躍。課后的大作業(yè)、期末考試試卷中的應用類和綜合類題目的學生錯誤率較低，完成情況良好，最近幾次傳感器與檢測技術(shù)課程的綜合成績評定及格率都比往年提高，優(yōu)良率也大幅上升。以“學生”為主體，以“應用”為導向是傳感器與檢測技術(shù)課程建設的核心思想，教師應在此基礎上不斷探索多元化的教學模式，培養(yǎng)具有一定工程實踐能力和創(chuàng)新能力的人才。