工程教育理念的傳感器課程教學(xué)改革

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摘要：本文基于工程教育理念對傳感器課程的教學(xué)改革進行了研究，通過高等工程教育理念下傳感器課程的定位對傳感器課程進行了教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和考核方式的改革。提出以項目式教學(xué)為核心，提高學(xué)生學(xué)習積極性。以解決項目問題為目標，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用與解決問題的能力。最終通過項目式教學(xué)試點分析，總結(jié)了此次傳感器課程教學(xué)改革，為工程人才的培養(yǎng)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高等工程教育理念；傳感器；教學(xué)改革；項目式教學(xué)

1工程教育理念下傳感器課程定位

二十一世紀以來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，引領(lǐng)了新一輪工業(yè)革命與社會變革，這使得現(xiàn)代社會對工程人才能力的要求日益提升，同時對工程人才的教育理念也發(fā)生了改變[1]。高等工程教育專業(yè)認證制度發(fā)源于美國，經(jīng)過了90多年的發(fā)展歷程，現(xiàn)在已經(jīng)成為高等工程教育質(zhì)量保障的重要機制[2]。近年來，高等工程教育理念在國內(nèi)外教育界也不斷被提起，高等工程教育專業(yè)認證作為一種高等教育中工程教育質(zhì)量的保證機制也受到越來越多的關(guān)注[3]。2013年6月，我國加入了影響里最廣的國際工程教育互認協(xié)議-《華盛頓協(xié)議》，成為預(yù)備會員國[4]。在此背景下，推進我國高等工程教育改革，構(gòu)建與國際接軌、實質(zhì)等效的高等工程教育新模式是必由之路。根據(jù)國際工程教育強調(diào)以學(xué)生為中心，突出強調(diào)學(xué)生學(xué)習成果的理念和專業(yè)認證標準，明確了傳感器課程的定位：傳感器課程是一門涉及多學(xué)科交叉，以工程應(yīng)用能力培養(yǎng)為根本，以幫助學(xué)生打下扎實的專業(yè)基礎(chǔ)，提升學(xué)生專業(yè)應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維為目標的一門的應(yīng)用型課程[5]。

2傳感器課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前，我校的傳感器課程教學(xué)模式還是偏重傳統(tǒng)的以理論為主的講授式教學(xué)模式。一直以來在傳感器的課堂中，教學(xué)的方式局限于教書，教書的框架局限于課程，課程的設(shè)計局限于課堂，課堂形式局限于講授，講授的內(nèi)容局限于教材[6]。并且目前傳感器課程無論是教學(xué)方法，還是考核方式都偏重理論，而在實踐和應(yīng)用方面的教育培養(yǎng)與考查相對欠缺，這與工程教育理念不相符合[7]。根據(jù)工程教育以學(xué)生為中心，以能力培養(yǎng)為結(jié)果導(dǎo)向的教育理念，有必要對傳統(tǒng)傳感器課程進行教學(xué)改革，以適應(yīng)新時代的要求。

3傳感器課程教學(xué)改革

為了解決目前傳感器課程在教學(xué)方法和考核方式都偏重理論，在實踐和應(yīng)用上的培養(yǎng)與考查欠缺的“偏科”問題，提出了以項目式教學(xué)的方式，對傳感器課程的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和考核方式進行全面改革，并將改革的內(nèi)容應(yīng)用至貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)的教學(xué)實踐中。

3.1教學(xué)模式改革

傳感器課程的教學(xué)模式改革以項目式教學(xué)為核心，從以下三方面滿足工程教育理念：（1）首先，以項目式教學(xué)為引導(dǎo)，提高學(xué)生主動參與學(xué)習的積極性。建立以學(xué)生為學(xué)習主體的實現(xiàn)途徑，改變以老師講授為主的課堂教學(xué)模式，達到工程教育專業(yè)認證中以學(xué)生為中心的要求。（2）其次，以項目式教學(xué)為主體，提升學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力。通過引入實際項目與問題進行學(xué)習，使學(xué)生具備分析問題與解決問題的能力，以滿足工程教育專業(yè)認證對結(jié)果導(dǎo)向能力培養(yǎng)的教學(xué)理念。（3）最后，以項目式教學(xué)為聯(lián)結(jié)，形成實踐教學(xué)與理論教學(xué)的互補共融機制。通過傳感器課程的項目式實踐教學(xué)，與檢測技術(shù)課程形成互補教學(xué)機制，通過實踐與理論交錯遞進學(xué)習，讓學(xué)生在實踐中找到問題，以問題為導(dǎo)向進行理論學(xué)習，最終以理論指導(dǎo)實踐解決問題。

3.2教學(xué)內(nèi)容改革

為了滿足傳感器課程教學(xué)模式的改革的要求，首先需要對現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容進行改變。目前我校傳感器課程安排的教學(xué)內(nèi)容根據(jù)傳感器的原理行進章節(jié)劃分，即第1、2章內(nèi)容概述傳感器及其基本特性；第3章至第13章按傳感器原理分為電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器、壓電傳感器、光電傳感器、光敏傳感器、半導(dǎo)體傳感器、射線式傳感器、熱電式傳感器和生物傳感器。按照原理分類的好處是對同類傳感器轉(zhuǎn)換元件的測量原理可以進行系統(tǒng)性講述，和其特性和補償方式等也容易系統(tǒng)地學(xué)習。但是往往同種轉(zhuǎn)換元件可以測量多種參數(shù)，導(dǎo)致學(xué)生不易記住傳感器的測量對象，因此在實際應(yīng)用中選擇適合的傳感器比較困難。所以為了突出強調(diào)學(xué)生學(xué)習成果的理念，即讓學(xué)生最終掌握如何選用傳感器，也為了配合項目式教學(xué)的模式，結(jié)合項目應(yīng)用場景和實際問題導(dǎo)向，把教學(xué)內(nèi)容按照傳感器感知的對象進行重新劃分。其中第1、2章內(nèi)容以信息的感知、轉(zhuǎn)換、處理為核心的傳感器基本構(gòu)成及其特性的概述部分保持不變；后續(xù)內(nèi)容根據(jù)傳感器感知對象具體分為溫度傳感器、力學(xué)傳感器、光敏傳感器、聲波傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器和濕敏傳感器等內(nèi)容進行教學(xué)。使得學(xué)生可以在項目中，針對所需要測量的對象，快速選擇可以用的傳感器類型。為了打破傳統(tǒng)的理論與實踐分離的教學(xué)方式，以工程應(yīng)用的項目為牽引，進行理論實踐的互補學(xué)習。在本次改革中，以溫度傳感器、光電傳感器和磁敏傳感器為項目試點，進行項目式教學(xué)：其中應(yīng)用溫度傳感器的項目為“基于溫度傳感器的室內(nèi)溫度檢測”；應(yīng)用光電傳感器的項目為“基于光電傳感器的室內(nèi)火災(zāi)檢測”；應(yīng)用霍爾傳感器的項目為“霍爾傳感器在汽車ABS中的應(yīng)用”。各項目教學(xué)具體分為7個階段：由老師項目任務(wù)，簡單介紹項目背景與需求，并對學(xué)生進行分組；學(xué)生以小組為單位，分析問題、任務(wù)分工并通過查詢資料提出解決問題的初步思路；各小組討論設(shè)計方案，確定選用傳感器類型和參數(shù)等；把傳感器實物引入實驗課堂，讓學(xué)生在拆分與分析中了解傳感器工作原理，然后通過繪制內(nèi)部電路與搭建外部輸出電路進行實驗；各小組輪流演講匯報，老師和剩余學(xué)生提問并指出問題；學(xué)生優(yōu)化設(shè)計方案，畫圖并整理成論文；老師根據(jù)實驗環(huán)節(jié)、報告環(huán)節(jié)和最終論文進行評價與打分。通過3個試點項目實踐環(huán)節(jié)加入的教學(xué)內(nèi)容改革，激發(fā)學(xué)生興趣，鍛煉學(xué)生思維能力，提高學(xué)生實際動手能力和設(shè)計能力，為學(xué)生創(chuàng)新和工程能力的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。

3.3考核方式改革

傳感器課程傳統(tǒng)的最終考核成績由平時成績和考試成績兩部分組成，其中考試成績根據(jù)期末試卷成績決定，占總成績的70%；平時成績根據(jù)課堂成績、作業(yè)成績和實驗成績決定，占總成績的30%。這種主要依據(jù)期末成績的考核方式，往往會導(dǎo)致學(xué)生平時不積極，臨考前突擊學(xué)習，并且對學(xué)生實際應(yīng)用能力也很難考查和評估。因此，本次教改通過結(jié)合教學(xué)改革措施，在傳統(tǒng)考核方式的基礎(chǔ)上引入新的考核機制，實現(xiàn)多元化、全方位地對學(xué)生進行考核方式，綜合考查學(xué)生的學(xué)習能力和工程實踐能力，并避免對學(xué)生的片面評價，以此激發(fā)學(xué)生在學(xué)習過程中的積極性，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。改革前后平時成績占比不變，依據(jù)出勤、作業(yè)和課題討論等情況給出。考核改革降低了期末卷面成績在總考核成績中的比重，由原來期末試卷成績占比70%縮減為30%，并且期末試卷中淡化了原有傳感器應(yīng)用方面的考核內(nèi)容，把重點放在傳感器相關(guān)原理和基礎(chǔ)知識點的考核上，著重考查學(xué)生的理論掌握情況。而對傳感器應(yīng)用能力進行單獨考核，并占到最終考核成績的60%，由3.2教學(xué)內(nèi)容改革中的3個試點項目成績組成，每個項目占最終成績的20%。單個項目考核又分為實驗環(huán)節(jié)（30%）、報告環(huán)節(jié)（30%）和最終論文（40%）。在項目式教學(xué)中，授課老師監(jiān)督學(xué)生完成工程試點項目的每一個步驟，依據(jù)項目的完成情況給出學(xué)生的項目完成成績。通過考核方式的改革，進而督促學(xué)生提高實際動手和應(yīng)用設(shè)計能力。

4結(jié)語

本文基于工程教育理念對傳統(tǒng)的傳感器課程進行了以項目式教學(xué)為核心的教學(xué)內(nèi)容和考核方式改革，通過一個學(xué)期的改革實踐，項目式的教學(xué)方式的確可以提高學(xué)生的學(xué)習參與積極性，并且在傳感器應(yīng)用和動手能力的培養(yǎng)上具有明顯的優(yōu)勢。但是由于3個試點教學(xué)內(nèi)容在實踐環(huán)節(jié)和討論環(huán)節(jié)的增加，導(dǎo)致教學(xué)時間成本大大提高，壓縮了其他教學(xué)內(nèi)容的時間。傳感器課程涉及多學(xué)科交叉，內(nèi)容繁多，因此項目式教學(xué)并不適用于短學(xué)時教學(xué)。但對于長學(xué)時，或是傳感器課程和檢測技術(shù)課程分開教學(xué)的形式，項目式教學(xué)是很好的可以滿足工程教育理念的教學(xué)方式。在考核改革方面，項目考核的增加提高考核方式的多元化，也促使學(xué)生對自己應(yīng)用能力和動手能力的重視。但是期末試卷占比過小，使得部分學(xué)分在獲得較高的項目考核成績后過于放松，因此建議期末試卷的占比不應(yīng)小于50%。

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作者：楊健晟 王民慧 張梅 黨長青 單位：貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院