鄭青玉 王曉飛 潘志康 王艷林

北京信息科技大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院 北京 100192

傳感技術(shù)是測(cè)控技術(shù)與儀器、自動(dòng)化以及電子信息等工程類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它是學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)專業(yè)技術(shù)工作和科學(xué)研究的一門必修課；為了加深學(xué)生對(duì)本課程所學(xué)的傳感器結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用場(chǎng)合的理解，鞏固所學(xué)理論知識(shí)，提高學(xué)生分析和解決問題的能力，在課程教學(xué)過程中增加了典型傳感器的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。但是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)：由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)比較少，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，所以難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣；實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一，過于強(qiáng)調(diào)“教”而非“學(xué)”[1]，導(dǎo)致學(xué)生過分依賴教師，同時(shí)實(shí)驗(yàn)過程死板，學(xué)生的思考積極性被壓制；而實(shí)驗(yàn)考核形式單一，也難以引起學(xué)生足夠重視。因此，在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間內(nèi)，怎樣調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力，更好地培養(yǎng)學(xué)生分析和處理實(shí)際問題的能力，就是該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革的關(guān)鍵所在。

1 OBE教學(xué)模式

OBE(Outcome-Based Education)是一種基于學(xué)習(xí)成果或結(jié)果為導(dǎo)向的教育模式，也稱能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育，它是一種新的先進(jìn)的教育理念，是高等工程教育改革的指導(dǎo)方向[2]。OBE主要強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生學(xué)到了什么能力而不是教師教了什么知識(shí)，注重的是教學(xué)過程的輸出結(jié)果而不是輸入方式，因此，OBE模式的教學(xué)具有更大的靈活性和優(yōu)勢(shì)，其教學(xué)過程一改以往以教師教學(xué)為中心，圍繞既定的教學(xué)進(jìn)程對(duì)學(xué)生展開教學(xué)的方法[3]，而是以學(xué)生為中心，注重培養(yǎng)學(xué)生的自我探索和自我學(xué)習(xí)能力，從而提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，美國(guó)工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)也接受了OBE的理念，并將其貫穿于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的始終。在2016年6月，國(guó)際工程聯(lián)盟年會(huì)通過了中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)代表我國(guó)由《華盛頓協(xié)議》預(yù)備會(huì)員“轉(zhuǎn)正”，成為這項(xiàng)國(guó)際認(rèn)證協(xié)議的正式成員；我校測(cè)控技術(shù)與光電信息工程學(xué)院的測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)于2014年也順利地通過了我國(guó)的工程教育認(rèn)證，并提出“優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)體系，提高實(shí)踐育人效果”的原則。在此背景下，以O(shè)BE教育理念引導(dǎo)傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革具有現(xiàn)實(shí)的意義。

2 基于OBE理念導(dǎo)向下的傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

以O(shè)BE核心教育理念“以學(xué)生為中心”“成果導(dǎo)向”“持續(xù)改進(jìn)”為指導(dǎo)思想[4,5]，以學(xué)生達(dá)到出口要求為教學(xué)最終目標(biāo)，分別從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的完善、教學(xué)過程的改進(jìn)、成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方式的改革等環(huán)節(jié)著手，努力做到把學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用相結(jié)合，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，把傳授知識(shí)與培養(yǎng)能力融為一體對(duì)傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革。

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)或綜合型實(shí)驗(yàn)之間具有內(nèi)在的聯(lián)系，缺一不可[6]。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)是以理論知識(shí)和動(dòng)手能力為基礎(chǔ)的，這類實(shí)驗(yàn)不需要學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，而是以提升工程基礎(chǔ)素質(zhì)為目標(biāo)的，而設(shè)計(jì)或綜合型實(shí)驗(yàn)是在驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)理論知識(shí)的運(yùn)用、拓展和創(chuàng)新。

為了達(dá)到由淺入深地將目標(biāo)能力指標(biāo)和專業(yè)課程知識(shí)貫穿于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，使之在更加規(guī)范化的同時(shí)，做到理論與實(shí)踐完美結(jié)合，傳感技術(shù)課程依此設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：首先設(shè)計(jì)了幾個(gè)傳感器的基本實(shí)驗(yàn)，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生掌握傳感器的使用方法、了解測(cè)量系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)測(cè)量系統(tǒng)調(diào)零的重要性和操作方法、學(xué)習(xí)測(cè)量系統(tǒng)的定標(biāo)概念并掌握如何定標(biāo)和進(jìn)行誤差分析并使學(xué)生明確所驗(yàn)證的理論在何種工程中會(huì)應(yīng)用到；在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一個(gè)具有較強(qiáng)實(shí)踐性和可遷移性的綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目素材來自于生產(chǎn)實(shí)際——波峰焊錫膏加熱溫度的控制系統(tǒng)，要求設(shè)計(jì)一款符合該生產(chǎn)環(huán)境的測(cè)溫系統(tǒng)，它是一個(gè)發(fā)散的題目：學(xué)生可以根據(jù)自己的理解，選用不同類型的傳感器，設(shè)計(jì)各自相對(duì)應(yīng)的傳感器輸出信號(hào)的放大調(diào)理電路，而電路的調(diào)試過程也不盡相同。由于內(nèi)容的不確定性，使學(xué)生在具體實(shí)驗(yàn)中具有更大的自由選擇、發(fā)揮和研討的空間。

2.2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用的是統(tǒng)一講解后，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，學(xué)生的動(dòng)手能力得不到真正的培養(yǎng)，學(xué)生在思考、質(zhì)疑、研究、決定等方面的能力也無法得到展示和鍛煉[7]。因此在改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，進(jìn)行了一些新的教學(xué)方法的嘗試：對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生根據(jù)傳感器的工作原理，在教師的引導(dǎo)下，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；而將綜合性實(shí)驗(yàn)改為開放實(shí)驗(yàn)，采用以問題為導(dǎo)向、啟發(fā)式教學(xué)方法，即在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，對(duì)學(xué)生提出了應(yīng)用場(chǎng)景、最終達(dá)到的目標(biāo)要求以及實(shí)現(xiàn)的基本思路，學(xué)生根據(jù)目標(biāo)要求進(jìn)行信息的收集、方案的設(shè)計(jì)及論證、電路的搭接、調(diào)試步驟的規(guī)劃和實(shí)際調(diào)試等工作，最終完成目標(biāo)要求。在實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)室是開放的，學(xué)生隨時(shí)可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在時(shí)間和資源上保障每個(gè)學(xué)生都有達(dá)成學(xué)習(xí)成果的機(jī)會(huì)，教師隨時(shí)因勢(shì)利導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生探究怎樣解決問題，并了解學(xué)生思考問題及解決問題的方法，努力把學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用結(jié)合起來[8]，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，較好地把傳授知識(shí)與培養(yǎng)能力融為一體。這次嘗試收到了很好的效果，通過完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，尤其是開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施，使學(xué)生了解并把握了實(shí)驗(yàn)過程中每一個(gè)環(huán)節(jié)的基本要求；在運(yùn)用已有知識(shí)、技能的同時(shí)，學(xué)習(xí)到許多新的知識(shí)和技能；能夠獨(dú)立解決一些過去從沒遇到過的實(shí)際問題，同時(shí)也掌握了教學(xué)大綱中規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極探究的態(tài)度，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立解決問題能力和創(chuàng)新能力以及推理和預(yù)測(cè)的習(xí)慣。

2.3 完善實(shí)驗(yàn)考核方法

以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為導(dǎo)向完善實(shí)驗(yàn)考核方式[9,10]，考核學(xué)生采用的是時(shí)時(shí)進(jìn)行的方式：根據(jù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程、涉及的不同能力隨時(shí)對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行考查，尤其關(guān)注學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中某種能力的提高程度，例如表達(dá)能力的培養(yǎng)，開始學(xué)生不注意用專業(yè)術(shù)語來描述，經(jīng)過課堂提問、設(shè)計(jì)電路論證、驗(yàn)收答辯等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，最終學(xué)生能有意識(shí)地用專業(yè)術(shù)語順暢地表述；其他能力的培養(yǎng)也是設(shè)置了幾個(gè)考查環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)課程主要評(píng)估以下幾方面：學(xué)生的表達(dá)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、綜合應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力、解決問題能力以及工程設(shè)計(jì)能力。從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)生預(yù)習(xí)情況、回答問題的表述情況、實(shí)驗(yàn)操作情況到綜合實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生查閱資料的能力、獨(dú)立設(shè)計(jì)能力、分析問題和解決問題能力、項(xiàng)目完成的效果、答辯驗(yàn)收、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行不間斷考核；評(píng)價(jià)的焦點(diǎn)不是在學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)方式上，而是在學(xué)生各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)效果和表現(xiàn)上[11]；依據(jù)每個(gè)學(xué)生能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的程度，賦予不同的評(píng)定等級(jí)，進(jìn)行針對(duì)性評(píng)價(jià)。

3 教學(xué)改進(jìn)的效果

根據(jù)工程教育認(rèn)證的核心理念，圍繞預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出的能力指標(biāo)開展實(shí)踐教學(xué)的改革，是教學(xué)觀念轉(zhuǎn)變的一次嘗試，將OBE教學(xué)模式應(yīng)用到傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以提升教學(xué)質(zhì)量，改變過去的以教師為中心、關(guān)注“教育輸入”(教師教了什么)的理念[12]，而向以學(xué)生為中心、關(guān)注“教育產(chǎn)出”(學(xué)生學(xué)到什么)轉(zhuǎn)變，有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，也端正了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，提高了學(xué)習(xí)效果，取得了較好的預(yù)期成效。表1對(duì)改進(jìn)前后的教學(xué)方法做了比較。

表1 基于內(nèi)容的與基于產(chǎn)出的學(xué)習(xí)方式比較

從表1中可以看出，兩種教育理念的優(yōu)劣勢(shì)是顯而易見的，實(shí)踐也證明了改革的正確性。但在今后的教學(xué)中，還需要進(jìn)一步持續(xù)性優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、修訂實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念、改進(jìn)教學(xué)方式，進(jìn)一步探索適應(yīng) OBE國(guó)際工程教育倡導(dǎo)的先進(jìn)理念，為培養(yǎng)創(chuàng)新型工程人才提供平臺(tái)，適應(yīng)大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的要求。