郭仁甲

（鹽城師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224007）

1 引言

傳感器原理及應(yīng)用為多學(xué)科交叉的教學(xué)內(nèi)容，通常作為電氣自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)電子信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等專業(yè)的必修課程。因而從“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的構(gòu)思、設(shè)計(jì)與實(shí)踐角度出發(fā)，對(duì)現(xiàn)有的傳感器基礎(chǔ)理論知識(shí)、項(xiàng)目實(shí)踐案例作出組織整合，引入在線教學(xué)平臺(tái)、校外實(shí)踐基地，改革創(chuàng)新傳感器課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐交互模式及教學(xué)評(píng)價(jià)，采用線下教學(xué)與線上教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)傳感器理論原理、實(shí)踐及應(yīng)用的綜合性教育目標(biāo)。

2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的主要內(nèi)容概述

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)最早為美國(guó)教育家凱茲(Katz,L.G.)提出的教學(xué)理論，其指出“學(xué)生不同學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)，往往是在自主建構(gòu)條件下完成的，包括理論知識(shí)、職業(yè)技能與行為、態(tài)度與價(jià)值觀，都是通過(guò)以行動(dòng)為導(dǎo)向獲得的”。[1]而我國(guó)所倡導(dǎo)的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，則包括教育家陶行知的“教學(xué)做一體化”理念，以及CDIO工程實(shí)踐教育模式，也即構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)踐(Implement)、運(yùn)作(Operate)教學(xué)法，旨在由教師為引導(dǎo)、學(xué)生為中心，開展各學(xué)科專業(yè)課程的項(xiàng)目引導(dǎo)教學(xué)、自主實(shí)踐學(xué)習(xí)。

現(xiàn)階段高校不同專業(yè)或?qū)W科實(shí)施的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，通常包含項(xiàng)目任務(wù)明確、項(xiàng)目規(guī)劃制定、項(xiàng)目信息資源收集、項(xiàng)目實(shí)踐實(shí)施、項(xiàng)目考核評(píng)價(jià)等內(nèi)容。因而在理工類專業(yè)課程教學(xué)中，高校教師通常需圍繞著某一項(xiàng)目或?qū)嵺`案例，以項(xiàng)目基本原理、實(shí)踐應(yīng)用技術(shù)為主線，設(shè)置課前、課堂與課后教學(xué)的執(zhí)行流程如下：（1）選取某一知識(shí)點(diǎn)的典型項(xiàng)目，作為教學(xué)任務(wù)案例，構(gòu)思出項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)知識(shí)體系；（2）針對(duì)重要基礎(chǔ)理論知識(shí)、課內(nèi)外實(shí)踐內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題導(dǎo)向的教學(xué)情境、規(guī)劃設(shè)計(jì)課程教學(xué)環(huán)節(jié)；（3）將課內(nèi)教材內(nèi)容、課外互聯(lián)網(wǎng)理論，應(yīng)用到項(xiàng)目實(shí)踐案例教學(xué)中，由教師引導(dǎo)、學(xué)生自主參與，形成理論與實(shí)踐資源的融合，實(shí)現(xiàn)由教師“講授式”教學(xué)到學(xué)生“自主探究式”學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變。

3 當(dāng)前傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)存在的問(wèn)題

3.1 課程缺乏以學(xué)生為主的教學(xué)知識(shí)體系

當(dāng)下各高校在傳感器原理及應(yīng)用系統(tǒng)化教學(xué)體系的設(shè)置中，往往存在著以教師為主導(dǎo)、教材為主要內(nèi)容的組織問(wèn)題。[2]其一，學(xué)科教師忽視不同學(xué)生的專業(yè)理論知識(shí)掌握、實(shí)踐應(yīng)用學(xué)習(xí)狀況，只是根據(jù)自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、學(xué)科實(shí)踐性，整合現(xiàn)有的理論教學(xué)內(nèi)容、項(xiàng)目實(shí)踐案例，難以激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、課堂參與積極性。其二，傳感器原理及應(yīng)用課程內(nèi)容，與電氣自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)信息化、物聯(lián)網(wǎng)工程、測(cè)控技術(shù)與儀器等專業(yè)存在著緊密關(guān)聯(lián)，但以教材為主要內(nèi)容的課程設(shè)置方式，使得專業(yè)課程形式化、應(yīng)試教育化現(xiàn)象嚴(yán)重。

3.2 課程缺乏網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、實(shí)踐實(shí)訓(xùn)室

部分高等院校受限于扶持政策、財(cái)政發(fā)展資金的匱乏，在線上線下項(xiàng)目實(shí)踐教育平臺(tái)的建設(shè)方面仍舊滯后。多數(shù)高校對(duì)于傳感器原理、傳感裝置應(yīng)用實(shí)踐的教學(xué)，通常還是采用多媒體軟件、PPT課件等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，組織整合傳感器原理及應(yīng)用的理論知識(shí)內(nèi)容、實(shí)踐案例，作為課堂教學(xué)演示內(nèi)容，但缺乏與其他高校聯(lián)合，構(gòu)建慕課(MOOC)、微課網(wǎng)絡(luò)線上教育平臺(tái)。同時(shí)高校也較少與校外社會(huì)企業(yè)合作、設(shè)置項(xiàng)目實(shí)踐基地，為師生提供項(xiàng)目參與、實(shí)踐應(yīng)用學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，難以保證傳感器原理及應(yīng)用課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。

3.3 課程內(nèi)容的分散性強(qiáng)、教學(xué)課時(shí)數(shù)少

傳感器原理及應(yīng)用教材知識(shí)內(nèi)容，涉及電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等多方面的知識(shí)，存在著學(xué)科范圍較廣、知識(shí)分散性強(qiáng)的問(wèn)題，這對(duì)教師專業(yè)課程教學(xué)帶來(lái)了較大難度和壓力。[3]如計(jì)算機(jī)專業(yè)的單片機(jī)電路設(shè)置中，存在著一系列的光電傳感器、壓力傳感器、溫濕度傳感器、超聲波傳感器；物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的智能互聯(lián)系統(tǒng)中，也設(shè)置有RFID射頻識(shí)別器、紅外感應(yīng)器、激光掃描儀等傳感裝置。而有關(guān)傳感器原理及應(yīng)用課時(shí)的設(shè)置方面，一般工科專業(yè)只提供5～8個(gè)教學(xué)課時(shí)，且將傳感器實(shí)現(xiàn)原理、實(shí)踐應(yīng)用內(nèi)容，穿插于其他課程的教學(xué)活動(dòng)之中，不利于傳感器專業(yè)課程的系統(tǒng)化、全面化教學(xué)。

3.4 課程教學(xué)資源、項(xiàng)目實(shí)踐的融合性低

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)課程的基礎(chǔ)理論知識(shí)、實(shí)踐案例教學(xué)之間的脫節(jié)，是傳感器原理及應(yīng)用課程面臨的另一主要問(wèn)題。例如在計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)課程中，教師通常會(huì)搜集傳感器元件、內(nèi)部模塊、設(shè)備安裝與存放、信號(hào)輸入/輸出、等效電路圖的教學(xué)資源，向?qū)W生講解傳感器使用、電路連接、信號(hào)傳輸與實(shí)現(xiàn)的基本原理，能夠幫助學(xué)生系統(tǒng)化掌握電壓、電流等的轉(zhuǎn)換方式，電路通斷的控制模式。

但從具體傳感器原理及應(yīng)用項(xiàng)目或案例的實(shí)踐教育來(lái)看，往往缺乏將傳感器理論、公式、模型，與實(shí)際社會(huì)實(shí)踐案例相結(jié)合的組織設(shè)計(jì)，學(xué)生也很難把抽象的傳感器原理、技術(shù)理論知識(shí)，與不同電路圖設(shè)備連接的方案作出關(guān)聯(lián)，不能保證多種傳感器設(shè)備、內(nèi)部模塊在實(shí)驗(yàn)中的合理連接與應(yīng)用。

3.5 課程實(shí)踐交互、教學(xué)評(píng)價(jià)的導(dǎo)向性弱

當(dāng)下高校課堂對(duì)于傳感器原理及應(yīng)用的項(xiàng)目實(shí)踐教育，仍然存在著以教材知識(shí)為主導(dǎo)、教學(xué)流程形式化的問(wèn)題。教師很少引導(dǎo)學(xué)生參與課外項(xiàng)目實(shí)踐，極少與其在線下課堂、線上平臺(tái)展開“一對(duì)一”的溝通交流、疑難問(wèn)題探討，使得學(xué)生的傳感器理論知識(shí)學(xué)習(xí)、實(shí)踐應(yīng)用能力得不到提升。[4]另外，僅僅針對(duì)教材任務(wù)、應(yīng)試考試成績(jī)的教學(xué)評(píng)價(jià)，既忽略了課前、課中與課堂的教學(xué)實(shí)施情況，也不能反映真實(shí)的傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)成效與成果。

4 基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)理念的傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)設(shè)計(jì)策略研究

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在傳感器原理及應(yīng)用課程中的使用，主要圍繞著項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)過(guò)程、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面內(nèi)容，以項(xiàng)目或系統(tǒng)開發(fā)案例為主，進(jìn)行傳感器原理理論知識(shí)、實(shí)踐技術(shù)與應(yīng)用的教學(xué)設(shè)計(jì)，深化學(xué)生自主探究、小組合作、師生互動(dòng)實(shí)踐等的綜合性教育，最終達(dá)到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目演示教學(xué)、學(xué)生傳感器理論與實(shí)踐能力全面提升的目標(biāo)。

4.1 建構(gòu)以學(xué)生為主的傳感器項(xiàng)目教學(xué)知識(shí)體系

傳感器原理及應(yīng)用教材中存在著一系列的傳感器，因而傳感器自身特性、傳感器與系統(tǒng)電路之間的協(xié)調(diào)配合，成為相關(guān)課程教學(xué)活動(dòng)開展的重要方向。[5]這一情況下，需要以學(xué)生為中心、項(xiàng)目理論與實(shí)踐內(nèi)容為課程核心知識(shí)點(diǎn)，設(shè)置系統(tǒng)化的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)知識(shí)體系，為學(xué)生傳感器原理、物聯(lián)系統(tǒng)或電路的實(shí)踐應(yīng)用學(xué)習(xí)提供支持。具體的傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)項(xiàng)目體系設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)項(xiàng)目體系設(shè)計(jì)

4.2 創(chuàng)設(shè)以網(wǎng)絡(luò)交互實(shí)踐平臺(tái)為主的教學(xué)情境

高校計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、電氣自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)工程等專業(yè)課程的教學(xué)，應(yīng)由專業(yè)院系管理者提供教學(xué)政策、財(cái)政資金支持，引入慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂等網(wǎng)絡(luò)在線教育平臺(tái)，并與校外企業(yè)形成聯(lián)合，建立傳感器原理及應(yīng)用實(shí)踐實(shí)訓(xùn)基地，用于具體的傳感器項(xiàng)目或案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)。

在此基礎(chǔ)上，針對(duì)單片機(jī)電路、無(wú)線傳感網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的開發(fā)要求，創(chuàng)設(shè)以環(huán)境信息監(jiān)測(cè)、智能控制為主的課程教學(xué)情境，包括問(wèn)題引導(dǎo)、實(shí)踐啟發(fā)導(dǎo)向的教育情境。如以智能小屋傳感器網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)的開發(fā)教學(xué)為例，教師可先向?qū)W生提出問(wèn)題：“物聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)中通常會(huì)用到哪些傳感器？”

之后引出光敏傳感器、聲敏傳感器、壓阻式傳感器、霍爾傳感器等傳感裝置，向?qū)W生講解不同傳感器的特性參數(shù)、工作原理，以及物聯(lián)網(wǎng)重疊組網(wǎng)、網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)過(guò)程中，多種無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連接、信道數(shù)據(jù)傳輸方式，使學(xué)生逐步明確不同傳感模塊的功能實(shí)現(xiàn)方式，掌握傳感器基本工作原理、項(xiàng)目實(shí)踐執(zhí)行步驟。

4.3 創(chuàng)新課程理論內(nèi)容、理實(shí)融合的教學(xué)方式

傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式的改革創(chuàng)新，需遵循由淺入深、由易到難的層次化教學(xué)理念，完善現(xiàn)有的傳感器基礎(chǔ)理論知識(shí)、項(xiàng)目案例、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容。[6]首先對(duì)于傳感器原理及應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容的改革創(chuàng)新，結(jié)合不同學(xué)生的邏輯與抽象思維、學(xué)習(xí)成績(jī)狀況，搜集與整合出《傳感器原理及應(yīng)用》教材的重難點(diǎn)知識(shí)，并從課外引入有關(guān)單片機(jī)與傳感器、無(wú)線傳感器信息采集的內(nèi)容，設(shè)置具體的電氣自動(dòng)化電路控制、物聯(lián)網(wǎng)工程等仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，作為傳感器原理及應(yīng)用課程的教學(xué)內(nèi)容。

其次，在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)傳感器教學(xué)方式的創(chuàng)新方面，由教師借助慕課線上平臺(tái)、社會(huì)實(shí)踐基地，依據(jù)具體的傳感器項(xiàng)目，進(jìn)行課堂教學(xué)課件演示、在線視頻展示、作業(yè)測(cè)試、小組及師生交互的實(shí)踐教學(xué)，開展與傳感器相關(guān)的項(xiàng)目大賽，引導(dǎo)學(xué)生深入到某一傳感器設(shè)置的項(xiàng)目中，了解傳感器裝置的連接方式、設(shè)置與工作原理，自主探究傳感器實(shí)踐應(yīng)用的疑難問(wèn)題，以及通過(guò)小組討論、師生交互的方式解決問(wèn)題，可大大提高項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的課程教學(xué)質(zhì)量。

4.4 改進(jìn)與完善傳感器應(yīng)用課程的教學(xué)評(píng)價(jià)

傳統(tǒng)傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)的質(zhì)量評(píng)價(jià)，往往圍繞平時(shí)考試成績(jī)(20%)、期中考試成績(jī)(20%)、期末考試成績(jī)(60%)展開，這一評(píng)價(jià)模式過(guò)于注重應(yīng)試教育、考試成績(jī)的結(jié)果考核，忽視了課前、課中的教學(xué)環(huán)節(jié)考核評(píng)價(jià)。因此，從項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的理論與實(shí)踐綜合性教育角度出發(fā)，設(shè)置師生出勤、在線項(xiàng)目演示、傳感器原理分析、課堂互動(dòng)討論、課內(nèi)外應(yīng)用實(shí)踐、作業(yè)測(cè)驗(yàn)等的教學(xué)考評(píng)要素，加強(qiáng)教師課程教育、學(xué)生傳感器理論與技術(shù)應(yīng)用的全方位評(píng)定，以保證傳感器原理及應(yīng)用教育評(píng)價(jià)的真實(shí)性、客觀性。

5 結(jié)語(yǔ)

高校設(shè)計(jì)型、驗(yàn)證型項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)質(zhì)量好壞，具有重要的作用。因此，傳感器原理及應(yīng)用課程的項(xiàng)目實(shí)踐教育，作為以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、成果導(dǎo)向?yàn)橹鞯慕虒W(xué)模式，要在項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)開展前，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)在線教學(xué)平臺(tái)、校內(nèi)外實(shí)踐實(shí)訓(xùn)基地，制定融合傳感器基礎(chǔ)原理知識(shí)、實(shí)踐應(yīng)用案例的教學(xué)知識(shí)體系，由教師根據(jù)不同專業(yè)的單元設(shè)置、重難點(diǎn)知識(shí)關(guān)聯(lián)性，設(shè)置出多種問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)情境，創(chuàng)新與完善傳感器課程基礎(chǔ)原理、項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，以及開展一系列的學(xué)生自主實(shí)踐、師生溝通交互教育，從而逐步引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生完成傳感器理論、實(shí)踐應(yīng)用原理的學(xué)習(xí)。