佟吉鋼， 董恩增， 梁雪慧， 張祖鋒

(天津理工大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院， 天津 300384)

“檢測(cè)技術(shù)”是高等院校本科教育人工智能、自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，在專業(yè)人才培養(yǎng)和工科建設(shè)中占據(jù)重要地位[1-2]。在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生被動(dòng)接受，雖然有一些實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，但由于缺乏系統(tǒng)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)，學(xué)生無(wú)法掌握整體的實(shí)際應(yīng)用技巧，無(wú)法達(dá)到滿意的教學(xué)效果。為此，筆者以“檢測(cè)技術(shù)”課程為案例，采取設(shè)計(jì)項(xiàng)目方式，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、課外綜合實(shí)踐等方面進(jìn)行研究探索，改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)中以知識(shí)學(xué)習(xí)為目標(biāo)的觀念，突出教學(xué)的實(shí)踐應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)中的主動(dòng)性，使學(xué)生具有創(chuàng)新意識(shí)，充分推動(dòng)了提高學(xué)生教學(xué)實(shí)踐中創(chuàng)新能力、綜合素質(zhì)為目標(biāo)的教學(xué)模式改革[3]，對(duì)培養(yǎng)提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力具有十分重要的意義[4]。

1 “檢測(cè)技術(shù)”課程現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

結(jié)合課題組多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)通過(guò)與其他院校相關(guān)專業(yè)教師的交流探討，獲得共識(shí)：以往的教學(xué)模式弊端比較突出。一是傳統(tǒng)的教學(xué)側(cè)重課堂講授輔以配套實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)中學(xué)生處于被動(dòng)接受狀態(tài)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)不能做到主動(dòng)思考。二是課程對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用銜接不緊密，教學(xué)內(nèi)容千篇一律，難以激發(fā)學(xué)生興趣。三是獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)較多，對(duì)于整體的綜合運(yùn)用較少，學(xué)生難以做到融會(huì)貫通。具體表現(xiàn)如下：

1.1 理論教學(xué)中的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

“檢測(cè)技術(shù)”課程涉及知識(shí)面較廣，內(nèi)容龐雜枯燥，同時(shí)它又是一門(mén)與實(shí)際聯(lián)系緊密的課程。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是教師主導(dǎo)教學(xué)進(jìn)度安排，學(xué)生很難處于主動(dòng)思考的狀態(tài)，從實(shí)際教學(xué)效果來(lái)看，學(xué)生學(xué)習(xí)方式仍顯單一。課程很廣很散的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，也讓學(xué)生不容易把握學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，從而降低對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣，教學(xué)效果不理想[5]。

1.2 實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

目前傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為理論教學(xué)的配套與補(bǔ)充，主要偏重于對(duì)授課內(nèi)容做一些常規(guī)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)多使用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，內(nèi)容固定、可變性差。實(shí)驗(yàn)過(guò)程是學(xué)生按照指導(dǎo)教師預(yù)先安排好的情況，依次進(jìn)行，學(xué)生屬于被動(dòng)操作。整個(gè)過(guò)程按預(yù)定完成，學(xué)生只需按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，測(cè)量記錄，不需要深入思考工作原理，按部就班即可完成。由于實(shí)驗(yàn)的常規(guī)固定，學(xué)生經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)前抄襲預(yù)習(xí)報(bào)告，過(guò)程中單純記錄數(shù)據(jù)，機(jī)械式提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。整個(gè)過(guò)程并不能很好地發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的潛力和興趣，影響學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。目前的教學(xué)實(shí)驗(yàn)安排也只局限于一般的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，不能與時(shí)代發(fā)展有效契合，與行業(yè)需求存在很大脫節(jié)。

1.3 理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)間存在的問(wèn)題

“檢測(cè)技術(shù)”課程學(xué)時(shí)一般為48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)為8學(xué)時(shí)，要求掌握主要傳感器的基礎(chǔ)理論知識(shí)。多數(shù)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)要點(diǎn)的掌握，因缺乏親身體驗(yàn)，不可避免地陷入單純記憶，憑記憶性知識(shí)去應(yīng)付考試，考試后很容易淡忘，難以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手和主動(dòng)創(chuàng)新能力。更無(wú)法實(shí)現(xiàn)課程核心目的，即學(xué)生能夠設(shè)計(jì)使用靈活多變的傳感器，實(shí)現(xiàn)所需要的物理量測(cè)量，為后續(xù)的專業(yè)應(yīng)用提供必要的方式手段。傳統(tǒng)“檢測(cè)技術(shù)”課程教學(xué)存在的局限，使得學(xué)生的理論與實(shí)踐能力離教學(xué)目標(biāo)和實(shí)際要求存在差距。

2 “檢測(cè)技術(shù)”課程改進(jìn)實(shí)現(xiàn)方法

針對(duì)傳統(tǒng)的“檢測(cè)技術(shù)”課程教學(xué)過(guò)程中所面臨的局限和弊端，課題組從理論教學(xué)到動(dòng)手實(shí)踐創(chuàng)新環(huán)節(jié)進(jìn)行了一系列改革嘗試，努力激發(fā)學(xué)生的興趣和主動(dòng)性，多種方式提高學(xué)生的主動(dòng)思維和綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力，并取得一定的效果。

2.1 教學(xué)中堅(jiān)持理論聯(lián)系貼近實(shí)際

課堂教學(xué)改為以傳感器的實(shí)際應(yīng)用為背景與核心：在理論教學(xué)內(nèi)容講述時(shí)，展示相關(guān)傳感器在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中的應(yīng)用實(shí)例，明確學(xué)習(xí)目的，激發(fā)興趣。講授內(nèi)容更偏重在實(shí)踐中的應(yīng)用，結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際去講，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性，提高講授效果。比如在講述電渦流傳感器時(shí)，除必須的理論知識(shí)要點(diǎn)，還涉及實(shí)際生活中常見(jiàn)的應(yīng)用，如安全檢測(cè)門(mén)、掃雷器等應(yīng)用實(shí)例，介紹具體工作原理使用方法，使得學(xué)生課堂上獲得的知識(shí)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中可以得到體現(xiàn)，獲得更深切感受。

2.2 項(xiàng)目式改革引導(dǎo)強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力

教師明確要求所有同學(xué)必須完成實(shí)踐動(dòng)手環(huán)節(jié)。將該環(huán)節(jié)以項(xiàng)目自主設(shè)計(jì)方式進(jìn)行，并將結(jié)果作為學(xué)生平時(shí)成績(jī)考核的必備內(nèi)容，促使所有學(xué)生認(rèn)識(shí)到這是自己必須具備的一種主動(dòng)意識(shí)和能力?？己藘?nèi)容包括項(xiàng)目實(shí)物設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的方法和創(chuàng)意的新穎性、PPT與解說(shuō)視頻制作的規(guī)范合理，提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告是否詳盡完整正確。實(shí)踐環(huán)節(jié)中每部分各占一定分值，依據(jù)動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)效果最終生成成績(jī)。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖1所示。

圖1 學(xué)生自主項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)現(xiàn)流程

項(xiàng)目開(kāi)始：要求每組3-4名學(xué)生，自主確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及內(nèi)容。針對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生依據(jù)興趣愛(ài)好自由發(fā)揮，教師鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生將課上所學(xué)知識(shí)真正地實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。

項(xiàng)目執(zhí)行：學(xué)生經(jīng)組內(nèi)協(xié)商后，自主獨(dú)立完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)、搭建與實(shí)物調(diào)試工作，教師提供必要的元器件，負(fù)責(zé)指導(dǎo)答疑。

項(xiàng)目展示：要求每個(gè)學(xué)生小組做好PPT，錄好演示視頻，并最終在課上現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合PPT并當(dāng)眾進(jìn)行講解演示，同時(shí)每人提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，使學(xué)生通過(guò)完整的項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，對(duì)傳感器相關(guān)知識(shí)有一個(gè)深切理解和實(shí)踐能力全面提升。

學(xué)生是項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)施的主體，教師起到輔助引導(dǎo)作用。在此過(guò)程中學(xué)生的積極主動(dòng)性得到極大調(diào)動(dòng)，動(dòng)手實(shí)踐能力也得到提升，很多有創(chuàng)意有想法的作品也陸續(xù)涌出。圖2和圖3所示為學(xué)生自主設(shè)計(jì)完成的智能家居系統(tǒng)和智能溫室大棚。類(lèi)似的很多案例都是學(xué)生結(jié)合自己的興趣愛(ài)好與生活實(shí)際，有感而發(fā)，自主設(shè)計(jì)完成。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)踐制作過(guò)程也將課堂上講授的傳感器相關(guān)知識(shí)實(shí)現(xiàn)了真正的理解與實(shí)際應(yīng)用。

圖2 學(xué)生自主設(shè)計(jì)完成的智能家居系統(tǒng)

圖3 學(xué)生自行設(shè)計(jì)完成的智能溫室大棚

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物演示講解與輔助視頻：學(xué)生完成實(shí)物設(shè)計(jì)制作后，在課上結(jié)合PPT，結(jié)合實(shí)物現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行演示講解，接受同學(xué)答疑。經(jīng)過(guò)這種訓(xùn)練，學(xué)生的綜合表述能力、動(dòng)手能力，均得到了訓(xùn)練和提升。圖4、圖5為選取的兩組同學(xué)，結(jié)合各自完成的項(xiàng)目實(shí)物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示、講解。

圖4 學(xué)生課上現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)物功能演示

圖5 學(xué)生課上結(jié)合錄制視頻介紹設(shè)計(jì)完成的項(xiàng)目實(shí)物

由同學(xué)作為講授主體，學(xué)生更愿意聽(tīng)，也會(huì)主動(dòng)提問(wèn)，注意力格外集中，互動(dòng)效果非常好。大大改變了課堂上教師為主的講授，學(xué)生不專心聽(tīng)講、走神的現(xiàn)象。在交流過(guò)程中，學(xué)生的積極主動(dòng)性得到極大提高，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)通過(guò)親身實(shí)踐，得到很好地領(lǐng)會(huì)、理解和應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告：好的項(xiàng)目離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效整理總結(jié)。以往學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告容易出現(xiàn)應(yīng)付、抄襲現(xiàn)象?，F(xiàn)在每組項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)完成內(nèi)容完全不同，組內(nèi)同學(xué)有分工合作，承擔(dān)內(nèi)容也不相同，客觀要求學(xué)生必須獨(dú)立完成自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生結(jié)課時(shí)提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求包括研究應(yīng)用背景介紹、工作原理、系統(tǒng)硬件、軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)、最后的調(diào)試結(jié)果說(shuō)明，并附上自己的體會(huì)感受與建議。通過(guò)一整套項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，使學(xué)生的綜合實(shí)踐動(dòng)手能力和知識(shí)點(diǎn)的掌握得到顯著提高。

2.3 課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革效果

通過(guò)這種教學(xué)方式改革，充分激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和動(dòng)手實(shí)踐創(chuàng)新創(chuàng)作設(shè)計(jì)制作興趣，促使學(xué)生主動(dòng)將自己平時(shí)課上所學(xué)的知識(shí)與生活中遇到的實(shí)際問(wèn)題有效結(jié)合，將知識(shí)付諸實(shí)用[6]。從抽象到具體，從理論到實(shí)際，通過(guò)學(xué)生主動(dòng)運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行綜合實(shí)踐創(chuàng)新的過(guò)程，自身的知識(shí)能力水平與實(shí)踐動(dòng)手興趣、創(chuàng)新能力都得到了很好提升，為后續(xù)能力進(jìn)一步擴(kuò)展提高奠定良好基礎(chǔ)。

3 教學(xué)的擴(kuò)展延伸與創(chuàng)新能力的提升

學(xué)生在課上掌握的知識(shí)只是基礎(chǔ)，只有真正實(shí)現(xiàn)了融會(huì)貫通才能獲取更好的發(fā)展。為此鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參加各種綜合創(chuàng)新實(shí)踐類(lèi)活動(dòng)，擴(kuò)展提升自己的實(shí)踐創(chuàng)新能力，在實(shí)踐訓(xùn)練中提高自身的綜合素質(zhì)[7-8]。

3.1 指導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生參加各類(lèi)實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)

學(xué)生課上獲得的知識(shí)只是偏重于某一學(xué)科，只有將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用才能進(jìn)一步獲得能力的提升。為此課題組以學(xué)校組織的科技立項(xiàng)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等活動(dòng)為契機(jī)，組織引導(dǎo)學(xué)生建立多個(gè)興趣小組，根據(jù)自己感興趣的方向參加項(xiàng)目小組。組內(nèi)同學(xué)分工合作，共同努力完成預(yù)定目標(biāo)。從項(xiàng)目選題立項(xiàng)、資料查找與申請(qǐng)書(shū)的撰寫(xiě)、PPT申請(qǐng)的編寫(xiě)及現(xiàn)場(chǎng)路演、項(xiàng)目的立項(xiàng)實(shí)施、進(jìn)度把握、最后的結(jié)題報(bào)告及最終匯報(bào)，整個(gè)過(guò)程完全依靠學(xué)生自主獨(dú)立完成，教師僅是起到一個(gè)引導(dǎo)和掌控的作用。

通過(guò)親身參與整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐完成過(guò)程，學(xué)生對(duì)科研項(xiàng)目的程序有了初步的實(shí)踐經(jīng)歷和體會(huì)，使學(xué)生自身的實(shí)踐創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)有了很大的提升。有了前期參與學(xué)生科技活動(dòng)的基礎(chǔ)，部分能力素質(zhì)高的同學(xué)可引導(dǎo)參與到教師承擔(dān)的科研項(xiàng)目中，進(jìn)一步鍛煉他們，為他們的后續(xù)深入發(fā)展拓寬道路。

3.2 積極引導(dǎo)鼓勵(lì)參加各類(lèi)創(chuàng)新實(shí)踐類(lèi)比賽

鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生積極參加各種高水平的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐比賽。在競(jìng)賽中與他人交流學(xué)習(xí)，查找彌補(bǔ)自身局限不足，擴(kuò)展視野，在比賽中提升自身綜合素質(zhì)能力。實(shí)現(xiàn)比賽與創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的良性互動(dòng)：外出比賽檢驗(yàn)自身努力成果、展示鍛煉自己、查找自身局限不足；賽后總結(jié)反思、多方位全面努力改進(jìn)。如此往復(fù)，形成互動(dòng)循環(huán)，獲得很好效果。例如先后獲得2016年第二屆“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國(guó)銅獎(jiǎng)，入選2017年第十屆全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)年會(huì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物展示，2017年“深創(chuàng)杯”全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽三等獎(jiǎng)，2018年“創(chuàng)青春”全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國(guó)銅獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。

3.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)作為一個(gè)工科學(xué)生畢業(yè)前最大的綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力要求很高。尤其是通過(guò)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)引導(dǎo)的同學(xué)，經(jīng)過(guò)專業(yè)基礎(chǔ)課的基本動(dòng)手實(shí)踐與創(chuàng)新能力訓(xùn)練、比賽，畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容多是以往參加科技實(shí)踐項(xiàng)目的進(jìn)一步擴(kuò)展延伸。他們實(shí)質(zhì)是在專業(yè)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上圍繞著一個(gè)自己感興趣的主題一直在做深入的研究探索。這種畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果是至少做了兩年而不是有限的幾個(gè)月時(shí)間，與常規(guī)的畢業(yè)設(shè)計(jì)成果相比，更具有專業(yè)的深度和廣度。

3.4 綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力擴(kuò)展提升效果顯著

經(jīng)過(guò)前期的一系列動(dòng)手創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，以及各種科技實(shí)踐項(xiàng)目與大型比賽活動(dòng)，學(xué)生的綜合能力得到極大的提升飛躍。其中一名同學(xué)在2018年以全市第三名的成績(jī)獲得天津市“王克昌獎(jiǎng)學(xué)金”特等獎(jiǎng)，并帶領(lǐng)其它同學(xué)獲得2019年第五屆“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國(guó)銀獎(jiǎng)。圖6為學(xué)生參加天津市“王克昌獎(jiǎng)學(xué)金”特等獎(jiǎng)評(píng)審頒獎(jiǎng)現(xiàn)場(chǎng)。

圖6 學(xué)生獲評(píng)天津市“王克昌獎(jiǎng)學(xué)金”特等獎(jiǎng)現(xiàn)場(chǎng)

4 結(jié)語(yǔ)

本課題組從2014年開(kāi)始，嘗試以“檢測(cè)技術(shù)”課程為切入點(diǎn)進(jìn)行改革，強(qiáng)化課程教學(xué)過(guò)程中項(xiàng)目自主設(shè)計(jì)動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐創(chuàng)新能力，同時(shí)鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生積極參加各類(lèi)實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)努力提高自己，獲得了提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的教學(xué)新模式。

圖7 學(xué)生動(dòng)手創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)與綜合素質(zhì)能力培養(yǎng)過(guò)程

在培養(yǎng)過(guò)程中，注重強(qiáng)化學(xué)生在課堂上發(fā)揮主動(dòng)思維能力與提升學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手與綜合運(yùn)用技能。通過(guò)學(xué)生自主選擇設(shè)計(jì)完成相關(guān)的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告講解與實(shí)物展示，輔以錄制的視頻配合，最終提交完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)得到提升，具體引導(dǎo)模式如圖7所示。以此為契機(jī)鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生參加各種科技實(shí)踐項(xiàng)目和各類(lèi)大型創(chuàng)新實(shí)踐比賽活動(dòng)，在綜合性的創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中擴(kuò)展視野、全面鍛煉提升自己。此外，將大學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)充分融入其中，實(shí)現(xiàn)良性互動(dòng)，解決了目前工科教學(xué)中存在的一些弊端，實(shí)踐證明這種實(shí)踐教學(xué)的效果較好，值得研究與推廣。