楊鈺 徐曉 廖朝陽(yáng) 劉志壯 王林惠

摘要：“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”是電子技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課程，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中起著重要作用。結(jié)合本校辦學(xué)定位及人才培養(yǎng)目標(biāo)，本團(tuán)隊(duì)探討了普通地方應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)中“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的新思路，建立了由驗(yàn)證型、綜合型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，利用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生搭建科研創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)，借助線上教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)線上線下的混合式教學(xué)模式，構(gòu)建了全過(guò)程的課程考核評(píng)價(jià)體系。新型教學(xué)模式能夠切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量，對(duì)學(xué)生的能力培養(yǎng)和綜合素質(zhì)提升起到積極作用。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型地方高校;校企融合;實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

中圖法分類(lèi)號(hào)：V448

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Analysis on experimental teaching reform of“sensor and detection technology"course in application-oriented colleges and universities

YANG Yu， XU Xiao， LIAO Chaoyang， LIU Zhizhuang， WANG Linhui

（ Hunan Institute of Scicnce and Tcchnology， Yongzhou， Hunan 425199 . China）

Abstract： "Sensor and detection technology

is a professional course for electronic technology majorsand plays an important role in the cultivation of applied talents. Combined with the school'sorientation and talent training goals， the team discussed the new ideas for the reform of theexperimental teaching mode of the "sensor and detection technology" course in the talent training ofordinary local application-oriented undergraduate colleges， and established an experimental teachingmodel consisting of verification， comprehensive and innovative experiments. Combined with theexperimental content， the open laboratory is used to build a scientific research and innovation practiceplatform for students， and the online teaching platform is used to realize the online and offline hybridteaching mode， and a wholeprocess course assessment and evaluation system is constructed. Thereformed new teaching mode can effectively improve the quality of teaching， and play a positive rolein the cultivation of students' ability and comprehensive quality.

Key words： application-oriented local universities， school-enterprise integration， experimentalteaching reform

1 “傳感器與檢測(cè)技術(shù)”課程的特點(diǎn)

“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)旨在使學(xué)生掌握相關(guān)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決丁程實(shí)際問(wèn)題的綜合能力，以提高學(xué)生的動(dòng)手能力，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性。傳感器的工作原理涵蓋力學(xué)、化學(xué)、光學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)等內(nèi)容，理論知識(shí)的相關(guān)性不強(qiáng)，而檢測(cè)系統(tǒng)的分析和構(gòu)建則需要學(xué)生綜合利用傳感器技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、電子信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)方面的知識(shí)，并掌握不同檢測(cè)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)、原理和方法。

2 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的痛點(diǎn)

（l）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生積極性不高

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多是針對(duì)某類(lèi)傳感器的性能進(jìn)行驗(yàn)證和分析，如電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器的性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)設(shè)備大多模塊化，可擴(kuò)展性不強(qiáng)，學(xué)生只需要連接電源、模塊和測(cè)量?jī)x表，即可得到輸出信號(hào)，即使沒(méi)有掌握傳感器的工作原理和測(cè)量方法，也能得到最后的結(jié)果。且驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)不與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景相結(jié)合，學(xué)生無(wú)法體會(huì)傳感器的實(shí)際用處，很難提起學(xué)習(xí)興趣[1]。因此，本團(tuán)隊(duì)提出“驗(yàn)證型+綜合型+創(chuàng)新型”實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)時(shí)間難匹配

傳感器在生活、工作、學(xué)習(xí)、科研中的應(yīng)用范圍非常廣。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生僅需完成單一傳感器的性能驗(yàn)證，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性即可，2學(xué)時(shí)完成實(shí)驗(yàn)往往還有富余：本團(tuán)隊(duì)曾嘗試增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和難度，引導(dǎo)學(xué)生選擇合適的傳感器，并構(gòu)建測(cè)量電路，完成對(duì)給定物理量的測(cè)量，實(shí)踐證明，增加實(shí)驗(yàn)難度后，多數(shù)學(xué)生無(wú)法在2學(xué)時(shí)內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。因此，本團(tuán)隊(duì)提出課內(nèi)課外相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

（3）缺乏過(guò)程性考核指標(biāo)

課內(nèi)課外相結(jié)合，顧名思義，就是學(xué)生利用課外時(shí)問(wèn)，先進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)和論證，在課內(nèi)完成系統(tǒng)的構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。通過(guò)長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)：能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生并不多。對(duì)于基礎(chǔ)相對(duì)薄弱的同學(xué)，課外資料收集不夠，無(wú)法拿出設(shè)計(jì)方案，課內(nèi)無(wú)法得到測(cè)量結(jié)果：即便得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的同學(xué)，方案的重復(fù)性也較高;按照傳統(tǒng)的考核方式，未得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的同學(xué)成績(jī)不及格，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的同學(xué)成績(jī)區(qū)分度也不高。因此，本團(tuán)隊(duì)提出基于過(guò)程考核的考核方式。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方向

3.1 基本思路

“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目標(biāo)是高度融合學(xué)科體系內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力[2]。在教學(xué)實(shí)踐中，除了驗(yàn)證傳感器的基本性能，還應(yīng)掌握利用傳感器進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)的基本電路和測(cè)試方法，并對(duì)實(shí)驗(yàn)方案、檢測(cè)方法和實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行創(chuàng)新。本團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)踐和持續(xù)改進(jìn)，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，創(chuàng)新采用線上線下混合式教學(xué)方法，并利用各教學(xué)平臺(tái)制定過(guò)程性考核標(biāo)準(zhǔn)，遵循“階梯式”教學(xué)思路，采用驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)→綜合型實(shí)驗(yàn)→創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的模式，因材施教，力求讓每一個(gè)學(xué)生學(xué)有所獲。

3.2 驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生根據(jù)理論內(nèi)容、授課重難點(diǎn)對(duì)單一類(lèi)型傳感器的工作原理和基本特性進(jìn)行驗(yàn)證，并以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)，還要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和說(shuō)明。強(qiáng)化對(duì)傳感器工作原理的理解，尤其要對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K中的轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行分析，為綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)提供必要的理論支持和實(shí)踐支持[3]。

3.3 綜合性實(shí)驗(yàn)

綜合型實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生能選擇合適的傳感器和測(cè)量電路，完成對(duì)規(guī)定物理量的檢測(cè)?？梢允褂锰摂M儀器，也可以使用硬件平臺(tái)。教師通過(guò)給定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，給出數(shù)據(jù)的采集方法，并對(duì)自己的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)試、分析和評(píng)估。

3.4 創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生綜合利用本學(xué)科的理論知識(shí)，設(shè)計(jì)具有一定功能的檢測(cè)系統(tǒng)，如電子秤、溫度計(jì)、測(cè)距儀、車(chē)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置等。了解傳感器技術(shù)與自動(dòng)控制、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的關(guān)系，并以此安排相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。在此過(guò)程中，學(xué)生應(yīng)以團(tuán)隊(duì)為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，教師團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)提供適度指導(dǎo)。教師要因材施教，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力，探討不同基礎(chǔ)學(xué)生在此過(guò)程中學(xué)有所獲的可能性，同時(shí)分析改革的可行性。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

4.1 教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)化

我校是地方應(yīng)用型本科院校，學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，一開(kāi)始就要求所有學(xué)生能夠完成創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)顯然不現(xiàn)實(shí)，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)也不可能有效解決所有學(xué)生的問(wèn)題。因此，教師團(tuán)隊(duì)利用“超星泛雅”平臺(tái)建設(shè)了課程在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，利用QQ創(chuàng)建了課程交流群，利用LabVIEW技術(shù)搭建了虛擬仿真平臺(tái)，利用校企合作大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地構(gòu)建了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。例如，電阻式傳感器實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前2周，教師利用課程交流群發(fā)布實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生可利用Spoc平臺(tái)先觀看微課視頻：電阻式傳感器實(shí)驗(yàn)原理、YL-21（X）型傳感器與測(cè)控綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)電阻式傳感器模塊演示視頻、稱(chēng)重傳感器的制作方法、Labview小白入門(mén)、電子秤結(jié)構(gòu)解析等：利用LabView完成電阻式傳感器的電橋性能實(shí)驗(yàn)：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)可利用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心的實(shí)驗(yàn)設(shè)備完成電子秤的設(shè)計(jì)制作。

4.2 教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)與改革創(chuàng)新

根據(jù)教材內(nèi)容，將傳統(tǒng)傳感器分為電阻式、電容式、電感式、壓電式、磁電式、熱電式、光電式、波式、化學(xué)、生物傳感器10個(gè)章節(jié)，每章設(shè)置5-15個(gè)知識(shí)點(diǎn)，涉及傳感器的工作原理、基本特性、測(cè)量電路、典型應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)演示、能力擴(kuò)展、學(xué)以致用等內(nèi)容，并配套相應(yīng)的文字說(shuō)明及自測(cè)習(xí)題，供學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)使用，學(xué)生可以根據(jù)自身實(shí)際，選看相關(guān)內(nèi)容，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)做準(zhǔn)備。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用傳統(tǒng)教材，綜合型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由團(tuán)隊(duì)重新編寫(xiě)，并不斷革新，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)只給出系統(tǒng)功能，不限定傳感器類(lèi)型和電路形式，注意引導(dǎo)學(xué)生對(duì)方法和思路的創(chuàng)新，使學(xué)生在階段性訓(xùn)練后掌握傳感器的實(shí)際應(yīng)用方法[3]。本團(tuán)隊(duì)利用信息化技術(shù)營(yíng)造出特色的實(shí)驗(yàn)氛圍，說(shuō)明各類(lèi)傳感器的使用方法，并提出借助稱(chēng)重傳感器測(cè)重，利用計(jì)步傳感器統(tǒng)計(jì)步數(shù)，燃?xì)庑孤﹫?bào)警裝置、簡(jiǎn)易脈搏測(cè)量?jī)x、利用陀螺儀、角度加速度傳感器等創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)方案。始終貫徹應(yīng)用型人才培養(yǎng)的日標(biāo)，重視對(duì)使用方法的學(xué)習(xí)，避免復(fù)雜公式的推導(dǎo)，并注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，掌握設(shè)計(jì)方法和思路，以期培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題分析能力、創(chuàng)新理解能力和探索欲望[4]。

4.3 教學(xué)方法創(chuàng)新

教學(xué)改革的重心是將對(duì)工作原理和傳感器性能的驗(yàn)證轉(zhuǎn)向?qū)鞲衅鞯湫蛻?yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建，故需要教師不斷革新教學(xué)思路，既要說(shuō)明傳感器的工作原理、使用方法和使用要點(diǎn)，又要對(duì)各類(lèi)傳感器的適用范圍和工作電路進(jìn)行推導(dǎo)和驗(yàn)證，還有考慮如何利用小組合作的方式解決實(shí)際問(wèn)題。因此，本團(tuán)隊(duì)利用創(chuàng)新化的教學(xué)思路，建立系統(tǒng)的教學(xué)計(jì)劃。例如，將包含創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)增加至4學(xué)時(shí)，通過(guò)實(shí)物展示或虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)呈現(xiàn)出傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景，要求學(xué)生思考這些傳感器的應(yīng)用原理，并根據(jù)現(xiàn)有的問(wèn)題展開(kāi)思考和討論，在分析理論知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，如何利用所學(xué)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用場(chǎng)景：同一個(gè)實(shí)驗(yàn)包含多個(gè)綜合型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生通過(guò)隨機(jī)抽取來(lái)確定課堂操作內(nèi)容等。例如，“應(yīng)變式傳感器”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，教師可展示生活中常見(jiàn)的體重計(jì)裝置，說(shuō)明體重計(jì)即為應(yīng)變式傳感器的經(jīng)典案例，并指導(dǎo)學(xué)生細(xì)致思考生活中還有哪些物件也使用了應(yīng)變式傳感器。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可先自制稱(chēng)重傳感器，利用實(shí)驗(yàn)?zāi)K驗(yàn)證其稱(chēng)重性能，然后根據(jù)小組的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)選題，選擇合適的元器件，搭建電路，編寫(xiě)程序，完成電子秤的制作。創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，依托于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，掌握不同傳感器的工作性能、電路設(shè)計(jì)方法、檢測(cè)要點(diǎn)等方面的內(nèi)容，不斷加深對(duì)數(shù)據(jù)采集、傳感器使用范圍的理解與認(rèn)知，這也避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程抄襲報(bào)告、抄襲實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況。在此過(guò)程中，教師團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)盡力提出個(gè)性化、優(yōu)質(zhì)的問(wèn)題，通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在必要的檢測(cè)基礎(chǔ)上提升學(xué)生的應(yīng)用能力[5]。

4.4 考核方式的改革

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核方式是以學(xué)生課內(nèi)操作和課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)進(jìn)行考核。隨著實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，考核方式也應(yīng)該發(fā)生相應(yīng)改變。應(yīng)從平時(shí)、實(shí)驗(yàn)、綜合、創(chuàng)新四個(gè)維度進(jìn)行考核，便于發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的不足之處并及時(shí)反饋，指導(dǎo)教學(xué)。

（1）平時(shí)考核。主要是對(duì)線上內(nèi)容學(xué)習(xí)和課前預(yù)習(xí)報(bào)告的考核，側(cè)重在課前的自測(cè)題中設(shè)立關(guān)聯(lián)性問(wèn)題，要求學(xué)生在課前根據(jù)問(wèn)題展開(kāi)思考，為動(dòng)手實(shí)操打基礎(chǔ)。同時(shí)，出勤率和隨堂測(cè)驗(yàn)也應(yīng)納入考核，可讓學(xué)生在獲取知識(shí)點(diǎn)，掌握實(shí)驗(yàn)思路的基礎(chǔ)上完成教學(xué)評(píng)價(jià)。

（2）實(shí)驗(yàn)和綜合考核。主要是對(duì)課堂實(shí)操質(zhì)量的考核評(píng)估，以學(xué)生2學(xué)時(shí)內(nèi)獨(dú)立完成1個(gè)“驗(yàn)證型+綜合型”實(shí)驗(yàn)為主，利用4學(xué)時(shí)分組完成1個(gè)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)即可。教師結(jié)合現(xiàn)有的學(xué)時(shí)，確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和考核目標(biāo)。另外，在期末實(shí)驗(yàn)考核中，除了考核學(xué)生對(duì)傳感器應(yīng)用方法、應(yīng)用范圍的掌握程度，還要考核學(xué)生對(duì)模擬電子電路、數(shù)字邏輯電路的實(shí)踐水平，結(jié)合綜合型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容考核學(xué)生的應(yīng)用水平，這對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的提升有著積極作用。

（3）參加學(xué)科競(jìng)賽也是評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣、創(chuàng)新思維、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾侄?，故本團(tuán)隊(duì)并探索現(xiàn)代“學(xué)徒制”教學(xué)模式，每位團(tuán)隊(duì)教師指導(dǎo)1-2個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，并鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽。歷年來(lái)，學(xué)生在各級(jí)各類(lèi)競(jìng)賽中屢獲佳績(jī)。設(shè)計(jì)出了具有智能識(shí)別路徑的自動(dòng)巡航小車(chē)、防止老人摔跤的智能拐杖、自動(dòng)大棚灌溉系統(tǒng)、北斗自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)等[6]。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)全面提高應(yīng)用型高校傳“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”課程的教學(xué)效率，側(cè)重對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革，尤其是要提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性、學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新能力，指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)后掌握傳感器的使用方法和使用思路。教師應(yīng)當(dāng)重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法、改革考核方式，在提高教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)上營(yíng)造個(gè)性化的學(xué)習(xí)氛圍，進(jìn)而提高應(yīng)用型高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：

楊鈺（1983-），碩士，講師，研究方向：電氣自動(dòng)化、自動(dòng)控制、智能算法及自動(dòng)控制。

基金項(xiàng)目：教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目202002255003：湖南省一流本科課程《傳感與檢測(cè)》