胡代弟

鄭州西亞斯學院電子信息工程學院 河南新鄭 451150

一、緒論

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展讓學生獲得知識的途徑發(fā)生了很大的變化，高等教育領(lǐng)域的教學方法、教學手段也都發(fā)生了顛覆式的改變。當代的教學是單一的以教師為主導，以課堂為中心，教師提出問題學生回答的課堂教學模式，已經(jīng)很難適應(yīng)目前教學環(huán)境。如何合理地利用各種教學平臺和資源，以學生為中心，引導學生自主學習，調(diào)動學生的積極性以實現(xiàn)高效的課堂，解決學生主要存在的不愿學、學不會、不會用，但又樂于接受新事物等問題，由此國內(nèi)外的教師都在孜孜不倦地探索新的教學模式和教學方法。

2014年復旦大學心理系張學新教授針對當前高校課堂存在的主要問題，結(jié)合講授式課堂與討論式課堂的優(yōu)點，提出了名為“對分課堂”的教學新模式。其核心理念是分配一半課堂時間給教師講授，另一半給學生討論，并把講授和討論時間錯開，使學生在課后有一周時間自主安排學習，進行個性化的內(nèi)化吸收。對分課堂強調(diào)兩個核心要素：一是把一半課堂時間分配給教師講授，一半分配給學生討論；二是把教師講授和學生討論在時間上錯開，讓學生在中間進行自主學習和個性化吸收。對分課堂的出發(fā)點是調(diào)動學生的學習積極性，要讓學生主動參與，教師必須讓出部分課堂時間，交給學生掌控、主導，形成師生“對分”課堂的格局。對分課堂把教學刻畫為在時間上清晰分離的三個過程，分別為講授、內(nèi)化吸收和討論。

二、“傳感器原理與應(yīng)用”課程現(xiàn)狀

“傳感器原理與應(yīng)用”這門課程是我校自動化專業(yè)大三上學期開設(shè)的一門專業(yè)課程，本課在自動化專業(yè)的課程體系中具有承上啟下的作用。本課程涉及物理、化學、力學、電學、光學、半導體技術(shù)等多門學科知識的交叉，學生的先修課程有高等數(shù)學、大學物理、電路基礎(chǔ)、模擬電子、數(shù)字電子、信號與系統(tǒng)等課程，通過“傳感器原理與應(yīng)用”課程的學習，能了解、熟悉和掌握各種類型傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理、技術(shù)及工程應(yīng)用，涉及信息采集、信息處理、計算機技術(shù)、自動控制等工程方法，為后續(xù)課程的學習提供理論基礎(chǔ)。

目前的課堂教學仍采用注入式的教學模式，以教師為主，采用講授式、啟發(fā)式、探究式等方法。為了提高學生理論和實踐結(jié)合的能力、實際的動手能力和創(chuàng)新能力，2018年在本課程的教學中實施《基于Arduino套件的傳感器原理課程教學改革探索》的教學改革。通過教學改革的實施，學生的學習積極性和實際的動手能力有了一定改善。但是這些教學模式下，教師關(guān)注的是學生對課程知識的掌握情況，沒有足夠重視引導學生對學習過程進行反思和對學習方法進行優(yōu)化，這在一定程度上導致學生綜合應(yīng)用能力不夠強，對學習方法的掌握欠缺，進而學習能力有待提高。

針對以上問題，我們提出在“傳感器原理與應(yīng)用”課程中引入對分課堂的教學模式。希望通過課程中引入對分課堂教學模式，調(diào)動學生的學習積極性，以學生為中心，讓學生主動參與課堂，教師把部分課堂時間交給學生主導和掌控，讓學生對所學的知識內(nèi)化吸收，學生通過教學過程的實施最后取得學習成果。最終完成體現(xiàn)以學生為中心，體現(xiàn)知識、能力、素質(zhì)三個維度的教學目標，使學生掌握各種類型傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理，具備運用傳感器的基本理論對控制系統(tǒng)中傳感器的各種問題進行技術(shù)分析，并得到解決方案的能力，讓學生能夠分析問題、解決問題、理論和實際結(jié)合；掌握傳感器的工程應(yīng)用，具備通過文獻研究、分析設(shè)計、維護系統(tǒng)的能力，以培養(yǎng)學生的綜合工程素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和團隊溝通、合作精神。讓學生愿意學、能學會、能運用，最終能培養(yǎng)出高素質(zhì)應(yīng)用型的人才。

三、教學目標的調(diào)整

在教學過程中，所有的教學活動是以教學目標為導向，并圍繞教學目標而進行。設(shè)立教學目標后，學生通過教學過程的實施最后取得學習成果。因此，首先需要調(diào)整教學目標。設(shè)立體現(xiàn)以學生為中心，體現(xiàn)知識、能力、素質(zhì)三個維度的教學目標，使學生掌握各種類型傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理，具備運用傳感器的基本理論對控制系統(tǒng)中傳感器的各種問題進行技術(shù)分析，并得到解決方案的能力，讓學生能夠分析問題、解決問題、理論和實際結(jié)合；掌握傳感器的工程應(yīng)用，具備通過文獻研究、分析設(shè)計、維護系統(tǒng)的能力，以培養(yǎng)學生的綜合工程素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和團隊合作精神。根據(jù)培養(yǎng)方案和教學大綱的要求，利用超星學習通平臺，建立每個章節(jié)的內(nèi)容構(gòu)架，明確每個章節(jié)的重點和難點，學生可通過自學和課堂導學、自主完成項目進行課程的學習，并開展討論，最終能讓學生參與、主導課程的學習，讓學生愿意學、學會、能運用，最終能培養(yǎng)出高素質(zhì)應(yīng)用型的人才。

四、教學改革方案

本次“傳感器原理與應(yīng)用”課程的改革在我校2019級自動化專業(yè)1班、2班、3班進行，在2019級自動化1班、2班實施對分課堂教學模式，在2019級自動化3班實施傳統(tǒng)的教學模式。

(一)開課前的準備工作

1.學生分組

開課前和學生溝通后，班級的學生按3人一組自由組合構(gòu)成學習小組，每個學習小組采用組長負責制，由組長負責本學期本小組的學習工作。每小組除了要完成理論課程的學習之外，還在本學期利用課余時間查閱和課程相關(guān)的資料，要組織至少一次主題討論或知識分享，完成一個以上和課程相關(guān)的創(chuàng)新項目，并進行講解和項目展示。小組分組情況如表1所示。

表1 小組分組情況

2.在超星學習通系統(tǒng)發(fā)布自學資料

依托于超星學習通平臺，從2018年開始，“傳感器原理與應(yīng)用”課程采用了線上線下結(jié)合的混合式教學模式。平臺中提供學習視頻、PPT、課程拓展的鏈接等學習資料，以保證學生可以通過網(wǎng)絡(luò)進行自主的學習。在學習通系統(tǒng)發(fā)布教師自行研發(fā)的傳感器開發(fā)板全套資料、課程項目資料、自學視頻等內(nèi)容。課程資源情況如表2所示。

表2 課程資源情況

(二)課堂教學

課堂教學是教學中最重要的環(huán)節(jié)之一，對分課堂改革中課堂涉及教師講授和學生討論兩大部分。要達到好的教學效果，在教學過程中如何能調(diào)動學生的學習積極性并保持學習興趣讓學生想學是關(guān)鍵。以學生為中心，從教學內(nèi)容的安排和學生對課程的參與度兩方面著手。

1.教師教學內(nèi)容的安排

本課程原來的教學中以各種類型傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理和測量電路為主，弱化了實際工程應(yīng)用。但是這些內(nèi)容比較抽象，對沒有見過傳感器的同學來說很難想象其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原過程，以及分析復雜的測量電路相關(guān)的知識。故調(diào)整教學內(nèi)容的安排，采用倒敘的方法，先采用一些先進的傳感器技術(shù)應(yīng)用作為課程導入，以吸引學生的注意力，讓其想要去了解其結(jié)構(gòu)和工作原理。例如，應(yīng)變式傳感器這個知識點，可以先通過學生都熟悉的電子秤為例，讓學生通過自己的親身經(jīng)歷思考如何把重量變?yōu)殡娦盘栠@一物理量到電量的變換過程，引起學生的學習興趣，然后對其結(jié)果、工作原理、測量電路進行分析，最后留給學生思考如何自己來制作一個數(shù)字電子秤。只有使課程內(nèi)容豐富、緊跟時代發(fā)展，知識不落伍，學生才能更有興趣學習下去。

2.學生的參與課堂的安排

課堂中對學生的參與措施如下：

(1)課前，針對所有班級成員，在超星學習通系統(tǒng)發(fā)布選擇題和問卷調(diào)查的課前測，了解學生的知識水平。提前一周給3～5小組的學生分別布置一個知識點的任務(wù)，讓其通過學習通網(wǎng)絡(luò)資源的學習和查資料的方式學習后，完成一個PPT的制作和5～10分鐘的微課程內(nèi)容的講解。根據(jù)課程安排完成相關(guān)章節(jié)、相關(guān)項目的小組準備項目實物演示和PPT制作。

(2)課中，對分課堂學生講解三結(jié)合。對知識點講解的小組根據(jù)自己做的PPT和微課內(nèi)容進行講解；有項目展示的小組進行項目展示和講解；講解完畢后采用學習通進行討論、每組提交所學內(nèi)容的思維導圖、采用小組項目互評等模式。

(三)學生內(nèi)化吸收

學生對知識的內(nèi)化吸收，除了在超星學習通進行視頻的學習，最重要的途徑是利用第二課堂理論和實踐結(jié)合實現(xiàn)。學生可以把理論和實踐結(jié)合，讓學生學會并會用。由于理論的課堂受到時間和空間的限制，學生要想完全掌握還需要有一個過程，所以可以充分地利用第二課堂把理論和實踐相結(jié)合完成項目后，在課堂上展示。項目內(nèi)容如表3所示。

表3 學生各組完成項目

1.第二課堂理論和實踐結(jié)合項目的實施方法

在第二課堂中，學生可以根據(jù)自己的學習水平，分層次通過以下方式實現(xiàn)理論和實踐的結(jié)合完成項目：

(1)沒有任何項目經(jīng)驗的學生，可采用開源的Arduino傳感器套件完成項目，以減少硬件的設(shè)計、制作、調(diào)試等帶來的問題，節(jié)省項目時間，以達到對傳感器的認識、應(yīng)用的目的。

(2)參與過項目并且對項目流程很熟練的學生，根據(jù)教師提供的課程項目資料，完成硬件和軟件的設(shè)計及制作，以達到對傳感器的認識、綜合應(yīng)用及理論與實際結(jié)合的目的，培養(yǎng)學生具備簡單系統(tǒng)的設(shè)計能力。

(3)能熟練完成項目的學生，可以根據(jù)自己的興趣完成創(chuàng)新項目，實現(xiàn)對傳感器的認識、綜合應(yīng)用及理論和實際結(jié)合，以達到培養(yǎng)學生具有復雜系統(tǒng)的設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。

2.第二課堂理論和實踐結(jié)合項目的管理方法

在第二課堂中對項目的管理由教師、助教團隊共同指導，助教團隊一般3～5人，在各小組實施項目的過程中，如遇到小組長解決不了的問題，就可以通過助教團隊或者教師進行技術(shù)指導，在整個項目實施過程中鍛煉了學生的團隊合作能力。

3.第二課堂的其他措施

第二課堂除了學生完成項目之外，還開展以下活動：

(1)課程討論，每周三晚上7點到8點輪流安排一個小組組織同學在學習通發(fā)起線上討論。組織本周討論的小組提前一周根據(jù)查資料的情況，確定談?wù)擃}目，并設(shè)計線上活動的流程。討論以當前的傳感器的新技術(shù)、新理論、新工藝及一些典型的應(yīng)用為主，通過討論，可以拓展學生的知識面，鍛煉學生組織活動的能力和團隊合作的能力。

(2)參與學校的專業(yè)競賽，如PLC大賽、機器人大賽等專業(yè)賽事。

五、課程考核與評價

本課程考核學生成績評價充分的體現(xiàn)學習的過程性評價，如表4所示：

表4 課程評價表

學生期末成績分數(shù)分布情況表如表5所示：

表5 學生期末成績分布情況表

結(jié)語

通過在“傳感器原理與應(yīng)用”課程中開展對分課堂的課程教學模式的創(chuàng)新性改革，不但完善了教學內(nèi)容，提高了學生的學習主動性，拓展了學生的知識面，培養(yǎng)了學生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力、團隊合作能力、自學能力，而且通過實施對分課堂教學改革的2019級自動化1班、2班和未實施對分課堂教學的2019級自動化3班的最后期末成績對比可知，對分課堂的實施也有利于學生對學習知識的掌握。對分課堂的實施從知識、能力、素質(zhì)三個維度實現(xiàn)對學生的培養(yǎng)。