李麗華，杜立峰

（成都錦城學(xué)院電子信息學(xué)院，四川 成都 611731）

“傳感器原理與應(yīng)用”是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，傳感器技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的重要技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用，也是物聯(lián)網(wǎng)的必備關(guān)鍵技術(shù)之一?！皞鞲衅髟砼c應(yīng)用”課程知識(shí)點(diǎn)多，涉及數(shù)字電路、模擬電路、單片機(jī)和程序設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和綜合性。同時(shí)，這門課程還是后續(xù)學(xué)習(xí)傳感網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)，所以學(xué)好該課程是掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵。

為了適應(yīng)新工科建設(shè)需要，推進(jìn)課程教學(xué)創(chuàng)新，開展線上、線下混合式教學(xué)模式的改革，進(jìn)行智慧教育，開展高階教學(xué)工作的探索與實(shí)踐成為了近幾年的工作重點(diǎn)[1]。在傳感器的高階教學(xué)課程中，秉承強(qiáng)化課程實(shí)用性和高階性的理念，以提升學(xué)生的核心競(jìng)爭(zhēng)力為目標(biāo)，在教學(xué)實(shí)踐過程中按照“一基兩軸，三階遞進(jìn)”的教學(xué)目標(biāo)，分類框架對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了一系列的改革，取得了較為明顯的成效。

1 教學(xué)內(nèi)容與工程項(xiàng)目相結(jié)合

教學(xué)內(nèi)容與工程項(xiàng)目相結(jié)合，教研相長(zhǎng)。按照“以專業(yè)帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)、以產(chǎn)業(yè)影響專業(yè)”的思路，以產(chǎn)教融合、校企合作為突破口，與產(chǎn)業(yè)、企業(yè)建立深入合作關(guān)系，在課程中納入企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的項(xiàng)目，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行深度剖析，找到課程結(jié)合點(diǎn)，以此拓展，設(shè)計(jì)融入課程的理論、實(shí)踐、高階教學(xué)中，努力做到課程內(nèi)容與人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)，同時(shí)重視工程實(shí)踐、素質(zhì)培養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等非認(rèn)知能力的培養(yǎng)。此外，在條件允許的情況下，將學(xué)生帶進(jìn)企業(yè)參觀、調(diào)研、學(xué)習(xí)、實(shí)習(xí)，學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)為企業(yè)出一份力，努力做到學(xué)校、學(xué)生、企業(yè)三方受益，形成產(chǎn)學(xué)研的學(xué)習(xí)閉環(huán)。

2 教學(xué)內(nèi)容與比賽相結(jié)合

教學(xué)內(nèi)容與比賽相結(jié)合，以賽促學(xué)、教賽相長(zhǎng)。傳統(tǒng)的傳感器教材是以講解各種傳感器的原理為主，舉例說明傳感器的實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生學(xué)完后，能對(duì)傳感器有宏觀的認(rèn)識(shí)，但是實(shí)際的傳感器并沒有接觸到，更談不上具體工程應(yīng)用時(shí)，如何去使用。在電子設(shè)計(jì)大賽、智能車、機(jī)器人、光電設(shè)計(jì)、飛行器大賽、科技制作等比賽中，傳感器都是非常重要的組成模塊，如陀螺儀、紅外傳感器等；同時(shí)，在物聯(lián)網(wǎng)的工程應(yīng)用領(lǐng)域中，傳感器也有著大量、大面積的使用，如溫濕度傳感器、光敏傳感器。因此，從比賽和專業(yè)應(yīng)用2方面綜合考慮，將這類典型的傳感器納入課程教學(xué)內(nèi)容顯得非常有必要。

以專業(yè)人才培養(yǎng)方案為根本，結(jié)合最新的專業(yè)崗位調(diào)查，關(guān)注課程對(duì)應(yīng)的崗位，如傳感器技術(shù)工程師、物聯(lián)網(wǎng)硬件工程師等具體崗位對(duì)知識(shí)、技能、素養(yǎng)的要求，同時(shí)兼顧對(duì)近幾年學(xué)科緊密相關(guān)的比賽真題分析，確定課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)以及高階教學(xué)的內(nèi)容。課程內(nèi)容的設(shè)置來源如圖1所示。

圖1 課程內(nèi)容的設(shè)置來源

根據(jù)課程的連貫和知識(shí)的連貫性，一般課程的開設(shè)順序大致為程序設(shè)計(jì)類課程、電路課程、單片機(jī)課程、傳感器課程和無線傳感網(wǎng)課程，整理課程鏈路魚骨，會(huì)發(fā)現(xiàn)傳感器課程在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的課程體系中，起著重要的承上啟下作用。

因此，在傳感器課程教學(xué)中，尤其在高階實(shí)踐教學(xué)中，融入對(duì)單片機(jī)的使用，讓學(xué)生做一些實(shí)物制作和軟件開發(fā)，既可以加強(qiáng)對(duì)前面課程知識(shí)的運(yùn)用，又可以讓傳感器的應(yīng)用性體現(xiàn)得更加明顯。比如在做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，就可以借以單片機(jī)平臺(tái)，做一些融合性的設(shè)計(jì)。高階內(nèi)容的相關(guān)課程如圖2所示。

圖2 高階內(nèi)容的相關(guān)課程

3 教師從“教知識(shí)”向“教思維”提升

教學(xué)手段向高階跟進(jìn)，教師從“教知識(shí)”向“教思維”提升。將翻轉(zhuǎn)課堂和線上教學(xué)相結(jié)合，利用電子產(chǎn)品將學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位發(fā)揮至最大化，并將教師從傳統(tǒng)意義上的教學(xué)主體轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)輔助地位，與傳統(tǒng)的教師在臺(tái)上說，學(xué)生在臺(tái)下聽的教學(xué)模式相反，注重培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

在實(shí)際操作過程中，教師雖然身份有所轉(zhuǎn)變，偏向于輔助作用，但教師的主導(dǎo)地位不能被弱化。首先，教師必須設(shè)置好課程安排，對(duì)翻轉(zhuǎn)的內(nèi)容選擇要做到難易適中、緊扣教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容、以興趣或者就業(yè)為驅(qū)動(dòng)力。如筆者在高階教學(xué)題目設(shè)計(jì)上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的行業(yè)背景，采用智慧家居作為翻轉(zhuǎn)題目，分任務(wù)難度等級(jí)布置給學(xué)生，要求學(xué)生在課程即將結(jié)束時(shí)，展示自制的智慧家居作品。

在翻轉(zhuǎn)任務(wù)的實(shí)施過程中，教師的監(jiān)管、進(jìn)度的檢查必不可少[2]，尤其對(duì)于一些缺乏積極主動(dòng)性的學(xué)生要及時(shí)督促，對(duì)學(xué)生之間的討論也要注意是否有效地解決了問題；在翻轉(zhuǎn)課堂上，還要求教師有較強(qiáng)的控場(chǎng)能力，能做到畫龍點(diǎn)睛、講解關(guān)鍵內(nèi)容、提升課堂高度。

4 學(xué)生從“被動(dòng)學(xué)習(xí)”向“主動(dòng)學(xué)習(xí)”提升

學(xué)生學(xué)習(xí)向高階跟進(jìn)，學(xué)生從“被動(dòng)學(xué)習(xí)”向“主動(dòng)學(xué)習(xí)”提升。在高階翻轉(zhuǎn)進(jìn)行的過程中，從課前、課中到課后，學(xué)生都是主角。課前接受翻轉(zhuǎn)任務(wù)，按照要求觀看相應(yīng)視頻，查閱資料，形成實(shí)物制作的方案；課中將方案交給教師檢查，從功能和可行性等方面共同修訂方案；課后進(jìn)行實(shí)物制作，逐個(gè)功能完成再疊加，并實(shí)時(shí)與教師進(jìn)行互動(dòng)，掌握進(jìn)度并進(jìn)行難點(diǎn)攻關(guān)，最后在翻轉(zhuǎn)課上進(jìn)行實(shí)物展示匯報(bào)。高階教學(xué)過程如圖3所示。

圖3 高階教學(xué)過程

結(jié)果表明，學(xué)生在完成綜合設(shè)計(jì)的過程中，充分地提升了學(xué)生查閱資料、解決實(shí)際問題、分解復(fù)雜問題、舉一反三、團(tuán)隊(duì)合作、軟硬件動(dòng)手、傳感器知識(shí)運(yùn)用、創(chuàng)新等能力。在整個(gè)高階翻轉(zhuǎn)完成的過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的系統(tǒng)性、創(chuàng)造性、遷移性、關(guān)聯(lián)性和批判性等思維。

5 實(shí)驗(yàn)配備向高階跟進(jìn)

在傳統(tǒng)的傳感器課程教學(xué)中，一般采用先講理論、再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方式，實(shí)驗(yàn)配套如表1所示。

表1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

這些實(shí)驗(yàn)多著重于原理，讓學(xué)生掌握到傳感器的功能、特性、測(cè)量原理和測(cè)量過程。在實(shí)驗(yàn)過程中，有一些電路連線和對(duì)示波器的常規(guī)使用，能鍛煉到學(xué)生的動(dòng)手能力。但是在物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際工程應(yīng)用中，通常使用的都是一些產(chǎn)品化的傳感器器件，需要利用它來快速實(shí)現(xiàn)感知的功能，并將數(shù)據(jù)通過一些設(shè)備顯示出來，單片機(jī)與傳感器的聯(lián)合使用是目前的主流應(yīng)用。因此對(duì)傳感器課程進(jìn)行升級(jí)、改革勢(shì)在必行。

結(jié)合專業(yè)背景和傳感器的使用場(chǎng)景，經(jīng)過改革升級(jí)了部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備后，增加開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表2所示。

表2 高階教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在這些實(shí)驗(yàn)中，可以讓傳感器的功能明顯地呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)如何采集、如何處理、如何顯示。并且學(xué)會(huì)了傳感器與其他的控制器件如何搭配使用，解決一些真實(shí)場(chǎng)景下的實(shí)際問題。

6 高階翻轉(zhuǎn)階梯式加深，實(shí)現(xiàn)全員提高

采用智慧家居項(xiàng)目作為傳感器課程的高階翻轉(zhuǎn)內(nèi)容，體現(xiàn)了與物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的緊密結(jié)合，其中包含的知識(shí)點(diǎn)也與競(jìng)賽及一些硬件作品的制作方法緊密結(jié)合，但是對(duì)于大二年級(jí)的學(xué)生，之前沒有做過較系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所以，做這項(xiàng)任務(wù)是具有較大難度的。鑒于此，對(duì)大項(xiàng)目進(jìn)行分階段的剖析和分層次的設(shè)計(jì)，配以階段提示和階段檢查，一步步落實(shí)高階翻轉(zhuǎn)工作，顯得非常有必要。高階分階段教學(xué)實(shí)施步驟如圖4所示。

圖4 高階分階段教學(xué)實(shí)施步驟

7 評(píng)價(jià)體系向高階跟進(jìn)

為了讓高階翻轉(zhuǎn)和深度學(xué)習(xí)落到實(shí)處，對(duì)教學(xué)過程的管理改革也是一個(gè)很重要的方面，制定線上成績(jī)、課堂表現(xiàn)、作業(yè)成績(jī)、測(cè)驗(yàn)成績(jī)、課程論文、高階翻轉(zhuǎn)的分?jǐn)?shù)計(jì)算方法，明確和規(guī)范分?jǐn)?shù)的組成比例，尤其明確高階課程和實(shí)踐課程的評(píng)價(jià)方法。

健全評(píng)價(jià)體系，通過當(dāng)面檢查、抽問、作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、問卷等方式全面反饋，將沒過關(guān)的作業(yè)打回重做，二次批改；對(duì)高階翻轉(zhuǎn)內(nèi)容進(jìn)行多次階段檢查，高階答辯結(jié)束，根據(jù)教師點(diǎn)評(píng)，要求學(xué)生二次改進(jìn)作品，能有效地提高作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、高階設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

8 深度學(xué)習(xí)，深度拓展

以比賽和就業(yè)作為高階教學(xué)的切入點(diǎn)，課程內(nèi)容采用金字塔式的設(shè)置，如圖5所示。讓學(xué)生掌握多樣化的學(xué)習(xí)方法，知識(shí)深度到國(guó)賽，能力深度到企業(yè)，思維深度到受益一生。

圖5 “傳感器原理與應(yīng)用”課程內(nèi)容金字塔

實(shí)踐教學(xué)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生經(jīng)過這樣的高階翻轉(zhuǎn)，在課程即將結(jié)束時(shí)除了制作出智慧家居的傳感器綜合實(shí)物以外，有的小組還自發(fā)完成了智慧澆花、自動(dòng)寵物喂食器、自助咖啡機(jī)、智能垃圾桶、智能手環(huán)、小愛同學(xué)、音樂氛圍燈等各種實(shí)物的制作，培養(yǎng)出了對(duì)硬件制作的興趣愛好，做到了對(duì)傳感器的靈活運(yùn)用。