摘要：工程教育專業(yè)認證是提升理工科學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的重要抓手，本文針對傳感器與檢測技術(shù)課程教育教學(xué)過程中存在的問題進行了探析，在工程教育專業(yè)認證的框架下，以制定新的課程教學(xué)改革方案、明確課程培養(yǎng)目標(biāo)、優(yōu)化教學(xué)計劃、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容體系、教學(xué)方法改革、課程與課外實踐有機融合、細化課程考核方式、引入思政元素等方面開展教學(xué)改革與實踐，著力提高理工科人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)認證；傳感器與檢測技術(shù)；教學(xué)改革

中圖分類號：TB文獻標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.16.091

0引言

1989年由美國、英國、加拿大等6個國家發(fā)起并簽訂了《華盛頓協(xié)議》，旨在建立通用的本科工程教育學(xué)位互認協(xié)議，2016年我國正式成為該協(xié)議成員國，這是我國高等教育發(fā)展的里程碑。傳統(tǒng)的工程教育更加注重畢業(yè)生的工程知識，而對學(xué)生的能力培養(yǎng)、工程倫理等方面缺乏關(guān)注，而《華盛頓協(xié)議》體系有兩個突出特點，一是“以學(xué)生為本”，著重基于學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的標(biāo)準；二是用戶參與認證評估，強調(diào)工業(yè)界與教育界的有效對接，著重強調(diào)學(xué)生能力的培養(yǎng)，為我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供源源不斷的人才。因此以工程教育加入《華盛頓協(xié)議》為契機，并基于其標(biāo)準開展教學(xué)理念轉(zhuǎn)變、教學(xué)設(shè)計改造成為了高校教學(xué)改革的一大重要研究內(nèi)容。

傳感器是獲取信息的源頭，傳感器位于研究對象與測控系統(tǒng)之間，是感知、獲取與檢測信息的媒介，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。以物聯(lián)網(wǎng)為典型代表的第三次信息化浪潮推動著傳感器課程建設(shè)迅速向前發(fā)展，同時也對傳感器相關(guān)課程的教學(xué)質(zhì)量提出了新的挑戰(zhàn)。

傳感器主要將各種物理量、化學(xué)量和生物量等非電量信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，從而實現(xiàn)非電量的對象的自動測量、信息處理和自動控制，因此傳感器教學(xué)不僅要幫助學(xué)生掌握各類傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標(biāo)，還要拓展學(xué)生相關(guān)電路知識以能滿足信號處理、顯示和控制的要求。根據(jù)上述要求可知傳感器教學(xué)具有以下特點：

（1）涉及學(xué)科領(lǐng)域廣泛，傳感器技術(shù)涉及電工、電子、檢測、數(shù)據(jù)處理等諸多領(lǐng)域，且檢測系統(tǒng)通常需要軟硬件相結(jié)合；

（2）對基礎(chǔ)要求較高，在學(xué)習(xí)本門課程前，學(xué)生應(yīng)基本掌握普通物理、電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機原理與應(yīng)用等課程相關(guān)知識；

（3）實踐應(yīng)用較多，除了理論學(xué)習(xí)外，學(xué)生還應(yīng)通過實驗掌握各類典型傳感器的基本原理和應(yīng)用場合，掌握常用測量儀器的工作原理和工作性能，能夠合理選用測量儀器和測量電路，根據(jù)測量要求設(shè)計各類測量系統(tǒng)，對測量結(jié)果進行誤差分析和數(shù)據(jù)處理等，達到理論與實踐的統(tǒng)一。

1傳感器課程教學(xué)過程中存在問題

教師在以往傳感器課程講解過程中很難使得學(xué)生理論聯(lián)系實際，容易讓課堂氣氛較為沉悶，不易引起同學(xué)的學(xué)習(xí)熱情。相較于工程教育專業(yè)認證對于課程教學(xué)的要求，傳統(tǒng)的教學(xué)模式仍存在以下顯著問題。

1.1教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)置不合理，脫離就業(yè)崗位要求

長期以來傳感器與檢測技術(shù)課程的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)定為教授學(xué)生理論知識，尤其是在“考研熱”的大環(huán)境下，高校課程教學(xué)更是圍繞研究生考試要求實施，而逐漸忽視了對學(xué)生實踐能力、自學(xué)能力等能力培養(yǎng)，而一所應(yīng)用型高校應(yīng)以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量作為教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，不斷培養(yǎng)企業(yè)需求、社會需要的人才。因此以教育專業(yè)認證為契機，開展對課程培養(yǎng)目標(biāo)的探討，在日常教學(xué)中較好地把理論授課和實踐培養(yǎng)結(jié)合，以達到提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的目的。

1.2部分知識新穎性不足，沒有緊跟工程教育專業(yè)認證的步伐

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，以往傳感器課程的傳統(tǒng)授課內(nèi)容并不能滿足目前智能化、無線化以及網(wǎng)絡(luò)化等要求。隨著信號處理技術(shù)等的迅速發(fā)展，在教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)及時地加入部分新型傳感器介紹，以拓寬學(xué)生視野，且提升其對于傳感器研究的熱情。

1.3教學(xué)內(nèi)容繁雜、抽象，教學(xué)方法缺少系統(tǒng)性設(shè)計，考核方式單一，沒有激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，未能達到培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的目的

目前的課堂教學(xué)仍采用注入式的教學(xué)模式，以教師為主，采用講授式、啟發(fā)式、探究式等方法。傳感器與檢測技術(shù)課程中的傳感器原理推導(dǎo)不僅需要用到高數(shù)相關(guān)知識，還涉及大學(xué)物理中的電學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等知識以及模擬電子線路基礎(chǔ)課程中的二極管、三極管等理論。對于應(yīng)用型大學(xué)的學(xué)生而言，課程中理論部分的內(nèi)容如果單純依靠教師線下教學(xué)講授以及單一的考核方式，難以吸引學(xué)生注意力，學(xué)生在課堂上對課程的興趣和參與度不高。

1.4以傳感器類型分類進行模塊化教學(xué)，模式固化，難以使學(xué)生接受

傳統(tǒng)的傳感器類課程教學(xué)內(nèi)容比較分散，各章節(jié)內(nèi)容是獨立的，章節(jié)之間缺乏連續(xù)性，教師以傳感器類型進行模塊化教學(xué)，常常使學(xué)生感到教學(xué)內(nèi)容繁雜且彼此間關(guān)聯(lián)性不強，很難記憶和掌握。

1.5課外實踐較少

在某種意義上，課外實踐活動的參與程度往往決定了課堂教授內(nèi)容的轉(zhuǎn)化率，若要將傳感器課程的原理和應(yīng)用融會貫通，單純的依賴課堂上的講授顯然不足。誠然，教師將理論知識使學(xué)生進行模塊化學(xué)習(xí)，再輔以一些基礎(chǔ)的驗證性實驗，如果課后時間沒有應(yīng)用場景加以熟悉，那么很快這些知識就會被拋諸腦后。而在學(xué)科競賽、畢業(yè)設(shè)計中，需要學(xué)生根據(jù)具體的應(yīng)用場景選擇合適的傳感器，并在實踐中運用知識分析和解決問題。但目前而言，傳感器與檢測技術(shù)課程與本科期間的課外實踐活動契合度較低，與傳感器與檢測技術(shù)課程息息相關(guān)的課外活動、學(xué)科競賽等仍然較少，學(xué)生在這方面的實踐創(chuàng)新能力不足且學(xué)生參與度不高。

2工程教育專業(yè)認證下傳感器課程的探索之舉

2.1明確工程教育專業(yè)認證下的課程培養(yǎng)目標(biāo)

針對傳統(tǒng)傳感器課程教學(xué)過程中培養(yǎng)目標(biāo)不明確的問題，在工程教育專業(yè)認證的新背景下，針對電子信息專業(yè)的性質(zhì)和“傳感器與檢測技術(shù)”課程的特點制定課程教學(xué)目標(biāo)。課程的主要目標(biāo)是通過對傳感器的原理講授和實踐教學(xué)，使學(xué)生熟悉非電量測量的基本知識與基本方法；認識傳感器在各種電路中的重要作用，使學(xué)生能夠根據(jù)實際需要正確地選擇與使用各種傳感器，為使用與設(shè)計各種電子信息產(chǎn)品打下堅實的基礎(chǔ)，其教學(xué)目標(biāo)為：

（1）能夠運用電磁感應(yīng)、壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)、應(yīng)變效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等原理識別電子信息工程領(lǐng)域中各種傳感器，分析檢測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理；

（2）能針對電子信息領(lǐng)域的非電量檢測、信號處理、系統(tǒng)控制等問題，選擇合適的傳感器、調(diào)理電路和數(shù)據(jù)處理裝置，提出符合技術(shù)指標(biāo)的系統(tǒng)設(shè)計方案；

（3）能正確處理和分析實驗數(shù)據(jù)，對電子設(shè)備與信息系統(tǒng)中的信號采集與處理模塊進行分析和評判；

（4）清楚不同類型傳感器材料的差異以及在電子檢測系統(tǒng)中對環(huán)境和人類造成的影響，培養(yǎng)根據(jù)不同應(yīng)用場景選擇傳感器和評估其對環(huán)境影響的能力。

傳感器課程的教學(xué)目標(biāo)和畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

2.2優(yōu)化教學(xué)計劃

針對模塊化教學(xué)使知識難以內(nèi)化的問題，優(yōu)化教學(xué)計劃為重中之重。傳統(tǒng)的傳感器課程各章節(jié)內(nèi)容是獨立的，章節(jié)之間缺乏連續(xù)性，教師以傳感器類型分類進行模塊化教學(xué)，常常使學(xué)生感到教學(xué)內(nèi)容繁雜且彼此間關(guān)聯(lián)性不強，因此課堂效果并不理想，無法令學(xué)生學(xué)習(xí)到的理論知識與工程實踐緊密聯(lián)系。

在工程教育專業(yè)認證的框架下，對傳感器課程傳統(tǒng)知識結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化與重構(gòu)，現(xiàn)將“傳感器與檢測技術(shù)”課程以工程案例為引入點，形成了以常見物理量測量為主線，以諸多效應(yīng)機理為輔線，形成更為完整的知識體系，如圖1所示。該教學(xué)計劃不僅對知識體系的完整性有所保證，同時彰顯了重點內(nèi)容，以傳感器應(yīng)用為出發(fā)點，構(gòu)建新型傳感器課程知識體系，加強了各獨立模塊之間的邏輯性。其中主要的改進體現(xiàn)在兩方面。一是融合技術(shù)發(fā)展前沿內(nèi)容；二是凝練依舊占主導(dǎo)地位的傳統(tǒng)物理量測量方法，增補新效應(yīng)機理的應(yīng)用，做到新舊兼顧，緊扣工程實際應(yīng)用現(xiàn)狀。

2.3教學(xué)方法改革

基于傳統(tǒng)傳感器課程課時少、內(nèi)容多且難，教學(xué)過程缺乏系統(tǒng)性設(shè)計等問題，對“傳感器與檢測技術(shù)”課程的教學(xué)過程和教學(xué)方式進行革新。采用理論教學(xué)、工程案例教學(xué)、前沿技術(shù)專題、網(wǎng)絡(luò)拓展閱讀以及翻轉(zhuǎn)課堂討論結(jié)合實驗教學(xué)等多種教學(xué)手段相結(jié)合的線上線下混合式教學(xué)模式，實現(xiàn)以學(xué)生為中心的教與學(xué)，新型的教學(xué)模式如圖2所示。

通過將工程應(yīng)用案例如“典型橋梁健康管理系統(tǒng)的多傳感器應(yīng)用”納入課程教學(xué)環(huán)節(jié)，拓寬課程知識范圍，加強課程理論知識與工程實踐的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力；相關(guān)前沿科技以及網(wǎng)絡(luò)拓展閱讀的引入主要針對某一類傳感器進行擴展，如該類傳感器目前在國內(nèi)的先進水平如何，是否有其他型號，不同型號有何區(qū)別，還有哪些應(yīng)用場合，相關(guān)的產(chǎn)品鏈接等；線下課后要求學(xué)生在線上平臺完成小節(jié)習(xí)題測試；通過線下實驗的操作過程，可以更好地結(jié)合理論知識，理解傳感器的原理及應(yīng)用。線上線下混合式教學(xué)是一個有機整體，線上jY5Sv3I7uC62iCEdniX9/mZxnlHjJHck1qHwNN8voaM=可以減少課堂學(xué)時的占用，為線下學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，線下教學(xué)有助于對線上知識進一步理解和內(nèi)化，通過線上線下教學(xué)的相互銜接，更有針對性地提升學(xué)生解決實際問題的能力。

2.4課程與課外實踐有機融合

傳感器與檢測應(yīng)用課程實驗課時量較少且內(nèi)容簡單，多為驗證性實驗，為了夯實學(xué)生課程理論知識，并提高其實際操作能力，將以介紹傳感器在學(xué)科競賽和畢業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用為出發(fā)點進行傳感器課程實踐教學(xué)改革。

由于傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的抽象和與現(xiàn)實生活的脫節(jié)，導(dǎo)致傳感器課程在大多數(shù)學(xué)生心目中的價值僅在于獲取對應(yīng)學(xué)分，缺乏其他現(xiàn)實意義。事實上，對于電子信息類專業(yè)學(xué)生來說，在校期間參加的學(xué)科競賽和畢業(yè)設(shè)計過程中都會涉及大量的傳感器應(yīng)用，但大多數(shù)學(xué)生不具備在傳感器課程與競賽、畢業(yè)設(shè)計之間自主建立有效聯(lián)系的意識和能力，教師在傳統(tǒng)課堂教學(xué)活動中往往也缺乏這方面的專項引導(dǎo)。

為改變上述狀況，使學(xué)生真正體會到傳感器課程的重要性和實用性，教師應(yīng)結(jié)合案例教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生了解不同傳感器在競賽和畢設(shè)中的定位和常見用法，例如，在基于單片機的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計中，可以選擇利用溫濕度傳感器、有害氣體傳感器和可燃氣體傳感器獲取室內(nèi)的相應(yīng)信息，并將檢測結(jié)果在一塊屏幕上集中顯示；如果單片機判斷測得的溫濕度超過設(shè)定閾值，可利用WiFi或藍牙遠程自動打開空調(diào)或關(guān)閉窗戶；如果檢測到濃度較高的有害氣體或可燃氣體，可立即進行聲光報警，自動打開窗戶并開啟排氣扇。也可就各種傳感器的代表性產(chǎn)品向?qū)W生多作介紹，包括傳感器的型號、外形、售價、主要引腳及其與單片機等的連接、調(diào)試方法和典型應(yīng)用案例。這樣的課堂教學(xué)內(nèi)容和形式更貼近學(xué)生的真實需求和認知規(guī)律，不僅對今后的畢業(yè)設(shè)計有所幫助，還能提升學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性。

2.5細化課程考核方式

由于傳統(tǒng)“傳感器與檢測技術(shù)”課程考核中存在平時考核流于形式、試卷涵蓋知識點有限、考核缺少細則等問題，因此，細化考核方式變得尤為重要，在此給出考核要求和評價細則，如表2所示。

3結(jié)束語

工程教育專業(yè)認證是我國各高校教育改革的必然趨勢，通過對課程教學(xué)方案、培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)計劃、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式的不斷改進，學(xué)生的知識學(xué)習(xí)興趣及認知能力將大幅提升，學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力、分析和解決實際問題的能力，以及創(chuàng)新思維和協(xié)作精神將得到進一步培養(yǎng)，將使投身傳感器行業(yè)以及其他科技公司的學(xué)生快速上手各類型傳感器，提升電子信息行業(yè)領(lǐng)域人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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