应用型高校“传感器与检测技术”课程教学模式探究与实践.pdf

128-2023 年 6 月第 26 期Jun.2023No.26教育教学论坛EDUCATION AND TEACHING FORUM应用型高校“传感器与检测技术”课程教学模式探究与实践张 培（天津中德应用技术大学 机械工程学院，天津 300350）摘 要 依据应用型本科人才培养目标定位，针对“传感器与检测技术”课程传统教学中存在的问题，形成了“夯实应用、强化实践、项目引领、虚实结合、突出创新”的教学理念，创新性地提出了“求真务实、知行合一”的探究式教学模式，推进教学体系、教学内容、教学资源、教学方法和考核方式的深层次改革。教学实践表明，以学生为中心组织开展教学活动，在实现师生、生生良性互动的同时，提高了学生的解决问题能力和创新应用能力，学生成绩和课堂满意度均有明显提升。关键词 应用型本科；传感器与检测技术；教学体系；教学模式；评价方式基金项目 2021年度天津市教育委员会天津市一流本科建设课程“传感器与检测技术”作者简介 张 培（1984），女，河北容城人，硕士，天津中德应用技术大学机械工程学院副教授，主要从事传感器与检测技术研究。中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1674-9324（2023）26-0128-04 收稿日期 2022-05-25国务院正式发布的 国家职业教育改革实施方案 中明确指出：“到2022年，一大批普通本科高等学校向应用型转变。”1在应用型本科建设大背景下，针对应用型本科人才培养目标定位，科学构建符合应用型本科人才培养规律的教学模式显得尤为重要2-4。“工业4.0”“中国制造2025”“互联网+”“智能+”等发展战略正前所未有地推动信息化和工业化深度融合，传感器与检测技术位于信息链之首，是泛在感知、智能制造等的基石，被赋予新的、更加伟大的历史使命。与此同时，也对“传感器与检测技术”课程的人才培养目标、内容和方法提出了与时俱进的新要求5。本文以天津中德应用技术大学机械工程学院天津市一流本科建设课程“传感器与检测技术”为例，以传感器理论知识为主线、以验证性实验为基础、以基于Arduino的实践应用为拓展、以移动端增强现实（AAR）技术为依托、以提升学生综合素质和创新能力为目标，探索教学目标高阶、教学内容前沿、教学方法先进、考核方式健全、教学成果卓越、教学质量优秀的具有鲜明应用型本科专业人才培养特色的“传感器与检测技术”课程。一、传统“传感器与检测技术”课程存在的问题（一）就课程而言，多科综合，知识繁杂“传感器与检测技术”是一门多学科交叉而成的专业课程，理论知识点繁杂、枯燥，导致学生出现畏难情绪和倦怠心理。与此同时，作为机电类专业必修课，闭卷考试是必不可少的环节。传统的考核评价方式主要是以试卷考试为主，以适量的课后作业练习为辅。在这样的考核评价方式下，学生大多重理论而轻实践，对传感器的认识基本上停留在相对空洞的理论知识上，不符合应用型人才的培养目标6-10。（二）就教师而言，反馈滞后，学情难以把握在传统教学模式中，以教师讲解传感器工作原理和测量电路的理论知识为主，且多为合班教学，师生、生生之间的良性互动和交流很少，学生坐在大教室的座位上被动听课，对课堂教学的参与度不高。与此同时，缺乏教学效果反馈，教师往往不知道学生听懂了多少，单一的教授过程导致学生学习积极性和主动性降低，学习体验差9。（三）就学生而言，学难致用，缺乏创新“传感器与检测技术”课程实验教学环节多以验证性实验为主，且实验设备集成度较高，多被设计成模块化的实验箱，学生做实验的过程中只需要简单地接线和体验式地使用传感器测量相对简单的数据，缺乏创新性，无法激发学生的兴趣和热情6-8，10。二、形成教学理念，重构教学体系“传感器与检测技术”课程坚持以本为本，以129-第 26 期探索适合应用型本科人才培养的教学方法为核心，以高水平教学团队为建设保障，以培养“重实践、强基础、校企化、国际化、复合型”专业人才为目标，形成“夯实应用、强化实践、项目引领、虚实结合、突出创新”的教学理念。（一）以培养应用型本科人才为导向，制定教学目标依据 国家中长期教育改革和发展规划纲要（20102020年）和 普通高等学校本科专业类教学质量国家标准，结合天津中德应用技术大学应用型本科专业人才培养特色和学情，“传感器与检测技术”课程教学目标为通过任务引领、“理论+实验+实践”并重、虚实结合、以学生为中心的教学活动，使学生掌握传感器的工作原理、基本特性、测量电路及应用发展，熟悉非电量测量的基本知识、检测方法及误差处理方法，并通过典型的、趣味的传感器创新设计与制作，加深学生对传感器选型、应用等方面技能的培养，同时培养学生精诚合作、与人沟通、解决问题的能力和革故鼎新的价值追求。（二）以理论实验实践并重为目标，重构教学体系在教学内容上打破传统的以传感器的物理原理为主线、平铺直叙枯燥的理论讲解，以被感知被测量物理量为主线，重构教学体系，基于Arduino开源开发板，设计制作了7个教学项目、10个传感器装置，重新梳理教学内容，使其更适合应用型本科人才培养。“传感器与检测技术”课程共计48学时，其中理论32学时，实验16学时，另含16学时的自主学习学时。利用自主学习学时，将理论知识学习延伸至课前，延长课中实验学时，并增加实践教学环节。具体教学内容及学时安排如表1所示。从工程实际应用出发，在学生完成传感器验证性实验、掌握传感器性能指标的基础上，构建基于Arduino开源开发板的创新应用实践环节，学生通过创新设计、硬件连接、软件编程，实现传感器的工程应用，提高其解决问题的能力，培养学生的创新应用思维。表1 教学内容及学时安排序号项目任务内容理论学时实验/实践学时自主学习学时1开篇你的想法决定一切任务一感知环境传感器的基本知识2012任务二影响环境传感器的基本特性2013项目一动作任务一拇指摇杆电阻式传感器4214项目二身份识别任务一指纹识别电容式传感器4215任务二声音识别压电式传感器4216项目三距离任务一超声波测距仪超声波传感器1117任务二物料分选电感式传感器4218项目四电和磁任务一霍尔开关霍尔传感器1119项目五光线任务一追踪移动的物体光电式传感器42510项目六温度和湿度任务一高温报警温度传感器42111任务二智能浇花湿度传感器11112项目七烟雾和气体任务一烟雾报警器气敏传感器111总计321616三、自制教学资源，丰富教学环境（一）自制贴合教学内容的教学资源，提高学生解决问题的能力在选用“十三五”高等教育规划教材的基础上，配合贴近教学内容的自制的校本教材、实验报告、实践报告、工作任务单、任务评价表，提高学生分析问题、解决问题的能力。自制“传感器创新综合实践套箱”，学生通过创新设计、硬件连接、软件编程，自主设计制作传感器装置，实现传感器的工程应用，符合应用型本科人才培养目标。自制AR教学资源，将“AR+教育”落地高等教育。虚实结合的教学手段，一方面可以有效降低由于学生误操作引起的设备损坏，另一方面为实验、实践课程线上教学保驾护航。（二）以学生主体地位为引领，丰富教学环境采用小班教学，将课程所在机电检测技术实验室有机分为理论实践区和验证实验区。理论实践区有满足小组探究、团队合作的教学岛、平板电脑，有满足师生、生生有效互动的双电子屏，有满足实践教学所需的自制教学仪器设备“传感器创张 培 应用型高校“传感器与检测技术”课程教学模式探究与实践130-教育教学论坛2023 年 6 月新综合实践套箱”6台套；验证实验区包含“传感器实验台”和计算机各10台套，学生上课自带笔记本电脑和手机，打造“理论+实验+实践”一体化智慧课堂，体现学生主体地位，提升教学效果。与此同时，对实验室进行思政教育文化氛围布置，努力创设体现社会主义核心价值观和理想信念的软硬环境，润物无声地影响学生，提高大学生思想政治教育的教学效果。四、创新教学模式，优化评价体系（一）构建“求真务实、知行合一”探究式教学模式，引导学生自主学习构建自主“求”知、创设“真”境、晓“务”原理、探究“实”验、实践“知”径、众“行”悉用、多元“合”评、“一”隅三反的“求真务实、知行合一”探究式教学模式，采用基于问题导向、学生中心的PBL（Problem-basedLearning）教学方法，将教学过程分为课前、课中、课后三个阶段，引导学生自主学习、合作学习，突破教学中的重点和难点。以项目三“距离”中的任务一“超声波测距仪”为例，具体阐述“求真务实、知行合一”探究式教学模式的教学过程。在课前自主求知环节，教师将理论微课超声波的基本概念及特性、超声波传感器的工作原理、授课课件、实验报告、实践报告、工作任务单、任务评价表上传至蓝墨云班课教学平台，将理论知识的学习延伸至课前，学生利用碎片化时间完成理论知识的学习，并完成自测题。与此同时，教师根据学生完成情况分析总结出共性问题，对学生理论知识的掌握情况做到心中有数。在课堂实施阶段的创设“真”境环节，教师通过播放任务导入动画“蝙蝠”，学生明确了任务目标，以目标、结果为导向，自主探寻方法和路径。在晓“务”原理环节，教师利用动画、AR等信息化教学手段激发学生的学习兴趣，解答共性问题，随后发布在线自测题，学生完成在线自测题巩固知识难点。通过课前自主求知、课中晓“务”原理这两个教学环节，利用AR、动画等教学资源来解决课程维度的教学痛点。在探究实验环节，教师和学生移动到实验室的验证实验区，教师发布验证性实验任务超声波传感器测距离。学生以小组为单位，根据实验报告，完成试验台硬件连接，填写实验报告，上传至教学平台，随后在教师的引导下进行硬件连接结果的分享。教师点评后，与分享学生一起检查其他小组硬件连接情况，避免设备损坏。学生完成验证性实验，处理实验数据、分析传感器性能指标，填写实验报告，上传至教学平台，随后在教师的引导下，再次完成实验结果及数据处理分享。最后，学生在教师的引导下根据实验完成情况及填报分享情况在教学平台上完成本环节自评、互评，并完成实验设备的整理。在实践知径环节，教师和学生移动到实验室的理论实践区，教师发布创新应用实践任务超声波测距仪及倒车雷达的制作，学生通过自制教学仪器设备传感器创新综合实践套箱完成创新应用实践环节。学生首先利用AR游戏，掌握传感器硬件连接方法，避免造成器件损坏。教师通过投屏软件向学生演示基本任务超声波测距仪的实现方法。学生自主完成创新任务倒车雷达的硬件连接和软件编程逻辑流程图，填写实践报告，上传至教学平台，在教师的引导下进行硬件连接的分享，并通过头脑风暴，完善项目设计。随后学生完成创新实践项目整体调试，录制视频，上传至教学平台。最后，学生在教师的引导下根据硬件选型、软件编程、整体调试情况在教学平台上完成本环节自评、互评。在众行悉用环节，学生以小组为单位，通过网络搜索的方式找到超声波传感器的前沿应用，制作PPT，上传至教学平台，并在教师的引导下进行分享。过程中教师点评，引出课程思政点“大国工匠精神”。学生在教师的引导下根据制作分享情况在教学平台上完成本环节自评、互评。在多元合评环节，教师根据教学平台数据实时总结本任务完成情况。（二）搭建“N+1”考核评价方式，实现过程化、多元化考核评价体系搭建过程化、多元化考核评价体系，客观全面地帮助学生提高创新应用能力。将学生的自主学习能力、团队合作能力、语言表达能力、动手实践能力、解决问题能力等都纳入评价，贯穿课程教学的整个过程，避免一试定成绩的局面。“传感器与检测技术”课程采用“N+1”考核方式。“N”是指过程考核，按照“求真务实、知行合一”教学环节，根据资源观看、在线测试、报告131-第 26 期填写、团队分享、课后作业等完成情况进行赋分，包含教师评价、组内自评、组间互评等多种评价方式，全过程通过教学平台采集，及时反馈；“1”是指闭卷考试。考核评价方式如表2所示。通过重构教学体系、整合教学目标、创新教学模式、制作教学资源、设计教学环境、搭建评价方式进行教学改革的“传感器与检测技术”课程，在2018级机械电子工程专业15班及2019级机械电子工程14班，共计296人中进行了实践教学。教学实践证明，基于学情分析的教学目标、“理论+实验+实践”并重的教学内容、紧密贴合教学内容的自制教学资源、“求真务实、知行合一”的混合式教学模式、以学生为中心结合信息化教学手段的教学活动、过程化多元化实时反馈的“N+1”评价方式，让每个学生在掌握知识、技能的同时，获得成就感、增强使命感、提升责任感。与传统教学模式相比，学生的学习兴趣、学习成绩均有明显提升。参考文献1 张宇,解水青,郭卉.应用型本科院校双元课程体系的构建路径 J.教育与职业,2020(7):105-111.2史秋衡,王爱萍.应用型本科教育的基本特征 J.教育发展研究,2008(21):34-37.3 潘懋元,周群英.从高校分类的视角看应用型本科课程建设 J.中国大学教学,2009(3):4-7.4 刘有耀,蒋林,杜慧敏,等.工程应用型创新人才培养模式研究与实践 J.高等工程教育研究,2015(5):76-81.5 潘炜.传感器与检测技术综合实验课程设计 J.实验技术与管理,2015,32(11):218-220+230.6 李全福,彭慧玲,朱君,等.传感器与检测技术 课程改革探索 J.广西物理,2020,41(4):83-84.7 张万峰,梅美,陈文静.CDIO理念在 传感器与检测技术 课程中的应用探索及问题解决 J.计算机产品与流通,2020(11):31-32.8 陆凯韬.传感器与检测技术课程理实一体化教学改革研究 J.南方农机,2020,51(22):151-152.9丁超,李刚俊,苏睿.新工科背景下“传感器原理与应用”课程教学改革初探 J.成都工业学院学报,2020,23(2):105-108.10 左庆峰,潘斯宁.新工科背景下传感器与检测技术课程教学改革探索：以机械设计制造及自动化专业为例J.教育教学论坛,2020(25):241-242.Exploration and Practice on Teaching Mode of the Sensors and Detection Technology Course in Applied UniversitiesZHANG Pei(School of Mechanical Engineering,Tianjin Sino-German University of Applied Sciences,Tianjin 300350,China)Abstract:Based on talents training target positioning of applied undergraduates,according to the problems existing in traditional teaching of sensors and detection technology course,the teaching concept of“Consolidating Application,Strengthening Practice,Project Leading,Virtual and Real Combining,Highlighting Innovation”is formed,and the inquiry-based teaching mode of“Seeking Truth and Being Pragmatic,Combining Knowledge and Action”is innovatively proposed,which is to promote the in-depth reformation of teaching system,teaching contents,teaching resources,teaching methods and assessment methods.The teaching practice shows that student-centered teaching activities can achieve positive interaction between teachers and students,and at the same time,improve students problem-solving and innovative application ability,and students performance and satisfaction degree of teaching are greatly improved.Keywords:applied universities;Sensors and Detection Technology;teaching system;teaching mode;assessment method表2 考核评价方式教学环节考核内容分值评价方式自主求知资源观看10 分平台采集在线测试10 分平台采集晓务原理在线测试10 分平台采集探究实验硬件连接10 分组内自评、组间互评填报分享10 分组内自评、组间互评实践知径硬件连接10 分组内自评、组间互评软件编程10 分组内自评、组间互评众行悉用制作分享10 分组内自评、组间互评多元合评多元评价10 分教师评价、组内自评、组间互评一隅三反视频录制10 分教师评价张 培 应用型高校“传感器与检测技术”课程教学模式探究与实践