工程教育理念的傳感器課程教學(xué)改革

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摘要：本文基于工程教育理念對傳感器課程的教學(xué)改革進(jìn)行了研究，通過高等工程教育理念下傳感器課程的定位對傳感器課程進(jìn)行了教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和考核方式的改革。提出以項(xiàng)目式教學(xué)為核心，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。以解決項(xiàng)目問題為目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用與解決問題的能力。最終通過項(xiàng)目式教學(xué)試點(diǎn)分析，總結(jié)了此次傳感器課程教學(xué)改革，為工程人才的培養(yǎng)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：高等工程教育理念；傳感器；教學(xué)改革；項(xiàng)目式教學(xué)

1工程教育理念下傳感器課程定位

二十一世紀(jì)以來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，引領(lǐng)了新一輪工業(yè)革命與社會(huì)變革，這使得現(xiàn)代社會(huì)對工程人才能力的要求日益提升，同時(shí)對工程人才的教育理念也發(fā)生了改變[1]。高等工程教育專業(yè)認(rèn)證制度發(fā)源于美國，經(jīng)過了90多年的發(fā)展歷程，現(xiàn)在已經(jīng)成為高等工程教育質(zhì)量保障的重要機(jī)制[2]。近年來，高等工程教育理念在國內(nèi)外教育界也不斷被提起，高等工程教育專業(yè)認(rèn)證作為一種高等教育中工程教育質(zhì)量的保證機(jī)制也受到越來越多的關(guān)注[3]。2013年6月，我國加入了影響里最廣的國際工程教育互認(rèn)協(xié)議-《華盛頓協(xié)議》，成為預(yù)備會(huì)員國[4]。在此背景下，推進(jìn)我國高等工程教育改革，構(gòu)建與國際接軌、實(shí)質(zhì)等效的高等工程教育新模式是必由之路。根據(jù)國際工程教育強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，突出強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的理念和專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，明確了傳感器課程的定位：傳感器課程是一門涉及多學(xué)科交叉，以工程應(yīng)用能力培養(yǎng)為根本，以幫助學(xué)生打下扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，提升學(xué)生專業(yè)應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維為目標(biāo)的一門的應(yīng)用型課程[5]。

2傳感器課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前，我校的傳感器課程教學(xué)模式還是偏重傳統(tǒng)的以理論為主的講授式教學(xué)模式。一直以來在傳感器的課堂中，教學(xué)的方式局限于教書，教書的框架局限于課程，課程的設(shè)計(jì)局限于課堂，課堂形式局限于講授，講授的內(nèi)容局限于教材[6]。并且目前傳感器課程無論是教學(xué)方法，還是考核方式都偏重理論，而在實(shí)踐和應(yīng)用方面的教育培養(yǎng)與考查相對欠缺，這與工程教育理念不相符合[7]。根據(jù)工程教育以學(xué)生為中心，以能力培養(yǎng)為結(jié)果導(dǎo)向的教育理念，有必要對傳統(tǒng)傳感器課程進(jìn)行教學(xué)改革，以適應(yīng)新時(shí)代的要求。

3傳感器課程教學(xué)改革

為了解決目前傳感器課程在教學(xué)方法和考核方式都偏重理論，在實(shí)踐和應(yīng)用上的培養(yǎng)與考查欠缺的“偏科”問題，提出了以項(xiàng)目式教學(xué)的方式，對傳感器課程的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和考核方式進(jìn)行全面改革，并將改革的內(nèi)容應(yīng)用至貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院測控技術(shù)與儀器專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中。

3.1教學(xué)模式改革

傳感器課程的教學(xué)模式改革以項(xiàng)目式教學(xué)為核心，從以下三方面滿足工程教育理念：（1）首先，以項(xiàng)目式教學(xué)為引導(dǎo)，提高學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)的積極性。建立以學(xué)生為學(xué)習(xí)主體的實(shí)現(xiàn)途徑，改變以老師講授為主的課堂教學(xué)模式，達(dá)到工程教育專業(yè)認(rèn)證中以學(xué)生為中心的要求。（2）其次，以項(xiàng)目式教學(xué)為主體，提升學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。通過引入實(shí)際項(xiàng)目與問題進(jìn)行學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備分析問題與解決問題的能力，以滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證對結(jié)果導(dǎo)向能力培養(yǎng)的教學(xué)理念。（3）最后，以項(xiàng)目式教學(xué)為聯(lián)結(jié)，形成實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)的互補(bǔ)共融機(jī)制。通過傳感器課程的項(xiàng)目式實(shí)踐教學(xué)，與檢測技術(shù)課程形成互補(bǔ)教學(xué)機(jī)制，通過實(shí)踐與理論交錯(cuò)遞進(jìn)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在實(shí)踐中找到問題，以問題為導(dǎo)向進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，最終以理論指導(dǎo)實(shí)踐解決問題。

3.2教學(xué)內(nèi)容改革

為了滿足傳感器課程教學(xué)模式的改革的要求，首先需要對現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改變。目前我校傳感器課程安排的教學(xué)內(nèi)容根據(jù)傳感器的原理行進(jìn)章節(jié)劃分，即第1、2章內(nèi)容概述傳感器及其基本特性；第3章至第13章按傳感器原理分為電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器、壓電傳感器、光電傳感器、光敏傳感器、半導(dǎo)體傳感器、射線式傳感器、熱電式傳感器和生物傳感器。按照原理分類的好處是對同類傳感器轉(zhuǎn)換元件的測量原理可以進(jìn)行系統(tǒng)性講述，和其特性和補(bǔ)償方式等也容易系統(tǒng)地學(xué)習(xí)。但是往往同種轉(zhuǎn)換元件可以測量多種參數(shù)，導(dǎo)致學(xué)生不易記住傳感器的測量對象，因此在實(shí)際應(yīng)用中選擇適合的傳感器比較困難。所以為了突出強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的理念，即讓學(xué)生最終掌握如何選用傳感器，也為了配合項(xiàng)目式教學(xué)的模式，結(jié)合項(xiàng)目應(yīng)用場景和實(shí)際問題導(dǎo)向，把教學(xué)內(nèi)容按照傳感器感知的對象進(jìn)行重新劃分。其中第1、2章內(nèi)容以信息的感知、轉(zhuǎn)換、處理為核心的傳感器基本構(gòu)成及其特性的概述部分保持不變；后續(xù)內(nèi)容根據(jù)傳感器感知對象具體分為溫度傳感器、力學(xué)傳感器、光敏傳感器、聲波傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器和濕敏傳感器等內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。使得學(xué)生可以在項(xiàng)目中，針對所需要測量的對象，快速選擇可以用的傳感器類型。為了打破傳統(tǒng)的理論與實(shí)踐分離的教學(xué)方式，以工程應(yīng)用的項(xiàng)目為牽引，進(jìn)行理論實(shí)踐的互補(bǔ)學(xué)習(xí)。在本次改革中，以溫度傳感器、光電傳感器和磁敏傳感器為項(xiàng)目試點(diǎn)，進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)：其中應(yīng)用溫度傳感器的項(xiàng)目為“基于溫度傳感器的室內(nèi)溫度檢測”；應(yīng)用光電傳感器的項(xiàng)目為“基于光電傳感器的室內(nèi)火災(zāi)檢測”；應(yīng)用霍爾傳感器的項(xiàng)目為“霍爾傳感器在汽車ABS中的應(yīng)用”。各項(xiàng)目教學(xué)具體分為7個(gè)階段：由老師項(xiàng)目任務(wù)，簡單介紹項(xiàng)目背景與需求，并對學(xué)生進(jìn)行分組；學(xué)生以小組為單位，分析問題、任務(wù)分工并通過查詢資料提出解決問題的初步思路；各小組討論設(shè)計(jì)方案，確定選用傳感器類型和參數(shù)等；把傳感器實(shí)物引入實(shí)驗(yàn)課堂，讓學(xué)生在拆分與分析中了解傳感器工作原理，然后通過繪制內(nèi)部電路與搭建外部輸出電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；各小組輪流演講匯報(bào)，老師和剩余學(xué)生提問并指出問題；學(xué)生優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，畫圖并整理成論文；老師根據(jù)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、報(bào)告環(huán)節(jié)和最終論文進(jìn)行評價(jià)與打分。通過3個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)加入的教學(xué)內(nèi)容改革，激發(fā)學(xué)生興趣，鍛煉學(xué)生思維能力，提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)能力，為學(xué)生創(chuàng)新和工程能力的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。

3.3考核方式改革

傳感器課程傳統(tǒng)的最終考核成績由平時(shí)成績和考試成績兩部分組成，其中考試成績根據(jù)期末試卷成績決定，占總成績的70%；平時(shí)成績根據(jù)課堂成績、作業(yè)成績和實(shí)驗(yàn)成績決定，占總成績的30%。這種主要依據(jù)期末成績的考核方式，往往會(huì)導(dǎo)致學(xué)生平時(shí)不積極，臨考前突擊學(xué)習(xí)，并且對學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力也很難考查和評估。因此，本次教改通過結(jié)合教學(xué)改革措施，在傳統(tǒng)考核方式的基礎(chǔ)上引入新的考核機(jī)制，實(shí)現(xiàn)多元化、全方位地對學(xué)生進(jìn)行考核方式，綜合考查學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和工程實(shí)踐能力，并避免對學(xué)生的片面評價(jià)，以此激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的積極性，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。改革前后平時(shí)成績占比不變，依據(jù)出勤、作業(yè)和課題討論等情況給出。考核改革降低了期末卷面成績在總考核成績中的比重，由原來期末試卷成績占比70%縮減為30%，并且期末試卷中淡化了原有傳感器應(yīng)用方面的考核內(nèi)容，把重點(diǎn)放在傳感器相關(guān)原理和基礎(chǔ)知識點(diǎn)的考核上，著重考查學(xué)生的理論掌握情況。而對傳感器應(yīng)用能力進(jìn)行單獨(dú)考核，并占到最終考核成績的60%，由3.2教學(xué)內(nèi)容改革中的3個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目成績組成，每個(gè)項(xiàng)目占最終成績的20%。單個(gè)項(xiàng)目考核又分為實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)（30%）、報(bào)告環(huán)節(jié)（30%）和最終論文（40%）。在項(xiàng)目式教學(xué)中，授課老師監(jiān)督學(xué)生完成工程試點(diǎn)項(xiàng)目的每一個(gè)步驟，依據(jù)項(xiàng)目的完成情況給出學(xué)生的項(xiàng)目完成成績。通過考核方式的改革，進(jìn)而督促學(xué)生提高實(shí)際動(dòng)手和應(yīng)用設(shè)計(jì)能力。

4結(jié)語

本文基于工程教育理念對傳統(tǒng)的傳感器課程進(jìn)行了以項(xiàng)目式教學(xué)為核心的教學(xué)內(nèi)容和考核方式改革，通過一個(gè)學(xué)期的改革實(shí)踐，項(xiàng)目式的教學(xué)方式的確可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與積極性，并且在傳感器應(yīng)用和動(dòng)手能力的培養(yǎng)上具有明顯的優(yōu)勢。但是由于3個(gè)試點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容在實(shí)踐環(huán)節(jié)和討論環(huán)節(jié)的增加，導(dǎo)致教學(xué)時(shí)間成本大大提高，壓縮了其他教學(xué)內(nèi)容的時(shí)間。傳感器課程涉及多學(xué)科交叉，內(nèi)容繁多，因此項(xiàng)目式教學(xué)并不適用于短學(xué)時(shí)教學(xué)。但對于長學(xué)時(shí)，或是傳感器課程和檢測技術(shù)課程分開教學(xué)的形式，項(xiàng)目式教學(xué)是很好的可以滿足工程教育理念的教學(xué)方式。在考核改革方面，項(xiàng)目考核的增加提高考核方式的多元化，也促使學(xué)生對自己應(yīng)用能力和動(dòng)手能力的重視。但是期末試卷占比過小，使得部分學(xué)分在獲得較高的項(xiàng)目考核成績后過于放松，因此建議期末試卷的占比不應(yīng)小于50%。

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作者：楊健晟 王民慧 張梅 黨長青 單位：貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院