基于模塊化課程建設(shè)的《傳感器原理及應(yīng)用》教學(xué)改革

王 靜

(榆林學(xué)院 能源工程學(xué)院，陜西 榆林 719000)

隨著CDIO工程教育模式的推廣和專業(yè)認(rèn)證的迫切要求，各高等院校都加強(qiáng)了課程學(xué)習(xí)中以學(xué)生為中心的工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力的培養(yǎng)[1]。榆林學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)及測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)開(kāi)設(shè)的《傳感器原理及應(yīng)用》課程在CDIO課程體系中屬于基礎(chǔ)地位，為了提高該課程的教學(xué)效果，真正做到學(xué)以致用，首先需要針對(duì)目前社會(huì)在這方面人才的需求以及學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況優(yōu)化課程教學(xué)體系。其次需要建立學(xué)生的工程應(yīng)用能力及系統(tǒng)意識(shí)，使學(xué)生能熟練地應(yīng)用各類傳感器設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的檢測(cè)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)及就業(yè)質(zhì)量，因此模塊化課程建設(shè)的教學(xué)模式實(shí)施成為必然[2]。

1 模塊化課程體系優(yōu)化

為順應(yīng)學(xué)校轉(zhuǎn)型發(fā)展新階段的新要求，培養(yǎng)社會(huì)需要的應(yīng)用型人才，服務(wù)地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以學(xué)生職業(yè)發(fā)展為核心，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力、專業(yè)素質(zhì)及畢業(yè)就業(yè)質(zhì)量為目的，本課程模塊化的課程體系從以下五個(gè)方面進(jìn)行改革與實(shí)踐創(chuàng)新。

(1)課程教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)：了解傳感器的概念、種類和結(jié)構(gòu)組成，掌握常用傳感器的工作原理、測(cè)量電路、特點(diǎn)及在工業(yè)中的應(yīng)用，了解傳感器的最新方向與發(fā)展。

能力目標(biāo)：掌握常用傳感器的識(shí)別、測(cè)量能力，基于傳感器的基本測(cè)量工具的使用能力。掌握常用傳感器應(yīng)用電路的分析設(shè)計(jì)，實(shí)物的調(diào)試、安裝接線與制作技能。

職業(yè)素質(zhì)目標(biāo)：掌握獨(dú)立思考、分析和解決問(wèn)題的能力；鍛煉團(tuán)隊(duì)合作精神，耐心細(xì)致的職業(yè)習(xí)慣的養(yǎng)成；樹(shù)立工具、設(shè)備使用的安全規(guī)范操作意識(shí)；具備良好的成本節(jié)約意識(shí)。

(2)課程教學(xué)內(nèi)容

課程理論教學(xué)內(nèi)容共11章，按照內(nèi)容的相關(guān)程度可分為3個(gè)篇章，第一篇章為1～2章，主要介紹傳感器技術(shù)基礎(chǔ)，人才培養(yǎng)目標(biāo)為：要求學(xué)生了解傳感器基本概念、組成和發(fā)展方向；熟悉傳感器的選用原則及使用方法；根據(jù)具體性能指標(biāo)選擇合適的傳感器。第二篇為3～9章，主要介紹常用傳統(tǒng)傳感器的原理結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，包括電阻應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、熱電式傳感器、磁敏傳感器。人才培養(yǎng)目標(biāo)為：要求學(xué)生了解各種常用傳統(tǒng)傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)及類型；熟練掌握各種常用感器的應(yīng)用；能選用合適的元器件及傳感器制作檢測(cè)電路模塊并完成簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)測(cè)量。第三篇為10～11章，介紹新型傳感器的原理及應(yīng)用，包括化學(xué)與生物傳感器及輻射式傳感器，人才培養(yǎng)目標(biāo)為要求學(xué)生理解新型傳感器的測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)及類型；熟練掌握新型傳感器的實(shí)際應(yīng)用原理；能選用合適的元器件及傳感器制作檢測(cè)電路模塊并完成簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)測(cè)量[3]。

(3)課程畢業(yè)要求

在課程模塊化教學(xué)改革與創(chuàng)新的要求下，依據(jù)工程應(yīng)用型課程“淡化理論，夠用為度，培養(yǎng)技能，重在應(yīng)用”的指導(dǎo)思想，要求要培養(yǎng)具有“創(chuàng)造性、實(shí)用性”的技能型畢業(yè)生。傳感器檢測(cè)模塊是自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入模塊，也是最重要的模塊，學(xué)生在系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了該課程之后，在畢業(yè)后結(jié)合其他課程，可以獨(dú)立的設(shè)計(jì)各種類型的自動(dòng)控制系統(tǒng)。對(duì)學(xué)生的畢業(yè)要求為：根據(jù)學(xué)過(guò)的傳感器設(shè)計(jì)傳感器檢測(cè)模塊，該模塊首先感受被測(cè)量信息，并將檢測(cè)到的信息按一定規(guī)律變換為模擬量電信號(hào)形式，并將模擬量轉(zhuǎn)換為單片機(jī)、PLC或計(jì)算機(jī)可以直接處理的數(shù)字信號(hào)，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄與控制等要求。

(4)課程教材建設(shè)

在保證教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性和完整性的基礎(chǔ)上，精選教材，保證教材與傳感器行業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步保持同步，并對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行合理裁剪，簡(jiǎn)化或舍棄對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)不為必須的公式推導(dǎo)、論證方面的內(nèi)容，基礎(chǔ)理論以夠用為原則，重點(diǎn)內(nèi)容講解以企業(yè)需求為目標(biāo)，以工業(yè)應(yīng)用為主線，選用適合模塊化教學(xué)方式的教材。

目前理論課使用教材：《傳感器原理及應(yīng)用》，王化祥、張淑英編著，天津大學(xué)出版社。該教材內(nèi)容全面、系統(tǒng)，講解細(xì)致，有利于開(kāi)設(shè)本課程的專業(yè)根據(jù)教學(xué)大綱選用相應(yīng)內(nèi)容。參考教材：《傳感器與測(cè)試技術(shù)》，李曉瑩主編，高等教育出版社。該教材突出傳感器的工程應(yīng)用，強(qiáng)化理論聯(lián)系實(shí)際，著重對(duì)國(guó)內(nèi)外工程測(cè)試技術(shù)與傳感技術(shù)進(jìn)行較為系統(tǒng)的闡述，實(shí)用性強(qiáng)，可作為參考教材使用。模塊化授課參考教材：《傳感技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目化教程》，盛奮華主編，中國(guó)鐵道出版社[4]。該教材從實(shí)用角度出發(fā)，側(cè)重各類傳感器的應(yīng)用項(xiàng)目的實(shí)施，依據(jù)“做中學(xué)，學(xué)中做”的教學(xué)理念組織教學(xué)內(nèi)容，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神[5]。

(5)課程考核方式

課程采用模塊化教學(xué)方式，學(xué)生完成每一模塊的項(xiàng)目，掌握相應(yīng)的知識(shí)，因此課程考核方式也需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。課程考核采用平時(shí)成績(jī)(60%)與期末理論考試成績(jī)(40%)合并計(jì)算的形式，計(jì)分采用百分制。理論考試重點(diǎn)是各種類型傳感器的基礎(chǔ)理論及應(yīng)用。平時(shí)成績(jī)中考勤占20%，模塊化課程任務(wù)完成情況分?jǐn)?shù)占80%。在模塊化任務(wù)成績(jī)打分過(guò)程中，務(wù)必做到公平公正、有理有據(jù)，參考使用集知識(shí)(knowledge)、能力(ability)、過(guò)程(process)評(píng)價(jià)為一體的“KAP 立體考核法”[6]。

2 模塊化課程教學(xué)體系建設(shè)

首先對(duì)原有的課程教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整，這一任務(wù)應(yīng)在課程開(kāi)設(shè)之前的假期完成。課程教學(xué)內(nèi)容共11章，授課時(shí)不再按照傳統(tǒng)的教學(xué)順序，因?yàn)槊恳徽鹿?jié)都是相對(duì)獨(dú)立的介紹一到兩種傳感器，章節(jié)之間沒(méi)有知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，所以按照傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)類型作為標(biāo)準(zhǔn)，將11章的教學(xué)內(nèi)容分為6個(gè)模塊，共12個(gè)課題任務(wù)，每一個(gè)課題任務(wù)都與11章教學(xué)內(nèi)容相對(duì)應(yīng)[7]。每一模塊的課題任務(wù)、技能目標(biāo)、課時(shí)分配及考核標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

3 產(chǎn)教結(jié)合新模式探索

與企業(yè)專家聯(lián)系調(diào)研，根據(jù)企業(yè)對(duì)人才能力的需求調(diào)整理論及實(shí)踐授課內(nèi)容，按照學(xué)校發(fā)展轉(zhuǎn)型要求，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)和應(yīng)用能力，努力做到“教、學(xué)、練、做”一體化的目標(biāo)。另外建設(shè)好校外實(shí)習(xí)基地，保證實(shí)習(xí)效果。建立一支專兼結(jié)合的教師隊(duì)伍，教師定期到企業(yè)學(xué)習(xí)，同時(shí)加大校外企業(yè)兼職教師的課堂參與力度，力爭(zhēng)逐步實(shí)現(xiàn)實(shí)踐指導(dǎo)任務(wù)由校外具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員擔(dān)任的目標(biāo)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。項(xiàng)目組成員也有企業(yè)中相關(guān)行業(yè)人員參與，對(duì)于項(xiàng)目的實(shí)施提供意見(jiàn)與指導(dǎo)。

4 實(shí)施情況及效果

首先對(duì)課程教學(xué)進(jìn)度表進(jìn)行了重新調(diào)整，對(duì)教師課堂講授學(xué)時(shí)和學(xué)生講授項(xiàng)目任務(wù)、答辯、討論的學(xué)時(shí)時(shí)間進(jìn)行了合理地分配，增加了學(xué)生的課堂參與度。由教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員3人共同對(duì)課程教學(xué)大綱按照模塊化的教學(xué)方式進(jìn)行了修訂。對(duì)原有書(shū)面教案及電子教案按照模塊化的授課思路進(jìn)行了大幅度的調(diào)整，制作了大量的動(dòng)畫(huà)，開(kāi)發(fā)了課程教學(xué)課件，充分利用多媒體技術(shù)進(jìn)行資源整合，使教學(xué)過(guò)程更為形象、生動(dòng)，教學(xué)內(nèi)容更為精煉。

表1模塊化課程內(nèi)容

課程教學(xué)改革從2018年開(kāi)始，在2015級(jí)及2016級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)四個(gè)班級(jí)中開(kāi)展了傳統(tǒng)教學(xué)與模塊化教學(xué)方式的融合與實(shí)踐。課前首先進(jìn)行教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，利用學(xué)習(xí)通軟件提前發(fā)布學(xué)生需要預(yù)習(xí)與掌握的內(nèi)容。課中使用多媒體課件及動(dòng)畫(huà)演示視頻進(jìn)行講解，教學(xué)氣氛活躍，學(xué)生善于思考，勇于探索，積極提問(wèn)，參與討論，每堂課剩余十分鐘利用學(xué)習(xí)通完成重要知識(shí)點(diǎn)的隨堂測(cè)試。課后針對(duì)每一類傳感器布置一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生分組分工提前查閱資料，按要求完成老師布置的項(xiàng)目，并制作PPT在課堂上進(jìn)行講解、答辯、討論。這三個(gè)環(huán)節(jié)將教學(xué)內(nèi)容課前、課中、課后有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)學(xué)生的評(píng)價(jià)及考試考核成績(jī)能反映出教學(xué)改革效果良好。

5 結(jié)論

模塊化的課程體系及教學(xué)改革，增加了學(xué)生參與課堂的機(jī)會(huì)，使課程變得更加生動(dòng)有趣，少了理論推導(dǎo)和數(shù)學(xué)計(jì)算，多加入了工業(yè)應(yīng)用實(shí)例，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能力，增加了課堂知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，鍛煉了分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，學(xué)生有很大的收獲，不論是在大四做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，還是對(duì)于今后從事相關(guān)工作都有很大的意義。解決了課堂以教師為中心的教學(xué)模式存在的問(wèn)題，形成以學(xué)生能力培養(yǎng)為主的工學(xué)結(jié)合教學(xué)體系。