“以學(xué)生為中心”的“傳感器與測(cè)試技術(shù)”課程教學(xué)實(shí)踐研究

雷慧　榮星　肖國(guó)紅

摘 要：課堂教學(xué)是傳授知識(shí)、培養(yǎng)人才最重要的環(huán)節(jié)。高等教育階段的教學(xué)要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)時(shí)代和具體課程的特點(diǎn)，圍繞學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的需求從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式上不斷進(jìn)行探索創(chuàng)新，形成學(xué)生喜愛(ài)、手段多樣、教學(xué)相長(zhǎng)的教學(xué)全過(guò)程?！皞鞲衅髋c測(cè)試技術(shù)”作為機(jī)械專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)課，研究如何“以學(xué)生為中心”展開(kāi)教學(xué)工作，不僅對(duì)本課程的教學(xué)有幫助，而且還可以將成功的經(jīng)驗(yàn)拓展到其他課程的教學(xué)上，同時(shí)對(duì)其他教師也有一定啟發(fā)作用。

關(guān)鍵詞：以學(xué)生為中心 傳感器與測(cè)試技術(shù)課程 教學(xué)實(shí)踐

Research on the Teaching Practice of the “Sensor and Testing Technology” Course “Student-centered”

Lei Hui，Rong Xing，Xiao Guohong

Abstract：Classroom teaching is the most important link in imparting knowledge and cultivating talents. Teaching at the higher education stage should combine the characteristics of the Internet age and specific courses， and continue to explore and innovate in teaching content and teaching methods around the needs of students' knowledge structure， forming a whole teaching process that students love， with diverse methods， aiding teaching. "Sensor and Testing Technology" is an important professional course for mechanical majors. Studying how to "student-centered" teaching work is not only helpful to the teaching of this course， but also can extend the successful experience to the teaching of other courses. At the same time， it also has a certain enlightening effect on other teachers.

Key words：student-centered， sensor and testing technology courses， teaching practice

習(xí)近平總書(shū)記說(shuō)過(guò)：“辦好高等教育，事關(guān)國(guó)家發(fā)展，事關(guān)民族未來(lái)”[1]。當(dāng)前及今后一段歷史時(shí)期，實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)一百年”和中華民族偉大復(fù)興是全體中國(guó)人民的共同奮斗目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須培養(yǎng)一大批各行業(yè)建設(shè)的合格人才，尤其是受過(guò)高等教育的人才，“怎樣培養(yǎng)人”是教育的關(guān)鍵問(wèn)題[2]。對(duì)大學(xué)生的教育，主要是以“德智體美”的目標(biāo)培養(yǎng)他們樹(shù)立正確的“三觀”（世界觀、人生觀、價(jià)值觀），并具有一定的理論知識(shí)和實(shí)踐能力。

圍繞“怎樣培養(yǎng)人”的問(wèn)題，在教學(xué)實(shí)踐上不同課程的教學(xué)方法不盡相同，但總體原則就是要“以學(xué)生為中心”，根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)合理制定教學(xué)方法?！皞鞲衅髋c測(cè)試技術(shù)”是機(jī)械工程專業(yè)的一門(mén)重要專業(yè)課，實(shí)際應(yīng)用廣泛，如何開(kāi)展教學(xué)工作，達(dá)到教育部工程認(rèn)證對(duì)學(xué)生在理論知識(shí)、實(shí)踐能力上的要求，是教師必須考慮的首要問(wèn)題。本文從課前的教學(xué)引導(dǎo)、課堂的教學(xué)過(guò)程、課后的輔導(dǎo)答疑以及通過(guò)項(xiàng)目實(shí)做提高實(shí)際動(dòng)手能力等環(huán)節(jié)分析了本課程的教學(xué)方式，并提出了相應(yīng)教學(xué)考核的辦法。

1 “以學(xué)生為中心”教學(xué)的總體思想

傳統(tǒng)的教學(xué)方法主要是依靠教材、教輔的知識(shí)體系和課堂講授，不但傳授的知識(shí)陳舊，而且有些理論隨著相關(guān)研究的深入可能還存在不完善之處，因此課堂講授內(nèi)容需要隨著時(shí)代與科技的發(fā)展不斷更新[3]。同時(shí)，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，學(xué)生更樂(lè)于在網(wǎng)絡(luò)上獲取知識(shí)，如何將網(wǎng)絡(luò)上碎片式的知識(shí)與所講授的內(nèi)容有機(jī)結(jié)合形成完整的知識(shí)體系，是教師應(yīng)該考慮的問(wèn)題?！耙詫W(xué)生為中心”的教學(xué)思想，就是要充分利用網(wǎng)絡(luò)等各種現(xiàn)有技術(shù)條件、教學(xué)方式、教學(xué)資源等，在課前、課中、課后的教學(xué)全過(guò)程中將需要講授的內(nèi)容以學(xué)生易于接受的形式傳導(dǎo)給學(xué)生[4]、[5]。

2 授課前拋出問(wèn)題，吸引學(xué)生關(guān)注，啟發(fā)學(xué)生積極思考

在基礎(chǔ)教育階段，為提高教學(xué)效果，教師一般都會(huì)要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)。但在大學(xué)階段，由于學(xué)業(yè)繁重、社團(tuán)活動(dòng)、書(shū)本知識(shí)的枯燥性等多種因素，學(xué)生一般很難做到課前預(yù)習(xí)。針對(duì)這種情況，教師可以在課前拋出一些與現(xiàn)實(shí)生活有聯(lián)系、學(xué)生有認(rèn)知的實(shí)例來(lái)啟發(fā)學(xué)生課前思考，使學(xué)生帶著疑問(wèn)進(jìn)課堂，往往會(huì)有較好的效果。例如在“電阻應(yīng)變式傳感器”這一章，講到了如何利用電阻變化原理測(cè)量力，教師在課前可以通過(guò)班級(jí)微信群給學(xué)生提出這樣一個(gè)問(wèn)題：針對(duì)貨車(chē)超載問(wèn)題，如何設(shè)計(jì)一個(gè)稱重裝置使司機(jī)能隨時(shí)知道所載貨物的重量？學(xué)生帶著疑問(wèn)聽(tīng)課，課堂上老師就可以這個(gè)問(wèn)題為背景，從電阻變化的原理出發(fā)，抽絲剝繭地將相關(guān)導(dǎo)致電阻變化的理論、如何設(shè)計(jì)應(yīng)變片、如何布置傳感器、如何獲取測(cè)量數(shù)據(jù)、如何減少誤差等問(wèn)題向?qū)W生娓娓道來(lái)，這樣有預(yù)設(shè)背景的教學(xué)內(nèi)容會(huì)使學(xué)生奔著目的而來(lái)，不至于感到空洞枯燥。

3 課堂上以教學(xué)內(nèi)容為導(dǎo)向，采取不同教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣[6]

“傳感器與測(cè)試技術(shù)”這門(mén)課的前面部分主要講信號(hào)與測(cè)量的基礎(chǔ)理論，后面講不同傳感器的具體應(yīng)用，兩者的教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)不一樣，因此在課堂教學(xué)中要針對(duì)不同內(nèi)容采取不同的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.1 對(duì)理論知識(shí)的講解，以通俗易懂的形式進(jìn)行

在課程前面信號(hào)與測(cè)量的基礎(chǔ)理論部分，主要涉及信號(hào)處理中的一些概念和數(shù)學(xué)理論，純數(shù)學(xué)的知識(shí)點(diǎn)多。在教學(xué)中，很多學(xué)生對(duì)傅里葉變換的思想難以理解，通過(guò)虛冪函數(shù)由時(shí)域信號(hào)得到頻域的頻譜感到不可思議，講課時(shí)如果完全按照教材中數(shù)學(xué)推演的方法平鋪直敘，學(xué)生就覺(jué)得生澀難懂。結(jié)合傅里葉生活的時(shí)代背景、前輩科學(xué)家如歐拉、伯努利等人做出的貢獻(xiàn)講述這一數(shù)學(xué)分析工具的發(fā)展過(guò)程，學(xué)生就容易接受得多，課堂也變得生動(dòng)有趣。通過(guò)學(xué)習(xí)這段知識(shí)，學(xué)生也明白了創(chuàng)新不是憑空臆想，而是需要充分的知識(shí)儲(chǔ)備和積累。講課過(guò)程中，適當(dāng)介紹科學(xué)家的一些生活故事，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)家不是遙不可及的神，而是和我們普通人一樣在探索的過(guò)程中都會(huì)遇到困惑和挫折，成功從來(lái)都不是一蹴而就輕易達(dá)成的。這種教學(xué)方法不僅能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，也幫助學(xué)生樹(shù)立了天生我才必有用、只要努力都會(huì)有收獲的自信心，也是對(duì)學(xué)生世界觀潛移默化的影響，同時(shí)這些科學(xué)家的故事還是課程思政教學(xué)的極好素材。

3.2 對(duì)應(yīng)用知識(shí)的講解，以工程案例的形式進(jìn)行

在本課程的后續(xù)章節(jié)，主要講不同類型傳感器的工作原理及實(shí)際應(yīng)用，其中理論知識(shí)比較容易理解，重點(diǎn)和難點(diǎn)在如何應(yīng)用上。對(duì)某一種傳感器的教學(xué)可采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，讓學(xué)生自由組合分小組討論，每組5-6人，通過(guò)討論學(xué)生不僅加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，還能夠探討在實(shí)際應(yīng)用中可能存在的問(wèn)題，訓(xùn)練了學(xué)生系統(tǒng)化、工程化的思維習(xí)慣，有利于學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通。比如講解電容式傳感器，它的原理是通過(guò)電容值的變化來(lái)測(cè)量被測(cè)參數(shù)。影響電容變化的因素在高中階段就已經(jīng)學(xué)習(xí)，那么大學(xué)階段就應(yīng)側(cè)重于應(yīng)用方面的教學(xué)。在實(shí)際中，電容式傳感器可以用來(lái)測(cè)量液位高度、金屬板厚度、流體的壓力差等，教師設(shè)定一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景要求每組提出一個(gè)實(shí)際可行的測(cè)試方案，每組提出方案后再由全體同學(xué)討論 。比如對(duì)液位高度的測(cè)量，教師設(shè)定某企業(yè)在生產(chǎn)中需要測(cè)量水槽中水位的高度，學(xué)生在選用電容式傳感器時(shí)就要考慮根據(jù)水槽的極限液位高選定相應(yīng)型號(hào)的傳感器，還要考慮如何顯示測(cè)量結(jié)果，有時(shí)根據(jù)企業(yè)需要還要能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。由于電容式傳感器測(cè)液位高是基于極板間介電常數(shù)變化的原理，在討論中學(xué)生就發(fā)現(xiàn)測(cè)量誤差與液體屬性有關(guān)，即水槽中水質(zhì)情況會(huì)影響測(cè)量準(zhǔn)確度。如果水質(zhì)變化大，那么電容式傳感器就不一定適用了，由此教師可以適當(dāng)延伸講授一些如超聲波、光電折射式傳感器測(cè)量液位高的方法，不僅豐富了學(xué)生的思路，而且讓學(xué)生對(duì)電容式傳感器的認(rèn)識(shí)更深刻。討論結(jié)束后，部分同學(xué)還余興未盡，這時(shí)教師可鼓勵(lì)他們申報(bào)一些校級(jí)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，將自己的思想通過(guò)具體的實(shí)際作品表達(dá)出來(lái)，學(xué)生實(shí)做出來(lái)的作品還可以作為以后課堂教學(xué)中很好的教具。這種理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的教學(xué)方式，不僅使學(xué)生扎實(shí)地掌握了理論知識(shí)，還鍛煉了他們的實(shí)際動(dòng)手能力。

4 課后形式多樣的輔導(dǎo)，夯實(shí)學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生實(shí)際工程能力

本課程的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生在對(duì)基本理論有一定了解的基礎(chǔ)上，掌握在實(shí)際中如何應(yīng)用，因此對(duì)學(xué)生的教學(xué)與輔導(dǎo)重點(diǎn)也應(yīng)體現(xiàn)在實(shí)際的項(xiàng)目上。在實(shí)際教學(xué)中，一般在每章結(jié)束后布置2-3道課后作業(yè)，其中1道偏向于理論，使學(xué)生鞏固所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，另外1-2題就偏向?qū)嶋H應(yīng)用。對(duì)這些理論作業(yè)題，可以通過(guò)班級(jí)微信群講解答疑，對(duì)實(shí)際應(yīng)用題就在下次上課時(shí)講解。對(duì)學(xué)生實(shí)做出的作品，選擇合適的時(shí)間集中進(jìn)行指導(dǎo)，這種指導(dǎo)可以當(dāng)面進(jìn)行、由教師主講，也可以通過(guò)線上指導(dǎo)，由學(xué)生做“主播”、教師做“助理”配合視頻進(jìn)行。在每次指導(dǎo)中，可安排不同的項(xiàng)目小組依次進(jìn)行，使大家能同時(shí)高效率地學(xué)到更多知識(shí)。比如，有學(xué)生在課后實(shí)做了一個(gè)可自動(dòng)分類及報(bào)警的垃圾桶項(xiàng)目并申請(qǐng)了校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的支持。垃圾桶是日常生活中非常熟悉的生活用品，通過(guò)對(duì)熟視無(wú)睹的對(duì)象以創(chuàng)新性的思維進(jìn)行改進(jìn)，鍛煉了學(xué)生在以后如何真正地結(jié)合工作和生活實(shí)際進(jìn)行創(chuàng)新性研發(fā)的能力。本垃圾桶要求具有自動(dòng)識(shí)別垃圾類型、垃圾裝滿以后自動(dòng)向保潔人員報(bào)警等功能，設(shè)計(jì)目的是不僅能讓保潔人員及時(shí)清理垃圾美化環(huán)境，而且減輕他們的工作強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)上，學(xué)生們利用圖像傳感器運(yùn)用模式識(shí)別的原理對(duì)垃圾分類，然后通過(guò)機(jī)電傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將不同垃圾分別投入不同的分隔桶中。其中學(xué)生要學(xué)會(huì)如何選購(gòu)合適的圖像傳感器、如何將投放的垃圾與數(shù)據(jù)庫(kù)中的垃圾圖像進(jìn)行比對(duì)，融合了數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像識(shí)別等知識(shí)。盡管圖像識(shí)別已經(jīng)不屬于本課程的教學(xué)范圍，但學(xué)生通過(guò)自學(xué)的方式將其掌握，又鍛煉了自學(xué)的能力。在垃圾桶的機(jī)電傳動(dòng)部分用到的角位移傳感器、步進(jìn)電機(jī)等機(jī)電控制知識(shí)，使學(xué)生不僅掌握了本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，而且也鞏固了本專業(yè)其他課程的知識(shí)。在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，學(xué)生需要完成項(xiàng)目背景調(diào)查、技術(shù)路線擬定、實(shí)施進(jìn)度安排、元器件采購(gòu)、項(xiàng)目實(shí)做、項(xiàng)目結(jié)題等全流程工作，不僅鍛煉了他們實(shí)際動(dòng)手、進(jìn)度管理能力，而且提高了技術(shù)文件的寫(xiě)作水平，還讓他們有了撰寫(xiě)項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)的初步經(jīng)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生的綜合能力無(wú)疑有極大的提高。

一般而言，校級(jí)項(xiàng)目由于時(shí)間、學(xué)生的持續(xù)興趣度等多種主客觀因素影響，最后做成的作品還有諸多有待完善的地方。但學(xué)生所儲(chǔ)備的知識(shí)和獲得的經(jīng)驗(yàn)可以為后續(xù)做更深、技術(shù)難度更高的項(xiàng)目打下很好的基礎(chǔ)，這時(shí)教師可鼓勵(lì)部分表現(xiàn)突出的同學(xué)參加一些高層次的設(shè)計(jì)比賽以進(jìn)一步提升自己。這些參加比賽的同學(xué)，由于學(xué)校有了相關(guān)的激勵(lì)措施，加上發(fā)自內(nèi)心的興趣，他們往往愿意花1-2個(gè)月時(shí)間專注于創(chuàng)新設(shè)計(jì)，這樣在老師的指導(dǎo)下，他們能從設(shè)計(jì)構(gòu)思到實(shí)際完成的各方面能力都得到進(jìn)一步提升。比如有學(xué)生設(shè)計(jì)出了一種智能避障小車(chē)參加全國(guó)的科普知識(shí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽，該項(xiàng)目比自動(dòng)分類的垃圾桶技術(shù)難度更高、所涉及的知識(shí)面也更廣。該小車(chē)以Arduino 電子開(kāi)源平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過(guò)循跡方式實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)，要求能自動(dòng)規(guī)避行進(jìn)中的各種障礙物，在實(shí)際中可應(yīng)用在物流倉(cāng)儲(chǔ)、無(wú)人駕駛等流域。小車(chē)的循跡采用圖像傳感器，避障采用超聲波傳感器，為了避免障礙物位置過(guò)低超聲波檢測(cè)不到或小車(chē)的轉(zhuǎn)向舵機(jī)來(lái)不及控制，還增加了紅外避障模塊，從技術(shù)上而言比上述垃圾桶更有難度一些。通過(guò)做這個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生不僅鞏固了超聲波傳感器、圖像傳感器知識(shí)，而且學(xué)到了在技術(shù)平臺(tái)上集成開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，由于比賽還要求視頻資料、現(xiàn)場(chǎng)答辯等，又使學(xué)生學(xué)會(huì)了如何拍攝剪輯視頻、如何演講、如何將團(tuán)隊(duì)成員合理分工等，鍛煉了本課程知識(shí)以外的能力，無(wú)疑又使學(xué)生的素質(zhì)上了一個(gè)新臺(tái)階。

5 改革課程考核方式，促進(jìn)學(xué)生注重實(shí)際能力的培養(yǎng)

傳統(tǒng)的課程考核以期末閉卷考試成績(jī)?yōu)橹?，常常只能考查學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，容易導(dǎo)致學(xué)生陷入死記硬背的學(xué)習(xí)誤區(qū)。改進(jìn)考核辦法，將平時(shí)成績(jī)的比重從20%提升到50%，特別是提升學(xué)生課堂表現(xiàn)的成績(jī)占比有助于提高學(xué)生上課的積極性，使學(xué)生改變了以往靠期末考試前短時(shí)間突擊復(fù)習(xí)的學(xué)習(xí)方法而更注意平時(shí)的課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、項(xiàng)目實(shí)做的成績(jī)，這有助于學(xué)生更注重平時(shí)的知識(shí)積累和實(shí)踐動(dòng)手能力的提高。

6 結(jié)語(yǔ)

“以學(xué)生為中心”開(kāi)展教學(xué)工作，是一項(xiàng)需要長(zhǎng)期投入精力的實(shí)踐過(guò)程，要求教師具有良好的教書(shū)育人的職業(yè)精神。在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，需要解決不斷出現(xiàn)的新問(wèn)題。如何避免實(shí)做項(xiàng)目的虎頭蛇尾，需要針對(duì)不同的學(xué)生和情況提出相應(yīng)的改善辦法?！皞鞲衅髋c測(cè)試技術(shù)”這門(mén)課兼有理論與應(yīng)用兩部分的知識(shí)，在工科課程中具有一定代表性，“以學(xué)生為中心”做好本課程的教學(xué)，不僅使學(xué)生學(xué)好本課程，而且也為教師在其他課程的教學(xué)積累經(jīng)驗(yàn)。教師只有在教學(xué)工作中真正做到“以學(xué)生為中心”，根據(jù)時(shí)代、技術(shù)的變化不斷與時(shí)俱進(jìn)地改進(jìn)教學(xué)方法，才能真正提高學(xué)生的綜合能力和科學(xué)素質(zhì)，培養(yǎng)出為中國(guó)特色社會(huì)主義建設(shè)服務(wù)的高素質(zhì)人才。

基金項(xiàng)目：集美大學(xué)“習(xí)近平三部采訪實(shí)錄”項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)XJP202016和XJP202017）。

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