基于傳感器實驗教學的線上線下一體化教學模式改革

金瑩 胡青 吳子春

摘? ? 要：傳統(tǒng)的高校傳感器實驗教學對開設的時間、地點都有一定的局限性。文章探討了一種線上線下相結(jié)合的教學模式，通過“考核—推進”的一體化教學模式，將原本需要學生在實驗室完成的基礎操作和知識點學習，通過線上教學、知識點考核、給定課題、線上討論的過程來代替，縮短實驗室授課時長;線下課程著重在具體操作部分，增加實驗教學的靈活度，降低設備損耗比率，合理化實驗室利用率，提高學生學習效率。

關(guān)鍵詞：傳感器;線上線下一體化;實驗教學改革

中圖分類號：G640? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）01-0079-02

“傳感器設備與應用”實驗課程在加強理論知識理解的基礎上，提高學生動手能力，培養(yǎng)分析問題和應用所學知識解決實際問題的綜合能力，體現(xiàn)出較強的實踐性。該課程使學生掌握了常用傳感器的特性及其應用電路的設計、調(diào)試方法，加深理解傳感器基本理論知識，加強傳感器綜合應用能力。

文章通過對線上教學與線下操作一體化教學模式的設計與探討，在保證課程教學目標的基礎上，實現(xiàn)上課時間、地點的靈活性，達到減輕實驗室排課壓力、協(xié)調(diào)學生上課時間飽和度，降低設備損耗度等目的。

一、教學模式改革的必要性

（一）硬件實驗現(xiàn)狀

以大連海事大學為例，為響應專業(yè)認證標準，將原本的“傳感器”理論基礎課中配套的課內(nèi)實驗，全部提煉出來獨立設課，并增加了具有工程性的創(chuàng)新型實驗。這不僅僅是學時和實驗難度的增加，同時也增加了硬件實驗設備的使用比率。

經(jīng)過多方調(diào)研，修改教學內(nèi)容，初期改革實驗室啟用LabView軟件，將部分驗證型實操實驗修改為仿真實驗，但是這種模式也只是在一定程度上減小了硬件損耗。

（二）面臨的問題

大連海事大學的“傳感器設備與應用”獨立實驗是一門專業(yè)限選課程，共30學時，面向3個專業(yè)約300名學生開設，每年的選課人數(shù)，可達到270人左右。而在學校配備的傳感器實驗室中，因為設備儀器體積較大，僅能容納30臺傳感器操作臺。據(jù)了解，一般高校所配備的傳感器實驗室也多是50臺以內(nèi)的容量。

獨立設課的實驗實踐類課程，如果讓教務處統(tǒng)一排課，會將學時嚴格按照一節(jié)課兩學時的進度劃分，不利于實驗課程在具體實施過程中的進度調(diào)整。一般除配合理論課程進度設置的課內(nèi)實驗外，其余獨立設課實驗，大連海事大學電子信息工程系均采用自主排課的方式進行實驗安排。另外，由于學生課業(yè)緊張，空閑時間較難統(tǒng)一，因此需要更加靈活的授課方式，在正常情況下，能夠最大程度地減輕排課難度與設備損耗度，疫情時，可以最大程度地保證教學進度，減少學生返校后大批量集中補課所面臨的時間難以協(xié)調(diào)的問題。

二、設計與探討

（一）課程教學流程設計

將獨立設課實驗安排在理論課結(jié)束之后，學生在理論知識點都掌握的基礎上，再進行實驗課程，不但能夠更好地復習理論基礎知識，還可以整合知識體系脈絡，加強整體應用認知。

1.線上授課與前期準備。教師先通過線上教學軟件進行線上教學，詳細講述4個驗證型實驗的實驗原理和操作步驟，并列出創(chuàng)新設計型實驗的選題、需求和可提供設備等內(nèi)容。課后教師會在校內(nèi)BB課堂平臺為學生提供驗證型實驗操作視頻。學生通過觀看視頻以及回放線上課程，學習掌握驗證型實驗操作步驟，并按照學號分組進行設計型實驗方案的討論與制定，完成實驗前期學習準備。

2.針對實驗原理與步驟進行網(wǎng)上測驗。教師采用雨課堂答題模式，對驗證型實驗的原理與操作步驟進行理論考核，考核不通過的學生需要重復第一階段線上授課與前期準備的學習。

3.開放實驗室進行驗證型實驗操作。前期考核通過的學生可以預約實驗室，進行驗證型實驗。

4.以小組為單位，給出創(chuàng)新型實驗設計方案。驗證型實驗全部完成的小組，可以進入創(chuàng)新型實驗階段。該部分采用線上會議模式，以組為單位對設計型實驗的方案進行闡述，包括整體構(gòu)思、組內(nèi)工作分配、原理圖、元器件需求等。

5.進行創(chuàng)新型實驗。設計方案合理的小組，通過提前預約，進實驗室進行實物操作。

6.整理數(shù)據(jù)，進行驗收匯報以及報告書寫。創(chuàng)新型實驗結(jié)果合格后，該小組成員可以進行后期的數(shù)據(jù)整理和報告書寫工作，這部分內(nèi)容課下完成，不占用實驗室。當全部小組完成，或到截止時間后，教師使用線上教學軟件，以學生發(fā)言的模式，全班公開匯報考核。

實驗整體流程采用“考核—推進”的模式，每階段學習之后，都安排考核，考核通過后才可以進行下一階段的學習。在這個過程中，最終考核設有截止時間，實驗室開放使用，專人專位，實驗室配備監(jiān)控和助教協(xié)同實驗教師進行開放管理。

（二）課程學時分配設計

原來30學時的實驗，共分為兩大部分，4個驗證型實驗共8學時，1個創(chuàng)新設計型實驗22學時?，F(xiàn)將30學時的實驗室操作課程修改為線上教學、考核、線下實際操作的一體化教學模式。

1.線上教學10學時包括： （1）2學時線上理論學習。教師采取線上授課模式，對重難點進行講解答疑。（2）4學時線上討論學習。教師為學生提供學習資料、操作視頻、教學回放，要求學生課下自行完成。（3）1學時線上考核一。采取線上答卷模式，對驗證型實驗進行實驗原理與操作步驟的理論性考核。（4）1學時線上考核二。采用線上會議模式，分組對創(chuàng)新型實驗進行設計方案考核。（5）2學時線上匯報考核。采用線上授課模式，全班統(tǒng)一進行匯報考核。

2.線下操作20學時包括：（1）4學時線下仿真實驗。通過考核一的學生，預約進入實驗室進行實驗。（2）16學時線下設備操作。通過考核二的小組，預約進入實驗室進行實驗。

（三）課程考核分配設計

經(jīng)過修改后的教學模式，分為線上和線下兩部分，該門課程為考查課，對最終的實驗課程分數(shù)判定做了分化設計。實驗總分為100分。從線上線下角度考慮，分數(shù)分配各占50%;而從實驗類別占比角度來看，基礎實驗占比40%，設計型實驗占比60%。

線上線下的分數(shù)分配情況：

1.線上考核共50分，其中包括：（1）學習時長，簽到分數(shù)。根據(jù)學生是否按時聽課，以及聽課的時間長度來給定分數(shù)，滿分10分。（2）考核一+考核二。線上的兩次測試，考核一按照答卷準確度來評分，考核二按照實驗設計的完善程度和可實施度來進行評分，每次各占10分，滿分20分。（3）匯報、組內(nèi)互評分數(shù)。根據(jù)小組最終的匯報完成度、報告情況以及組內(nèi)分工互評給定每個人的分數(shù)，其中匯報5分、報告10分、組內(nèi)互評5分，滿分20分。

2.線下考核占50%，其中包括：（1）線下驗證型實驗分數(shù)。根據(jù)個人驗證型實驗數(shù)據(jù)結(jié)果來判定分數(shù)，滿分20分。（2）創(chuàng)新型實驗小組綜合分數(shù)。根據(jù)小組整體實驗操作情況和最終項目完成度判定，滿分30分。

從實驗類別角度來看分數(shù)分配情況：

基礎得分共40分，包括：（1）學習時長，簽到分數(shù)10分;（2）考核一分數(shù)10分;（3）線下驗證型實驗分數(shù)20分。設計得分共60分，包括：（1）考核二分數(shù)10分;（2）匯報、組內(nèi)互評分數(shù)20分;（3）創(chuàng)新型實驗小組綜合分數(shù)30分。

（四）教師隊伍要求

新的實驗教學模式，要求教師能夠熟練應用線上教學軟件、編輯制作較為多樣化的電子教學資料。同時，針對小組的討論考核部分，由于需要每組單獨進行，也會花費教師大量時間和精力，但是成果也是顯著的。在線下操作課程當中，學生對初步的設計和最終項目需求等問題都比較清晰，實驗過程中遇到的問題也多數(shù)能夠自行解決，減少了教師在線下授課過程中的指導工作，使得學生創(chuàng)新型實驗過程更為順暢。

文章通過對傳感器硬件實驗課程的教學流程設計、學時分配設計，以及考核分配設計三方面的討論與嘗試，實現(xiàn)傳感器獨立實驗課的線上線下一體化教學模式改革。新的教學模式，在實驗的前期籌備學習、考核等部分都采用線上教學模式，具備較高的靈活度，學生學習不受時間、地點的限制，能夠更加合理地安排時間進行實驗課程的學習;在實驗實操部分，調(diào)整為“考核—推進”的模式，完成上一部分考核的學生才可以進行實驗室預約，進入下一部分的設備實操，減少每次進入實驗教室的人數(shù)，并降低實驗設備損耗，很大程度上緩解了實驗排課難的問題。

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■ 編輯∕丁俊玲

收稿日期：2020-12-20? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 修回日期：2021-03-08

作者簡介：金瑩（1988—），女，遼寧大連人，大連海事大學信息科學技術(shù)學院實驗師，研究方向：傳感器應用、衛(wèi)星導航、教育信息化。

基金項目：2020年第一批產(chǎn)學合作項目“基于工程教育認證下電子信息工程專業(yè)課程設計教學體系探索與改革”（202002132006）;大連海事大學教改項目“工程教育認證引領下的信號與系統(tǒng)實驗實踐系列課程重構(gòu)”（2020Y34）