雙師型教師助力“傳感器原理與應(yīng)用”教學(xué)改革

王久江　李游　余遠(yuǎn)昱　江洹

摘? 要： 作者所在院?！皞鞲衅髟砼c應(yīng)用”本科課程教學(xué)，存在教學(xué)模式陳舊與學(xué)生將來走向工作崗位銜接不足等問題，這些可以通過雙師型教師來改善。從教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶涂己四Ｊ降确矫孢M(jìn)行研究探索，提升學(xué)生的理論、實(shí)踐、動(dòng)手能力，達(dá)到了提高學(xué)生學(xué)習(xí)參與度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究興趣的目的，從而可以提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力和就業(yè)競爭力。

關(guān)鍵詞： 傳感器原理與應(yīng)用; 雙師型; 競爭力; 教學(xué)改革

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2022）05-85-04

Teaching reformation on the "theories and applications of sensors"

with the aid of the double-qualified teachers

Wang Jiujiang， Li You， Yu Yuanyu， Jiang Huan

Abstract： In our college， the teaching model is outdated and can't link up well with the students' future works. The situation can be improved by double-qualified teachers. The research and practice were conducted in the teaching method， the experimental method and the examination model. The students' abilities on theories， practices and operations have been improved and this helps the students to get more involved in their study and research activities which finally help to promote their learning ability and competitiveness in job-seeking.

Key words： theories and applications of sensors; double-qualified; competitiveness; teaching reformation

引言

2020年，《深化新時(shí)代教育評價(jià)改革總體方案》中強(qiáng)調(diào)，學(xué)生參加社會(huì)實(shí)踐、畢業(yè)生發(fā)展、用人單位滿意度等高等學(xué)校分類評價(jià)，并強(qiáng)調(diào)高校要辦出特色和水平[1]?！?017中國高等教育質(zhì)量報(bào)告》顯示，本科人才與社會(huì)企業(yè)之間的契合度逐漸提高，但仍存在著人才培養(yǎng)目標(biāo)與教學(xué)條件脫節(jié)、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式單一、人才培養(yǎng)與企業(yè)交流合作不足等問題。

解決這些問題的一個(gè)基礎(chǔ)，就是提升教學(xué)質(zhì)量，依據(jù)每個(gè)專業(yè)的人才培養(yǎng)計(jì)劃，配合企業(yè)對人才的具體需求，來開展教學(xué)改革。教育部2019年發(fā)布的《教育部關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》中，提出了深化本科教育教學(xué)改革，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人的意見[2]。教育大計(jì)，教師為本，有好的教師，才有好的教育。雙師型的教師具備一定優(yōu)勢[3]。雖然現(xiàn)在一般是在高職院校進(jìn)行雙師型教師的討論[4-7]，但在應(yīng)用型的二本院校引入雙師型教師，能夠?qū)W(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和項(xiàng)目合作能力提供幫助，能夠增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競爭力。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一個(gè)跨學(xué)科的專業(yè)，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，電子工程，通信工程等學(xué)科;是一個(gè)面向應(yīng)用的專業(yè)，需要培養(yǎng)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，更需要培養(yǎng)其動(dòng)手能力。傳感器已經(jīng)融入人們生活的方方面面，從日常用的手機(jī)，到航天器，空間站，離開了傳感器，都不能正常工作?！皞鞲衅髟砼c應(yīng)用”課程是物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)必修的一門重要專業(yè)課程，是本專業(yè)人才培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1 現(xiàn)在的“傳感器原理與應(yīng)用”課程存在的不足

1.1 理論教學(xué)方式陳舊;課本內(nèi)容更新較慢

傳統(tǒng)教育模式下，強(qiáng)調(diào)知識傳承，強(qiáng)調(diào)教師講授，為當(dāng)時(shí)的社會(huì)提供了人才培養(yǎng)服務(wù)。但當(dāng)下社會(huì)需要的不再是只擁有知識的人，而是需要能夠運(yùn)用知識服務(wù)社會(huì)的人才，更需要有創(chuàng)新、能創(chuàng)業(yè)的新型人才。自2017年2月以來教育部積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)來推動(dòng)我國高校工程教育的改革創(chuàng)新 [8]。課程以理論教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔安排“傳感器原理與應(yīng)用”的教學(xué)。教師基本上是按照教材的章節(jié)制定教學(xué)計(jì)劃、安排教學(xué)進(jìn)程，采用滿堂灌的方式將多種傳感器所涉及的原理進(jìn)行理論教學(xué)。由于學(xué)生的基礎(chǔ)情況參差不齊，會(huì)有部分學(xué)生不能理解有些理論的內(nèi)容。期末考試采用閉卷筆試，也難以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)意。此外，教材成書年代比較早，距今約十年左右，雖然有再版，但內(nèi)容更新很少，傳感器在各領(lǐng)域飛速發(fā)展，而新型的傳感器并沒有在課本中體現(xiàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件有限

工科背景的學(xué)生，需要有較強(qiáng)的動(dòng)手能力，因而除了課堂上的理論知識的學(xué)習(xí)之外，需要安排對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。“傳感器原理與應(yīng)用”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，由于受到實(shí)驗(yàn)條件有限的限制，導(dǎo)致動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)減少。主要的條件限制是，一是經(jīng)費(fèi)不足且實(shí)驗(yàn)材料采購流程繁瑣，二是實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較陳舊，一些新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容沒辦法進(jìn)行操作，三是實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量不足，每個(gè)學(xué)生實(shí)際操作的時(shí)間受限，因而導(dǎo)致對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能熟練掌握。

1.3 與學(xué)生將來工作銜接不足，不利于學(xué)生就業(yè)

現(xiàn)在的“傳感器原理與應(yīng)用”教學(xué)，內(nèi)容偏重于理論較多，對傳感器的性能研讀，傳感器的選型和應(yīng)用，涉及較少，導(dǎo)致現(xiàn)在學(xué)生缺乏實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)，這不利于學(xué)生畢業(yè)后直接走向工作崗位。基于雙師型教師的企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，研讀器件手冊而進(jìn)行器件選型，是一個(gè)系統(tǒng)工程師的基本功。所以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，不僅僅有助于學(xué)生繼續(xù)進(jìn)修進(jìn)行科研工作，也有助于學(xué)生畢業(yè)后直接走向工作崗位。

前述問題阻礙了學(xué)生將知識、能力和素質(zhì)有機(jī)地結(jié)合在一起，阻礙了學(xué)生形成解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維。通過一些以項(xiàng)目合作為導(dǎo)向的課題設(shè)計(jì)，可以讓學(xué)生消化和發(fā)揮自己知識的同時(shí)，真正提升學(xué)生工作能力，也可以學(xué)到工作中所需要的與人合作的能力。

2 課程教學(xué)改革策略

本次教學(xué)改革以提高學(xué)生學(xué)習(xí)參與度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究興趣從而提升其學(xué)習(xí)能力和就業(yè)競爭力為目的。依據(jù)我校2018～2020級物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，我們以“傳感器原理與應(yīng)用”課程為例，結(jié)合雙師型教師的綜合經(jīng)驗(yàn)，以學(xué)生為中心進(jìn)行教學(xué)，從教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶涂己四Ｊ降确矫孢M(jìn)行研究探索，將教學(xué)過程的結(jié)果進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，從而加強(qiáng)本專業(yè)建設(shè)，提高教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代下的教育和產(chǎn)業(yè)環(huán)境下所需要的社會(huì)人才。采取的教學(xué)改革路線圖如圖1所示。

2.1 教學(xué)方法：以學(xué)生為中心，提高學(xué)生參與度

我校物聯(lián)網(wǎng)工程教研室的雙師型教師團(tuán)隊(duì)，有一人是高校從教超過十年的教師，有兩人是在企業(yè)工作超過十年的高級工程師，曾長期在企業(yè)從事工程開發(fā)和管理工作;長期研究微機(jī)械電容性超聲傳感器和MEMS壓力傳感器。在授課的過程中，會(huì)針對性地采用一些國際先進(jìn)的科研成果，比如說可打印的柔性傳感器[9]，融合到該課程的教學(xué)中，給學(xué)生分享。也會(huì)專門將一些傳感器的數(shù)據(jù)手冊分享給學(xué)生進(jìn)行研讀和分析，然后學(xué)生在課堂上進(jìn)行分享以及相互討論，再加上教師的點(diǎn)評，可以幫助學(xué)生完全理解該種傳感器的性能參數(shù)和使用。從而提高學(xué)生參與度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究興趣。

在“傳感器原理與應(yīng)用”電阻式傳感器教學(xué)中，從金屬絲電阻的表達(dá)式為理論基礎(chǔ)，以微分概念為切入點(diǎn)討論單獨(dú)電阻絲長度變化對電阻的影響，接著引導(dǎo)同學(xué)們用偏微分概念來分析電阻絲長度、面積和電導(dǎo)率都變化時(shí)，電阻值如何變化。課堂穿插同學(xué)們的分享和互動(dòng)，從而將枯燥的理論推導(dǎo)變成了輕松的原有知識的應(yīng)用。在重點(diǎn)學(xué)習(xí)了電阻式傳感器以后，學(xué)生將這種方法舉一反三，可以得心應(yīng)手地進(jìn)行其他章節(jié)的學(xué)習(xí)，從而促進(jìn)了學(xué)生動(dòng)腦和實(shí)踐的能力。

在電容式傳感器的學(xué)習(xí)中，教師從自己研究中使用的新型的、前沿的電容性微機(jī)械超聲傳感器CMUT入手，從原理、仿真到制造穿插到課程的教學(xué)活動(dòng)中，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、知識面、動(dòng)手能力和針對性學(xué)習(xí)的能力。完成了電容公式的基本分析以后，學(xué)生分組討論電容式傳感器可能有哪些種類，然后，教師給學(xué)生提供一份參考文獻(xiàn)[10]，和學(xué)生一起討論參考文獻(xiàn)中提到的各種改變電容的方式，從而達(dá)到學(xué)以致用。在溫度傳感器一章的教學(xué)中，教師提出一個(gè)溫度傳感器的功能需求，學(xué)生根據(jù)需求，從網(wǎng)上搜索資料，進(jìn)行傳感器的選型，從工作電壓范圍，到傳感器的溫度感知范圍，大家邊選型，邊討論，通過自己動(dòng)手實(shí)踐，不僅熟悉了基本原理，還學(xué)會(huì)了應(yīng)用知識及合作。

平時(shí)作業(yè)之一是直流電橋的理解和驗(yàn)算，教師通過改變電橋的參數(shù)，故意忽略直流電源的極性，提升學(xué)生對基本概念的理解和運(yùn)用情況。

2.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑翰捎庙?xiàng)目式的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>

在“傳感器原理與應(yīng)用”課程教學(xué)中會(huì)采用企業(yè)工作中做項(xiàng)目的方式，進(jìn)行項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。首先將實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟀l(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生自己通過硬件操作手冊，熟悉硬件平臺(tái)，了解單片機(jī)代碼如何控制硬件平臺(tái)上的端口和傳感器，然后讓學(xué)生自己分組，進(jìn)行分工協(xié)作，完成實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)之前，教師會(huì)根據(jù)原來在企業(yè)里面做項(xiàng)目常碰到的一些問題，“故意”將一些硬件平臺(tái)調(diào)出問題，然后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析和處理。在實(shí)驗(yàn)總結(jié)和分析時(shí)，教師將學(xué)生碰到的問題及分析，集中展示給學(xué)生，最后教師再做適當(dāng)點(diǎn)評和補(bǔ)充。幾個(gè)典型的問題及解決思路如表1。

2.3 考核模式：形成學(xué)生積極參與并適當(dāng)做主的考核方法

本門課程綜合成績，由三部分構(gòu)成，平時(shí)作業(yè)占20%;實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目占20%;期末占60%。平時(shí)作業(yè)以鞏固基本的知識點(diǎn)和解決問題的思路為主;實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以考察動(dòng)手能力和解決問題能力為主;期末考試以發(fā)揮學(xué)生自主能力為主，不安排筆試，而是以課題設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行考核。雖然教師的工作量會(huì)增加，但能夠提升學(xué)生的參與度，增加學(xué)生的項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提高他們對知識應(yīng)用的能力，加強(qiáng)綜合知識的運(yùn)用和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，從而有利于今后的就業(yè)和順利從學(xué)生到員工的過渡。具體實(shí)施方法如下：

⑴ 學(xué)生自由組隊(duì)，教師出題目，學(xué)生選擇題目，或者學(xué)生根據(jù)要求自擬題目。針對“傳感器原理與應(yīng)用”課程，題目分為三類，第一類是某種傳感器的微課，需要介紹原理，工作方式，應(yīng)用及評價(jià);第二類是某種傳感器系統(tǒng)的介紹，需要介紹傳感器原理，系統(tǒng)的框圖，系統(tǒng)的工作流程，系統(tǒng)的應(yīng)用及評價(jià);第三類是某種傳感器的市場調(diào)研報(bào)告，需介紹傳感器原理，市場上傳感器的種類，廠商，市占率，應(yīng)用以及市場前景。課題組教師團(tuán)隊(duì)的企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)和高校工作經(jīng)驗(yàn)互補(bǔ)，在給學(xué)生出題目或者審核學(xué)生題目時(shí)，就可以將原來的工作經(jīng)驗(yàn)融合進(jìn)來，形成更適合給學(xué)生以實(shí)際項(xiàng)目體驗(yàn)的題目，然后再引導(dǎo)學(xué)生有針對性地查閱資料，任務(wù)分工和團(tuán)隊(duì)合作，從而培養(yǎng)其良好的處理問題的方法，養(yǎng)成團(tuán)隊(duì)合作的習(xí)慣，培養(yǎng)創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的能力。

⑵ 在約定的時(shí)間內(nèi)，學(xué)生完成題目的要求并提交成果。報(bào)告可以是Word格式，可以是PPT格式。

⑶ 學(xué)生以PPT或者自己認(rèn)為合適的方式給全班同學(xué)和教師展示。教師另外挑選三位學(xué)生作為評委（這三位學(xué)生可以固定，也可以隨機(jī)選取）給打分，答辯成績是教師和三位學(xué)生評委的平均值。

3 教學(xué)改革實(shí)踐成效

3.1 教學(xué)和考核方面成效

通過學(xué)生自主討論和分享，學(xué)生不僅掌握了理論基礎(chǔ)，而且學(xué)會(huì)了理論知識的應(yīng)用。教師和學(xué)生分享教師的科研成果以及前沿技術(shù)，學(xué)生參與度明顯提升，也激發(fā)了學(xué)生考研的熱情。

期末考試，現(xiàn)場答辯的學(xué)生，宣講了自己的報(bào)告內(nèi)容，回答了教師和其他評委的問題，同時(shí)也可以針對出現(xiàn)的新問題進(jìn)行溝通;其他沒有答辯的學(xué)生，則可以學(xué)到所有其他答辯學(xué)生的展示內(nèi)容及討論內(nèi)容，相當(dāng)于上了幾十次的小型慕課。學(xué)生鍛煉了自己的答辯能力，也學(xué)習(xí)到了其他方面的知識。

3.2 實(shí)驗(yàn)方面成效

原來的實(shí)驗(yàn)，都是學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)手冊完成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，參與感比較弱。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)，改變了以前照搬實(shí)驗(yàn)步驟簡單驗(yàn)證的方式，而是遇到實(shí)驗(yàn)手冊中沒有涉及的問題，然后學(xué)生通過團(tuán)隊(duì)合作，學(xué)會(huì)了逐步分析問題和解決問題的方法。

4 結(jié)束語

本次教學(xué)改革中，雙師型教師團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并實(shí)施了一整套“傳感器原理與應(yīng)用”的教學(xué)方案，從基本原理講授，依據(jù)公司項(xiàng)目執(zhí)行方式的實(shí)驗(yàn)，以及課題設(shè)計(jì)加答辯作為期末考試方式。通過調(diào)動(dòng)學(xué)生的責(zé)任心和自主學(xué)習(xí)心態(tài)，學(xué)生能掌握和運(yùn)用知識并具備解決問題的思路和方法，也初步認(rèn)識到了將來工作時(shí)項(xiàng)目開發(fā)中合作的必要性，從而提升了他們自身的競爭力。我們的經(jīng)驗(yàn)可以為內(nèi)江師范學(xué)院的其他理論與實(shí)踐相結(jié)合的專業(yè)課改革的探索提供參考。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 國務(wù)院，深化新時(shí)代教育評價(jià)改革總體方案[EB/OL]

（2020-10-13），http：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/moe_1777/moe_1778/202010/t20201013_494381.html

[2] 教育部，教育部關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才

培養(yǎng)質(zhì)量的意見[EB/OL]，（2019-10-8），http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191011_402759.html

[3] 教育部.國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）

[EB/OL].（2010-7-9），http：//www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/content_1667143.htm

[4] 顏鋌.淺議新形勢下高職“雙師”教師的標(biāo)準(zhǔn)與建設(shè)[J].現(xiàn)代

職業(yè)教育，2021（19）

[5] 單文周.“雙師型”教師的內(nèi)涵解讀及培養(yǎng)對策[J].職業(yè)技術(shù)，

2021（1）

[6] 易麗華.“1+X”證書制度下高職“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)思考[J].

青年時(shí)代，2021（11）

[7] 周杰，顧佳.“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)的思考[J].教育教學(xué)論壇，

2021（17）

[8] “新工科”建設(shè)復(fù)旦共識[EB/OL].（2017-2-18）.http：//

www.moe.gov.cn/s78/A08/moe_745/201702/t20170223_297122.html

[9] A. Kaidarova et al.， "Laser-printed flexible graphene

pressure sensors"[J].Global Challenges，2020（4）：1-8

[10] 王杰，汪濱，安泊儒，等.電容式柔性壓力傳感器的研究進(jìn)展[J].

北京服裝學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020（1）

收稿日期：2021-10-12

*基金項(xiàng)目：內(nèi)江師范學(xué)院校級教改項(xiàng)目（JG202009，JG201913-434）; 四川省高等學(xué)校人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地·四川省教育信息化應(yīng)用與發(fā)展研究中心項(xiàng)目（JYXX20-012）

作者簡介：王久江（1970-），男，河北唐山人，博士，高級工程師，主要研究方向：人工智能，教育理論研究。

通信作者：余遠(yuǎn)昱（1978-），男，廣東汕頭人，博士，副教授，主要研究方向：物聯(lián)網(wǎng)工程，教育理論研究。