基于項目驅(qū)動的傳感器原理課程教學(xué)改革研究

謝 建 宏

(南昌大學(xué) 信息工程學(xué)院， 南昌 330031)

0 引 言

隨著電子信息、自動化、機(jī)器人等技術(shù)的迅速發(fā)展，對傳感器的需求不斷增加。傳感器技術(shù)成為現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域中一門極其重要的學(xué)科，“傳感器原理”也成為電子信息、測控、自動化等專業(yè)的主干課[1]。但是，傳感器這門課程內(nèi)容分散,缺乏系統(tǒng)性和連續(xù)性，具有實踐性和應(yīng)用性強(qiáng)等特點。傳統(tǒng)的教學(xué)模式采用的是以課堂講授為主，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容開設(shè)少量驗證性實驗，這樣學(xué)生學(xué)起來枯燥乏味，教師教起來也很艱難，教與學(xué)都遇到了很大的困難[2-4]。如何結(jié)合課程特點，探討一套行之有效的教學(xué)模式，實現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新意識、實踐能力的培養(yǎng)，是一件很緊迫的事[5-6]?；趥鞲衅髡n程具有的實踐性和應(yīng)用性強(qiáng)等特點，項目驅(qū)動式教學(xué)模式應(yīng)用于該課程教學(xué)是一個很好的嘗試。

1 項目驅(qū)動式教學(xué)模式

項目驅(qū)動式教學(xué)模式源于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論,最早產(chǎn)生于一些西方發(fā)達(dá)國家，是教育領(lǐng)域中一種不同于傳統(tǒng)教學(xué)模式的嶄新的教育教學(xué)方法[7-9]。該教學(xué)方法改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式中以“教師為主體”的現(xiàn)狀，實現(xiàn)了“以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的轉(zhuǎn)變，真正做到讓學(xué)生從“被動學(xué)”到“主動學(xué)”的轉(zhuǎn)變，強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。該教學(xué)模式以教學(xué)項目為主線來組織教材內(nèi)容，較好地解決了理論與實踐相結(jié)合的問題，在項目完成過程中更加重視師生之間及學(xué)生之間的協(xié)作與對話。該教學(xué)模式融知識、能力、素質(zhì)教育為一體，適合在應(yīng)用性、實踐性強(qiáng)的課程教學(xué)中采用，是培養(yǎng)應(yīng)用性、綜合性人才的一條很好的途徑[10-12]。

近年來有一些教育工作者開始關(guān)注并實施項目驅(qū)動式教學(xué)，但相關(guān)的研究還較少，理論體系還不完善，教師的能力素質(zhì)也不同，從而導(dǎo)致教學(xué)效果參差不齊[13]。故對項目驅(qū)動式教學(xué)模式進(jìn)行研究，并探討如何結(jié)合具體課程特點應(yīng)用于教學(xué)實踐中，是非常必要的。

2 傳感器原理項目驅(qū)動式教學(xué)的實施

基于項目驅(qū)動式的教學(xué)模式，對本校測控技術(shù)及儀器專業(yè)的傳感器原理課程，從理論教學(xué)與實踐教學(xué)兩方面開展教學(xué)改革研究。在理論教學(xué)方面，課程教學(xué)以項目開發(fā)為案例，隨著課程教學(xué)內(nèi)容的深入，對“項目”的要求不斷進(jìn)行擴(kuò)充，最終達(dá)到完成項目、掌握知識、技能的目標(biāo)。在實踐教學(xué)中，開發(fā)以綜合性、設(shè)計性為主的實驗項目，要求學(xué)生以小組合作的方式完成實驗項目，以實現(xiàn)創(chuàng)新實踐動手能力的培養(yǎng)。為有效實施該教學(xué)模式，在教學(xué)項目、教學(xué)過程實施、教學(xué)評價方式等方面進(jìn)行合理設(shè)計。

2.1 教學(xué)項目設(shè)計

設(shè)計好教學(xué)項目是項目驅(qū)動式教學(xué)成功實施的先決條件。教學(xué)項目的設(shè)計應(yīng)以教學(xué)內(nèi)容為依據(jù)，應(yīng)體現(xiàn)課程核心知識點，因此要合理選擇項目內(nèi)容，把握好項目內(nèi)容的難易程度，以使學(xué)生能系統(tǒng)地掌握知識。教學(xué)項目的設(shè)計要圍繞一個總體目標(biāo)，根據(jù)教學(xué)計劃分層次、分課時、分階段地進(jìn)行。在進(jìn)行項目設(shè)計時，要結(jié)合工程實際，應(yīng)貼近學(xué)生生活，能引起學(xué)生的興趣，并遵循科學(xué)性、層次性、實用性、教育性、廣延性等原則[14]。

在傳感器原理課程教學(xué)項目設(shè)計中，以教學(xué)內(nèi)容為依據(jù)，圍繞一些常用非電量的測量來設(shè)計教學(xué)項目，主要包括：溫度、壓力、位移和厚度、速度與加速度的測量等。例如，對于溫度的測量教學(xué)項目設(shè)計方面，涉及的核心知識單元有：熱電阻、熱敏電阻、熱電偶、紅外傳感器測量溫度等。為此，在理論教學(xué)方面，圍繞溫度的測量設(shè)計關(guān)聯(lián)核心測量方法的項目任務(wù)，對相關(guān)的測溫原理進(jìn)行分析與探討；在實踐教學(xué)方面，根據(jù)溫度測量的理論與技術(shù)基礎(chǔ)，開發(fā)相應(yīng)的綜合性實驗項目和設(shè)計性實驗項目，如：熱電偶測溫及冷端溫度補(bǔ)償?shù)染C合性實驗項目，以及電冰箱溫度超標(biāo)指示器設(shè)計等設(shè)計性實驗項目。根據(jù)該設(shè)計思想，設(shè)計的傳感器原理課程教學(xué)項目如表1所示。

表1 傳感器原理課程教學(xué)項目設(shè)計

2.2 教學(xué)過程實施

教學(xué)過程的實施主要是指用項目來驅(qū)動教學(xué)，即以項目為載體，以問題為線索，由教師引導(dǎo)學(xué)生思考，并通過課堂上師生之間的互動、學(xué)生之間的討論、課外小組成員之間的協(xié)作等手段來推動項目的實施。建立“以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的協(xié)作式學(xué)習(xí)教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性及主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。項目驅(qū)動式教學(xué)，要注重時間與空間協(xié)調(diào)的教學(xué)過程有效實施問題。由于課堂教學(xué)時間有限，項目驅(qū)動式教學(xué)需學(xué)生付出更多的課外時間。為此，需為學(xué)生提供課外研學(xué)的場所，如為學(xué)生開放傳感器實驗室的部分場地和設(shè)備，建設(shè)大學(xué)生創(chuàng)新實驗室等。傳感器課程是三年級上學(xué)期開設(shè)的專業(yè)主干課,大部分大賽項目與傳感器密切相關(guān)，這也形成了對實踐環(huán)境的較大需求。

項目驅(qū)動式教學(xué)過程中要對現(xiàn)有實驗場所及實驗器材進(jìn)行挖掘利用，以充分發(fā)揮現(xiàn)有教學(xué)資源的效用。項目實施過程涉及到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等領(lǐng)域，其教學(xué)場所不再局限于課堂，可擴(kuò)展延伸至社會。針對不同項目和項目不同階段，項目驅(qū)動式教學(xué)主張在學(xué)習(xí)方面靈活選擇項目學(xué)習(xí)、實踐性學(xué)習(xí)、開放式學(xué)習(xí)或研究性學(xué)習(xí)等方法；在教學(xué)組織方面靈活采用學(xué)生獨(dú)立活動、小組活動或集體活動等形式；在教學(xué)活動方面靈活采用討論、實驗、模擬、案例等多種方式[15]。

為便于教學(xué)過程的實施，編寫了傳感器原理理論與實驗教學(xué)計劃，編寫了相應(yīng)的教學(xué)講義、教學(xué)課件及實踐教學(xué)指導(dǎo)書。

2.3 教學(xué)評價方式構(gòu)建

在項目驅(qū)動式教學(xué)中，項目主要靠學(xué)生的自主學(xué)習(xí)來完成。為反映學(xué)生的真實學(xué)習(xí)情況，充分發(fā)揮評價在教學(xué)中的作用，構(gòu)建科學(xué)合理的教學(xué)評價方案至關(guān)重要。合理的教學(xué)評價方案的構(gòu)建，有利于及時解決學(xué)生的問題，有利于教師及時反饋信息并調(diào)節(jié)自己的教學(xué)工作。

本課程遵循過程與結(jié)果有機(jī)結(jié)合的科學(xué)合理的教學(xué)評價方式。理論教學(xué)方面，課程考核主要由平時成績(20%)、期中考試成績(20%)、期末考試成績(60%)3部分來進(jìn)行綜合評價。平時成績考核的內(nèi)容包括：出勤、課堂交流與討論、作業(yè)等環(huán)節(jié)。期中考試簡化考核形式，要求學(xué)生通過查閱資料，結(jié)合前面所學(xué)傳感器相關(guān)知識，寫一篇關(guān)于新型傳感器的小論文，內(nèi)容可涉及傳感器的原理、轉(zhuǎn)換電路及其應(yīng)用等；考核指標(biāo)包括：論文的新穎性、系統(tǒng)性、規(guī)范性等。期末考試成績通過試卷來評定，主要考核學(xué)生的基本理論知識的掌握情況及綜合應(yīng)用能力。

基于傳感器原理課程具有實踐性、應(yīng)用性強(qiáng)等特點，為充分培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力，本課程實驗單獨(dú)設(shè)課，實驗課時為16學(xué)時，記0.5學(xué)分。實驗項目包括8個綜合性實驗和4個設(shè)計性實驗項目，8個綜合性實驗項目要求學(xué)生按教學(xué)計劃在課內(nèi)完成，另4個設(shè)計性實驗項目要求學(xué)生在課外完成。綜合性實驗項目是以達(dá)到對學(xué)生的技能進(jìn)行綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、動手能力、數(shù)據(jù)處理以及查閱資料的能力為目的。設(shè)計性實驗項目是給定設(shè)計目的、設(shè)計任務(wù)及設(shè)計要求，由學(xué)生自行設(shè)計方案并加以實現(xiàn)，著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實際問題的能力、創(chuàng)新能力以及組織管理能力。所有實驗項目要求學(xué)生分組協(xié)作，以團(tuán)隊形式進(jìn)行，每小組2或3人。課程實驗成績由8個綜合性實驗項目成績(60%)和4個設(shè)計性實驗項目成績(40%)構(gòu)成，每個實驗項目通過教師評價、小組評價和個人評價相結(jié)合的方式來進(jìn)行，考核的內(nèi)容包括：考勤、實驗過程參與及表現(xiàn)情況、項目組作品展示、項目文檔報告、項目總結(jié)等。項目組成員的個人評價參照項目小組整體評價并依其在項目完成過程中的貢獻(xiàn)進(jìn)行相應(yīng)浮動，以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊意識、合作精神。

3 實踐效果與分析

項目驅(qū)動式教學(xué)模式，能強(qiáng)化學(xué)生對理論知識的內(nèi)化能力，使理論與實踐有機(jī)地結(jié)合，實現(xiàn)對學(xué)生獨(dú)立動手、勇于探索的實踐能力的培養(yǎng)，同時還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性及創(chuàng)造性，真正做到從“被動學(xué)”到“主動學(xué)”的轉(zhuǎn)變。對教師來說，項目驅(qū)動式教學(xué)模式實現(xiàn)了以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學(xué)理念到以解決實際問題為主的現(xiàn)代協(xié)作式教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變，課堂教學(xué)富有人性化、個性化，體現(xiàn)了以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體、以能力為本位的教學(xué)宗旨。

傳感器原理課程通過基于項目驅(qū)動的教學(xué)改革與實踐，學(xué)生無論是在課程學(xué)習(xí)還是各級賽事中都取得了很好的成績。近2年來該課程教學(xué)狀態(tài)有了新的景象，學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性明確、學(xué)習(xí)興趣明顯提高，課程理論成績合格率均超過了95%，優(yōu)良率達(dá)60%以上，實驗成績均為良好(含良好)以上；該課程2016～2017第1學(xué)期學(xué)生網(wǎng)上評教分?jǐn)?shù)為91.5分；2017屆畢業(yè)生認(rèn)為該課程對所學(xué)專業(yè)的貢獻(xiàn)度較大。學(xué)生所學(xué)該課程知識在開展科研訓(xùn)練項目、進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計以及在參與電子設(shè)計大賽、機(jī)器人設(shè)計大賽、挑戰(zhàn)杯賽等系列化、多層次體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力、團(tuán)隊意識的比賽中都得到了很好的實踐應(yīng)用，實現(xiàn)了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，取得了顯著成效。近2年來，測控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生獲國家級競賽獎8項、省級競賽獎16項。

4 結(jié) 語

針對當(dāng)前傳感器課程傳統(tǒng)教學(xué)中普遍存在的問題，就本校測控技術(shù)及儀器專業(yè)的傳感器原理課程，從理論教學(xué)與實踐教學(xué)兩方面開展基于項目驅(qū)動的傳感器教學(xué)改革的研究。通過該教學(xué)改革與實踐，提高了傳感器課程的教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)了理論與實踐的聯(lián)系，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及認(rèn)知能力，培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力、分析與解決問題的能力、創(chuàng)新實踐能力及協(xié)作精神，為學(xué)生參加有關(guān)大賽奠定了堅實基礎(chǔ)。