“新工科”背景下“传感器应用技术”课程教学改革探究

王晓红，韩晓敏，马玉英

（泉城工学院，山东 济南 250200）

以信息技术为引领的当今世界范围内新一轮科技革命和产业变革如日中天，对工程科技人才需求日趋增长，对工科人才的素质能力也提出了新的要求。而普通高等学校是培养工科人才重要的机构，所以，对我国高等教育中工程教育提出了新要求，“新工科”的概念应运而生。“新工科”中的“新”包含5个方面，即人才培养新模式、工程教育新理念、学科专业新结构、分类发展新体系、教育教学新质量等。随着教育部“教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知”的发布，各地高校开展了新工科的研究实践活动，推进新工科的建设与发展，深化工程教育改革。继“复旦共识”“天大行动”、“北京指南”之后，在全国各个高校开启了“新工科”建设的篇章。

针对目前“传感器应用技术”课程在教学过程中往往存在工科教学理科化现象，与行业、企业的实际脱节严重等问题，作为电子信息工程专业的核心课程“传感器应用技术”[1]，探究该课程的教学模式，研究适合新工科建设需要的人才培养方式改革、在实践中强调工程需要的理念，形成多个学科相互交叉教学，并借助现代化教学手段、重新明确课程定位、改变教学目标、调整教学内容、采用合理的教学方法，优化教学评价，构建新工科背景下专业人才培养的内涵发展模式，以期为相关工程专业课程改革提供参考。

1 结合工程教育专业认证明确课程定位

根据“新工科”和国际工程教育专业认证标准的相关概念，明确了“传感器应用技术”的课程定位。该课程应该以工程实际应用能力为根本，以帮助学生夯实专业基础，提升学生的专业能力，培养学生的科学思维能力为根本目标。把教学目标、主要授课内容、教学方式作为本课程的基本描述如下所述。

1.1 教学目标

通过课堂理论学习和实际操作训练，使学生能够根据实际检测需要选择合适的传感器，使用常用传感器进行各种物理量（温度、湿度、速度、位移、液位、角度、力等）的检测与信号处理；学生通过本课程的学习，在做项目的过程中提高项目构思、设计、实现、运行的能力，然后再运用这种能力去解决新的工程实际问题[2]，从而提高适应工作环境和技术的发展变化的能力。

1.2 主要授课内容

各种常用被测量传感器的工作原理、基本结构、性能参数及特点；不同应用领域中传感器的测量电路、选用要点以及使用方法；传感器的微型化、集成化、新材料开发、无源化、智能化等概念；未来应用领域—物联网中低功耗、高可靠性和高精度传感器的设计特点。

1.3 教学方式

“传感器应用技术”课程采用项目化教学方式，项目来源于常用传感器的实际应用。基于C（Conceive构思），D（Design设计），I（Implement实现），O（Operate运作）教学模式，让学生掌握项目开发的整个实践过程。

2 “新工科”背景下采用CDIO教学模式的电子信息工程专业课程理论教学

根据“华盛顿协议”国际标准，在“新工科”建设背景下，按照工程教育专业认证标准明确的课程目标，实践教学环节需要加强。我们采用项目化教学的CDIO工程教育理念，将基本理论知识、系统设计能力、个人能力和团队协作能力结合在一起，让学生以主动的实践课程之间有机结合的方式进行学习[3]。这样，才能实现人才培养目标，满足行业企业的用人需求。

因此，“传感器应用技术”以“项目”为主线组织教学过程，把“学以致考”变为“学以致用”，由“项目导向”取代“学科导向”，注重项目实践训练的系统性和完整性代替了强调学科理论知识的完备性和系统性；基础知识以“必须、够用”为度；学生在做项目的过程中不仅学习必要的专业基础知识，而且可以培养其学习能力，还能培养其在应用所学理论知识解决实际问题的能力；学生在教师的指导下循序渐进地完成好经过精心挑选的、适合大多数学生的工程项目，学生在做项目的过程中提高项目构思、设计、实现、运行的能力，然后再运用这种能力去解决实际的工程问题，以此来提高其适应工作环境和技术发展变化的能力。

教学过程中打破基础知识加验证性实验的传统教学体系，采用基于工程教育理念的项目化教学模式，将课程的理论知识、核心内容融入项目中，根据项目的需要，按照项目设计要求、必备知识、项目实施和扩充知识的架构进行重组进行教学，所有项目均归纳为“构思、设计、实现、运行”4个步骤[4]，以加强对学生进行工程项目实施能力的培养。所选项目的难度科学合理，一般难度、中等难度和较高难度的项目按一定比例组成。在教学过程中选择适合难度的项目，对优秀的学生可以进行项目的扩展，以提高学生应用知识的能力和创新能力。

“传感器应用技术”项目设置根据传感器的被测量不同分为10个项目：智能开关、智能温度测量系统、角度测量器、烟雾报警器、数字测力计、液位检测器、速度检测器、位移检测器和模拟路灯控制器等。每个项目均具有设计要求、必备知识、任务实施、扩充知识4部分内容[5]。

学生实施项目的过程中，根据学生的具体情况分组进行，每个小组对成员要求如下：语言组织能力较强（需要填写项目任务书）、硬件设计能力较强（进行每个项目的电路硬件设计及焊接）、传感器的理论知识掌握扎实（对于每个项目需要对传感器进行选型）、单片机编程比较熟练（有写项目需要结合单片机编程实现其功能）。通过完成每个项目，学生既可以掌握传感器基础理论知识，又提高了工程设计分析能力，在项目实施过程中，还养成了团队协作能力。对于有兴趣深入研究的学生，可以通过扩展功能实现更复杂的传感器应用系统，锻炼学生的创新能力，还可以从中筛选出部分优秀项目参加相关的大赛。

3 结语

依照工程教育认证培养方案，以“新工科”的要求为背景，采用CDIO教学模式，探索了电子信息工程专业“传感器应用技术”课程教学模式的改革，不仅能有效让学生掌握基础理论知识、学生的工程能力也得以提高、还能培养学生跨学科的认知能力与意识、使学生具有良好的团队协作精神和创新思维意识，对于“新工科”背景下的其他课程教学改革也具有借鉴意义。实践证明，“传感器应用技术”课程教学中采用项目化教学方法，不仅可以提高学生学习本课程的学习兴趣，还可以充分发挥学生的创新性和主观能动性，而且可以培养学生的团队协作能力。对本课程的教学探究适合新工科背景下创新工程教育，对培养优秀的工程创新复合型人才具有重要意义。