基于竞赛驱动的自动检测课程教学改革与实践

王鹏 许韫韬 李晓艳 吕志刚 华瑾 郜辉

[摘           要]  在当前社会经济高速发展下，新工科专业的产生对人才有了新的要求，为培养新工科背景下具有创新能力的工程技术人才，针对自动化专业自动检测技术课程中遇到的学习兴趣不高、教学内容单一、工程实践项目少等问题，本项目采用竞赛驱动教学法。让学生在竞赛背景、竞赛任务要求中掌握传感器的相关知识，可以极大地提高学生的兴趣与参与度，并且可以培养学生的独立思索能力、团队协作能力与实践动手能力，竞赛驱动教学法获得了很好的教学效果。

[关    键   词]  自动检测技术;教学内容;传感器;教学效果

[中图分类号]  G642                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2021）11-0112-02

一、自动检测技术课程概况

自动检测技术是西安工业大学自动化、电气工程及其自动化等专业的一门专业基础课，是密切结合工业现场实际参数检测与分析的技术性课程[1]。在学校中自动检测技术的开设时间为大二的第二学期，在此之前需要先学习大学物理、电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、C语言等课程[2]。本课程是根据专业要求与课程改革的需要，将多门基础课程的内容进行了融合，该课程的主要任务是介绍传感器的原理、特点、使用方法与使用场景[3]，使学生熟悉常用参数检测的方法，以达到培养学生解决复杂工程问题能力的目的。

二、自动检测技术课程教学中存在的问题

随着新工科专业对人才培养需求提出了更高的要求，自动检测技术以往的教学手段与教学方法已不能满足新工科专业的人才培养需求，主要问题有如下几个。

1.教学内容陈旧，没有新的工程项目内容，没有根据新工科的背景进行更改。

2.教學方式单一，没有充分利用各种教学资源，还是以多媒体与板书，灌输式教学为主，学生参与课堂的内容较少，积极性不高。

3.实践环节偏少，一般40课时的自动检测技术课程只安排了8课时的实验课，理论课程偏多，学习的知识不能及时转化为学生的实践动手能力，知识掌握不牢固，学生动手能力较弱。

4.课程考核方式比较传统，还是以期末考试为主，实验课程成绩为辅，不能突出学生实践能力的重要性，使学生的学习重心放在理论课程上，忽视了实践课程的学习和掌握[4]。

针对以上4个问题，本项目以新工科专业对工程技术人才的需求为目标，注重培养学生的实践动手能力，采用了竞赛驱动教学法，将竞赛背景、竞赛任务引入课程教学，既能提高学生的学习动力，又能将传感器知识运用到实际的竞赛项目中，提高学生运用知识的能力和实践动手能力。

三、自动检测技术课程教学改革实践

在新工科背景下，教师的任务不再是以往的灌输式教学，而是引导与指导，在整个课程的教学过程中，教师是一个组织者、指引者与评判者[5]。组织者是指教师要能调动学生的积极性，使学生可以参与到整个教学过程中来;指引者是指学生在整个教学过程中的进度与方向，教师要有整体把控，使学生可以最终做出实验结果;评判者是指教师要根据学生在整个教学过程中的参与情况给学生进行打分，并根据学生最终做出的结果给学生打分。

本项目中采用的竞赛驱动教学法，就是将教师作为组织者、指引者与评判者进行设计的，教师作为组织者提前准备好竞赛题目，本项目中准备的部分竞赛题目为《垃圾分类检测装置设计》《远程焊机无线传输系统》《基于OneNet云的景区环境监控系统》《智能红外测温门禁及数据管理系统》《超市“散货”商品自动识别称重结算系统》，并将竞赛背景介绍给学生，将各个题目中用到的课本知识点给学生做梳理，学生在竞赛任务的驱动下，主动去了解和学习相关传感器的使用，进行自主探索式的学习;在学生的学习过程中，教师作为指引者，不断纠正与指导学生的学习方向，使学生在有限的课时中完成竞赛任务要求，在这样不断探索与学习的过程中，学生也可以从不断进步中获得成就感，使他们有更强的学习动力，极大地激发他们的求知欲望，锻炼学生的实践动手能力，提升学生的自学能力。

竞赛驱动法教学的基本环节有以下几点。

1.了解竞赛背景。使学生熟悉与了解竞赛背景，有助于激发学生的学习兴趣和竞赛任务确立。

2.竞赛任务确立。竞赛背景介绍完成后，选择一个具体的竞赛任务作为学习的中心内容，使学生面临一个需要去解决的现实问题，该竞赛任务需要包含自动检测技术课程中的核心知识点。

3.自由组队选择竞赛任务。教师在充分介绍完所有的竞赛背景与竞赛任务后，学生根据自身兴趣与传感器知识的掌握情况选择自己喜欢的题目，自由组队并协商任务分工，教师负责整体把控任务难度与小组内的分工情况，并引导学生完成任务。

4.小组考核。各组任务完成后，根据任务完成情况给各组打分，并根据每个组员的分工情况给各个组员打分，本环节一方面要考查学生的技术能力、实践动手能力与方案撰写能力，另一方面考查学生的自主学习能力与协作能力。

本课程针对竞赛驱动法教学编写了5个竞赛任务题目，如下表所示。

下面以垃圾分类检测装置设计题目为例进行说明，采用竞赛驱动教学法来设计课程内容。首先是了解竞赛背景，垃圾分类检测装置设计的背景为：现阶段我国生活垃圾年产量为4亿吨左右，并以每年8%的速度递增。这些垃圾大多数通过土埋或者远距离堆放，尽管远离我们所生活的场所，进行了焚烧或直接埋入土地，而且运用了一定的隔开手段，也不能完全隔开污染，所造成的污染不会凭空消失，它们会在大自然生态系统的周期性中再次回到生活中，通过可接触到的种种资源，危害生命健康。垃圾分类检测装置能大幅度提高垃圾的转换效率，能够让垃圾在投入时就已经实现分类，进而为垃圾的投放、转运、回收处理提高一定的效率，可节省土地，减少焚烧污染，使资源回收可利用更便利化。

其次是竞赛任务确立，本竞赛题目中的竞赛任务为检测4种不同类型的垃圾，可根据可回收垃圾的特性、有害垃圾的特性、厨余垃圾的特性、其他垃圾的特性选择不同的传感器，检测出对应的垃圾种类，各个小组可根据自己对传感器的掌握情况选择适当的传感器与垃圾种类，该部分任务的划分可以使学生自由选择阻抗型传感器、电压型传感器、半导体传感器、数字式传感器等，可以将自动检测技术课程中的核心知识点进行应用和实践。

再次是自由组队选择竞赛任务，所有学生可以从《垃圾分类检测装置设计》《远程焊机无线传输系统》《基于OneNet云的景区环境监控系统》《智能红外测温门禁及数据管理系统》《超市“散货”商品自动识别称重结算系统》五个竞赛题目中选择题目，也可以从各个竞赛题目中选择不同的任务，然后和任务相似的同学进行组队，合作完成竞赛任务。

最后是小组考核，在经过几周的实践之后，每个小组要上交竞赛作品一份、竞赛报告一份、竞赛PPT一份，并现场讲解PPT与作品，介绍自己的制作思路与设计方法，每个组员介绍自己的主要核心任务，相互之间介绍合作时遇到的问题。在考核中学生作品占60%分数，学生表现占40%分数，这样可以提高学生的团队合作精神，提高学生的实践动手能力和知识的掌握程度，实现将被动学习变为学生主动学习的过程。

在竞赛驱动教学过程中，教師在每节课的课前需要提前询问学生在竞赛任务完成过程中遇到的问题，在上课之后，针对各组出现的问题进行一一讲解，并将课程中的阻抗型传感器、电压型传感器、半导体传感器、数字式传感器等内容进行复习与巩固，使学生能充分掌握课程中的知识。对于一些简单的问题，教师需要引导学生掌握学习方法，指导学生从其他渠道获取知识，让学生通过自行查看课本或查找资料解决问题，这样既提高了教师辅导的效率，又使学生获得了成就感。

四、教学改革成效

通过对2018级自动化专业卓越班的学生进行教学实践，在自动检测技术理论课程的讲解中加入竞赛驱动教学法，使用竞赛题目牵引学生主动参与自动检测技术中关于传感器知识的学习。在本项目中将2018级自动化卓越班的学生分成6组，每组5～6人，各组选择一个竞赛题目与一个竞赛任务，然后根据竞赛任务进行分工，最后各组都上交了竞赛作品、竞赛报告，并且做了最终的答辩。使用竞赛驱动教学法可以使学生掌握传感器的使用方法，并提高学生的团队意识与写作能力，提高了班级参与竞赛的积极程度，促进学生对传感器理论与设计的进一步认识，大幅提高学生的动手实践能力和创新能力，使教学取得良好的效果。

五、结语

本项目针对自动化专业自动检测技术课程中遇到的学生兴趣不高、教学内容单一、工程实践项目少等问题，采用了竞赛驱动教学法，让学生在竞赛背景、竞赛任务要求中掌握传感器的相关知识。通过实践发现竞赛驱动教学法有利于激发学生的学习兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力，并且提高了学生自主学习及与他人协作的能力，最终竞赛驱动教学法获得了很好的教学效果。

参考文献：

[1]程丽娟，海玲，何强龙.传感器与自动检测技术实践性教学改革与研究[J].电子世界，2019（16）：72-73.

[2]尹超.《自动检测技术》课程教学改革探索[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2019，19（2）：126-128.

[3]聂玲，辜小花，郭利霞.《传感器与自动检测技术》课程教学改革探讨[J].智库时代，2019（24）：144-145.

[4]董爱华，左锋，韩芳.“自动检测技术”课程实验教学改革探索[J].纺织服装教育，2018，33（6）：500-502.

[5]王博.电气类“自动检测与智能仪表技术”课程教学改革[J].教育教学论坛，2020（24）：138-139.

编辑 鲁翠红