新工科背景下《传感器原理与应用》课程教学改革探讨

刘梓超 范秀伟 姜守振

摘  要：当前，新工科建设正在广泛推进。探索新工科的内涵、特征以及新工科发展的路径正在高等教育领域展开热议。《传感器原理与应用》是物理专业的一门基础技术性课程。本文主要结合科技发展趋势与当前教学存在的问题，分析了这门课程课堂教学、网络教学和实验教学的现状，并对新工科背景下本课程教学方法的改革进行了探讨，以适应新工科背景下人才培养模式的要求，一定程度上有利于促进教学效果的提高。

关键词：传感器原理与应用  教学现状  教学改革  新工科

中图分类号：G642                            文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2021）06（a）-0125-03

Sensors Principle and Application in New Engineering Background Discussion on curriculum teaching reform

LIU  Zichao  FAN Xiuwei  JIANG Shouzhen*

（College of Physics and Electronic Science， Shandong Normal University， Jinan， Shandong Province， 250358 China）

Abstract： At present， the construction of new engineering is being widely promoted. Exploring the connotation， characteristics and development path of new engineering is a hot discussion in the field of higher education， Sensor Principle and Application is a basic technical course for physics majors. Combined with the development trend of science and technology and the existing problems in current teaching， this paper analyzes the current situation of classroom teaching， network teaching and experimental teaching of this course， and discusses the reform of teaching methods of this course under the background of new engineering， so as to meet the requirements of talent training mode under the background of new engineering and promote the improvement of teaching effect to a certain extent.

Key Words： Sensor principle and application; Teaching situation; Teaching reform; New engineering

《傳感器原理与应用》课程由于具有较强的实践性和工程性，使之成为教师很难讲授好的课程之一，因此经常达不到预期的教学效果。笔者拟结合山东师范大学的《传感器原理与应用》课程教学现状，探索一些有效的方法来改进教学模式，以满足新形势下教学模式改革的现实需求。

1  《传感器原理与应用》课程的教学现状

1.1 课堂教学现状

具有丰富教学经验的教师，注重在口授的同时结合PPT及各种图片等多媒体形式，将传感器的电路模型、不同类型传感器的应用实例及传感器的未来发展方向，生动、形象地展示给学生，并从结构分析入手，循序渐进地将传感器的原理与应用传授给学生，有利于在加深学生对所学内容理解的同时，调动学生的学习积极性，提升课堂教学效果[1]。

1.2 网络教学现状

整个教学平台涵盖了《传感器原理与应用》课程的教学大纲、参考书目、实验指导等内容，使学生在课余学习时对于不理解的问题，可以自主通过网络教学平台解答;同时在电子阅览室学习时，可以通过“师生交流”栏目，随时与教师进行交流互动。这个平台为学生提供了一种较好的理论学习辅助方式，也为师生提供了一个较为理想的交流平台。特别在面对突发状况导致无法进行线下课程教学时（如本次新型冠状病毒肺炎隔离期间），该平台充分发挥了应有作用。本课程任课教师主动依托线上教育平台进行线上教学，既保证了教学效果，又保证了教学进度的顺利完成。

1.3 实验教学现状

实验教学为了打破课堂教学的单一模式，提高学生的动手实践能力，根据传感器实验室中所使用的传感器实验设备，学院申请了校级《传感器实验教学的实验教材编写及课件制作》项目，该项目现已结题，整个实验教材也已编写完毕，先后经过几个年级学生的学习使用，不同程度地加深了学生对所学内容的理解，收到了较好的教学效果。例如在利用电桥电路优化传感器时，学生可以通过实验验证有电桥与无电桥相比之下的特点与优势，从而进一步加深学生对所学知识的理解与掌握。

2  《传感器原理与应用》课程的改革必要性

2.1 线下教学方面

虽然相对于传统教学，本课程的教学模式多样化已有较大的改进，但是由于课程的性质和特点，仍旧存在一些课堂教学问题需要解决。首先，本课程作为一门基础技术性课程，具有涉及科目广、知识体系相对零散、知识点繁多等特点。每门学科从不同的方面阐述知识和理论体系，具有各自的相关内容，相互之间没有明显的相关性，教学大纲又存在专业针对性不强的问题，如果学生无法对知识体系有一个整体的感知和把握，便很难系统掌握专业知识。其次，完全掌握本课程知识内容需要大量的探究实验与课堂讲授，但是现有的教学课时数较少，需要学习的内容却相对较多，存在课时数不能满足所对应的学习内容的问题。而学习本课程的学生大都偏好实践性操作以获取经验与知识，如果教师把握不好实验教学与课堂讲授的平衡，则容易降低学生的学习兴趣，影响教学效果。另外，实验课程本身也存在一些问题，例如实验课学时有限，学生依赖性强，创新性差;而实验教师由于工作量大、重复性强，导致工作热情降低，对学生的引导性不够等[1]。

2.2 线上教学方面

我国的在线开放课程，能否用于在校学生的日常教学，一直是一个饱受争议的问题，争议的焦点在于：在线课程能否替代教师？在线教学技术支持的线上教学能否取代传统教学模式[2]？首先，随着科技的发展，互联网基本得到全面普及与应用，再加上线上教學的时间和空间具有灵活性的特点，使得线上教学越来越成为一种新型教学模式。其次，当前的线上教育师生交流互动的程度无法与线下教育相提并论，甚至教师无法了解学生在上课时的听课效果，从而也导致教师线上教学较难根据学生课上表现情况，及时调整教学进度与教学方法。同时，由于线上教学无法实现高效的师生交流互动，教师不能起到教学监督作用，导致学生在线上学习时可能会出现惰性大、精力不集中等问题，进而导致线上教学效果不佳。最后，对于某些实践性较强的课程内容而言，目前的线上教学无法满足线下教学中对实验操作的具体要求，导致教学效果不理想。

3  新工科背景下《传感器原理与应用》课程的教学改革

3.1 改革课程体系、教学资源与教学方法

网络线上课程涵盖理论课上的PPT、章节视频、课后测试及专题讨论，为师生互动提供一个优质平台，也可作为理论学习的辅助方式，以帮助学生更好地巩固课堂所学知识[2]。而实践指导软件用来帮助学生去动手实践，比如制作汽车防酒驾仪及煤气检测装置等，通过多个具体的实践操作，巩固学生对理论课所学知识的理解。在不断更新教学资源的同时，教师还应当在综合多种教材的基础上进行传感器教学，因为不同的教材有不同的侧重点，唯有如此，才能使得学生对课程内容有一个综合全面的了解，利于帮助学生在以后的工作中，及时处理和应对可能出现的各种复杂的传感器情况。

教学方法的改进应始终坚持以学生为中心。教学过程中创设情境导入，以视频或者其他方式引入新课，例如在传授电容式传感器的课程内容之前，首先展示给学生电容式传感器的具体应用实例，将学生的思维顺利带入课堂。在整体教学上可以开展模块化教学，将整个内容分成不同部分，按照内容的相关性布置模块化学习任务，分模块教学可避免出现整体灌输的情况[3]，这种教学方式既能使学生分项目逐项记忆与理解，同时又较好地解决了由于知识点零碎带来的不好记忆的问题。

3.2 强化理论学习与实验教学相结合

在实验教学上，首先应当确保实验设备的完善，确保学生的想法有条件开展落实。开设有质量的实验课，要建立设备齐全、干净整洁的传感器实验室以供学生实验操作。实验教学需要始终秉持引导学生自主探究的宗旨，展开以教师少讲，学生多做，巡回指导，及时纠错为原则的实验教学，尽最大努力让学生完全掌握相关知识与实验技能。这样在对整个传感器的体系结构、数据采集及数据处理等理论知识有更深刻的理解和认识的同时，可以提高学生学习兴趣，锻炼动手能力，培养自主思考并解决问题的创新意识。当然实验教学应当结合模块化教学进行，可以根据理论教学划分的内容项目设置不同的模块，将学生分成不同的小组，各实验小组在教师的指导下逐一讨论并探究课程内容，会更好地达到教学目的。

3.3 加强现代化技术教学

信息技术的发展推动着教育方式的不断革新。教学改革日益聚焦于混合式教学，混合式教学是一种将在线学习和面授有机结合的新的教学方式。它的目标是使学习更方便，从而达到最好的教学效果。混合式教学不仅为我们提供了一个优化科学探究教学实践的新机会，还为学生提供了一个自主学习、自由探索的新平台。

针对目前的教学问题与网络大环境，加强现代化技术教学，促进线上、线下混合模式的发展显得尤为重要。首先，利用学校校园网络搭建立体化网络教学平台。将每章大纲与内容上传至平台，并且开拓师生交流板块，努力打造一个与线下交流基本无差别的网络环境，使得学生除了在课上所学之外，课下也可以自主复习、预习所学内容。其次，线上的教学反馈机制应当逐步完善。比如，当前利用线上教学平台完成作业的布置与上交、评分机制等问题，利用手机应用软件自带的作业布置与评价机制功能，就能够做到按时提醒、分析完成情况等。这样教师便能够根据学生反馈来及时地调整教学方案，同时也可以督促学生按时完成应学内容。最后，针对实践性较强的科目，应当主动搭建虚拟仿真实验室。最好能在线下通过教师指导来完成实验效果，但是一旦由于突发状况导致无法进入实验室进行实验，就必须使用线上虚拟仿真实验室，利用学校网络平台搭建虚拟仿真实验室，尽可能实现与线下实验室相同的操作步骤、实验材料，甚至是误差分析等教学内容。同时，随着科技的不断发展，线上仿真实验与线下实验的相似度也会越来越高，这必将是大势所趋。

3.4 完善考核评价机制

作为一门基础技术性课程，通过学生的及时反馈来了解教学效果是十分重要的。教师可以通过教学反馈实时调整课上讲授与实验操作的平衡，以求达到最好的教学效果。当前的教学反馈机制主要通过学生课下作业以及实验项目的完成情况来实现，不过期末总成绩对教学改革实践有着重要的参考价值和现实意义，每学期的期末总成绩总是需要综合评定。为此，较为合理的学习成绩评定方案可以如下：期末理论考试占比60%，实验考试占比30%，平时课堂表现以及作业完成情况占比10%。其中实验考试部分又可分为实验态度占比20%，实验质量占比40%，实验报告质量占比40%。教师收到学生教学反馈后，须主动总结与调整教学理念和方法，并及时充实到以后的教学过程之中。

4  结语

面对互联网与新工科给师生教学提出的新挑战，本文介绍了《传感器原理与应用》这门课程的教学现状以及教学改革探索。教学理念和方法决定了教学质量与水平的高低，而教学质量和水平也直接决定了工科专业课程的建设水准。除了上述分析之外，当前的现实教学过程中还有很多的方式和方法可以优化教学，这里不再一一列举。相信随着社会的发展与科技的进步，未来一定会有更多可以更好地提高课程教学效果的新方法和新手段不断涌现。笔者通过对本课程的教学改革探索，深刻地体会到采纳先进的教学理念与教学方法，确实能够很大程度地优化教学效果，提高教育教学质量和水平。

参考文献

[1] 李硕，何越，王志军，等.大学物理实验混合式教学模式的探讨与实践[J].大学物理，2020，39（8）：39-42.

[2] 王祖源，张睿，张志华.混合式教学策略研究——以疫情期间教学现状为例[J].大学物理，2020，39（9）：1-5，22.

[3] 吴阳，张亚勤，刘洁，等.“新工科”背景下单片机课程教学体系构建[J].科技与创新，2020（21）：114-115.

[4] 王方媛.传感器原理及应用课程教学改革研究[J].现代职业教育，2020（9）：116-117.

[5] 宋雪.中等职业学校《单片机原理与应用》课程教学案例设计[D].长春：长春师范大学，2020.

[6] 杨睿.《传感器原理及应用》课程实践教学改革与创新[J].沈阳师范大学学报：自然科学版，2016，33（4）： 571-574.