新工科背景下“传感器与工程测试技术基础”课程教学改革探索

2022-03-17曹修全陈艳

黑龙江教育·理论与实践 2022年2期

曹修全陈艳

摘要：“传感器与工程测试技术基础”课程是机械设计制造及其自动化专业卓越班的核心选修课程，是新工科建设过程中培养优秀综合性应用型本科生的重要知识板块。然而，该课程目前仍主要沿用传统教学方法，导致学生学习积极性较差，教与学满意度较差。为此，文章通过深入分析“传感器与工程测试技术基础”课程教学现状，探究该课程教学方法和学生实际掌握情况与新工科建设存在的问题，并提出相应的教学改革探索方案，以期通过2～3年的教学方法的实践应用探索出新工科背景下“传感器与工程测试技术基础”课程的有效教学方法，培养出满足新工科建设的优质应用型机械类学生。

关键词：新工科;“传感器与工程测试技术基础”;教学方法;改革探索

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2022）02-0090-03

联合国教科文组织在2015年的研究报告中指出，世界高等教育正在发生革命性变化，并呈现出了大众化、多样化、国际化、终身化、信息化的趋势[1]。为服务国家战略发展新需求，2016年我国在世界范围内率先提出了新工科這一创造性概念，并且通过深入研讨，形成了“复旦共识”和“天大行动”，旨在培养多元化、创新型卓越工程人才[2-4]。在新工科建设背景下，四川轻化工大学机械工程学院将机械设计制造及其自动化（简称“机自”）专业作为试点专业，以培养符合新工科建设要求的优秀综合性应用型机械类学生为目标，按照“学生申请+学院遴选”的方式，每一届组建一个机自卓越班，旨在按照社会发展需

求，培养新工科背景下的优质应用型机械类学生[5]。

“传感器与工程测试技术基础”课程作为面向智能制造的机自专业卓越班学生的一门核心选修课程，是应用型人才必须学习的内容，也是新工科改革范畴的重要组成部分。通过该课程的学习，学生能够熟悉和掌握各类传感器的工作原理、组成、特性与优缺点，测试系统的基本要素、信号的采集与分析、测试技术在实际工程项目中的应用，以此培养学生的工程意识和工程素养，从而具备将所学理论知识应用于生产实践以及解决相关测试问题的能力。

然而，传统的“满堂灌、偏理论、重考试”的教学方法已经不能满足新工科背景下各类工程科技进步和技术创新的实际需求，迫切需要在教学方法、教学内容、评价机制等方面进行深刻反思和全面改革，从而贯彻落实我国现阶段所倡导的创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念，培养具备实际工程应用能力的应用型人才，以适应以新技术、新产品、新业态和新模式为特点的新经济模式[6-8]。

文章通过分析“传感器与工程测试技术基础”课程教学现状，探究该课程教学方法和学生实际掌握情况与新工科建设存在的问题，从而提出将任课教师科研项目融入课程教学，通过解决科研项目中的实际测试问题，将课堂理论知识应用于工程实践，并以翻转课堂等方式提升学生课堂参与度，培养应用型人才的工程实践能力。

一、课程和学习对象的特点分析

（一）课程特点

“传感器与工程测试技术基础”课程主要包括三大板块内容：数据采集、数据传输和数据处理。在数据采集方面所涉及的传感器种类繁多，主要有应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、热电式传感器等数十种不同类型的传感器，而且涉及材料学、热力学、电磁学、光学、制造加工工艺等诸多学科;在数据传输方面涉及信号调理等技术，包括信号的调制与解调、滤波、放大等，包含电子电工技术、机电控制技术等多学科知识;在数据处理方面涉及拉普拉斯变换、傅里叶变换、均值、幅频分析等诸多数理知识。该课程知识点分散，要求学习的内容多，且对前期课程学习基础要求较高[9-11]。同时，随着科学技术的不断发展，各种新型传感器与数据处理手段不断被开发，若只是按照参考教材上的内容进行教学，不但无法调动学生的学习积极性，而且限制了学生将理论知识应用于实践工程的能力，更导致学生无法紧跟科技前沿[12]。因此，在教学过程中，教师应突破参考教材的限制，紧跟科技前沿，为学生提供解决实际工程问题的实践机会，锻炼学生的动手能力和理论知识的应用能力。（二）学习对象

“传感器与工程测试技术基础”课程所涉及的知识点多，对前置课程的学习要求高。四川轻化工大学“传感器与工程测试技术基础”课程的教授对象为机自专业卓越

班大三学生。作为机自卓越班学生，本身具有较好的学习习惯和自学能力，并且已经具备了一定的“电子电工”“材料学”“数理统计”“制造加工工艺”等相关课程基础，但是由于生源所限，这些学生对相应前置课程的学习深度不够，而且课程中涉及的深层次的理论知识的理解难度较大，因此，他们只能理解和掌握基本原理和较为简单的工程应用。同时，按照历年考研情况分析，机自卓越班的大部分学生都会选择继续深造。因此，需要注意培养学生的科研精神和探究新知识的能力。

二、“传感器与工程测试技术基础”课程教学现状

四川轻化工大学“传感器与工程测试技术基础”课程的教学方法和学生实际掌握情况与新工科建设内涵还有一定的差距，主要表现在以下四个方面。

（一）在教材建设方面

现行教材基本是从知识体系的完备性出发，按照信号的产生及其特征描述、测试系统的基本特性、常用传感器、信号调理与记录、信号处理初步、典型物理参量的测量来展开。如果按照教材内容顺序进行教学，容易割裂整个知识链，学生无法将前后的知识点联系起来，难以做到融会贯通，也无法灵活地利用所学的有关测试方面的知识搭建测试系统，并对工程实践中的各类物理量进行测量。

（二）在教学方法方面

目前，“传感器与工程测试技术基础”课程以传统的课堂教学方法为主，任课教师主要采用多媒体等教学手段对教材上的理论知识进行课堂教学，加之教学内容涉及多学科知识，导致学生课堂参与度不高，且由于是选修考核类课程，学生学习主动性相对较差，更多的是被动地接受知识，无法达到培养学生独立分析问题、解决问题的综合实践能力的目标。（三）在教学内容方面

“传感器与工程测试技术基础”是一门综合性极强的课程，涉及大量抽象的数学知识以及机械、电子、控制等多学科理论知识。目前，四川轻化工大学的教学内容过于偏重理论，从而使学生在脱离理论知识应用场景的情况下，被动接受一系列晦涩难懂的理论知识，导致课堂教学枯燥无味，削弱了学生自主学习的积极性，且所涉及的各学科知识缺乏系统化的联系而各自独立，无法培养学生综合分析问题能力及工程实践能力。这与目前新工科建设所提倡的培养多元化、创新型卓越工程人才的理念格格不入。

（四）在课程考核方面

“传感器与工程测试技术基础”课程为机自卓越班的核心选修课程，目前主要按照传统的考查方式予以考核，考核成绩主要由课堂点名、平时作业、期末论文和实验成绩构成。学生普遍认为只需要按照相应考核要求提交各考核部分内容即可获得较好的分数，而没有主动深入掌握课程相应知识点。因此，学生在完成课程学习后往往对课程内容没有任何印象。这种考核方式既无法增强学生的学习积极性，也不利于任课教师评估学生对本课程知识点的掌握情况，难以全面考核学生的综合实践应用能力。

三、新工科背景下课程教学方法探索

作者通过对四川轻化工大学教师在讲授“传感器与

工程测试技术基础”课程的现状进行分析，根据课程的教学特点和培养目标，对课程进行了以下教学改革。

（一）优化教学内容

传统的教学内容基本都是按照教材编制目录，分章节进行讲授。由于教材编制的年限或其更新换代时间不够快，导致教学内容无法紧跟科学前沿，且过于注重理论讲授而导致学生缺乏实践锻炼机会，难以将理论知识融会贯通。因此，任课教师必须按照专业人才培养方案和教学大纲要求，对“传感器与工程测试技术基础”课程的内容进行优化调整，按照数据传递方向的内在逻辑关系，构建传感器与工程测试技术知识体系，并将前沿科技融入课程知识体系中，从而让学生按照知识体系构建完成课程理论知识的学习，并保障所学知识紧扣科技前沿。同时，为加深学生对理论知识的掌握，锻炼学生将理论知识应用于实践工程的能力，任课教师除了讲授相关理论知识外，还应带领学生参观传感器实验室，并开展相应实

验，详细了解各类传感器的构造、工作原理及应用场合，尤其是各类新型传感器的使用方法。

（二）改革教学模式

传统的教学过程以任课教师的讲授为主，导致学生的参与度不高，学习兴趣和学习积极性较低。因此，任课教师对“传感器与工程测试技术基础”课程的教学模式进行了改革，运用翻转课堂的教学模式，按照构建的知识体系将课程知识点切分为若干个板块，同时将上课学生按照每4～5人一组进行分组，每个小组推荐一名组长，由每个小组负责教授一个对应板块的知识。小组在讲授相应板块的知识时，需对相应的知识板块内容进行进一步的切分，由学生负责准备和讲授其中的某几个知识点，即学生必須全部参与并到讲台上讲授相应知识点。在每组学生对相应知识板块讲解完成后，由小组成员对讲授内容和方法进行自评和互评，最后，任课教师对学生的讲授内容和方法进行点评，并再次对重要内容进行讲解。

翻转课堂教学模式让学生更多地参与到教学过程中，由被动学习改为主动学习和团队式共同学习，从而激发学生的学习兴趣。同时，通过学生自评、互评和教师点评的模式，既可以加深学生对相应知识点的理解，又有助于学生发现自己的不足，从而提高学生的综合素养。

（三）注重教学实践

传统教学模式更多地注重相应理论知识的学习而弱化了教学实践过程，致使学生实际工程能力较差。因此，任课教师应采用项目式教学方法，增加实践课程的学时，将任课教师科研项目融入课堂教学，给每个小组指定一个实际工程测试问题，指导学生完成整个测试系统的搭建、测试和优化。任课教师以实际工程测试问题为导向，通过解决科研项目中存在的工程测试问题，培养学生将理论知识应用于实际工程项目中分析与解决问题的能力，从而培养满足新工科应用需求的应用型人才。

（四）改善考核方式

“传感器与工程测试技术基础”课程的传统考核方式更注重于对形式考核，而对整个知识体系和知识点的掌握情况及学习过程考核的把握不够准确。因此，任课教师通过认真梳理，虽然沿用以前的课堂点名、平时作业、期末论文和实验等几部分考核内容，但对每一部分的考核权重进行了调整，弱化了课堂点名、增强了课程实践的成绩比重。改善传统考核方式后，更注重考核学生对知识体系的把握和将理论知识应用于解决实际工程问题能力的考核。这种考核方式既能提高学生学习的主动性，又有利于培养学生初步的科研能力，有助于学生继续深造。

经过实践，“传感器与工程测试技术基础”课程的教

学改革效果明显。首先，教学内容的优化不仅扩展了学生的视野，还让课程内容紧跟科技前沿，有助于培养学生探索新知识的能力;其次，教学模式的改革提升了学生对课堂教学的参与度，不仅有助于提高学生的学习兴趣，还有助于培养学生的团队合作精神和解决实际工程问题的能力;最后，通过考核方式的改善，更加全面地考核学生对知识点的把握，有助于培养学生的科研能力。此外，该课程的教学改革也使得任课教师将科研融入教学中，并不断更新自我认知，真正做到教学相长。因此，“传感器与工程测试技术基础”课程改革探索不仅有助于培养新工科

建设要求下的优质应用型人才，而且有助于培养新时代要求的“四有”新青年教师。

参考文献：

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