“检测技术”课程学生实践创新能力培养

佟吉钢， 董恩增， 梁雪慧， 张祖锋

(天津理工大学 电气工程与自动化学院， 天津 300384)

“检测技术”是高等院校本科教育人工智能、自动化等相关专业的基础必修课，在专业人才培养和工科建设中占据重要地位[1-2]。在传统教学过程中，学生被动接受，虽然有一些实验环节，但由于缺乏系统的任务驱动，学生无法掌握整体的实际应用技巧，无法达到满意的教学效果。为此，笔者以“检测技术”课程为案例，采取设计项目方式，对教学内容、教学方法、课外综合实践等方面进行研究探索，改进传统教学中以知识学习为目标的观念，突出教学的实践应用，实现了学生学习中的主动性，使学生具有创新意识，充分推动了提高学生教学实践中创新能力、综合素质为目标的教学模式改革[3]，对培养提高学生的实践创新能力具有十分重要的意义[4]。

1 “检测技术”课程现状与存在问题

结合课题组多年的教学经验，同时通过与其他院校相关专业教师的交流探讨，获得共识：以往的教学模式弊端比较突出。一是传统的教学侧重课堂讲授辅以配套实验，在教学中学生处于被动接受状态，对知识点不能做到主动思考。二是课程对应的实验内容与实际应用衔接不紧密，教学内容千篇一律，难以激发学生兴趣。三是独立的知识点实验较多，对于整体的综合运用较少，学生难以做到融会贯通。具体表现如下：

1.1 理论教学中的现状及存在问题

“检测技术”课程涉及知识面较广，内容庞杂枯燥，同时它又是一门与实际联系紧密的课程。传统的课堂教学是教师主导教学进度安排，学生很难处于主动思考的状态，从实际教学效果来看，学生学习方式仍显单一。课程很广很散的知识体系结构，也让学生不容易把握学习的重点，从而降低对课程学习的兴趣，教学效果不理想[5]。

1.2 实践教学现状及存在问题

目前传统实验教学作为理论教学的配套与补充，主要偏重于对授课内容做一些常规的验证性实验。实验多使用现有的实验教学平台，内容固定、可变性差。实验过程是学生按照指导教师预先安排好的情况，依次进行，学生属于被动操作。整个过程按预定完成，学生只需按照实验步骤进行操作，测量记录，不需要深入思考工作原理，按部就班即可完成。由于实验的常规固定，学生经常在实验前抄袭预习报告，过程中单纯记录数据，机械式提交实验报告。整个过程并不能很好地发挥学生自主学习的潜力和兴趣，影响学生动手实践和创新能力的培养。目前的教学实验安排也只局限于一般的传统实验，不能与时代发展有效契合，与行业需求存在很大脱节。

1.3 理论教学与实验教学间存在的问题

“检测技术”课程学时一般为48学时，实验为8学时，要求掌握主要传感器的基础理论知识。多数学生对相关知识要点的掌握，因缺乏亲身体验，不可避免地陷入单纯记忆，凭记忆性知识去应付考试，考试后很容易淡忘，难以培养学生的实践动手和主动创新能力。更无法实现课程核心目的，即学生能够设计使用灵活多变的传感器，实现所需要的物理量测量，为后续的专业应用提供必要的方式手段。传统“检测技术”课程教学存在的局限，使得学生的理论与实践能力离教学目标和实际要求存在差距。

2 “检测技术”课程改进实现方法

针对传统的“检测技术”课程教学过程中所面临的局限和弊端，课题组从理论教学到动手实践创新环节进行了一系列改革尝试，努力激发学生的兴趣和主动性，多种方式提高学生的主动思维和综合实践创新能力，并取得一定的效果。

2.1 教学中坚持理论联系贴近实际

课堂教学改为以传感器的实际应用为背景与核心：在理论教学内容讲述时，展示相关传感器在现实社会中的应用实例，明确学习目的，激发兴趣。讲授内容更偏重在实践中的应用，结合生产生活实际去讲，激发学生的主动性，提高讲授效果。比如在讲述电涡流传感器时，除必须的理论知识要点，还涉及实际生活中常见的应用，如安全检测门、扫雷器等应用实例，介绍具体工作原理使用方法，使得学生课堂上获得的知识在现实应用中可以得到体现，获得更深切感受。

2.2 项目式改革引导强化学生实践创新能力

教师明确要求所有同学必须完成实践动手环节。将该环节以项目自主设计方式进行，并将结果作为学生平时成绩考核的必备内容，促使所有学生认识到这是自己必须具备的一种主动意识和能力。考核内容包括项目实物设计实现的方法和创意的新颖性、PPT与解说视频制作的规范合理，提交的实验报告是否详尽完整正确。实践环节中每部分各占一定分值，依据动手实践环节效果最终生成成绩。具体实现过程如图1所示。

图1 学生自主项目式实验教学实现流程

项目开始：要求每组3-4名学生，自主确定实验项目及内容。针对课程知识点，学生依据兴趣爱好自由发挥，教师鼓励引导学生将课上所学知识真正地实现学以致用。

项目执行：学生经组内协商后，自主独立完成项目设计、搭建与实物调试工作，教师提供必要的元器件，负责指导答疑。

项目展示：要求每个学生小组做好PPT，录好演示视频，并最终在课上现场结合PPT并当众进行讲解演示，同时每人提交实验报告，使学生通过完整的项目设计实现，对传感器相关知识有一个深切理解和实践能力全面提升。

学生是项目设计实施的主体，教师起到辅助引导作用。在此过程中学生的积极主动性得到极大调动，动手实践能力也得到提升，很多有创意有想法的作品也陆续涌出。图2和图3所示为学生自主设计完成的智能家居系统和智能温室大棚。类似的很多案例都是学生结合自己的兴趣爱好与生活实际，有感而发，自主设计完成。项目的设计实践制作过程也将课堂上讲授的传感器相关知识实现了真正的理解与实际应用。

图2 学生自主设计完成的智能家居系统

图3 学生自行设计完成的智能温室大棚

现场实物演示讲解与辅助视频：学生完成实物设计制作后，在课上结合PPT，结合实物现场进行演示讲解，接受同学答疑。经过这种训练，学生的综合表述能力、动手能力，均得到了训练和提升。图4、图5为选取的两组同学，结合各自完成的项目实物进行现场演示、讲解。

图4 学生课上现场进行项目实物功能演示

图5 学生课上结合录制视频介绍设计完成的项目实物

由同学作为讲授主体，学生更愿意听，也会主动提问，注意力格外集中，互动效果非常好。大大改变了课堂上教师为主的讲授，学生不专心听讲、走神的现象。在交流过程中，学生的积极主动性得到极大提高，相关知识点通过亲身实践，得到很好地领会、理解和应用。

实验报告：好的项目离不开实验结果的有效整理总结。以往学生实验报告容易出现应付、抄袭现象。现在每组项目实验完成内容完全不同，组内同学有分工合作，承担内容也不相同，客观要求学生必须独立完成自己的实验报告。学生结课时提交的实验报告要求包括研究应用背景介绍、工作原理、系统硬件、软件的设计实现、最后的调试结果说明，并附上自己的体会感受与建议。通过一整套项目设计实现过程，使学生的综合实践动手能力和知识点的掌握得到显著提高。

2.3 课程教学实验改革效果

通过这种教学方式改革，充分激发学生的主动性和动手实践创新创作设计制作兴趣，促使学生主动将自己平时课上所学的知识与生活中遇到的实际问题有效结合，将知识付诸实用[6]。从抽象到具体，从理论到实际，通过学生主动运用知识进行综合实践创新的过程，自身的知识能力水平与实践动手兴趣、创新能力都得到了很好提升，为后续能力进一步扩展提高奠定良好基础。

3 教学的扩展延伸与创新能力的提升

学生在课上掌握的知识只是基础，只有真正实现了融会贯通才能获取更好的发展。为此鼓励引导学生主动参加各种综合创新实践类活动，扩展提升自己的实践创新能力，在实践训练中提高自身的综合素质[7-8]。

3.1 指导鼓励学生参加各类实践创新活动

学生课上获得的知识只是偏重于某一学科，只有将所学的知识进行综合运用才能进一步获得能力的提升。为此课题组以学校组织的科技立项、大学生创新创业等活动为契机，组织引导学生建立多个兴趣小组，根据自己感兴趣的方向参加项目小组。组内同学分工合作，共同努力完成预定目标。从项目选题立项、资料查找与申请书的撰写、PPT申请的编写及现场路演、项目的立项实施、进度把握、最后的结题报告及最终汇报，整个过程完全依靠学生自主独立完成，教师仅是起到一个引导和掌控的作用。

通过亲身参与整个项目的实践完成过程，学生对科研项目的程序有了初步的实践经历和体会，使学生自身的实践创新能力和综合素质有了很大的提升。有了前期参与学生科技活动的基础，部分能力素质高的同学可引导参与到教师承担的科研项目中，进一步锻炼他们，为他们的后续深入发展拓宽道路。

3.2 积极引导鼓励参加各类创新实践类比赛

鼓励并指导学生积极参加各种高水平的创新创业实践比赛。在竞赛中与他人交流学习，查找弥补自身局限不足，扩展视野，在比赛中提升自身综合素质能力。实现比赛与创新实践活动的良性互动：外出比赛检验自身努力成果、展示锻炼自己、查找自身局限不足；赛后总结反思、多方位全面努力改进。如此往复，形成互动循环，获得很好效果。例如先后获得2016年第二届“互联网+”大学生创新创业大赛全国铜奖，入选2017年第十届全国大学生创新创业年会现场实物展示，2017年“深创杯”全国大学生创新创业大赛三等奖，2018年“创青春”全国大学生创新创业大赛全国铜奖等奖项。

3.3 毕业设计

毕业设计作为一个工科学生毕业前最大的综合实践环节，对学生的综合素质能力要求很高。尤其是通过创新实践教学引导的同学，经过专业基础课的基本动手实践与创新能力训练、比赛，毕业设计内容多是以往参加科技实践项目的进一步扩展延伸。他们实质是在专业学习的基础上围绕着一个自己感兴趣的主题一直在做深入的研究探索。这种毕业设计的成果是至少做了两年而不是有限的几个月时间，与常规的毕业设计成果相比，更具有专业的深度和广度。

3.4 综合实践创新能力扩展提升效果显著

经过前期的一系列动手创新实践活动，以及各种科技实践项目与大型比赛活动，学生的综合能力得到极大的提升飞跃。其中一名同学在2018年以全市第三名的成绩获得天津市“王克昌奖学金”特等奖，并带领其它同学获得2019年第五届“互联网+”大学生创新创业大赛全国银奖。图6为学生参加天津市“王克昌奖学金”特等奖评审颁奖现场。

图6 学生获评天津市“王克昌奖学金”特等奖现场

4 结语

本课题组从2014年开始，尝试以“检测技术”课程为切入点进行改革，强化课程教学过程中项目自主设计动手实践环节，培养学生动手实践创新能力，同时鼓励引导学生积极参加各类实践创新活动努力提高自己，获得了提高学生实践创新能力的教学新模式。

图7 学生动手创新实践活动与综合素质能力培养过程

在培养过程中，注重强化学生在课堂上发挥主动思维能力与提升学生实践动手与综合运用技能。通过学生自主选择设计完成相关的项目实验，现场报告讲解与实物展示，辅以录制的视频配合，最终提交完整的实验报告，学生的动手实践创新能力和综合素质得到提升，具体引导模式如图7所示。以此为契机鼓励引导学生参加各种科技实践项目和各类大型创新实践比赛活动，在综合性的创新实践活动中扩展视野、全面锻炼提升自己。此外，将大学生的毕业设计充分融入其中，实现良性互动，解决了目前工科教学中存在的一些弊端，实践证明这种实践教学的效果较好，值得研究与推广。