对分课堂在“传感器原理与应用”课程中的教学改革探索

胡代弟

郑州西亚斯学院电子信息工程学院 河南新郑 451150

一、绪论

互联网的发展让学生获得知识的途径发生了很大的变化，高等教育领域的教学方法、教学手段也都发生了颠覆式的改变。当代的教学是单一的以教师为主导，以课堂为中心，教师提出问题学生回答的课堂教学模式，已经很难适应目前教学环境。如何合理地利用各种教学平台和资源，以学生为中心，引导学生自主学习，调动学生的积极性以实现高效的课堂，解决学生主要存在的不愿学、学不会、不会用，但又乐于接受新事物等问题，由此国内外的教师都在孜孜不倦地探索新的教学模式和教学方法。

2014年复旦大学心理系张学新教授针对当前高校课堂存在的主要问题，结合讲授式课堂与讨论式课堂的优点，提出了名为“对分课堂”的教学新模式。其核心理念是分配一半课堂时间给教师讲授，另一半给学生讨论，并把讲授和讨论时间错开，使学生在课后有一周时间自主安排学习，进行个性化的内化吸收。对分课堂强调两个核心要素：一是把一半课堂时间分配给教师讲授，一半分配给学生讨论；二是把教师讲授和学生讨论在时间上错开，让学生在中间进行自主学习和个性化吸收。对分课堂的出发点是调动学生的学习积极性，要让学生主动参与，教师必须让出部分课堂时间，交给学生掌控、主导，形成师生“对分”课堂的格局。对分课堂把教学刻画为在时间上清晰分离的三个过程，分别为讲授、内化吸收和讨论。

二、“传感器原理与应用”课程现状

“传感器原理与应用”这门课程是我校自动化专业大三上学期开设的一门专业课程，本课在自动化专业的课程体系中具有承上启下的作用。本课程涉及物理、化学、力学、电学、光学、半导体技术等多门学科知识的交叉，学生的先修课程有高等数学、大学物理、电路基础、模拟电子、数字电子、信号与系统等课程，通过“传感器原理与应用”课程的学习，能了解、熟悉和掌握各种类型传感器的结构、工作原理、技术及工程应用，涉及信息采集、信息处理、计算机技术、自动控制等工程方法，为后续课程的学习提供理论基础。

目前的课堂教学仍采用注入式的教学模式，以教师为主，采用讲授式、启发式、探究式等方法。为了提高学生理论和实践结合的能力、实际的动手能力和创新能力，2018年在本课程的教学中实施《基于Arduino套件的传感器原理课程教学改革探索》的教学改革。通过教学改革的实施，学生的学习积极性和实际的动手能力有了一定改善。但是这些教学模式下，教师关注的是学生对课程知识的掌握情况，没有足够重视引导学生对学习过程进行反思和对学习方法进行优化，这在一定程度上导致学生综合应用能力不够强，对学习方法的掌握欠缺，进而学习能力有待提高。

针对以上问题，我们提出在“传感器原理与应用”课程中引入对分课堂的教学模式。希望通过课程中引入对分课堂教学模式，调动学生的学习积极性，以学生为中心，让学生主动参与课堂，教师把部分课堂时间交给学生主导和掌控，让学生对所学的知识内化吸收，学生通过教学过程的实施最后取得学习成果。最终完成体现以学生为中心，体现知识、能力、素质三个维度的教学目标，使学生掌握各种类型传感器的结构、工作原理，具备运用传感器的基本理论对控制系统中传感器的各种问题进行技术分析，并得到解决方案的能力，让学生能够分析问题、解决问题、理论和实际结合；掌握传感器的工程应用，具备通过文献研究、分析设计、维护系统的能力，以培养学生的综合工程素养、创新精神和团队沟通、合作精神。让学生愿意学、能学会、能运用，最终能培养出高素质应用型的人才。

三、教学目标的调整

在教学过程中，所有的教学活动是以教学目标为导向，并围绕教学目标而进行。设立教学目标后，学生通过教学过程的实施最后取得学习成果。因此，首先需要调整教学目标。设立体现以学生为中心，体现知识、能力、素质三个维度的教学目标，使学生掌握各种类型传感器的结构、工作原理，具备运用传感器的基本理论对控制系统中传感器的各种问题进行技术分析，并得到解决方案的能力，让学生能够分析问题、解决问题、理论和实际结合；掌握传感器的工程应用，具备通过文献研究、分析设计、维护系统的能力，以培养学生的综合工程素养、创新精神和团队合作精神。根据培养方案和教学大纲的要求，利用超星学习通平台，建立每个章节的内容构架，明确每个章节的重点和难点，学生可通过自学和课堂导学、自主完成项目进行课程的学习，并开展讨论，最终能让学生参与、主导课程的学习，让学生愿意学、学会、能运用，最终能培养出高素质应用型的人才。

四、教学改革方案

本次“传感器原理与应用”课程的改革在我校2019级自动化专业1班、2班、3班进行，在2019级自动化1班、2班实施对分课堂教学模式，在2019级自动化3班实施传统的教学模式。

(一)开课前的准备工作

1.学生分组

开课前和学生沟通后，班级的学生按3人一组自由组合构成学习小组，每个学习小组采用组长负责制，由组长负责本学期本小组的学习工作。每小组除了要完成理论课程的学习之外，还在本学期利用课余时间查阅和课程相关的资料，要组织至少一次主题讨论或知识分享，完成一个以上和课程相关的创新项目，并进行讲解和项目展示。小组分组情况如表1所示。

表1 小组分组情况

2.在超星学习通系统发布自学资料

依托于超星学习通平台，从2018年开始，“传感器原理与应用”课程采用了线上线下结合的混合式教学模式。平台中提供学习视频、PPT、课程拓展的链接等学习资料，以保证学生可以通过网络进行自主的学习。在学习通系统发布教师自行研发的传感器开发板全套资料、课程项目资料、自学视频等内容。课程资源情况如表2所示。

表2 课程资源情况

(二)课堂教学

课堂教学是教学中最重要的环节之一，对分课堂改革中课堂涉及教师讲授和学生讨论两大部分。要达到好的教学效果，在教学过程中如何能调动学生的学习积极性并保持学习兴趣让学生想学是关键。以学生为中心，从教学内容的安排和学生对课程的参与度两方面着手。

1.教师教学内容的安排

本课程原来的教学中以各种类型传感器的结构、工作原理和测量电路为主，弱化了实际工程应用。但是这些内容比较抽象，对没有见过传感器的同学来说很难想象其内部结构、工作原过程，以及分析复杂的测量电路相关的知识。故调整教学内容的安排，采用倒叙的方法，先采用一些先进的传感器技术应用作为课程导入，以吸引学生的注意力，让其想要去了解其结构和工作原理。例如，应变式传感器这个知识点，可以先通过学生都熟悉的电子秤为例，让学生通过自己的亲身经历思考如何把重量变为电信号这一物理量到电量的变换过程，引起学生的学习兴趣，然后对其结果、工作原理、测量电路进行分析，最后留给学生思考如何自己来制作一个数字电子秤。只有使课程内容丰富、紧跟时代发展，知识不落伍，学生才能更有兴趣学习下去。

2.学生的参与课堂的安排

课堂中对学生的参与措施如下：

(1)课前，针对所有班级成员，在超星学习通系统发布选择题和问卷调查的课前测，了解学生的知识水平。提前一周给3～5小组的学生分别布置一个知识点的任务，让其通过学习通网络资源的学习和查资料的方式学习后，完成一个PPT的制作和5～10分钟的微课程内容的讲解。根据课程安排完成相关章节、相关项目的小组准备项目实物演示和PPT制作。

(2)课中，对分课堂学生讲解三结合。对知识点讲解的小组根据自己做的PPT和微课内容进行讲解；有项目展示的小组进行项目展示和讲解；讲解完毕后采用学习通进行讨论、每组提交所学内容的思维导图、采用小组项目互评等模式。

(三)学生内化吸收

学生对知识的内化吸收，除了在超星学习通进行视频的学习，最重要的途径是利用第二课堂理论和实践结合实现。学生可以把理论和实践结合，让学生学会并会用。由于理论的课堂受到时间和空间的限制，学生要想完全掌握还需要有一个过程，所以可以充分地利用第二课堂把理论和实践相结合完成项目后，在课堂上展示。项目内容如表3所示。

表3 学生各组完成项目

1.第二课堂理论和实践结合项目的实施方法

在第二课堂中，学生可以根据自己的学习水平，分层次通过以下方式实现理论和实践的结合完成项目：

(1)没有任何项目经验的学生，可采用开源的Arduino传感器套件完成项目，以减少硬件的设计、制作、调试等带来的问题，节省项目时间，以达到对传感器的认识、应用的目的。

(2)参与过项目并且对项目流程很熟练的学生，根据教师提供的课程项目资料，完成硬件和软件的设计及制作，以达到对传感器的认识、综合应用及理论与实际结合的目的，培养学生具备简单系统的设计能力。

(3)能熟练完成项目的学生，可以根据自己的兴趣完成创新项目，实现对传感器的认识、综合应用及理论和实际结合，以达到培养学生具有复杂系统的设计能力和创新能力。

2.第二课堂理论和实践结合项目的管理方法

在第二课堂中对项目的管理由教师、助教团队共同指导，助教团队一般3～5人，在各小组实施项目的过程中，如遇到小组长解决不了的问题，就可以通过助教团队或者教师进行技术指导，在整个项目实施过程中锻炼了学生的团队合作能力。

3.第二课堂的其他措施

第二课堂除了学生完成项目之外，还开展以下活动：

(1)课程讨论，每周三晚上7点到8点轮流安排一个小组组织同学在学习通发起线上讨论。组织本周讨论的小组提前一周根据查资料的情况，确定谈论题目，并设计线上活动的流程。讨论以当前的传感器的新技术、新理论、新工艺及一些典型的应用为主，通过讨论，可以拓展学生的知识面，锻炼学生组织活动的能力和团队合作的能力。

(2)参与学校的专业竞赛，如PLC大赛、机器人大赛等专业赛事。

五、课程考核与评价

本课程考核学生成绩评价充分的体现学习的过程性评价，如表4所示：

表4 课程评价表

学生期末成绩分数分布情况表如表5所示：

表5 学生期末成绩分布情况表

结语

通过在“传感器原理与应用”课程中开展对分课堂的课程教学模式的创新性改革，不但完善了教学内容，提高了学生的学习主动性，拓展了学生的知识面，培养了学生的实践动手能力、创新能力、团队合作能力、自学能力，而且通过实施对分课堂教学改革的2019级自动化1班、2班和未实施对分课堂教学的2019级自动化3班的最后期末成绩对比可知，对分课堂的实施也有利于学生对学习知识的掌握。对分课堂的实施从知识、能力、素质三个维度实现对学生的培养。