“传感器原理与应用”课程教学改革初探

2023-03-07张力宁冯永亮雷伟军

物联网技术 2023年1期

李怡，张力宁，冯永亮，雷伟军

（西安文理学院信息工程学院，陕西西安 710065）

0 引言

西安文理学院物联网工程专业是陕西省一流建设专业，同为西安市一流建设专业，“传感器原理与应用”为其核心专业课，同时也是电子信息工程、智能感知等工科专业的重要专业基础课之一。学习该课程不仅需要较多的前授课程知识，如高等数学、大学物理、模拟电子线路基础等，还会对后续嵌入式系统及应用、物联网通信技术、物联网项目综合规划等相关专业课程起到支撑作用[1-5]。同时，其中涉及的传感器知识也是学生参加物联网设计大赛、中国大学生计算机设计大赛以及开展大学生创新创业计划和毕业设计实践时不可或缺的[6-7]。

在“新工科”建设背景下[8]，结合学校“坚持地方性、应用型、开放式，建设特色鲜明的高水平城市大学”的办学定位，本课程教学重点突出应用性，针对课程教学中存在的一些痛点问题，融合多种教学模式，创新实验方式，深挖课程思政，建成多元考核评价体系，以期全面提升学生的学习效果。

1 教学痛点问题剖析

“传感器原理与应用”课程教学过程中，影响学生学习效果、制约学生全面发展的痛点问题主要体现在以下方面：

（1）教学内容繁杂、抽象，教学活动缺少系统性设计，考核方式单一，没有激发学生学习积极性，未能达到培养学生自主学习的目的

“传感器原理与应用”课程总学时为48课时，其中36课时为理论课时，12课时为实验课时。课程中的传感器原理推导不仅需要用到高数相关知识，还涉及大学物理中的电学、电磁学、光学等知识以及模拟电子线路基础课程中的二极管、三极管等工作原理。对于应用型大学的学生而言，课程中理论部分的内容如果单纯依靠教师线下教学讲授以及单一的考核方式，难以吸引学生注意力，学生在课堂上对课程的兴趣和参与度不高。

（2）学生实践创新能力不够强，解决实际系统中传感器应用问题的能力不足

“传感器原理与应用”课程实验应用实验箱，多为针对某一个或两个传感器性能的验证性实验，学生根据实验指导书上的步骤即可完成实验。在学科竞赛、毕业设计中，需要学生根据具体的应用场景选择合适的传感器，并在实践中运用知识分析和解决问题，然而学生在这方面的实践创新能力不足。

（3）价值引领与知识传递和能力培养之间存在脱节

由于“传感器原理与应用”理论内容繁多，如果采取全线下课堂讲授，则课时紧凑，课堂上思政育人时间就不足，缺乏对学生进行价值观的引导，部分学生缺乏专业自信和责任担当。

2 课程教学的创新思路及举措

我们秉承以学生为中心、问题导向、持续改进的教学理念，遵循新工科“学、思、践、悟”的教学策略，采用更新整合教学内容、线上线下混合式教学模式、创新实验方式、深挖课程思政、构建多元考核评价体系等创新举措，以期解决教学中的以上痛点问题。

（1）整合、更新教学内容，不断进行课程资源建设。对课程内容进行梳理、重构，增加新技术。教师在教学过程中要及时关注国内科研动态，将领域的前沿内容引入课程，如将无袖带血压测量方法、纳米传感器等技术融入“新型传感器”章节内容的教学中[9]。同时，关注国内热点问题，联系课程中学到的传感器知识，启发学生思考传感器的应用，如降雨量过大引发的隧道积水、电梯按键的及时消杀等现实问题，让学生思考运用何种传感器来解决上述问题，以达到学以致用的目的。

课程建设方面，梳理“传感器原理与应用”课程近40个重点知识，并录制微课视频、编写导学案（明确学习目标及学习内容）、建设线上题库，学生可通过视频资源、课后测验、讨论、考试等形式全方位完成理论知识的学习。

（2）采用混合式教学模式，运用多种教学方法，组织多种教学活动，增强学生学习兴趣与课程参与度。通过课前推送导学案、微课视频、课前预习作业等资源，让学生预先学习微课视频、完成预习作业，归纳自己遇到的问题，带着问题走进线下的课堂学习。课堂上，注重培养思维和实践创新能力，采用多种教学方法组织教学活动，如CBL、PBL、TBL、生导生演、启发式、实践式等教学法，让学生“动”起来，提高学习兴趣、积极参与课堂，进行师生互动、生生互动，解决学生参与度不高、缺乏学习兴趣的问题。课下，让学生完成不同层次的多种形式作业（习题及拓展分组报告）。

（3）实践教学方面，坚持“以应用为导向”，增设综合性、设计性实验，采用“虚实结合”的实验方式，以增强学生实践创新能力和岗位胜任能力。以应用为导向，落实校企合作共同育人的“多混合”形式，将企业内相关的传感器技术案例等放在“智慧树”平台供学生学习，同时结合公司传感器应用方面的实际案例，增加综合性、设计性实验。采用“虚实结合”的实验方式，利用物联网领域的传感器虚拟软件进行智能家居、智慧农业、智能交通等行业中的传感器应用模拟，并在物联网应用综合实验室开展具体的传感器应用实验。此外，还可结合教师科研、大学生创新创业大赛、学科竞赛等，增设设计性实验内容，以全方位提高学生的实践能力。

（4）深度挖掘课程的思政案例。结合“传感器原理与应用”课程的内容与特点，我们深挖课程思政，引入思政案例，课程育人与思政育人并重。传感器作为物联网中的重要传感设备，是工业互联网、“互联网+”等方向的国家重大战略实施的基础，因此国家注重传感器产品的国产化，对于提高我国科技水平、保障国家基础信息安全意义非凡。由此，在授课中，要引入课程思政内容，培养学生的使命感和专业自豪感，使学生成为有担当的社会主义建设者。

（5）建成多元考核评价体系[10]，学生的最终成绩由线上、线下以及笔试成绩组成。其中，线上成绩占22%，线下课堂成绩占18%，期末考试成绩占60%。秉承以学生为中心的原则，构建了基于知识目标、能力目标、价值目标的过程性考核评价体系，将课程目标和学生毕业要求达成作为考核的主要依据，综合评价学生分析问题和解决问题的能力。分别从线上、线下以及期末考试三方面对学生进行全面考核，同时根据过程性考核的实施效果，对学生在学习过程中暴露出的问题与不足进行及时总结、改进，不断提升教学效果，助力课程目标的达成。其中，线上综合评价主要包括视频学习进度，作业测验，线上讨论、交流、发帖等；由线上平台实时记录学生行为数据，设置各项目活动权值，由平台自动统计并给出成绩。线下评价主要包括课堂出勤、讨论交流、发言及实验报告、网络方案、成果展示等。期末考试成绩为闭卷笔试成绩。