研究生专业课程“现代传感与检测技术”教学改革探索

吴才章，赵志科

（河南工业大学电气工程学院 河南 郑州 450001）

现代传感与检测技术是自动化和信息化的基础与前提，在生产、科研、试验及服务等领域得到了广泛应用，也是仪器强国的重要技术因素[1-3]。河南工业大学（以下简称“我校”）为控制科学与工程学硕、电子信息专硕研究生开设了现代传感与检测技术课程，其教学内容涉及各种先进传感器技术和现代检测技术的融合创新与技术应用，目的是使研究生全面了解现代检测系统的特点和组成，掌握基于先进传感器的现代检测技术。基于上述目的，我们对现代传感与检测技术这门课程进行全方位的审视，将教学的重点更多地放在传感器设计方法与实现、多传感器融合应用等领域。通过讨论式教学、实验教学、案例式等方式，学生可以深入了解传感器的工作原理，并了解其在实际应用中的使用场景，提高学生的实践应用能力。通过引导学生参与课程设计、开展科研活动等方式，提高学生的创新意识和解决问题的能力[4-6]。在这样的背景下，课程教学改革的必要性显而易见。

1 “现代传感检测技术”课程建设中存在的问题

1.1 过于偏重传感器原理介绍，工程应用介绍得不深入

过于重视传感器原理介绍，造成了与本科阶段传感器类课程内容交叉重复偏多，教学内容不集中，研究性教学内容不足，深入性不够。此外，在目前的课程教学中，传感检测技术的理论知识和实践操作相对独立，缺乏完整系统的实战体验。这导致学生在学习过程中难以将所学知识与实际应用场景结合起来，从而无法全面掌握传感检测技术的工作原理及其在实践中的应用。在传感检测技术领域，行业实践经验对于学习者的成长非常重要。然而，在目前的课程设计中，缺乏与相关企业合作、开展真实场景实践的机会，这使得学生对传感检测技术的学习仍停留在理论了解层面，缺乏对该领域的深入了解和认知，无法在实践中进行有效的交流和应用。

1.2 教学内容更新不及时，缺乏传感器最新研究成果介绍

现代传感与检测技术的研究与应用发展迅速，新技术、新产品不断涌现。然而，在当前的课程设计中，很少涉及最新的研究进展和行业趋势，这使得学生的知识体系相对滞后，不能及时了解到最新的技术动态和应用情况。课程建设的必要性在于更新课程内容，关注最新的研究进展和行业趋势，使学生具备前瞻性思维能力和市场敏感度。

1.3 教学方法拘泥于传统课堂讲授，研究性教学开展不够

在现代传感与检测技术的教学中，教学方法单一，多数情况下只采用知识点讲解和实验操作等传统教学方式。这种教学方式往往不能满足学生个性化的学习需求，也难以激发学生的学习兴趣和创新能力。缺乏研究生培养所需的研究性教学方法应用，不能通过课程教学来有效提升研究生的科研素质。

1.4 教学手段单一，信息化手段利用不足

现代传感与检测技术课程具备与数字化教学结合的优势，但在实际教学中线上线下教学、虚拟仿真、数据可视化技术手段的应用严重不足，致使学生仅能通过课堂教学与任课教师进行交流讨论，可供学生自主学习的资源有限，缺乏数字化信息化带来的沉浸式教学，对学生学习兴趣的激发不足，缺乏对学生专业能力提升的指引。

综上，现代传感与检测技术课程存在着理论与实践相对脱节、缺乏最新研究进展、实验设备单一陈旧、教学方法不够多样化以及缺乏行业实践机会等问题。这些问题的存在需要我们对课程设计进行改革和创新，以提高学生的应用能力和竞争力。

2 课程教学改革的主要措施

2.1 教学内容改革

2.1.1 理论教学

“现代传感与检测技术”教学内容的组织既要具有一定的系统性、学术性和实用性，又要具有新颖性和前沿性。以河南工业大学电气工程学院课程建设为例，课程以先进的光电检测技术为主要内容，涵盖了光电检测的最新前沿技术，譬如光电倍增管、激光测量、光纤、光栅光谱测量、微流控测量技术等，这些内容充分反映了当代国内外传感检测技术的最新发展、科研成果和最新应用，既实现了与传统电类传感器原理课程的有效衔接和差异性，又保证了知识的深度和广度，并能突出教学内容的先进性。因此，在理论教学中，教师应注重基础知识的讲解，例如传感器的种类、工作原理、信号处理等。同时，应紧密结合实例，阐述传感检测技术在实际应用中的重要性和局限性。此外，应引导学生关注传感检测技术的最新发展，根据当前传感器与检测技术的最新发展动态，实时更新课程教学内容，开阔视野，了解行业趋势。

2.1.2 实验教学

在现代传感与检测技术课程教学中，实验教学是最为重要的环节之一。在实验教学中，应以实际应用为目标，着重培养学生的实际操作能力。首先，教师应引导学生深入理解各种传感器的原理、特点和适用范围。接着应设置多个实验项目，以涵盖不同的应用领域，例如工业、医疗、环境保护等。通过实验，学生可以亲自操控传感器设备，了解各个参数的测量方法以及相关数据的处理方法，使学生系统地掌握传感检测技术的应用场景。

以河南工业大学电气工程学院课程建设为例，本课程结合大量的实际科研项目案例，逐步引导发学生研究工程问题的科学属性，从实际工程问题中找出规律，找到解决问题的方法和步骤，并形成系统的解决方案。课程内容的三分之一来自相关课程教师承担的各级各类科研课题。譬如现代检测系统一讲中，以油脂精炼生产线智能监控系统为例进行内容讲授，该项目获得2009 年河南省科技进步二等奖；光电检测强度篇一讲中，以基于光电倍增管的小麦超弱发光检测系统为例进行讲解，该项目是2011 年国家自然科学基金面上项目；光电检测相位篇一讲中，以基于激光测距传感器的便携式粮食数量检测仪设计为例进行内容讲授，该项目是中储粮2015 年的重大科技攻关项目，获得河南省教育厅科技成果一等奖、河南省科技进步三等奖；在光电检测微纳传感技术一讲中，以基于光纤微流控的储粮真菌毒素检测方法研究为例进行内容讲授，该项目是2018 年河南省科技攻关项目。这样既培养了学生的工程实践能力，又提升了学生的科研能力，让学生在思考探索过程中学习新知识，课堂氛围和学习的兴趣也得到了极大的提升。

2.1.3 课程设计

课程设计是学生独立开展课程相关内容研究实践的主要途径。在现代传感与检测技术课程设计中，应着眼于提高学生的创新精神和实际应用能力。鼓励学生参与课程设计，自主选择传感检测项目，并在教师的指导下，从方案设计、实验操作到结果分析，全方位锻炼学生的科研能力。

2.2 教学手段改革

2.2.1 线上线下教学相结合

传感检测技术是一门实践性非常强的学科，因此应注重实验教学。然而，仅靠实验教学无法使学生完全掌握该领域知识。因此，应采用线上线下相结合的教学手段，如在线资源建设、微课视频建设、实施翻转课堂教学模式等，线上线下混合的教学模式可以实现课堂的拓展延伸，逐层深入的“问题式”“探究式”等教学方式有利于培养学生的分析、推理、应用和评估等高阶思维能力。而且教师在线上平台上发布相关教材、课件和视频讲解，使学生可以随时、随地进行学习。学生明确学习目标后线上自学，教师通过线上测试了解学生的掌握情况，指导后续教学安排。线下重在培养学生的工程实践能力、创新能力。采用“科研项目案例式”教学方式，帮助学生把握工程问题切入点，以完成引领探究。开展课堂分组讨论等多样化的教学活动，增加学生学习热情，激发学生潜能，培养学生运用理论知识解决实际工程问题的能力。

2.2.2 研究性与创新性教学相结合

针对传感检测技术这一领域的特点，应采用创新教学手段，例如虚拟仿真、数据可视化、案例分析等。其中，虚拟仿真可以让学生在模拟环境中体验各种传感器设备的工作原理和参数测量方法，加深对于相关知识的理解；而案例分析则可以将理论知识与实际应用相结合，帮助学生更好地掌握该领域的核心概念。同时，加强讨论式、自主式教学方法的灵活应用，将科研成果和新技术以专题形式引入课堂教学，使课堂教学与科研实际有机结合，强化学生对传感器与检测技术在工程实践中应用的认识，提升学生的工程实践能力、科研能力和创新能力。

2.2.3 课程实践与产学研协同育人相结合

依托河南省计量科学研究院、新天科技、汉威科技等产学研实践基地，围绕现代传感与检测技术课程实践内容，开展真实场景实践，为学生提供更多的实践机会和资源，帮助学生更好地认识传感检测技术在实际工作中的应用，以提高学生的实践操作能力和对行业的认知。

2.2.4 课程评价和反馈相结合

建立有效的课程评价和反馈机制，利用好学习通线上反馈平台，及时了解学生的学习情况和需求，改进教学方法和课程内容。以课堂汇报、课程论文为主开展课程考核，通过学生互评和教师点评的方式，让学生及时了解当前的不足。结课后，将优秀学生设计选入课程项目资源库，对课程目标达成情况进行分析，总结教学过程中的问题，并制订针对性的教学改进措施。

通过上述教学改革方案，使学生通过本课程的学习，能系统地了解现代传感的主要发展方向和类型、掌握光电传感器的基本理论、关键技术和主要应用特点；掌握现代检测技术的发展趋势和现代检测系统的组成和结构，深刻体会传感器在检测系统和控制系统的作用和地位，能够在将来科研过程中学会各种先进传感器的选择、使用和设计等，特别是较全面地掌握光电传感器的原理、设计以及应用，对现代传感器的设计有更深层次的认识，培养学生科学的思维方式和分析问题、研究问题的能力，培养学生理论联系实际和实践动手的能力，并为以后的科研工作打下坚实基础。满足产业对于传感检测技术人才的需求，为该领域的发展做出更大的贡献。

3 结语

经过三年的课程建设与实践，从优化课程内容、强化学生实践操作能力、更新研究进展、强化数字化技术应用、培养学生创新精神出发，本教学团队建立了现代传感与检测技术课程教学内容更新机制，搭建了线上教学资源共享平台，形成了较为完善的课程研究性教学体系与实施方案。课程改革实践结果表明，课程改革后研究生参与课程教学的积极性与课程目标达成度都得到了显著提升，现代传感与检测技术课程对研究生科研创新能力的支撑得到了显著加强。