“課內(nèi)+課外”一體化教學(xué)模式改革初探 -以《傳感器原理及應(yīng)用》課程為例

“課內(nèi)+課外〞一體化教學(xué)形式改革初探——以?傳感器原理及應(yīng)用?課程為例〔〕:

摘要：傳感器原理及應(yīng)用被視為測控技術(shù)及儀器、自動化、信息工程等方向的專業(yè)根底主干課。隨著新一輪高校課程標(biāo)準(zhǔn)的制定與應(yīng)用，專業(yè)課程理論學(xué)時減少，課外學(xué)時增加，為順利開展教學(xué)活動并能將學(xué)生課內(nèi)外時間充分結(jié)合，實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生綜合技能以及激發(fā)其創(chuàng)新才能的目的，本文提出了"課內(nèi)+課外";一體化教學(xué)形式的課程改革措施，從教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)、教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計、理論環(huán)節(jié)創(chuàng)新、考核方式改革等幾個方面給出詳細(xì)做法，理論說明，課程教學(xué)改革能進步學(xué)生的主觀能動性和學(xué)習(xí)積極性，進一步拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)空間，符合當(dāng)前高校課程改革的要求。

關(guān)鍵詞："課內(nèi)+課外";一體化；傳感器；教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)；理論教學(xué)層次化

本文引用格式：王丹丹,等."課內(nèi)+課外";一體化教學(xué)形式改革初探以?傳感器原理及應(yīng)用?課程為例[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(97):57-59.

"傳感器原理及應(yīng)用";課程是測控技術(shù)及儀器專業(yè)的專業(yè)主干課，也是其他電類各專業(yè)的重要專業(yè)根底課。傳感器技術(shù)目前已浸透至信息、機械、電氣、物理、化學(xué)、光學(xué)、材料、生物、半導(dǎo)體等各個不同學(xué)科領(lǐng)域。傳感器原理及應(yīng)用已經(jīng)成為理論綜合全面、實用性很強的一門課程。在新一輪課程改革精神的指導(dǎo)下，各大高校制定與推進新的專業(yè)課程教學(xué)大綱，進一步壓縮課程理論課時，相應(yīng)增加其課外時間【1】。此時為使專業(yè)課程教學(xué)的課內(nèi)和課外內(nèi)容順利銜接，并能將理論學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向理論應(yīng)用，就必須將課內(nèi)理論教學(xué)和課外理論活動充分結(jié)合，形成一體化的教學(xué)形式，以增強學(xué)生整體素質(zhì)并進步其理論創(chuàng)新才能。

本文針對傳感器課程理論知識綜合且與工程理論結(jié)合嚴(yán)密的特點提出"課內(nèi)+課外";充分結(jié)合的一體化教學(xué)形式。

"課內(nèi)+課外";一體化教學(xué)形式是專業(yè)課程課堂內(nèi)教師教學(xué)與學(xué)生課外理論相輔相承的新教學(xué)形式。它最初從大學(xué)體育和音樂等課程得到理論，后逐步引入到學(xué)生素質(zhì)拓展等理論性很強的教學(xué)過程中。這種教學(xué)形式意在強化學(xué)生的理論動手才能，采用縮減課內(nèi)學(xué)時、增加課外理論活動,強調(diào)學(xué)生自主和自覺學(xué)習(xí),同時結(jié)合教師指導(dǎo)和監(jiān)視管理的教學(xué)方式【2】。

傳感器課程要能在日常教學(xué)中順利實現(xiàn)"課內(nèi)+課外";一體化教學(xué)形式，就必須在教學(xué)策略上進展相應(yīng)的優(yōu)化改革。電氣信息學(xué)院于2022年將"課內(nèi)+課外";一體化教學(xué)形式引入到傳感器課程中，通過兩年的改革理論，初步獲得了成效。"課內(nèi)+課外";一體化教學(xué)形式詳細(xì)施行有如下幾個方面。

一教學(xué)內(nèi)容的改革和教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計

課程教學(xué)內(nèi)容改革的指導(dǎo)思想是首先在課程教學(xué)過程中協(xié)調(diào)好學(xué)科根底與前沿、研究對象的原理與應(yīng)用創(chuàng)新之間的平衡，然后在教學(xué)形式上實現(xiàn)從理論教學(xué)到理論教學(xué)以致課外研學(xué)等整個教學(xué)環(huán)節(jié)中的研究式教學(xué)方法的融會貫穿【3】。

本課程的內(nèi)容設(shè)計分為理論教學(xué)、理論教學(xué)和課外研學(xué)三個層次。理論教學(xué)又分為四大模塊：傳感器根底特性、常用傳感器原理與應(yīng)用、新型傳感技術(shù)與裝置、測控系統(tǒng)綜合應(yīng)用。課堂教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置不僅兼顧了傳統(tǒng)與創(chuàng)新的統(tǒng)一，實現(xiàn)根底和綜合應(yīng)用的循序漸進，而且還及時將課題組的科研成果轉(zhuǎn)化為生動詳細(xì)的教學(xué)案例融入課堂教學(xué)。理論教學(xué)分為三種類形：根底性實驗、創(chuàng)新性實驗和綜合性實驗。課外研究是從課堂到課外的有效延伸?？煞譃閷ｎ}研究、自主研究和高程度學(xué)科競賽三類。

根據(jù)傳感器課程的教學(xué)要求同時結(jié)合精品課程建立的經(jīng)歷，對教學(xué)內(nèi)容進展重新架構(gòu)，形成以不同原理的傳感器為主線的研究主題。研究主題中包含了當(dāng)前各類常用傳感器的檢測原理、應(yīng)用及相關(guān)的知識內(nèi)容。根據(jù)各專業(yè)對學(xué)生掌握工程應(yīng)用的詳細(xì)要求，重構(gòu)"傳感器原理與應(yīng)用";課程內(nèi)容，學(xué)習(xí)傳感器根本特性、阻抗構(gòu)造傳感器、壓電傳感器、熱電傳感器、光電等的根本知識與特性，擴展RIC傳感器、智能網(wǎng)絡(luò)化傳感器技術(shù)等。對應(yīng)每項研究主題，教師通過精講給出研究的重點問題和難點問題，學(xué)生圍繞這些問題進展探究和研究，然后可通過分組討論提出解決問題的方案，最后可在實驗室解決傳感器實際應(yīng)用問題，教師根據(jù)學(xué)生討論及實驗結(jié)果給出總結(jié)、展示、答疑和評價。

如以下列圖，以"超聲波物位計的使用";課題為例介紹壓電式傳感器特性及應(yīng)用的研究主題。為構(gòu)建一個系統(tǒng)化的研究任務(wù)，教師會在課堂引導(dǎo)學(xué)生研究一系列循序漸進的問題：壓電式傳感器的測量原理及壓電材料特性，超聲波傳感器的工作原理，壓電傳感器的測量電路，聲波式傳感器的應(yīng)用實例等。學(xué)生參考資料庫和課程信息化平臺按步驟完成每個研究任務(wù)，可通過討論確定方案并在實驗室環(huán)境下調(diào)試任務(wù)，教師針對每個研究任務(wù)的完成情況進展輔導(dǎo)、綜合評價和總結(jié)。這一個系統(tǒng)化的研究主題的學(xué)習(xí)將教師課內(nèi)精講提出任務(wù)和學(xué)生課外研究理論解決任務(wù)結(jié)合起來，形成"教師引導(dǎo)評估";、"學(xué)生為主體";的教學(xué)形式，改變了傳統(tǒng)"教師教學(xué)生學(xué)";的教學(xué)方法，可以讓學(xué)生體會到主動學(xué)習(xí)獲取知識習(xí)得技能的樂趣，真正到達(dá)培養(yǎng)學(xué)生綜合技能同時激發(fā)其創(chuàng)新才能的目的。

二教學(xué)手段及條件的優(yōu)化

教學(xué)手段的優(yōu)化在于：將教學(xué)內(nèi)容和過程"網(wǎng)絡(luò)化";，首先使用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源輔助課程教學(xué)同時也開發(fā)具有專業(yè)背景特色的線上課程環(huán)節(jié)，教師利用網(wǎng)絡(luò)平臺組織和施行教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生進展自主學(xué)習(xí)并能對學(xué)生課外學(xué)習(xí)課時進展有效管理。詳細(xì)的做法是，教師督導(dǎo)學(xué)生在課外觀看在線課程學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生獨立完成相應(yīng)的在線學(xué)習(xí)任務(wù)；教師在課堂組織輔導(dǎo)、討論、答疑和專題講座，有效補充在線任務(wù)學(xué)習(xí)。

課程組對本課網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建立也進展了比擬詳細(xì)的規(guī)劃。根據(jù)各個專業(yè)傳感器教學(xué)的要求，課程組組織并制作了適宜學(xué)生自學(xué)的CAI課件，通過課程網(wǎng)站和其他資源的相關(guān)鏈接到達(dá)自學(xué)的目的。本課程已經(jīng)上網(wǎng)的教育資源包括課程介紹、課程大綱、教案、課件、習(xí)題、實驗、理論訓(xùn)練環(huán)境及題目、知識擴展、相關(guān)鏈接、網(wǎng)上提問、網(wǎng)上答疑等，已經(jīng)根本表達(dá)了現(xiàn)代教育技術(shù)在課程建立中的應(yīng)用。

三理論教學(xué)的多層次化

在理論教學(xué)環(huán)節(jié)中，將綜合性、創(chuàng)新性的課內(nèi)實驗教學(xué)、興趣驅(qū)動的課外拓展性學(xué)習(xí)和以科研為背景、學(xué)科競賽為載體的高程度主題研學(xué)相結(jié)合形成有層次階段性的課外理論教學(xué)形式【4】，加強實驗環(huán)節(jié)特別是增加課堂外綜合性實驗的數(shù)量，并直接指導(dǎo)學(xué)生的課外研學(xué)和科技創(chuàng)新活動，通過理論綜合利用所學(xué)知識以及拓展新的知識才能，并培養(yǎng)工程意識【5】。

(一)根底實驗教學(xué)

根底實驗的教學(xué)目的在于培養(yǎng)學(xué)生運用實驗方法研究各種傳感器原理及檢測系統(tǒng)的才能【5】。實驗的內(nèi)容根據(jù)教學(xué)的詳細(xì)情況確定。各專業(yè)原課內(nèi)實驗學(xué)時是48個，包括應(yīng)變傳感器測量電橋性能測試等必做實驗和熱敏傳感器溫度測試實驗等精選實驗。如今將課內(nèi)實驗學(xué)時和教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)一調(diào)整至課外教學(xué)環(huán)節(jié)中進展，以杭州賽特CSY系列實驗平臺為根底進展根底實驗教學(xué)，其目的在于理解常用傳感器根本原理及性能應(yīng)用。

〔二〕綜合性實驗

從測量系統(tǒng)的角度設(shè)計綜合性實驗，包含傳感器相關(guān)調(diào)理環(huán)節(jié)及其他處理環(huán)節(jié)的設(shè)計，目的是理解各類傳感器的應(yīng)用，進步學(xué)生綜合運用專業(yè)知識的才能，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。目前傳感器實驗工程涉及到以下幾種傳感器的應(yīng)用：差動變壓器〔零點剩余電壓補償〕，壓阻式壓力傳感器〔壓力測量〕，壓電傳感器〔振動測量〕，霍爾傳感器〔測電機轉(zhuǎn)速〕，光電傳感器〔測電機轉(zhuǎn)速〕等。

精品課程組通過集體不斷努力，共同研制了智能數(shù)字熔點儀，基于單片機和虛擬儀器的Web遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)，基于單片機和虛擬儀器的溫度測控系統(tǒng)，基于虛擬儀器的Internet模糊溫度測控系統(tǒng)的實驗室模擬裝置，基于MCS-51與LabVIEW的遠(yuǎn)程光電信號檢測實驗室模擬裝置，壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)小型化模擬裝置，基于LABVIEW的直流電機模糊控制系統(tǒng)，基于虛擬儀器的USB高速數(shù)據(jù)采集卡，基于虛擬儀器的直流電機轉(zhuǎn)速測控實驗系統(tǒng)，基WIT_CEKONG集成裝置的溫度測控系統(tǒng)，基于PCI－6251的動態(tài)信號分析儀設(shè)計等實驗系統(tǒng)及實驗裝置。以上裝置可進展幾十個實驗工程，學(xué)生可自主設(shè)計，可根據(jù)實驗指導(dǎo)書完成，還可觀摩實驗，較好滿足不同層次學(xué)生實驗教學(xué)需要。通過傳感器的綜合實驗讓學(xué)生理解實際傳感器的應(yīng)用，加深學(xué)生對傳感器原理的理解，掌握常用傳感器的應(yīng)用，掌握最先進智能傳感器的設(shè)計方法。這些措施能使學(xué)生的實驗動手才能、創(chuàng)新才能得到進一步增強，為學(xué)生參與電子設(shè)計競賽、瑞薩智能車賽以及飛思卡爾車模賽打下了良好根底。

〔三〕設(shè)計性創(chuàng)新性實驗

設(shè)計開發(fā)各種工業(yè)用傳感器應(yīng)用測試系統(tǒng)。詳細(xì)包括：根據(jù)給定設(shè)計要求，確定檢測控制系統(tǒng)的初步方案、選擇傳感器、設(shè)計信號放大和調(diào)理電路，組建系統(tǒng)的軟硬件平臺并進展調(diào)試，系統(tǒng)的拓展等工作內(nèi)容。

在"課內(nèi)+課外";一體化教學(xué)形式的改革過程中，課程組以北京E+H公司的傳感器設(shè)備為根底建立測控系統(tǒng)。E+H各類型儀表包含：電磁流量計，渦街流量計，超聲波物位計，差壓變送器等。以現(xiàn)有設(shè)備為根底構(gòu)建流量、壓力單閉環(huán)測控系統(tǒng)，可完成空氣管道流量及壓力的測量與控制。自主設(shè)計開發(fā)基于虛擬儀器的流量/壓力測控系統(tǒng)的人機界面，組建FF總線系統(tǒng)，完成信號的采集和處理，對研究對象施加相應(yīng)調(diào)節(jié)控制策略和手段，完成相應(yīng)的信號檢測控制任務(wù)。

在南京鼎軒DXWSN物聯(lián)網(wǎng)實驗平臺根底上建成"無線傳感網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)";，設(shè)計開發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓展實驗。物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)，根底在于CC2530芯片的應(yīng)用，可在實驗平臺上開展多類傳感器信號數(shù)據(jù)實時采集實驗，LED遠(yuǎn)程控制實驗，藍(lán)牙通信及wifi通信實驗等。

通過以上實驗系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計，學(xué)生的理論才能在設(shè)計測試系統(tǒng)方案方面得到訓(xùn)練，并具有測試系統(tǒng)的分析與設(shè)計才能，為今后測控系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)奠定了根底。研究式教學(xué)中的案例重構(gòu)，針對不同專業(yè)大綱要求選擇適宜的任務(wù)進展教學(xué)。

四考核方式的改革

因為傳感器課程教學(xué)方式改革為"課內(nèi)+課外";相結(jié)合的一體化教學(xué)形式，此時課程考核方式也會隨之發(fā)生變化，按平時+期末的方式進展課程綜合考核，設(shè)定評價策略。

"傳感器原理及應(yīng)用";傳統(tǒng)的課程成績評定標(biāo)準(zhǔn)為：作業(yè)、考勤〔20%〕+實驗〔10%〕+閉卷考試〔70%〕。課程考核改變傳統(tǒng)單純地靠答卷考試的形式，采用"綜合化";的考核方法，增加平時考核比重和次數(shù)，并采取形式多樣的考核形式。詳細(xì)方案是將平時考核所占的分?jǐn)?shù)比重由30%進步至40~70%，加大理論環(huán)節(jié)和研討報告考核的成績比例，強化對學(xué)習(xí)過程的考核和對理論才能、創(chuàng)新才能的考核。

針對實驗與創(chuàng)新理論的評價和評估，其課程考核分為理論成績〔50%〕和筆試成績〔50%〕。實驗結(jié)果根據(jù)學(xué)生在實驗過程中的理論才能、分析才能和解決問題才能給出不同的權(quán)重。針對綜合性實驗設(shè)計和創(chuàng)新性理論活動進展報告表達(dá)技能考核，主要考核其報告撰寫、辯論及演示等內(nèi)容，考核方式為"專題辯論和交流";2-4個學(xué)時。分組實驗中每個組選取一位同學(xué)代表該組上臺演示并辯論，按完成進度快慢和功能實現(xiàn)與否作為最后總成績的評價指標(biāo)【4】。

五結(jié)語

將"課內(nèi)+課外";一體化教學(xué)改革形式引入到"傳感器原理及應(yīng)用";的教學(xué)過程中，關(guān)鍵是在有效的課程學(xué)時中采用新的教學(xué)策略順利開展教學(xué)活動。這種形式對于其他理論性強的專業(yè)課程都有借鑒作用。課堂內(nèi)外一體化教學(xué)對學(xué)生有很大的學(xué)習(xí)空間和/