“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(cè)控技術(shù)及儀器、自動(dòng)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(shí)減少，課外學(xué)時(shí)增加，為順利開展教學(xué)活動(dòng)并能將學(xué)生課內(nèi)外時(shí)間充分結(jié)合，實(shí)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(jì)、理論環(huán)節(jié)創(chuàng)新、考核方式改革等幾個(gè)方面給出詳細(xì)做法，理論說明，課程教學(xué)改革能進(jìn)步學(xué)生的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)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(cè)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(jī)械、電氣、物理、化學(xué)、光學(xué)、材料、生物、半導(dǎo)體等各個(gè)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(shí)用性很強(qiáng)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(jìn)新的專業(yè)課程教學(xué)大綱，進(jìn)一步壓縮課程理論課時(shí)，相應(yīng)增加其課外時(shí)間【1】。此時(shí)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(dòng)充分結(jié)合，形成一體化的教學(xué)形式，以增強(qiáng)學(xué)生整體素質(zhì)并進(jìn)步其理論創(chuàng)新才能。

本文針對(duì)傳感器課程理論知識(shí)綜合且與工程理論結(jié)合嚴(yán)密的特點(diǎn)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(qiáng)的教學(xué)過程中。這種教學(xué)形式意在強(qiáng)化學(xué)生的理論動(dòng)手才能，采用縮減課內(nèi)學(xué)時(shí)、增加課外理論活動(dòng),強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主和自覺學(xué)習(xí),同時(shí)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(shí)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(jìn)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(gè)方面。

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

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(duì)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(shí)現(xiàn)從理論教學(xué)到理論教學(xué)以致課外研學(xué)等整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中的研究式教學(xué)方法的融會(huì)貫穿【3】。

本課程的內(nèi)容設(shè)計(jì)分為理論教學(xué)、理論教學(xué)和課外研學(xué)三個(gè)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(cè)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(shí)現(xiàn)根底和綜合應(yīng)用的循序漸進(jìn)，而且還及時(shí)將課題組的科研成果轉(zhuǎn)化為生動(dòng)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(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。課外研究是從課堂到課外的有效延伸。可分為專題研究、自主研究和高程度學(xué)科競(jìng)賽三類。

根據(jù)傳感器課程的教學(xué)要求同時(shí)結(jié)合精品課程建立的經(jīng)歷，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)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(cè)原理、應(yīng)用及相關(guān)的知識(shí)內(nèi)容。根據(jù)各專業(yè)對(duì)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(shí)與特性，擴(kuò)展RIC傳感器、智能網(wǎng)絡(luò)化傳感器技術(shù)等。對(duì)應(yīng)每項(xiàng)研究主題，教師通過精講給出研究的重點(diǎn)問題和難點(diǎn)問題，學(xué)生圍繞這些問題進(jìn)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(shí)驗(yàn)室解決傳感器實(shí)際應(yīng)用問題，教師根據(jù)學(xué)生討論及實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出總結(jié)、展示、答疑和評(píng)價(jià)。

如以下列圖，以"超聲波物位計(jì)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(gè)系統(tǒng)化的研究任務(wù)，教師會(huì)在課堂引導(dǎo)學(xué)生研究一系列循序漸進(jìn)的問題：壓電式傳感器的測(cè)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(cè)量電路，聲波式傳感器的應(yīng)用實(shí)例等。學(xué)生參考資料庫和課程信息化平臺(tái)按步驟完成每個(gè)研究任務(wù)，可通過討論確定方案并在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下調(diào)試任務(wù)，教師針對(duì)每個(gè)研究任務(wù)的完成情況進(jìn)展輔導(dǎo)、綜合評(píng)價(jià)和總結(jié)。這一個(gè)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(píng)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(huì)到主動(dòng)學(xué)習(xí)獲取知識(shí)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(shí)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(shí)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(tái)組織和施行教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)展自主學(xué)習(xí)并能對(duì)學(xué)生課外學(xué)習(xí)課時(shí)進(jìn)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(dú)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(bǔ)充在線任務(wù)學(xué)習(xí)。

課程組對(duì)本課網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建立也進(jìn)展了比擬詳細(xì)的規(guī)劃。根據(jù)各個(gè)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(shí)驗(yàn)、理論訓(xùn)練環(huán)境及題目、知識(shí)擴(kuò)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(shí)驗(yàn)教學(xué)、興趣驅(qū)動(dòng)的課外拓展性學(xué)習(xí)和以科研為背景、學(xué)科競(jìng)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(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)特別是增加課堂外綜合性實(shí)驗(yàn)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(dòng)，通過理論綜合利用所學(xué)知識(shí)以及拓展新的知識(shí)才能，并培養(yǎng)工程意識(shí)【5】。

(一)根底實(shí)驗(yàn)教學(xué)

根底實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的在于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法研究各種傳感器原理及檢測(cè)系統(tǒng)的才能【5】。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)是48個(gè)，包括應(yīng)變傳感器測(cè)量電橋性能測(cè)試等必做實(shí)驗(yàn)和熱敏傳感器溫度測(cè)試實(shí)驗(yàn)等精選實(shí)驗(yàn)。如今將課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)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(jìn)展，以杭州賽特CSY系列實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為根底進(jìn)展根底實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)

從測(cè)量系統(tǒng)的角度設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)，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(jì)，目的是理解各類傳感器的應(yīng)用，進(jìn)步學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的才能，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。目前傳感器實(shí)驗(yàn)工程涉及到以下幾種傳感器的應(yīng)用：差動(dòng)變壓器〔零點(diǎn)剩余電壓補(bǔ)償〕，壓阻式壓力傳感器〔壓力測(cè)量〕，壓電傳感器〔振動(dòng)測(cè)量〕，霍爾傳感器〔測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速〕，光電傳感器〔測(cè)電機(jī)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(diǎn)儀，基于單片機(jī)和虛擬儀器的Web遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，基于單片機(jī)和虛擬儀器的溫度測(cè)控系統(tǒng)，基于虛擬儀器的Internet模糊溫度測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室模擬裝置，基于MCS-51與LabVIEW的遠(yuǎn)程光電信號(hào)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，基WIT_CEKONG集成裝置的溫度測(cè)控系統(tǒng)，基于PCI－6251的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)裝置。以上裝置可進(jìn)展幾十個(gè)實(shí)驗(yàn)工程，學(xué)生可自主設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成，還可觀摩實(shí)驗(yàn)，較好滿足不同層次學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要。通過傳感器的綜合實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生理解實(shí)際傳感器的應(yīng)用，加深學(xué)生對(duì)傳感器原理的理解，掌握常用傳感器的應(yīng)用，掌握最先進(jìn)智能傳感器的設(shè)計(jì)方法。這些措施能使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手才能、創(chuàng)新才能得到進(jìn)一步增強(qiáng)，為學(xué)生參與電子設(shè)計(jì)競(jìng)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(jì)性創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)開發(fā)各種工業(yè)用傳感器應(yīng)用測(cè)試系統(tǒng)。詳細(xì)包括：根據(jù)給定設(shè)計(jì)要求，確定檢測(cè)控制系統(tǒng)的初步方案、選擇傳感器、設(shè)計(jì)信號(hào)放大和調(diào)理電路，組建系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)并進(jìn)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(cè)控系統(tǒng)。E+H各類型儀表包含：電磁流量計(jì)，渦街流量計(jì)，超聲波物位計(jì)，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(cè)控系統(tǒng)，可完成空氣管道流量及壓力的測(cè)量與控制。自主設(shè)計(jì)開發(fā)基于虛擬儀器的流量/壓力測(cè)控系統(tǒng)的人機(jī)界面，組建FF總線系統(tǒng)，完成信號(hào)的采集和處理，對(duì)研究對(duì)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(hào)檢測(cè)控制任務(wù)。

在南京鼎軒DXWSN物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)根底上建成"無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)";，設(shè)計(jì)開發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓展實(shí)驗(yàn)。物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，根底在于CC2530芯片的應(yīng)用，可在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上開展多類傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)，LED遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)，藍(lán)牙通信及wifi通信實(shí)驗(yàn)等。

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

四考核方式的改革

因?yàn)閭鞲衅髡n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(shí)課程考核方式也會(huì)隨之發(fā)生變化，按平時(shí)+期末的方式進(jìn)展課程綜合考核，設(shè)定評(píng)價(jià)策略。

"傳感器原理及應(yīng)用";傳統(tǒng)的課程成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)為：作業(yè)、考勤〔20%〕+實(shí)驗(yàn)〔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(shí)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(shí)考核所占的分?jǐn)?shù)比重由30%進(jìn)步至40~70%，加大理論環(huán)節(jié)和研討報(bào)告考核的成績(jī)比例，強(qiáng)化對(duì)學(xué)習(xí)過程的考核和對(duì)理論才能、創(chuàng)新才能的考核。

針對(duì)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新理論的評(píng)價(jià)和評(píng)估，其課程考核分為理論成績(jī)〔50%〕和筆試成績(jī)〔50%〕。實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)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(duì)綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新性理論活動(dòng)進(jìn)展報(bào)告表達(dá)技能考核，主要考核其報(bào)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(gè)學(xué)時(shí)。分組實(shí)驗(yàn)中每個(gè)組選取一位同學(xué)代表該組上臺(tái)演示并辯論，按完成進(jìn)度快慢和功能實(shí)現(xiàn)與否作為最后總成績(jī)的評(píng)價(jià)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(shí)中采用新的教學(xué)策略順利開展教學(xué)活動(dòng)。這種形式對(duì)于其他理論性強(qiáng)的專業(yè)課程都有借鑒作用。課堂內(nèi)外一體化教學(xué)對(duì)學(xué)生有很大的學(xué)習(xí)空間和/