徐新黎，許金山，姜娓娓

（浙江工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310023）

0 引 言

傳感器與檢測(cè)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)工程、測(cè)控等專業(yè)的一門重要課程，該課程包括檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)構(gòu)型、物性型、固態(tài)等常用傳感器的結(jié)構(gòu)和性能，以及溫度、壓力、流量等常用量的檢測(cè)技術(shù)。從傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程的教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看，存在課堂教學(xué)重理論輕應(yīng)用，重單元檢測(cè)電路講解輕綜合應(yīng)用實(shí)例分析，課程實(shí)驗(yàn)設(shè)置覆蓋面小等問(wèn)題[1-2]。由于傳感器原理枯燥，傳感器測(cè)量涉及電路分析及綜合知識(shí)的應(yīng)用相對(duì)抽象、不夠直觀，導(dǎo)致學(xué)生靈活應(yīng)用傳感器的能力相對(duì)欠缺，傳感器綜合應(yīng)用的設(shè)計(jì)能力更是不足[3-4]。

CDIO工程教育模式是“ 做中學(xué)” 和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)[5]?；贑DIO工程教學(xué)模式理念[6]，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)模式、設(shè)計(jì)教學(xué)考核等方面進(jìn)行探索。

1 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

根據(jù)國(guó)際工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，明確傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程的目標(biāo)，以工程應(yīng)用能力培養(yǎng)（包括分析、研究能力，實(shí)踐和設(shè)計(jì)能力，自學(xué)能力，表達(dá)能力和創(chuàng)新能力）為根本，使學(xué)生掌握常用傳感器的工作原理與基本結(jié)構(gòu)，掌握常見機(jī)械、熱工、流量等測(cè)量及檢測(cè)技術(shù)，了解不同物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域中傳感器的集成化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)，了解低功耗傳感器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)等，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維。

由于傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程內(nèi)容繁多，且新的培養(yǎng)計(jì)劃對(duì)學(xué)時(shí)數(shù)又進(jìn)行了壓縮，從原來(lái)的48學(xué)時(shí)調(diào)整為32學(xué)時(shí)。此外，傳感器原理又枯燥難懂，測(cè)量電路也晦澀復(fù)雜，導(dǎo)致學(xué)生通常只是對(duì)基本原理有所了解，但對(duì)知識(shí)點(diǎn)的印象并不深刻，更不懂傳感器在實(shí)際中怎么用[3,7]。因此根據(jù)課程的教學(xué)目標(biāo)，圍繞工程應(yīng)用能力培養(yǎng)目標(biāo)，在減課時(shí)但不減教學(xué)質(zhì)量的前提下，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。

1）縮減理論教學(xué)內(nèi)容。

結(jié)合應(yīng)用型本科院校的學(xué)生特點(diǎn)，理論教學(xué)內(nèi)容主要包括結(jié)構(gòu)型、物性型、固態(tài)等常用傳感器的結(jié)構(gòu)和性能，以及溫度、壓力、流量等常用量的檢測(cè)技術(shù)?？s減檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)；重點(diǎn)講解工程應(yīng)用中的參數(shù)測(cè)量（如溫度、壓力、流量、位移、機(jī)械量等參數(shù)測(cè)量），分析各參數(shù)的測(cè)量實(shí)現(xiàn)方法，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)。

2）擴(kuò)充應(yīng)用型教學(xué)內(nèi)容。

為了提升學(xué)生傳感器應(yīng)用系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)能力，考慮不同物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域中傳感器的使用方法和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，每種傳感器理論學(xué)完后增加與該傳感器相關(guān)的典型應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行講解。如壓電式傳感器之后配以壓電式玻璃破碎報(bào)警應(yīng)用例子，紅外傳感器之后配以紅外成像測(cè)溫應(yīng)用例子，超聲波傳感器之后配以移動(dòng)測(cè)距定位的應(yīng)用例子等。具體實(shí)例圍繞工程實(shí)際問(wèn)題確定的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、傳感器選型、測(cè)量電路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)仿真等展開。通過(guò)對(duì)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行系統(tǒng)、完整的分析和講解，使學(xué)生了解傳感器的使用方法和使用效果，提高學(xué)生對(duì)課程的興趣。

3）調(diào)整實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目。

針對(duì)課程實(shí)驗(yàn)設(shè)置覆蓋面小、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多、綜合性創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)偏少的現(xiàn)狀[1]，將實(shí)驗(yàn)類型調(diào)整為設(shè)計(jì)性和綜合性兩種?？紤]到實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要是基于物聯(lián)網(wǎng)感知實(shí)驗(yàn)箱，要求至少完成光照、溫濕度、繼電器、人體紅外、空氣質(zhì)量等傳感器采集實(shí)驗(yàn)中的3個(gè)實(shí)驗(yàn)。以溫濕度傳感器采集實(shí)驗(yàn)和人體紅外傳感器采集實(shí)驗(yàn)為例，溫濕度傳感器采集實(shí)驗(yàn)主要是針對(duì)溫濕度傳感器進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)采集的過(guò)程，理解傳感器的一階響應(yīng)過(guò)程，能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)參數(shù)；人體紅外傳感器采集實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)一個(gè)開關(guān)量傳感器進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)采集的過(guò)程，了解人體紅外傳感器工作原理以及傳感器輸出信號(hào)類型，掌握AD模塊（即數(shù)據(jù)采集模塊）的使用方法，了解AD模塊的工作機(jī)制，掌握AD數(shù)據(jù)讀取方式。對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)，考慮到物聯(lián)網(wǎng)感知實(shí)驗(yàn)箱集成度高，不利于傳感器原理的分析以及檢測(cè)系統(tǒng)的搭建，因此引入結(jié)合單片機(jī)開發(fā)板的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，學(xué)生可以自主組隊(duì)、自主選擇傳感器類型進(jìn)行傳感器綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)。綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在課程學(xué)期中后期進(jìn)行，要求畫出原理圖，結(jié)合開發(fā)板制作出傳感器綜合應(yīng)用的作品并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的檢測(cè)功能，寫出實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。以設(shè)計(jì)性和綜合性為主的課程實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了課程理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用的緊密結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)傳感器的興趣和熱情。

2 教學(xué)模式改革

在課時(shí)縮減的情況下，如何把原有課程內(nèi)容盡可能完整地教授給學(xué)生，如何提高課程的教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生的積極探索和自主學(xué)習(xí)意識(shí)，這些都是當(dāng)前教學(xué)亟待解決的問(wèn)題。根據(jù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程的特點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)現(xiàn)狀等實(shí)際情況，并結(jié)合微課、翻轉(zhuǎn)課堂、對(duì)分課堂等新型教學(xué)模式，對(duì)教學(xué)模式及教學(xué)方法等進(jìn)行改革。

1）加強(qiáng)微視頻演示教學(xué)。

改變以往以羅列知識(shí)點(diǎn)為主的PPT課件，引入傳感器實(shí)物照片、原理動(dòng)畫、應(yīng)用視頻等內(nèi)容，綜合動(dòng)畫、聲音、圖形等形式，增加課件的生動(dòng)性和直觀性，加深學(xué)生對(duì)傳感器的理論理解和實(shí)踐認(rèn)識(shí)。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐，以可移動(dòng)可操控的智能小車為載體制作微視頻，通過(guò)紅外傳感器避障、光電傳感器巡線、超聲波傳感器在巡線中測(cè)距等把幾種傳感器的工作原理、設(shè)計(jì)方法、傳感器特性等融合。通過(guò)微視頻演示教學(xué)，教師用具體的傳感器實(shí)物及功能演示取代枯燥的理論闡述，學(xué)生可以更直觀地理解并加深對(duì)傳感器原理和應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用綜合設(shè)計(jì)等后續(xù)課程奠定基礎(chǔ)。

2）開展PAD課堂教學(xué)試點(diǎn)。

改變直接對(duì)原有課程內(nèi)容開展?jié)M堂灌的授課模式，在課時(shí)縮減的情況下，對(duì)部分教學(xué)內(nèi)容開展“對(duì)分課堂”教學(xué)，即PAD課堂教學(xué)，把教學(xué)時(shí)間分為講授（Oresentation）、內(nèi)化吸收（Assimilation）和討論（Discussion）[7]。以固態(tài)傳感器為例，講授環(huán)節(jié)主要是結(jié)合工程實(shí)際問(wèn)題介紹磁敏、濕敏與氣敏傳感器工作原理及測(cè)量方法的重點(diǎn)和難點(diǎn)，但不覆蓋細(xì)節(jié)，然后布置課外查閱資料，完成分析固態(tài)傳感器的原理、特點(diǎn)、特性、實(shí)際應(yīng)用等討論話題以及作業(yè)。在講授和討論兩個(gè)環(huán)節(jié)之間，學(xué)生有一周的時(shí)間來(lái)閱讀教材以及通過(guò)微視頻教學(xué)、MOOC等網(wǎng)絡(luò)輔助自主學(xué)習(xí)，消化和吸收課堂知識(shí)，完成相關(guān)問(wèn)題與作業(yè)。在討論環(huán)節(jié)，學(xué)生針對(duì)上次的授課內(nèi)容及問(wèn)題，通過(guò)與作業(yè)分享自己內(nèi)化的學(xué)習(xí)結(jié)果，互相答疑，并記錄問(wèn)題。最后，教師集中解答匯總的疑難問(wèn)題，并做課堂總結(jié)。“對(duì)分課堂”可以提高學(xué)生個(gè)性化的內(nèi)化吸收，同時(shí)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考及解決問(wèn)題的能力。

3）強(qiáng)化課程綜合性實(shí)驗(yàn)。

在課程學(xué)期中后期進(jìn)行基于單片機(jī)開發(fā)板的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生課后分組完成，鼓勵(lì)學(xué)生自主立題、自主討論系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案（包括傳感器、開發(fā)板等的選型及采購(gòu)等），開展系統(tǒng)分析與開發(fā)，完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告，最后進(jìn)行項(xiàng)目答辯及演示。教師在整個(gè)過(guò)程中給以輔導(dǎo)和啟發(fā)，給學(xué)生發(fā)揮的空間，充分激發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的潛在能力和積極性。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的實(shí)踐教學(xué)是通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施來(lái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)到能力的橋梁，從而更好地達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生開展的傳感器綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)（如人體感應(yīng)智能臺(tái)燈、人體健康監(jiān)測(cè)、火災(zāi)監(jiān)測(cè)與報(bào)警、避障小車、濕地環(huán)境監(jiān)測(cè)等），很好地鍛煉了分析和解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力，同時(shí)項(xiàng)目小組的團(tuán)隊(duì)合作也提高了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。

3 教學(xué)考核設(shè)計(jì)

由于傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程知識(shí)點(diǎn)多且分散，通常采用筆試進(jìn)行考核，導(dǎo)致存在考試內(nèi)容重知識(shí)輕能力，考核方式單一，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的管控不足等問(wèn)題[8]。為了加強(qiáng)過(guò)程性考核，克服“平時(shí)不努力，考前搞突擊”現(xiàn)象，對(duì)現(xiàn)行教學(xué)考核方式進(jìn)行調(diào)整，提高過(guò)程性考核的比例，強(qiáng)化對(duì)傳感器工作原理分析的考核以及學(xué)生實(shí)際動(dòng)手、應(yīng)用能力的考核。

1）課后作業(yè)成績(jī)（10%）。

課后作業(yè)內(nèi)容注意類型搭配，以基本原理題和綜合分析題為主，盡量選用加深概念、開拓思路、綜合應(yīng)用及訓(xùn)練基本技能的題目。教師通過(guò)學(xué)生是否獨(dú)立完成、是否步驟清楚完整、是否能正確分析理解等，對(duì)學(xué)生的課后作業(yè)情況進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定。

2）討論課表現(xiàn)成績(jī)（20%）。

結(jié)合PAD課程討論教學(xué)，對(duì)學(xué)生在討論課上的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)定。以討論金屬應(yīng)變片主要特性為例，教師通過(guò)對(duì)學(xué)生正確了解哪些主要特性、是否查閱相關(guān)資料并討論分析了特性的影響和補(bǔ)償方法、參與討論的態(tài)度、資料采集歸類和分析處理的能力、是否主動(dòng)提出應(yīng)用設(shè)想、與他人合作等方面，綜合性地對(duì)該次討論表現(xiàn)進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定。

3）課內(nèi)實(shí)驗(yàn)成績(jī)（20%）。

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)包含設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)成績(jī)（10%）和綜合性實(shí)驗(yàn)成績(jī)（10%）。對(duì)于設(shè)計(jì)性傳感器實(shí)驗(yàn)，教師可根據(jù)實(shí)際操作的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性，以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫的內(nèi)容完備性、結(jié)果分析正確性、格式規(guī)范性等方面進(jìn)行定績(jī)。對(duì)于綜合性傳感器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，教師可根據(jù)學(xué)生應(yīng)用設(shè)計(jì)電路的正確性與實(shí)驗(yàn)情況、階段進(jìn)展情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)答辯等進(jìn)行評(píng)定，重點(diǎn)是對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)分析能力、總結(jié)能力、表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等進(jìn)行評(píng)定。實(shí)驗(yàn)答辯包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容匯報(bào)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目演示和問(wèn)題回答等，其中教師對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都要提出幾個(gè)問(wèn)題，主要考查學(xué)生對(duì)傳感器原理的理解程度、對(duì)所選傳感器有關(guān)特性及測(cè)量技術(shù)的掌握程度、對(duì)傳感器應(yīng)用中所遇問(wèn)題的分析與解決程度等。

4）期末考試成績(jī)（50%）。

期末考試試題覆蓋考試大綱，試卷內(nèi)容以考查應(yīng)用性知識(shí)題為主，主要對(duì)學(xué)生的傳感器工作原理分析能力、傳感器應(yīng)用能力以及綜合設(shè)計(jì)能力等進(jìn)行考核。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于CDIO工程教學(xué)模式理念，圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)評(píng)價(jià)等進(jìn)行改革。經(jīng)過(guò)課程教學(xué)實(shí)施操作，與之前教學(xué)現(xiàn)狀相比，教學(xué)改革取得了一定的成效：學(xué)生課堂注意力集中明顯，課堂討論氣氛逐漸活躍，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高；課內(nèi)實(shí)驗(yàn)大部分學(xué)生基本能自主做實(shí)驗(yàn)，課后綜合性實(shí)驗(yàn)中學(xué)生的積極性被充分調(diào)動(dòng)起來(lái)，學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際綜合應(yīng)用能力和工程意識(shí)都大幅提高。