李麗華，杜立峰

（成都錦城學院電子信息學院，四川 成都 611731）

“傳感器原理與應(yīng)用”是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，傳感器技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的重要技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用，也是物聯(lián)網(wǎng)的必備關(guān)鍵技術(shù)之一?！皞鞲衅髟砼c應(yīng)用”課程知識點多，涉及數(shù)字電路、模擬電路、單片機和程序設(shè)計方面的內(nèi)容，具有很強的實踐性和綜合性。同時，這門課程還是后續(xù)學習傳感網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)，所以學好該課程是掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵。

為了適應(yīng)新工科建設(shè)需要，推進課程教學創(chuàng)新，開展線上、線下混合式教學模式的改革，進行智慧教育，開展高階教學工作的探索與實踐成為了近幾年的工作重點[1]。在傳感器的高階教學課程中，秉承強化課程實用性和高階性的理念，以提升學生的核心競爭力為目標，在教學實踐過程中按照“一基兩軸，三階遞進”的教學目標，分類框架對教學活動進行精心設(shè)計，主要從以下幾個方面進行了一系列的改革，取得了較為明顯的成效。

1 教學內(nèi)容與工程項目相結(jié)合

教學內(nèi)容與工程項目相結(jié)合，教研相長。按照“以專業(yè)帶動產(chǎn)業(yè)、以產(chǎn)業(yè)影響專業(yè)”的思路，以產(chǎn)教融合、校企合作為突破口，與產(chǎn)業(yè)、企業(yè)建立深入合作關(guān)系，在課程中納入企業(yè)實際應(yīng)用的項目，對項目進行深度剖析，找到課程結(jié)合點，以此拓展，設(shè)計融入課程的理論、實踐、高階教學中，努力做到課程內(nèi)容與人才培養(yǎng)目標和培養(yǎng)標準對標，同時重視工程實踐、素質(zhì)培養(yǎng)、團隊協(xié)作等非認知能力的培養(yǎng)。此外，在條件允許的情況下，將學生帶進企業(yè)參觀、調(diào)研、學習、實習，學習知識的同時為企業(yè)出一份力，努力做到學校、學生、企業(yè)三方受益，形成產(chǎn)學研的學習閉環(huán)。

2 教學內(nèi)容與比賽相結(jié)合

教學內(nèi)容與比賽相結(jié)合，以賽促學、教賽相長。傳統(tǒng)的傳感器教材是以講解各種傳感器的原理為主，舉例說明傳感器的實際應(yīng)用，學生學完后，能對傳感器有宏觀的認識，但是實際的傳感器并沒有接觸到，更談不上具體工程應(yīng)用時，如何去使用。在電子設(shè)計大賽、智能車、機器人、光電設(shè)計、飛行器大賽、科技制作等比賽中，傳感器都是非常重要的組成模塊，如陀螺儀、紅外傳感器等；同時，在物聯(lián)網(wǎng)的工程應(yīng)用領(lǐng)域中，傳感器也有著大量、大面積的使用，如溫濕度傳感器、光敏傳感器。因此，從比賽和專業(yè)應(yīng)用2方面綜合考慮，將這類典型的傳感器納入課程教學內(nèi)容顯得非常有必要。

以專業(yè)人才培養(yǎng)方案為根本，結(jié)合最新的專業(yè)崗位調(diào)查，關(guān)注課程對應(yīng)的崗位，如傳感器技術(shù)工程師、物聯(lián)網(wǎng)硬件工程師等具體崗位對知識、技能、素養(yǎng)的要求，同時兼顧對近幾年學科緊密相關(guān)的比賽真題分析，確定課程的重點、難點以及高階教學的內(nèi)容。課程內(nèi)容的設(shè)置來源如圖1所示。

圖1 課程內(nèi)容的設(shè)置來源

根據(jù)課程的連貫和知識的連貫性，一般課程的開設(shè)順序大致為程序設(shè)計類課程、電路課程、單片機課程、傳感器課程和無線傳感網(wǎng)課程，整理課程鏈路魚骨，會發(fā)現(xiàn)傳感器課程在整個物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的課程體系中，起著重要的承上啟下作用。

因此，在傳感器課程教學中，尤其在高階實踐教學中，融入對單片機的使用，讓學生做一些實物制作和軟件開發(fā)，既可以加強對前面課程知識的運用，又可以讓傳感器的應(yīng)用性體現(xiàn)得更加明顯。比如在做課程設(shè)計的時候，就可以借以單片機平臺，做一些融合性的設(shè)計。高階內(nèi)容的相關(guān)課程如圖2所示。

圖2 高階內(nèi)容的相關(guān)課程

3 教師從“教知識”向“教思維”提升

教學手段向高階跟進，教師從“教知識”向“教思維”提升。將翻轉(zhuǎn)課堂和線上教學相結(jié)合，利用電子產(chǎn)品將學生在學習過程中的主體地位發(fā)揮至最大化，并將教師從傳統(tǒng)意義上的教學主體轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W輔助地位，與傳統(tǒng)的教師在臺上說，學生在臺下聽的教學模式相反，注重培養(yǎng)學生主動學習的能力以及團隊協(xié)作能力。

在實際操作過程中，教師雖然身份有所轉(zhuǎn)變，偏向于輔助作用，但教師的主導地位不能被弱化。首先，教師必須設(shè)置好課程安排，對翻轉(zhuǎn)的內(nèi)容選擇要做到難易適中、緊扣教學重點內(nèi)容、以興趣或者就業(yè)為驅(qū)動力。如筆者在高階教學題目設(shè)計上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生的行業(yè)背景，采用智慧家居作為翻轉(zhuǎn)題目，分任務(wù)難度等級布置給學生，要求學生在課程即將結(jié)束時，展示自制的智慧家居作品。

在翻轉(zhuǎn)任務(wù)的實施過程中，教師的監(jiān)管、進度的檢查必不可少[2]，尤其對于一些缺乏積極主動性的學生要及時督促，對學生之間的討論也要注意是否有效地解決了問題；在翻轉(zhuǎn)課堂上，還要求教師有較強的控場能力，能做到畫龍點睛、講解關(guān)鍵內(nèi)容、提升課堂高度。

4 學生從“被動學習”向“主動學習”提升

學生學習向高階跟進，學生從“被動學習”向“主動學習”提升。在高階翻轉(zhuǎn)進行的過程中，從課前、課中到課后，學生都是主角。課前接受翻轉(zhuǎn)任務(wù)，按照要求觀看相應(yīng)視頻，查閱資料，形成實物制作的方案；課中將方案交給教師檢查，從功能和可行性等方面共同修訂方案；課后進行實物制作，逐個功能完成再疊加，并實時與教師進行互動，掌握進度并進行難點攻關(guān)，最后在翻轉(zhuǎn)課上進行實物展示匯報。高階教學過程如圖3所示。

圖3 高階教學過程

結(jié)果表明，學生在完成綜合設(shè)計的過程中，充分地提升了學生查閱資料、解決實際問題、分解復雜問題、舉一反三、團隊合作、軟硬件動手、傳感器知識運用、創(chuàng)新等能力。在整個高階翻轉(zhuǎn)完成的過程中，培養(yǎng)了學生的系統(tǒng)性、創(chuàng)造性、遷移性、關(guān)聯(lián)性和批判性等思維。

5 實驗配備向高階跟進

在傳統(tǒng)的傳感器課程教學中，一般采用先講理論、再進行實驗的方式，實驗配套如表1所示。

表1 傳統(tǒng)實驗內(nèi)容

這些實驗多著重于原理，讓學生掌握到傳感器的功能、特性、測量原理和測量過程。在實驗過程中，有一些電路連線和對示波器的常規(guī)使用，能鍛煉到學生的動手能力。但是在物聯(lián)網(wǎng)的實際工程應(yīng)用中，通常使用的都是一些產(chǎn)品化的傳感器器件，需要利用它來快速實現(xiàn)感知的功能，并將數(shù)據(jù)通過一些設(shè)備顯示出來，單片機與傳感器的聯(lián)合使用是目前的主流應(yīng)用。因此對傳感器課程進行升級、改革勢在必行。

結(jié)合專業(yè)背景和傳感器的使用場景，經(jīng)過改革升級了部分實驗設(shè)備后，增加開設(shè)的實驗內(nèi)容如表2所示。

表2 高階教學實驗內(nèi)容

在這些實驗中，可以讓傳感器的功能明顯地呈現(xiàn)出來，讓學生學會數(shù)據(jù)如何采集、如何處理、如何顯示。并且學會了傳感器與其他的控制器件如何搭配使用，解決一些真實場景下的實際問題。

6 高階翻轉(zhuǎn)階梯式加深，實現(xiàn)全員提高

采用智慧家居項目作為傳感器課程的高階翻轉(zhuǎn)內(nèi)容，體現(xiàn)了與物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的緊密結(jié)合，其中包含的知識點也與競賽及一些硬件作品的制作方法緊密結(jié)合，但是對于大二年級的學生，之前沒有做過較系統(tǒng)的設(shè)計，所以，做這項任務(wù)是具有較大難度的。鑒于此，對大項目進行分階段的剖析和分層次的設(shè)計，配以階段提示和階段檢查，一步步落實高階翻轉(zhuǎn)工作，顯得非常有必要。高階分階段教學實施步驟如圖4所示。

圖4 高階分階段教學實施步驟

7 評價體系向高階跟進

為了讓高階翻轉(zhuǎn)和深度學習落到實處，對教學過程的管理改革也是一個很重要的方面，制定線上成績、課堂表現(xiàn)、作業(yè)成績、測驗成績、課程論文、高階翻轉(zhuǎn)的分數(shù)計算方法，明確和規(guī)范分數(shù)的組成比例，尤其明確高階課程和實踐課程的評價方法。

健全評價體系，通過當面檢查、抽問、作業(yè)、測驗、問卷等方式全面反饋，將沒過關(guān)的作業(yè)打回重做，二次批改；對高階翻轉(zhuǎn)內(nèi)容進行多次階段檢查，高階答辯結(jié)束，根據(jù)教師點評，要求學生二次改進作品，能有效地提高作業(yè)、實驗、高階設(shè)計的質(zhì)量。

8 深度學習，深度拓展

以比賽和就業(yè)作為高階教學的切入點，課程內(nèi)容采用金字塔式的設(shè)置，如圖5所示。讓學生掌握多樣化的學習方法，知識深度到國賽，能力深度到企業(yè)，思維深度到受益一生。

圖5 “傳感器原理與應(yīng)用”課程內(nèi)容金字塔

實踐教學發(fā)現(xiàn)，學生經(jīng)過這樣的高階翻轉(zhuǎn)，在課程即將結(jié)束時除了制作出智慧家居的傳感器綜合實物以外，有的小組還自發(fā)完成了智慧澆花、自動寵物喂食器、自助咖啡機、智能垃圾桶、智能手環(huán)、小愛同學、音樂氛圍燈等各種實物的制作，培養(yǎng)出了對硬件制作的興趣愛好，做到了對傳感器的靈活運用。