［摘 要］ 在新工科背景下，“傳感器原理與應(yīng)用”課程教學(xué)存在的不足，亟須進(jìn)行教學(xué)方法改革。傳感器技術(shù)作為現(xiàn)代科學(xué)和工程領(lǐng)域的支柱之一，在快速發(fā)展的科技浪潮中，“傳感器原理與應(yīng)用”課程教學(xué)面臨著諸多挑戰(zhàn)，包括課程理論與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)、教材陳舊不及時(shí)更新、缺乏實(shí)踐機(jī)會(huì)和跨學(xué)科教學(xué)等問題。為了解決這些問題，提出了一系列創(chuàng)新性的教學(xué)方法和改革措施。通過改革，學(xué)生不僅能夠掌握傳感器技術(shù)的基本原理，還能夠培養(yǎng)實(shí)際問題解決、創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)合作的能力。這些措施將“傳感器原理與應(yīng)用”課程引向更具實(shí)用性和創(chuàng)新性的方向，為新工科人才的培養(yǎng)提供了有力支持。

［關(guān)鍵詞］ 傳感器原理與應(yīng)用；新工科；教學(xué)模式改革；創(chuàng)新實(shí)踐

［基金項(xiàng)目］ 2023年度中山大學(xué)教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程類項(xiàng)目“《傳感器原理與應(yīng)用》線下課程建設(shè)”（76160-12220011）

［作者簡介］ 王本斐（1989—），男，安徽六安人，博士，中山大學(xué)智能工程學(xué)院副教授，主要從事電氣自動(dòng)化和智能傳感器研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1674-9324（2024）22-0089-04 ［收稿日期］ 2023-10-13

一、新工科背景下“傳感器原理與應(yīng)用”課程教學(xué)的不足與改革必要性

在當(dāng)前新工科背景下，工程技術(shù)與科學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展已經(jīng)徹底改變了我們的生活和工作方式，而傳感器技術(shù)作為現(xiàn)代科學(xué)和工程領(lǐng)域的支柱之一，更是處于這場科技變革的前沿［1-2］。然而，盡管新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，“傳感器原理與應(yīng)用”課程教學(xué)卻在很大程度上滯后于這一科技浪潮。該課程的傳統(tǒng)模式和教學(xué)內(nèi)容難以適應(yīng)當(dāng)今快速發(fā)展的技術(shù)需求，這使得傳感器領(lǐng)域的人才儲(chǔ)備和技術(shù)應(yīng)用有一定滯后性，呈現(xiàn)出以下方面的不足［3-4］。

（一）課程理論與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)

“傳感器原理與應(yīng)用”課程在過去往往過于理論化，課堂教學(xué)側(cè)重于傳感器的基本原理和數(shù)學(xué)模型，而忽視了實(shí)際應(yīng)用場景。學(xué)生在課堂上獲得的知識(shí)雖然有助于理解傳感器的工作原理，但卻難以將這些知識(shí)與實(shí)際工程應(yīng)用相結(jié)合。因此，學(xué)生往往發(fā)現(xiàn)所學(xué)知識(shí)與實(shí)際工作存在較大的鴻溝，影響職業(yè)發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用能力。

（二）教材陳舊不及時(shí)更新

由于傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，教材的陳舊問題尤為突出。新的傳感器類型、工作原理以及最新的應(yīng)用案例層出不窮，然而，傳統(tǒng)教材滯后于技術(shù)發(fā)展，無法反映最新的科技進(jìn)展和行業(yè)需求。這使得知識(shí)常常已經(jīng)過時(shí)，無法適應(yīng)當(dāng)前的實(shí)際需求，也影響學(xué)生的職場競爭力。

（三）缺乏實(shí)踐機(jī)會(huì)

課程中缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)和實(shí)際操作機(jī)會(huì)，使得學(xué)生難以將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際技能。傳感器的應(yīng)用需要學(xué)生具備實(shí)際操作的能力，包括傳感器設(shè)備的調(diào)試、數(shù)據(jù)的采集與處理、故障排除等。缺乏實(shí)踐機(jī)會(huì)使得學(xué)生在面對(duì)實(shí)際工程問題時(shí)缺乏足夠的信心和經(jīng)驗(yàn)，限制了學(xué)生的職業(yè)發(fā)展。

（四）缺乏跨學(xué)科教學(xué)

傳感器技術(shù)通常涉及物理學(xué)、電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，然而，傳統(tǒng)課程往往局限于單一學(xué)科，缺乏跨學(xué)科的教學(xué)［5］。學(xué)生很難獲得綜合性的知識(shí)，無法理解傳感器技術(shù)在不同學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用。

因此，為了解決這些問題，“傳感器原理與應(yīng)用”課程需要進(jìn)行全面的改革，包括更新教學(xué)內(nèi)容、引入實(shí)踐機(jī)會(huì)、跨學(xué)科教學(xué)等多方面的措施，以更好地適應(yīng)新工科背景下的人才需求。

二、新工科背景下“傳感器原理與應(yīng)用”課程教學(xué)改革措施

（一）“傳感器原理與應(yīng)用”課程教學(xué)理念與案例分析

在新工科背景下，“傳感器原理與應(yīng)用”課程的教學(xué)理念至關(guān)重要，它應(yīng)當(dāng)與時(shí)俱進(jìn)，貼合當(dāng)今科技與產(chǎn)業(yè)的脈搏，更重要的是，應(yīng)該緊密契合學(xué)生的需求，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用中脫穎而出的能力［6-7］。因此，“傳感器原理與應(yīng)用”課程的教學(xué)理念應(yīng)該緊密圍繞著以下關(guān)鍵點(diǎn)展開（如圖1所示）。

1.“傳感器原理與應(yīng)用”課程的教學(xué)理念應(yīng)當(dāng)以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，將學(xué)習(xí)焦點(diǎn)放在學(xué)生將來實(shí)際工作中可能遇到的問題上。傳感器技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括智能制造、健康醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測等。因此，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該緊密貼合這些領(lǐng)域的實(shí)際需求，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)真實(shí)問題的敏感性和解決問題的能力。

教學(xué)案例分析：考慮到實(shí)際應(yīng)用導(dǎo)向的理念，我們可以以超聲波傳感器為例進(jìn)行深入分析。在智能制造領(lǐng)域，超聲波傳感器常被用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線上的精準(zhǔn)控制。通過教授超聲波傳感器的原理、工作方式以及在自動(dòng)化制造中的具體應(yīng)用，學(xué)生可以了解到這一傳感器在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的重要性。在健康醫(yī)療領(lǐng)域，超聲波傳感器被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療影像設(shè)備。學(xué)生通過了解超聲波傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅可以掌握傳感器技術(shù)，還能夠了解醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的基本原理，為將來在醫(yī)療器械領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，超聲波傳感器被應(yīng)用于空氣質(zhì)量的監(jiān)測。通過介紹這一應(yīng)用案例，學(xué)生不僅能夠?qū)W習(xí)到傳感器的工作原理，還能夠了解到傳感器技術(shù)在保護(hù)環(huán)境方面的作用。

2.“傳感器原理與應(yīng)用”課程應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。這不僅包括傳感器技術(shù)本身的原理和應(yīng)用，還包括與傳感器相關(guān)的數(shù)據(jù)處理、信號(hào)處理、系統(tǒng)集成等方面的知識(shí)。學(xué)生應(yīng)該能夠理解和分析實(shí)際問題，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能，提出解決方案，并且具備實(shí)際操作的能力，將解決方案轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。

教學(xué)案例分析：以溫度傳感器為例，該案例可以幫助學(xué)生深入理解培養(yǎng)實(shí)際問題解決能力的過程。在教學(xué)中，學(xué)生首先學(xué)習(xí)溫度傳感器的基本原理，包括熱敏電阻和熱電偶等不同類型的溫度傳感器，以及它們的工作原理和特性。其次，學(xué)生需要了解溫度傳感器在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用場景，如智能恒溫系統(tǒng)、溫度監(jiān)測設(shè)備等。然后，學(xué)生被提出一個(gè)實(shí)際問題：在一個(gè)溫室中，需要維持一定的溫度和濕度，以促進(jìn)植物的生長。學(xué)生需要分析問題，選擇適當(dāng)?shù)臏囟葌鞲衅?，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度的系統(tǒng)。在這個(gè)過程中，學(xué)生不僅須要考慮傳感器的靈敏度和精確度，還須要了解數(shù)據(jù)處理的方法。學(xué)生須要將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際操作，選擇合適的硬件設(shè)備，編寫控制程序，最終將系統(tǒng)應(yīng)用于溫室中。通過這個(gè)案例，學(xué)生不僅學(xué)會(huì)了溫度傳感器的基本原理和應(yīng)用，還培養(yǎng)了解決實(shí)際問題的能力。

3.“傳感器原理與應(yīng)用”課程應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新精神?，F(xiàn)代傳感器技術(shù)日新月異，需要不斷創(chuàng)新的思維和方法來應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的挑戰(zhàn)。教學(xué)應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生參與創(chuàng)新性項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生提出新穎的想法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的創(chuàng)新思維。

教學(xué)案例分析：以霍爾傳感器為例，可以幫助學(xué)生理解培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要性。在教學(xué)中，學(xué)生首先學(xué)習(xí)霍爾傳感器的基本工作原理。然后，學(xué)生被分成小組，并面臨一個(gè)具體挑戰(zhàn)：設(shè)計(jì)并構(gòu)建一個(gè)基于霍爾傳感器的創(chuàng)新性應(yīng)用，如磁場導(dǎo)航小車、磁力控制的游戲設(shè)備等。在這個(gè)項(xiàng)目中，學(xué)生須要運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，結(jié)合問題提出解決方案。他們須要考慮如何最大程度地利用霍爾傳感器的特性，設(shè)計(jì)出實(shí)用的系統(tǒng)。這個(gè)過程需要學(xué)生不斷嘗試、失敗、改進(jìn)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新思維。同時(shí)，項(xiàng)目還鼓勵(lì)學(xué)生之間的合作和交流，激發(fā)了團(tuán)隊(duì)合作精神。通過這樣的教學(xué)案例，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，還在實(shí)際項(xiàng)目中鍛煉了創(chuàng)新能力。

4.在現(xiàn)實(shí)工程項(xiàng)目中，傳感器技術(shù)的應(yīng)用通常需要多學(xué)科的團(tuán)隊(duì)協(xié)作。因此，“傳感器原理與應(yīng)用”課程應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，包括團(tuán)隊(duì)溝通、合作協(xié)作、項(xiàng)目管理等方面的能力。通過小組項(xiàng)目和團(tuán)隊(duì)合作實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠更好地理解團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性，提高他們的團(tuán)隊(duì)合作能力。

教學(xué)案例分析：在“傳感器原理與應(yīng)用”課程中，可以引入一個(gè)綜合了顏色傳感器、速度傳感器、超聲波傳感器等多種傳感器為一體的智能巡線小車項(xiàng)目。學(xué)生被分成若干小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)并制作一輛智能巡線小車。這輛小車能夠根據(jù)地面上繪制的彩色線路進(jìn)行自主導(dǎo)航，同時(shí)避免障礙物，保持穩(wěn)定的速度。在這個(gè)項(xiàng)目中，學(xué)生需要共同討論并決定使用哪種傳感器，并學(xué)習(xí)如何將不同傳感器的數(shù)據(jù)整合在一起以實(shí)現(xiàn)智能控制。團(tuán)隊(duì)中的成員可以根據(jù)自身擅長的領(lǐng)域負(fù)責(zé)不同的傳感器模塊設(shè)計(jì)和編程。通過這樣的團(tuán)隊(duì)合作項(xiàng)目，學(xué)生不僅學(xué)會(huì)了傳感器技術(shù)的應(yīng)用，還培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作的技能。學(xué)生學(xué)會(huì)了尊重他人的意見，理解團(tuán)隊(duì)中每名成員的價(jià)值，學(xué)會(huì)了在團(tuán)隊(duì)中分工合作，共同追求項(xiàng)目的成功。

在新工科背景下，“傳感器原理與應(yīng)用”課程的教學(xué)理念應(yīng)當(dāng)緊密圍繞著以上幾點(diǎn)展開，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際問題解決能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，使學(xué)生能夠勝任復(fù)雜多變的實(shí)際工程項(xiàng)目，為新工科人才培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）“傳感器原理與應(yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容的與時(shí)俱進(jìn)

在新工科背景下，“傳感器原理與應(yīng)用”課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)緊跟時(shí)代潮流，不僅要傳授傳感器技術(shù)的基本原理和應(yīng)用方法，還應(yīng)該包括以下方面的內(nèi)容，以滿足學(xué)生面對(duì)復(fù)雜實(shí)際問題的需求。

1.實(shí)時(shí)更新教材：傳感器技術(shù)的快速發(fā)展使得老舊的教材無法滿足學(xué)生對(duì)最新技術(shù)的需求。因此，教材應(yīng)當(dāng)定期更新，確保包含最新的傳感器類型、應(yīng)用案例和行業(yè)趨勢，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于前沿科技的敏感性，為將來的創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

2.引入跨學(xué)科內(nèi)容：傳感器技術(shù)廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域。因此，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)涵蓋這些跨學(xué)科領(lǐng)域，使學(xué)生不僅能夠掌握傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)，還能夠理解傳感器與其他技術(shù)的交叉點(diǎn)［8］，更好地面對(duì)復(fù)雜多變的實(shí)際問題。

3.進(jìn)行項(xiàng)目案例分析：在課程中引入真實(shí)工程項(xiàng)目案例，讓學(xué)生通過案例分析了解傳感器在實(shí)際工程中的應(yīng)用。這樣的案例分析不僅能夠?qū)⒗碚撝R(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，還能夠培養(yǎng)學(xué)生解決綜合問題的能力，能夠更好地理解傳感器技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用，提高學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新能力。

4.實(shí)踐操作與模擬：除了理論知識(shí)，實(shí)踐操作和模擬實(shí)驗(yàn)也是教學(xué)內(nèi)容中不可或缺的一部分。學(xué)生應(yīng)該有機(jī)會(huì)親自操作各類傳感器設(shè)備，了解它們的工作原理，并且通過模擬實(shí)驗(yàn)，能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的演練。這樣的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生的技能，還能夠提高他們的實(shí)際應(yīng)用能力。

通過以上教學(xué)內(nèi)容的豐富和多樣化，學(xué)生將能夠更好地掌握傳感器原理與應(yīng)用的知識(shí)，具備跨學(xué)科綜合素質(zhì)，能夠勝任未來工程領(lǐng)域中的挑戰(zhàn)。

（三）“傳感器原理與應(yīng)用”課程教學(xué)方法的創(chuàng)新

在“傳感器原理與應(yīng)用”課程中，教學(xué)方法的選擇至關(guān)重要，它直接影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。以下是三種創(chuàng)新性教學(xué)方法，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的問題解決能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

1.問題導(dǎo)向教學(xué)：傳感器技術(shù)應(yīng)用的廣泛性意味著學(xué)生將面對(duì)各種各樣的問題。通過問題導(dǎo)向教學(xué)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生提出問題、分析問題，并提出解決方案，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和探究的興趣，鍛煉邏輯思維和創(chuàng)新能力。

2.實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐：傳感器技術(shù)是一個(gè)高度實(shí)用性的學(xué)科，因此，實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐在課程教學(xué)中占據(jù)著非常重要的地位。學(xué)生需要親自動(dòng)手操作各類傳感器設(shè)備，實(shí)踐傳感器的原理和應(yīng)用，鞏固在課堂上學(xué)到的理論知識(shí)，加深對(duì)傳感器工作原理的理解。

3.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)：項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式是一種注重實(shí)踐、注重團(tuán)隊(duì)合作的教學(xué)方法。通過引入真實(shí)工程項(xiàng)目，學(xué)生可以在項(xiàng)目中應(yīng)用所學(xué)的傳感器知識(shí)，解決實(shí)際的工程問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際應(yīng)用能力。在這個(gè)過程中，學(xué)生需要分工合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和項(xiàng)目管理的能力。

這些教學(xué)方法的綜合運(yùn)用，可以使“傳感器原理與應(yīng)用”課程更具親和力和實(shí)用性。通過問題導(dǎo)向教學(xué)，在解決實(shí)際問題的過程中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和實(shí)際應(yīng)用能力。

結(jié)語

在新工科人才培養(yǎng)的大背景下，“傳感器原理與應(yīng)用”課程的改革勢在必行。通過教育理念的創(chuàng)新、教材內(nèi)容的更新、教學(xué)方法的多樣化和實(shí)踐機(jī)會(huì)的增加，學(xué)生不僅獲得了深厚的傳感器知識(shí)，還培養(yǎng)了實(shí)際問題解決能力和創(chuàng)新能力。這些全面的改革舉措使得學(xué)生畢業(yè)后能夠順利融入工程實(shí)踐，為新工科人才的培養(yǎng)提供了有力支持，也為傳感器技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展培養(yǎng)了更多優(yōu)秀的人才。傳感器技術(shù)的持續(xù)發(fā)展為新工科教育提供了豐富的實(shí)踐機(jī)會(huì)和廣闊的發(fā)展空間，只有持續(xù)不斷地創(chuàng)新教育理念、豐富教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法，才能更好地培養(yǎng)適應(yīng)新工科需求的卓越人才，為科技進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)更大的力量。

參考文獻(xiàn)

［1］顧佩華.新工科與新范式：實(shí)踐探索和思考［J］.高等工程教育研究，2020（4）：1-19.

［2］李新成，張健，張惠莉，等.新形勢下“傳感器”課程教學(xué)改革［J］.工業(yè)和信息化教育，2022（12）：69-72.

［3］陳陽，楊敏，李澄非.新工科背景下傳感器與檢測技術(shù)課程改革與實(shí)踐［J］.教育現(xiàn)代化，2020，7（41）：82-84.

［4］王淑琴，費(fèi)正順，侯北平.新工科背景下傳感器與檢測技術(shù)課程改革與探索［J］.科教導(dǎo)刊，2023（14）：90-94.

［5］沈敏，余聯(lián)慶.基于多學(xué)科融合的傳感器與檢測技術(shù)課程教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2021（7）：107-109.

［6］何赟澤，丁美有，王洪金，等.基于工業(yè)傳感器示教平臺(tái)的課堂教學(xué)改革［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2023，45（4）：7-11.

［7］張培.應(yīng)用型高?！皞鞲衅髋c檢測技術(shù)”課程教學(xué)模式探究與實(shí)踐［J］.教育教學(xué)論壇，2023（26）：128-131.

［8］任亞飛，姚雷博，郭超.三維融合項(xiàng)目式教學(xué)在傳感器課程中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代信息科技，2022，6（5）：196-198.