任務驅動教學法在《現(xiàn)代傳感技術與應用》課程中的實踐

謝海芬+牟海川+羅鍛斌+沈冬

（華東理工大學物理系，上海 200237）

摘要：任務驅動教學法改變以往以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學理念，而代之以解決問題、完成任務為主的互動式的教學理念。本文結合《現(xiàn)代傳感技術與應用》課程，說明任務驅動教學法在該課程中的具體實施應用。實踐證明：該教學模式極大地提高了學生的自主學習和研究能力，同時也培養(yǎng)了他們的工程意識、提高了綜合實踐應用能力。

關鍵詞：任務驅動教學法；傳感器；課程教學模式；實踐應用

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）52-0181-02

一、引言

《現(xiàn)代傳感技術與應用》是我校物理系光電信息科學與工程專業(yè)的專業(yè)必修課程，課程主要討論工程領域傳感與測試技術中的傳感器、測試電路和記錄顯示分析設備的工作原理及技術應用，測量系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性、測量信號的描述、分析和處理以及常用物理量的傳感與測試方法。教學目標是通過對傳感器基本原理與技術的講解，使得學生對傳感器的常用術語、材料、信號分析、精確評定、檢驗標定、光電、光纖、CCD、紅外、激光、壓電、壓磁、壓阻、電化學、生物、氣敏、濕敏、熱敏、電容電感、渦流、諧振、半導體等多種傳感器的特性、工作原理有正確的理解，同時將傳感器與工程測試技術方面的知識有機地聯(lián)系起來，使學生在掌握傳感技術的基礎上，及時正確地獲取各種傳感技術的發(fā)展和應用，解決工程生產(chǎn)等各種傳感與測試問題。該課程內(nèi)容涉及力學、磁學、光學、化學等學科；整個內(nèi)容與實際應用結合緊密，與物理學、電子學、計算機技術及自動控制技術實踐結合尤其突出；課程基礎知識要求高，同時每一章節(jié)的傳感器的轉換機理及應用內(nèi)容又有相對獨立。這些特點給這門課程的教學帶來不小的難度，課程內(nèi)容既要講解基本知識還要介紹跨學科的綜合知識。多年以來，該課程的教學模式為教師授課、學生被動聽課和被動完成課后作業(yè)與實驗。課程內(nèi)容多是在教室的課堂上來完成，教師以傳感器轉換原理和相應檢測測量電路的講授為主，少量的實驗學時也是驗證性的實驗。這種“教師講，學生聽”、“以教定學”的被動教學模式不利于充分激勵學生學習的主動性，不利于發(fā)揮學生的想象力和創(chuàng)造力，與培養(yǎng)工程應用人才有一定的距離。近兩年來我們在實施教學中采用“任務驅動法”的教學模式，將傳感知識內(nèi)容與具體工程相結合，重新整理課程內(nèi)容體系。以完成工程任務為主線組織教學過程，將原有課程章節(jié)內(nèi)容分為若個任務，如速度檢測、位移檢測、壓力的檢測、液位的檢測、溫度的檢測、氣體濃度檢測等，將傳感器與檢測技術的知識點和相關技能融入到各個具體任務之中。

二、任務驅動法在課堂教學中的實踐

任務驅動教學法是將以往以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學理念，轉變?yōu)橐越鉀Q問題、完成任務為主的多維互動式的教學理念；改變了以往“教師講，學生聽”、“以教定學”的被動教學模式，創(chuàng)造了“以學定教”、學生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型學習模式。它讓學生處于積極的學習狀態(tài)，運用已學的知識和自己積累的經(jīng)驗提出方案、解決問題。使學生帶著真實的任務在探索中學習，通過思考解決問題。在這個過程中，學生可以不斷地獲得成就感，可以更大地激發(fā)他們的求知欲望，逐步形成一個感知心智活動的良性循環(huán)，從而培養(yǎng)出獨立探索、勇于開拓進取的自學和創(chuàng)新能力。在《現(xiàn)代傳感技術與應用》課程中的課堂教學中，以傳感器能實現(xiàn)的功能為主線，提出若干個任務，比如按照功能進行劃分，分為實現(xiàn)長度測量、位移測量、速度測量、溫度測量、電壓測量、電阻測量、濃度測量、濕度測量等物理量測試。在各個具體任務分解中提出若干問題供學生思考，例如測量長度的傳感器有哪些，這些傳感器測試長度的量程、精度為多少，測量的誤差有哪些因素，如何消除誤差，目前這些傳感器的最新發(fā)展和應用在哪里。這些問題引導啟發(fā)學生按照各個任務去學習和深入。采用任務驅動法進行課堂教學時，其過程大致可以分為以下幾個階段。

1.任務的設計。任務的設計是在學生能自我完成的前提下實現(xiàn)的。任務的設計通過一系列問題的引入幫助學生建立知識體系。每一章涉及傳感器原理部分的內(nèi)容在上課之前以問題形式布置給學生，比如應變式傳感器分類有哪些？其傳感原理是什么？如何通過應力變化轉化成電壓（或電阻）的輸出？測試的電路為何采用電橋電路？該電路的輸出誤差如何引入，如何消除？在實際應用中采用交流電路還是直流電路？兩種電路的區(qū)別在哪里？學生通過知識學習和歸納，可以憑借自己的基礎知識和基本電路知識完全可以完成此項任務。

2.明確任務，教師指點完成任務的思路、方法和技能。比如找實現(xiàn)長度測量的傳感器哪些？各種傳感器的測量電路如何實現(xiàn)，誤差如何引入的，如何消除誤差，目前該種傳感器的發(fā)展進程，瓶頸在哪里？

3.學生完成任務，自主查詢資料相互討論，寫課題報告，做PPT準備。

4.匯報、總結、評價。學生在規(guī)定的時間內(nèi)完成每個任務后，接著安排課堂匯報，每一組進行6分鐘的PPT內(nèi)容展示匯報，匯報結束后接受同學和教師的提問。在提問、回答環(huán)節(jié)，老師要對一些重點、難點問題及時進行講解和分析，如“應變傳感器的接線與安裝”、“應變傳感器的溫度誤差、零點殘余及補償”、“應變傳感器在大橋、管道、水平衡中”的實際應用等，這些問題往往是學生在自學、討論、實施階段容易忽略或討論不夠深入的問題。教師同時對完成任務所學的知識點及時進行歸納、總結，最后由學生的互評和教師的評價共同確定學生任務執(zhí)行的效果。效果主要從學生查閱文獻資料、自主分析和歸納問題、協(xié)作開發(fā)能力和表達能力等幾方面評價，這項成績作為學生平時成績的重要依據(jù)。

三、任務驅動法的特色和優(yōu)點

通過任務驅動法在《現(xiàn)代傳感技術與應用》課程中的實踐，可以實現(xiàn)以下幾點。

1.確立學生自主學習的地位，提高學生自學能力，活躍了課堂氣氛。任務的確定不是由教師直接告訴學生應當如何去解決面臨的問題，而是學生自己查找資料，確立主題，從何處獲取有關的信息資料等，強調發(fā)展學生的自主學習能力。每一位學生都能根據(jù)自己對當前任務的理解，運用已有的知識和自己特有的經(jīng)驗提出方案、解決問題，任務驅動為每一位學生的思考、探索、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新提供了開放的空間，使課堂教學過程充滿了民主、個性，使課堂氛圍真正活躍起來。

2.有利于學生參與競爭，共同合作。任務的完成形式通過PPT形式向同學和老師匯報，教師把同一個主題的匯報安排在同一時段進行，匯報時同學之間就有比較，還可以相互提問、質疑，并作出評價打分。如①基于光電傳感器的煙霧報警裝置；②電感式接近傳感器在飛機上的應用；③相位對焦中光電傳感器的應用；④RFID系統(tǒng)在圖書館中的應用；⑤光纖傳感器在學校安防中的應用；⑥智能車燈調節(jié)系統(tǒng)；⑦微波傳感器在非接觸式IC卡中的應用；⑧基于射頻識別技術的停車收費系統(tǒng)；⑨基于紅外光電傳感器的智能車自動尋跡，這些同學立項的涉光電傳感方向的課題匯報安排在同一時段進行。通過PPT匯報，倡導學生之間的討論和交流，通過不同觀點的交鋒，補充、修正，加深學生對工程應用的理解和掌握。

3.培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神，提高學生的綜合實踐能力。在任務的完成過程中，學生通過自我研究發(fā)現(xiàn)問題、自我構思設計、自我實踐。教師通過對任務完成的肯定和同學們對問題的滿意回答，可以提高學生的成就感，同時也獲取了新的知識，促進了學生綜合能力的提升。在《現(xiàn)代傳感技術與應用》中設計好教學任務，讓學生在規(guī)定時間內(nèi)完成，在課堂實踐中達到了較好的教學效果。

四、結束語

任務驅動法在課程教學中的實施，大大提高了學生學習的效率和興趣，培養(yǎng)他們獨立探索、勇于開拓進取的自學能力。完成任務，學生就會獲得滿足感、成就感，從而激發(fā)了他們的求知欲望，逐步形成一個感知心智活動的良性循環(huán)。伴隨著一個接著一個的成就感，減少學生們以往由于片面追求信息技術課程的系統(tǒng)性而導致的“只見樹木，不見森林”的教學法帶來的茫然。一年多的教學實踐證明：這些改革措施不僅有利于教學目標的順利實現(xiàn)，也為應用型人才的培養(yǎng)打下了扎實基礎，有助于提高教學質量和教學效果。

參考文獻：

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