“新工科”背景下“傳感器應用技術”課程教學改革探究

王曉紅，韓曉敏，馬玉英

（泉城工學院，山東 濟南 250200）

以信息技術為引領的當今世界范圍內新一輪科技革命和產業變革如日中天，對工程科技人才需求日趨增長，對工科人才的素質能力也提出了新的要求。而普通高等學校是培養工科人才重要的機構，所以，對我國高等教育中工程教育提出了新要求，“新工科”的概念應運而生?！靶鹿た啤敝械摹靶隆卑?個方面，即人才培養新模式、工程教育新理念、學科專業新結構、分類發展新體系、教育教學新質量等。隨著教育部“教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知”的發布，各地高校開展了新工科的研究實踐活動，推進新工科的建設與發展，深化工程教育改革。繼“復旦共識”“天大行動”、“北京指南”之后，在全國各個高校開啟了“新工科”建設的篇章。

針對目前“傳感器應用技術”課程在教學過程中往往存在工科教學理科化現象，與行業、企業的實際脫節嚴重等問題，作為電子信息工程專業的核心課程“傳感器應用技術”[1]，探究該課程的教學模式，研究適合新工科建設需要的人才培養方式改革、在實踐中強調工程需要的理念，形成多個學科相互交叉教學，并借助現代化教學手段、重新明確課程定位、改變教學目標、調整教學內容、采用合理的教學方法，優化教學評價，構建新工科背景下專業人才培養的內涵發展模式，以期為相關工程專業課程改革提供參考。

1 結合工程教育專業認證明確課程定位

根據“新工科”和國際工程教育專業認證標準的相關概念，明確了“傳感器應用技術”的課程定位。該課程應該以工程實際應用能力為根本，以幫助學生夯實專業基礎，提升學生的專業能力，培養學生的科學思維能力為根本目標。把教學目標、主要授課內容、教學方式作為本課程的基本描述如下所述。

1.1 教學目標

通過課堂理論學習和實際操作訓練，使學生能夠根據實際檢測需要選擇合適的傳感器，使用常用傳感器進行各種物理量（溫度、濕度、速度、位移、液位、角度、力等）的檢測與信號處理；學生通過本課程的學習，在做項目的過程中提高項目構思、設計、實現、運行的能力，然后再運用這種能力去解決新的工程實際問題[2]，從而提高適應工作環境和技術的發展變化的能力。

1.2 主要授課內容

各種常用被測量傳感器的工作原理、基本結構、性能參數及特點；不同應用領域中傳感器的測量電路、選用要點以及使用方法；傳感器的微型化、集成化、新材料開發、無源化、智能化等概念；未來應用領域—物聯網中低功耗、高可靠性和高精度傳感器的設計特點。

1.3 教學方式

“傳感器應用技術”課程采用項目化教學方式，項目來源于常用傳感器的實際應用?；贑（Conceive構思），D（Design設計），I（Implement實現），O（Operate運作）教學模式，讓學生掌握項目開發的整個實踐過程。

2 “新工科”背景下采用CDIO教學模式的電子信息工程專業課程理論教學

根據“華盛頓協議”國際標準，在“新工科”建設背景下，按照工程教育專業認證標準明確的課程目標，實踐教學環節需要加強。我們采用項目化教學的CDIO工程教育理念，將基本理論知識、系統設計能力、個人能力和團隊協作能力結合在一起，讓學生以主動的實踐課程之間有機結合的方式進行學習[3]。這樣，才能實現人才培養目標，滿足行業企業的用人需求。

因此，“傳感器應用技術”以“項目”為主線組織教學過程，把“學以致考”變為“學以致用”，由“項目導向”取代“學科導向”，注重項目實踐訓練的系統性和完整性代替了強調學科理論知識的完備性和系統性；基礎知識以“必須、夠用”為度；學生在做項目的過程中不僅學習必要的專業基礎知識，而且可以培養其學習能力，還能培養其在應用所學理論知識解決實際問題的能力；學生在教師的指導下循序漸進地完成好經過精心挑選的、適合大多數學生的工程項目，學生在做項目的過程中提高項目構思、設計、實現、運行的能力，然后再運用這種能力去解決實際的工程問題，以此來提高其適應工作環境和技術發展變化的能力。

教學過程中打破基礎知識加驗證性實驗的傳統教學體系，采用基于工程教育理念的項目化教學模式，將課程的理論知識、核心內容融入項目中，根據項目的需要，按照項目設計要求、必備知識、項目實施和擴充知識的架構進行重組進行教學，所有項目均歸納為“構思、設計、實現、運行”4個步驟[4]，以加強對學生進行工程項目實施能力的培養。所選項目的難度科學合理，一般難度、中等難度和較高難度的項目按一定比例組成。在教學過程中選擇適合難度的項目，對優秀的學生可以進行項目的擴展，以提高學生應用知識的能力和創新能力。

“傳感器應用技術”項目設置根據傳感器的被測量不同分為10個項目：智能開關、智能溫度測量系統、角度測量器、煙霧報警器、數字測力計、液位檢測器、速度檢測器、位移檢測器和模擬路燈控制器等。每個項目均具有設計要求、必備知識、任務實施、擴充知識4部分內容[5]。

學生實施項目的過程中，根據學生的具體情況分組進行，每個小組對成員要求如下：語言組織能力較強（需要填寫項目任務書）、硬件設計能力較強（進行每個項目的電路硬件設計及焊接）、傳感器的理論知識掌握扎實（對于每個項目需要對傳感器進行選型）、單片機編程比較熟練（有寫項目需要結合單片機編程實現其功能）。通過完成每個項目，學生既可以掌握傳感器基礎理論知識，又提高了工程設計分析能力，在項目實施過程中，還養成了團隊協作能力。對于有興趣深入研究的學生，可以通過擴展功能實現更復雜的傳感器應用系統，鍛煉學生的創新能力，還可以從中篩選出部分優秀項目參加相關的大賽。

3 結語

依照工程教育認證培養方案，以“新工科”的要求為背景，采用CDIO教學模式，探索了電子信息工程專業“傳感器應用技術”課程教學模式的改革，不僅能有效讓學生掌握基礎理論知識、學生的工程能力也得以提高、還能培養學生跨學科的認知能力與意識、使學生具有良好的團隊協作精神和創新思維意識，對于“新工科”背景下的其他課程教學改革也具有借鑒意義。實踐證明，“傳感器應用技術”課程教學中采用項目化教學方法，不僅可以提高學生學習本課程的學習興趣，還可以充分發揮學生的創新性和主觀能動性，而且可以培養學生的團隊協作能力。對本課程的教學探究適合新工科背景下創新工程教育，對培養優秀的工程創新復合型人才具有重要意義。