基于競賽驅(qū)動的自動檢測課程教學(xué)改革與實踐

王鵬 許韞韜 李曉艷 呂志剛 華瑾 郜輝

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在當前社會經(jīng)濟高速發(fā)展下，新工科專業(yè)的產(chǎn)生對人才有了新的要求，為培養(yǎng)新工科背景下具有創(chuàng)新能力的工程技術(shù)人才，針對自動化專業(yè)自動檢測技術(shù)課程中遇到的學(xué)習興趣不高、教學(xué)內(nèi)容單一、工程實踐項目少等問題，本項目采用競賽驅(qū)動教學(xué)法。讓學(xué)生在競賽背景、競賽任務(wù)要求中掌握傳感器的相關(guān)知識，可以極大地提高學(xué)生的興趣與參與度，并且可以培養(yǎng)學(xué)生的獨立思索能力、團隊協(xié)作能力與實踐動手能力，競賽驅(qū)動教學(xué)法獲得了很好的教學(xué)效果。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 自動檢測技術(shù);教學(xué)內(nèi)容;傳感器;教學(xué)效果

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）11-0112-02

一、自動檢測技術(shù)課程概況

自動檢測技術(shù)是西安工業(yè)大學(xué)自動化、電氣工程及其自動化等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是密切結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場實際參數(shù)檢測與分析的技術(shù)性課程[1]。在學(xué)校中自動檢測技術(shù)的開設(shè)時間為大二的第二學(xué)期，在此之前需要先學(xué)習大學(xué)物理、電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、C語言等課程[2]。本課程是根據(jù)專業(yè)要求與課程改革的需要，將多門基礎(chǔ)課程的內(nèi)容進行了融合，該課程的主要任務(wù)是介紹傳感器的原理、特點、使用方法與使用場景[3]，使學(xué)生熟悉常用參數(shù)檢測的方法，以達到培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的目的。

二、自動檢測技術(shù)課程教學(xué)中存在的問題

隨著新工科專業(yè)對人才培養(yǎng)需求提出了更高的要求，自動檢測技術(shù)以往的教學(xué)手段與教學(xué)方法已不能滿足新工科專業(yè)的人才培養(yǎng)需求，主要問題有如下幾個。

1.教學(xué)內(nèi)容陳舊，沒有新的工程項目內(nèi)容，沒有根據(jù)新工科的背景進行更改。

2.教學(xué)方式單一，沒有充分利用各種教學(xué)資源，還是以多媒體與板書，灌輸式教學(xué)為主，學(xué)生參與課堂的內(nèi)容較少，積極性不高。

3.實踐環(huán)節(jié)偏少，一般40課時的自動檢測技術(shù)課程只安排了8課時的實驗課，理論課程偏多，學(xué)習的知識不能及時轉(zhuǎn)化為學(xué)生的實踐動手能力，知識掌握不牢固，學(xué)生動手能力較弱。

4.課程考核方式比較傳統(tǒng)，還是以期末考試為主，實驗課程成績?yōu)檩o，不能突出學(xué)生實踐能力的重要性，使學(xué)生的學(xué)習重心放在理論課程上，忽視了實踐課程的學(xué)習和掌握[4]。

針對以上4個問題，本項目以新工科專業(yè)對工程技術(shù)人才的需求為目標，注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力，采用了競賽驅(qū)動教學(xué)法，將競賽背景、競賽任務(wù)引入課程教學(xué)，既能提高學(xué)生的學(xué)習動力，又能將傳感器知識運用到實際的競賽項目中，提高學(xué)生運用知識的能力和實踐動手能力。

三、自動檢測技術(shù)課程教學(xué)改革實踐

在新工科背景下，教師的任務(wù)不再是以往的灌輸式教學(xué)，而是引導(dǎo)與指導(dǎo)，在整個課程的教學(xué)過程中，教師是一個組織者、指引者與評判者[5]。組織者是指教師要能調(diào)動學(xué)生的積極性，使學(xué)生可以參與到整個教學(xué)過程中來;指引者是指學(xué)生在整個教學(xué)過程中的進度與方向，教師要有整體把控，使學(xué)生可以最終做出實驗結(jié)果;評判者是指教師要根據(jù)學(xué)生在整個教學(xué)過程中的參與情況給學(xué)生進行打分，并根據(jù)學(xué)生最終做出的結(jié)果給學(xué)生打分。

本項目中采用的競賽驅(qū)動教學(xué)法，就是將教師作為組織者、指引者與評判者進行設(shè)計的，教師作為組織者提前準備好競賽題目，本項目中準備的部分競賽題目為《垃圾分類檢測裝置設(shè)計》《遠程焊機無線傳輸系統(tǒng)》《基于OneNet云的景區(qū)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)》《智能紅外測溫門禁及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)》《超市“散貨”商品自動識別稱重結(jié)算系統(tǒng)》，并將競賽背景介紹給學(xué)生，將各個題目中用到的課本知識點給學(xué)生做梳理，學(xué)生在競賽任務(wù)的驅(qū)動下，主動去了解和學(xué)習相關(guān)傳感器的使用，進行自主探索式的學(xué)習;在學(xué)生的學(xué)習過程中，教師作為指引者，不斷糾正與指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習方向，使學(xué)生在有限的課時中完成競賽任務(wù)要求，在這樣不斷探索與學(xué)習的過程中，學(xué)生也可以從不斷進步中獲得成就感，使他們有更強的學(xué)習動力，極大地激發(fā)他們的求知欲望，鍛煉學(xué)生的實踐動手能力，提升學(xué)生的自學(xué)能力。

競賽驅(qū)動法教學(xué)的基本環(huán)節(jié)有以下幾點。

1.了解競賽背景。使學(xué)生熟悉與了解競賽背景，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣和競賽任務(wù)確立。

2.競賽任務(wù)確立。競賽背景介紹完成后，選擇一個具體的競賽任務(wù)作為學(xué)習的中心內(nèi)容，使學(xué)生面臨一個需要去解決的現(xiàn)實問題，該競賽任務(wù)需要包含自動檢測技術(shù)課程中的核心知識點。

3.自由組隊選擇競賽任務(wù)。教師在充分介紹完所有的競賽背景與競賽任務(wù)后，學(xué)生根據(jù)自身興趣與傳感器知識的掌握情況選擇自己喜歡的題目，自由組隊并協(xié)商任務(wù)分工，教師負責整體把控任務(wù)難度與小組內(nèi)的分工情況，并引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)。

4.小組考核。各組任務(wù)完成后，根據(jù)任務(wù)完成情況給各組打分，并根據(jù)每個組員的分工情況給各個組員打分，本環(huán)節(jié)一方面要考查學(xué)生的技術(shù)能力、實踐動手能力與方案撰寫能力，另一方面考查學(xué)生的自主學(xué)習能力與協(xié)作能力。

本課程針對競賽驅(qū)動法教學(xué)編寫了5個競賽任務(wù)題目，如下表所示。

下面以垃圾分類檢測裝置設(shè)計題目為例進行說明，采用競賽驅(qū)動教學(xué)法來設(shè)計課程內(nèi)容。首先是了解競賽背景，垃圾分類檢測裝置設(shè)計的背景為：現(xiàn)階段我國生活垃圾年產(chǎn)量為4億噸左右，并以每年8%的速度遞增。這些垃圾大多數(shù)通過土埋或者遠距離堆放，盡管遠離我們所生活的場所，進行了焚燒或直接埋入土地，而且運用了一定的隔開手段，也不能完全隔開污染，所造成的污染不會憑空消失，它們會在大自然生態(tài)系統(tǒng)的周期性中再次回到生活中，通過可接觸到的種種資源，危害生命健康。垃圾分類檢測裝置能大幅度提高垃圾的轉(zhuǎn)換效率，能夠讓垃圾在投入時就已經(jīng)實現(xiàn)分類，進而為垃圾的投放、轉(zhuǎn)運、回收處理提高一定的效率，可節(jié)省土地，減少焚燒污染，使資源回收可利用更便利化。

其次是競賽任務(wù)確立，本競賽題目中的競賽任務(wù)為檢測4種不同類型的垃圾，可根據(jù)可回收垃圾的特性、有害垃圾的特性、廚余垃圾的特性、其他垃圾的特性選擇不同的傳感器，檢測出對應(yīng)的垃圾種類，各個小組可根據(jù)自己對傳感器的掌握情況選擇適當?shù)膫鞲衅髋c垃圾種類，該部分任務(wù)的劃分可以使學(xué)生自由選擇阻抗型傳感器、電壓型傳感器、半導(dǎo)體傳感器、數(shù)字式傳感器等，可以將自動檢測技術(shù)課程中的核心知識點進行應(yīng)用和實踐。

再次是自由組隊選擇競賽任務(wù)，所有學(xué)生可以從《垃圾分類檢測裝置設(shè)計》《遠程焊機無線傳輸系統(tǒng)》《基于OneNet云的景區(qū)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)》《智能紅外測溫門禁及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)》《超市“散貨”商品自動識別稱重結(jié)算系統(tǒng)》五個競賽題目中選擇題目，也可以從各個競賽題目中選擇不同的任務(wù)，然后和任務(wù)相似的同學(xué)進行組隊，合作完成競賽任務(wù)。

最后是小組考核，在經(jīng)過幾周的實踐之后，每個小組要上交競賽作品一份、競賽報告一份、競賽PPT一份，并現(xiàn)場講解PPT與作品，介紹自己的制作思路與設(shè)計方法，每個組員介紹自己的主要核心任務(wù)，相互之間介紹合作時遇到的問題。在考核中學(xué)生作品占60%分數(shù)，學(xué)生表現(xiàn)占40%分數(shù)，這樣可以提高學(xué)生的團隊合作精神，提高學(xué)生的實踐動手能力和知識的掌握程度，實現(xiàn)將被動學(xué)習變?yōu)閷W(xué)生主動學(xué)習的過程。

在競賽驅(qū)動教學(xué)過程中，教師在每節(jié)課的課前需要提前詢問學(xué)生在競賽任務(wù)完成過程中遇到的問題，在上課之后，針對各組出現(xiàn)的問題進行一一講解，并將課程中的阻抗型傳感器、電壓型傳感器、半導(dǎo)體傳感器、數(shù)字式傳感器等內(nèi)容進行復(fù)習與鞏固，使學(xué)生能充分掌握課程中的知識。對于一些簡單的問題，教師需要引導(dǎo)學(xué)生掌握學(xué)習方法，指導(dǎo)學(xué)生從其他渠道獲取知識，讓學(xué)生通過自行查看課本或查找資料解決問題，這樣既提高了教師輔導(dǎo)的效率，又使學(xué)生獲得了成就感。

四、教學(xué)改革成效

通過對2018級自動化專業(yè)卓越班的學(xué)生進行教學(xué)實踐，在自動檢測技術(shù)理論課程的講解中加入競賽驅(qū)動教學(xué)法，使用競賽題目牽引學(xué)生主動參與自動檢測技術(shù)中關(guān)于傳感器知識的學(xué)習。在本項目中將2018級自動化卓越班的學(xué)生分成6組，每組5～6人，各組選擇一個競賽題目與一個競賽任務(wù)，然后根據(jù)競賽任務(wù)進行分工，最后各組都上交了競賽作品、競賽報告，并且做了最終的答辯。使用競賽驅(qū)動教學(xué)法可以使學(xué)生掌握傳感器的使用方法，并提高學(xué)生的團隊意識與寫作能力，提高了班級參與競賽的積極程度，促進學(xué)生對傳感器理論與設(shè)計的進一步認識，大幅提高學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力，使教學(xué)取得良好的效果。

五、結(jié)語

本項目針對自動化專業(yè)自動檢測技術(shù)課程中遇到的學(xué)生興趣不高、教學(xué)內(nèi)容單一、工程實踐項目少等問題，采用了競賽驅(qū)動教學(xué)法，讓學(xué)生在競賽背景、競賽任務(wù)要求中掌握傳感器的相關(guān)知識。通過實踐發(fā)現(xiàn)競賽驅(qū)動教學(xué)法有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，并且提高了學(xué)生自主學(xué)習及與他人協(xié)作的能力，最終競賽驅(qū)動教學(xué)法獲得了很好的教學(xué)效果。

參考文獻：

[1]程麗娟，海玲，何強龍.傳感器與自動檢測技術(shù)實踐性教學(xué)改革與研究[J].電子世界，2019（16）：72-73.

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[3]聶玲，辜小花，郭利霞.《傳感器與自動檢測技術(shù)》課程教學(xué)改革探討[J].智庫時代，2019（24）：144-145.

[4]董愛華，左鋒，韓芳.“自動檢測技術(shù)”課程實驗教學(xué)改革探索[J].紡織服裝教育，2018，33（6）：500-502.

[5]王博.電氣類“自動檢測與智能儀表技術(shù)”課程教學(xué)改革[J].教育教學(xué)論壇，2020（24）：138-139.

編輯 魯翠紅