雙師型教師助力“傳感器原理與應用”教學改革

王久江　李游　余遠昱　江洹

摘? 要： 作者所在院校“傳感器原理與應用”本科課程教學，存在教學模式陳舊與學生將來走向工作崗位銜接不足等問題，這些可以通過雙師型教師來改善。從教學方法，實驗模式和考核模式等方面進行研究探索，提升學生的理論、實踐、動手能力，達到了提高學生學習參與度，激發學生學習和研究興趣的目的，從而可以提升學生學習能力和就業競爭力。

關鍵詞： 傳感器原理與應用; 雙師型; 競爭力; 教學改革

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2022）05-85-04

Teaching reformation on the "theories and applications of sensors"

with the aid of the double-qualified teachers

Wang Jiujiang， Li You， Yu Yuanyu， Jiang Huan

Abstract： In our college， the teaching model is outdated and can't link up well with the students' future works. The situation can be improved by double-qualified teachers. The research and practice were conducted in the teaching method， the experimental method and the examination model. The students' abilities on theories， practices and operations have been improved and this helps the students to get more involved in their study and research activities which finally help to promote their learning ability and competitiveness in job-seeking.

Key words： theories and applications of sensors; double-qualified; competitiveness; teaching reformation

引言

2020年，《深化新時代教育評價改革總體方案》中強調，學生參加社會實踐、畢業生發展、用人單位滿意度等高等學校分類評價，并強調高校要辦出特色和水平[1]。《2017中國高等教育質量報告》顯示，本科人才與社會企業之間的契合度逐漸提高，但仍存在著人才培養目標與教學條件脫節、教學內容與教學方式單一、人才培養與企業交流合作不足等問題。

解決這些問題的一個基礎，就是提升教學質量，依據每個專業的人才培養計劃，配合企業對人才的具體需求，來開展教學改革。教育部2019年發布的《教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》中，提出了深化本科教育教學改革，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人的意見[2]。教育大計，教師為本，有好的教師，才有好的教育。雙師型的教師具備一定優勢[3]。雖然現在一般是在高職院校進行雙師型教師的討論[4-7]，但在應用型的二本院校引入雙師型教師，能夠對學生的實踐動手能力和項目合作能力提供幫助，能夠增強學生的就業競爭力。

物聯網工程專業是一個跨學科的專業，涵蓋了計算機科學與技術，電子工程，通信工程等學科;是一個面向應用的專業，需要培養學生的理論基礎，更需要培養其動手能力。傳感器已經融入人們生活的方方面面，從日常用的手機，到航天器，空間站，離開了傳感器，都不能正常工作。“傳感器原理與應用”課程是物聯網工程本科專業必修的一門重要專業課程，是本專業人才培養的一個重要環節。

1 現在的“傳感器原理與應用”課程存在的不足

1.1 理論教學方式陳舊;課本內容更新較慢

傳統教育模式下，強調知識傳承，強調教師講授，為當時的社會提供了人才培養服務。但當下社會需要的不再是只擁有知識的人，而是需要能夠運用知識服務社會的人才，更需要有創新、能創業的新型人才。自2017年2月以來教育部積極推進“新工科”建設來推動我國高校工程教育的改革創新 [8]。課程以理論教學為主，實驗教學為輔安排“傳感器原理與應用”的教學。教師基本上是按照教材的章節制定教學計劃、安排教學進程，采用滿堂灌的方式將多種傳感器所涉及的原理進行理論教學。由于學生的基礎情況參差不齊，會有部分學生不能理解有些理論的內容。期末考試采用閉卷筆試，也難以發揮學生的主觀能動性和創意。此外，教材成書年代比較早，距今約十年左右，雖然有再版，但內容更新很少，傳感器在各領域飛速發展，而新型的傳感器并沒有在課本中體現。

1.2 實驗教學條件有限

工科背景的學生，需要有較強的動手能力，因而除了課堂上的理論知識的學習之外，需要安排對應的實驗課程。“傳感器原理與應用”課程實驗教學，由于受到實驗條件有限的限制，導致動手操作的機會減少。主要的條件限制是，一是經費不足且實驗材料采購流程繁瑣，二是實驗設備比較陳舊，一些新的實驗內容沒辦法進行操作，三是實驗設備數量不足，每個學生實際操作的時間受限，因而導致對實驗內容不能熟練掌握。

1.3 與學生將來工作銜接不足，不利于學生就業

現在的“傳感器原理與應用”教學，內容偏重于理論較多，對傳感器的性能研讀，傳感器的選型和應用，涉及較少，導致現在學生缺乏實踐操作經驗，這不利于學生畢業后直接走向工作崗位。基于雙師型教師的企業工作經驗，研讀器件手冊而進行器件選型，是一個系統工程師的基本功。所以培養學生的工程實踐能力，不僅僅有助于學生繼續進修進行科研工作，也有助于學生畢業后直接走向工作崗位。

前述問題阻礙了學生將知識、能力和素質有機地結合在一起，阻礙了學生形成解決復雜問題的綜合能力和高級思維。通過一些以項目合作為導向的課題設計，可以讓學生消化和發揮自己知識的同時，真正提升學生工作能力，也可以學到工作中所需要的與人合作的能力。

2 課程教學改革策略

本次教學改革以提高學生學習參與度，激發學生學習和研究興趣從而提升其學習能力和就業競爭力為目的。依據我校2018～2020級物聯網工程專業人才培養方案，我們以“傳感器原理與應用”課程為例，結合雙師型教師的綜合經驗，以學生為中心進行教學，從教學方法，實驗模式和考核模式等方面進行研究探索，將教學過程的結果進行持續改進，從而加強本專業建設，提高教學質量和人才培養質量，培養適應新時代下的教育和產業環境下所需要的社會人才。采取的教學改革路線圖如圖1所示。

2.1 教學方法：以學生為中心，提高學生參與度

我校物聯網工程教研室的雙師型教師團隊，有一人是高校從教超過十年的教師，有兩人是在企業工作超過十年的高級工程師，曾長期在企業從事工程開發和管理工作;長期研究微機械電容性超聲傳感器和MEMS壓力傳感器。在授課的過程中，會針對性地采用一些國際先進的科研成果，比如說可打印的柔性傳感器[9]，融合到該課程的教學中，給學生分享。也會專門將一些傳感器的數據手冊分享給學生進行研讀和分析，然后學生在課堂上進行分享以及相互討論，再加上教師的點評，可以幫助學生完全理解該種傳感器的性能參數和使用。從而提高學生參與度，激發學生學習和研究興趣。

在“傳感器原理與應用”電阻式傳感器教學中，從金屬絲電阻的表達式為理論基礎，以微分概念為切入點討論單獨電阻絲長度變化對電阻的影響，接著引導同學們用偏微分概念來分析電阻絲長度、面積和電導率都變化時，電阻值如何變化。課堂穿插同學們的分享和互動，從而將枯燥的理論推導變成了輕松的原有知識的應用。在重點學習了電阻式傳感器以后，學生將這種方法舉一反三，可以得心應手地進行其他章節的學習，從而促進了學生動腦和實踐的能力。

在電容式傳感器的學習中，教師從自己研究中使用的新型的、前沿的電容性微機械超聲傳感器CMUT入手，從原理、仿真到制造穿插到課程的教學活動中，從而提升學生的學習興趣、知識面、動手能力和針對性學習的能力。完成了電容公式的基本分析以后，學生分組討論電容式傳感器可能有哪些種類，然后，教師給學生提供一份參考文獻[10]，和學生一起討論參考文獻中提到的各種改變電容的方式，從而達到學以致用。在溫度傳感器一章的教學中，教師提出一個溫度傳感器的功能需求，學生根據需求，從網上搜索資料，進行傳感器的選型，從工作電壓范圍，到傳感器的溫度感知范圍，大家邊選型，邊討論，通過自己動手實踐，不僅熟悉了基本原理，還學會了應用知識及合作。

平時作業之一是直流電橋的理解和驗算，教師通過改變電橋的參數，故意忽略直流電源的極性，提升學生對基本概念的理解和運用情況。

2.2 實驗模式：采用項目式的實驗模式

在“傳感器原理與應用”課程教學中會采用企業工作中做項目的方式，進行項目式實驗教學。首先將實驗目的和要求發給學生，讓學生自己通過硬件操作手冊，熟悉硬件平臺，了解單片機代碼如何控制硬件平臺上的端口和傳感器，然后讓學生自己分組，進行分工協作，完成實驗。在實驗之前，教師會根據原來在企業里面做項目常碰到的一些問題，“故意”將一些硬件平臺調出問題，然后引導學生進行分析和處理。在實驗總結和分析時，教師將學生碰到的問題及分析，集中展示給學生，最后教師再做適當點評和補充。幾個典型的問題及解決思路如表1。

2.3 考核模式：形成學生積極參與并適當做主的考核方法

本門課程綜合成績，由三部分構成，平時作業占20%;實驗項目占20%;期末占60%。平時作業以鞏固基本的知識點和解決問題的思路為主;實驗項目以考察動手能力和解決問題能力為主;期末考試以發揮學生自主能力為主，不安排筆試，而是以課題設計的方式進行考核。雖然教師的工作量會增加，但能夠提升學生的參與度，增加學生的項目開發經驗，提高他們對知識應用的能力，加強綜合知識的運用和團隊協作能力，從而有利于今后的就業和順利從學生到員工的過渡。具體實施方法如下：

⑴ 學生自由組隊，教師出題目，學生選擇題目，或者學生根據要求自擬題目。針對“傳感器原理與應用”課程，題目分為三類，第一類是某種傳感器的微課，需要介紹原理，工作方式，應用及評價;第二類是某種傳感器系統的介紹，需要介紹傳感器原理，系統的框圖，系統的工作流程，系統的應用及評價;第三類是某種傳感器的市場調研報告，需介紹傳感器原理，市場上傳感器的種類，廠商，市占率，應用以及市場前景。課題組教師團隊的企業工作經驗和高校工作經驗互補，在給學生出題目或者審核學生題目時，就可以將原來的工作經驗融合進來，形成更適合給學生以實際項目體驗的題目，然后再引導學生有針對性地查閱資料，任務分工和團隊合作，從而培養其良好的處理問題的方法，養成團隊合作的習慣，培養創新和創業的能力。

⑵ 在約定的時間內，學生完成題目的要求并提交成果。報告可以是Word格式，可以是PPT格式。

⑶ 學生以PPT或者自己認為合適的方式給全班同學和教師展示。教師另外挑選三位學生作為評委（這三位學生可以固定，也可以隨機選取）給打分，答辯成績是教師和三位學生評委的平均值。

3 教學改革實踐成效

3.1 教學和考核方面成效

通過學生自主討論和分享，學生不僅掌握了理論基礎，而且學會了理論知識的應用。教師和學生分享教師的科研成果以及前沿技術，學生參與度明顯提升，也激發了學生考研的熱情。

期末考試，現場答辯的學生，宣講了自己的報告內容，回答了教師和其他評委的問題，同時也可以針對出現的新問題進行溝通;其他沒有答辯的學生，則可以學到所有其他答辯學生的展示內容及討論內容，相當于上了幾十次的小型慕課。學生鍛煉了自己的答辯能力，也學習到了其他方面的知識。

3.2 實驗方面成效

原來的實驗，都是學生根據實驗手冊完成驗證性實驗，參與感比較弱。現有的實驗，改變了以前照搬實驗步驟簡單驗證的方式，而是遇到實驗手冊中沒有涉及的問題，然后學生通過團隊合作，學會了逐步分析問題和解決問題的方法。

4 結束語

本次教學改革中，雙師型教師團隊設計并實施了一整套“傳感器原理與應用”的教學方案，從基本原理講授，依據公司項目執行方式的實驗，以及課題設計加答辯作為期末考試方式。通過調動學生的責任心和自主學習心態，學生能掌握和運用知識并具備解決問題的思路和方法，也初步認識到了將來工作時項目開發中合作的必要性，從而提升了他們自身的競爭力。我們的經驗可以為內江師范學院的其他理論與實踐相結合的專業課改革的探索提供參考。

參考文獻（References）：

[1] 國務院，深化新時代教育評價改革總體方案[EB/OL]

（2020-10-13），http：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/moe_1777/moe_1778/202010/t20201013_494381.html

[2] 教育部，教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才

培養質量的意見[EB/OL]，（2019-10-8），http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191011_402759.html

[3] 教育部.國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）

[EB/OL].（2010-7-9），http：//www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/content_1667143.htm

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[6] 易麗華.“1+X”證書制度下高職“雙師型”教師隊伍建設思考[J].

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[7] 周杰，顧佳.“雙師型”教師隊伍建設的思考[J].教育教學論壇，

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[8] “新工科”建設復旦共識[EB/OL].（2017-2-18）.http：//

www.moe.gov.cn/s78/A08/moe_745/201702/t20170223_297122.html

[9] A. Kaidarova et al.， "Laser-printed flexible graphene

pressure sensors"[J].Global Challenges，2020（4）：1-8

[10] 王杰，汪濱，安泊儒，等.電容式柔性壓力傳感器的研究進展[J].

北京服裝學院學報（自然科學版），2020（1）

收稿日期：2021-10-12

*基金項目：內江師范學院校級教改項目（JG202009，JG201913-434）; 四川省高等學校人文社會科學重點研究基地·四川省教育信息化應用與發展研究中心項目（JYXX20-012）

作者簡介：王久江（1970-），男，河北唐山人，博士，高級工程師，主要研究方向：人工智能，教育理論研究。

通信作者：余遠昱（1978-），男，廣東汕頭人，博士，副教授，主要研究方向：物聯網工程，教育理論研究。