對分課堂在“傳感器原理與應用”課程中的教學改革探索

胡代弟

鄭州西亞斯學院電子信息工程學院 河南新鄭 451150

一、緒論

互聯網的發展讓學生獲得知識的途徑發生了很大的變化，高等教育領域的教學方法、教學手段也都發生了顛覆式的改變。當代的教學是單一的以教師為主導，以課堂為中心，教師提出問題學生回答的課堂教學模式，已經很難適應目前教學環境。如何合理地利用各種教學平臺和資源，以學生為中心，引導學生自主學習，調動學生的積極性以實現高效的課堂，解決學生主要存在的不愿學、學不會、不會用，但又樂于接受新事物等問題，由此國內外的教師都在孜孜不倦地探索新的教學模式和教學方法。

2014年復旦大學心理系張學新教授針對當前高校課堂存在的主要問題，結合講授式課堂與討論式課堂的優點，提出了名為“對分課堂”的教學新模式。其核心理念是分配一半課堂時間給教師講授，另一半給學生討論，并把講授和討論時間錯開，使學生在課后有一周時間自主安排學習，進行個性化的內化吸收。對分課堂強調兩個核心要素：一是把一半課堂時間分配給教師講授，一半分配給學生討論；二是把教師講授和學生討論在時間上錯開，讓學生在中間進行自主學習和個性化吸收。對分課堂的出發點是調動學生的學習積極性，要讓學生主動參與，教師必須讓出部分課堂時間，交給學生掌控、主導，形成師生“對分”課堂的格局。對分課堂把教學刻畫為在時間上清晰分離的三個過程，分別為講授、內化吸收和討論。

二、“傳感器原理與應用”課程現狀

“傳感器原理與應用”這門課程是我校自動化專業大三上學期開設的一門專業課程，本課在自動化專業的課程體系中具有承上啟下的作用。本課程涉及物理、化學、力學、電學、光學、半導體技術等多門學科知識的交叉，學生的先修課程有高等數學、大學物理、電路基礎、模擬電子、數字電子、信號與系統等課程，通過“傳感器原理與應用”課程的學習，能了解、熟悉和掌握各種類型傳感器的結構、工作原理、技術及工程應用，涉及信息采集、信息處理、計算機技術、自動控制等工程方法，為后續課程的學習提供理論基礎。

目前的課堂教學仍采用注入式的教學模式，以教師為主，采用講授式、啟發式、探究式等方法。為了提高學生理論和實踐結合的能力、實際的動手能力和創新能力，2018年在本課程的教學中實施《基于Arduino套件的傳感器原理課程教學改革探索》的教學改革。通過教學改革的實施，學生的學習積極性和實際的動手能力有了一定改善。但是這些教學模式下，教師關注的是學生對課程知識的掌握情況，沒有足夠重視引導學生對學習過程進行反思和對學習方法進行優化，這在一定程度上導致學生綜合應用能力不夠強，對學習方法的掌握欠缺，進而學習能力有待提高。

針對以上問題，我們提出在“傳感器原理與應用”課程中引入對分課堂的教學模式。希望通過課程中引入對分課堂教學模式，調動學生的學習積極性，以學生為中心，讓學生主動參與課堂，教師把部分課堂時間交給學生主導和掌控，讓學生對所學的知識內化吸收，學生通過教學過程的實施最后取得學習成果。最終完成體現以學生為中心，體現知識、能力、素質三個維度的教學目標，使學生掌握各種類型傳感器的結構、工作原理，具備運用傳感器的基本理論對控制系統中傳感器的各種問題進行技術分析，并得到解決方案的能力，讓學生能夠分析問題、解決問題、理論和實際結合；掌握傳感器的工程應用，具備通過文獻研究、分析設計、維護系統的能力，以培養學生的綜合工程素養、創新精神和團隊溝通、合作精神。讓學生愿意學、能學會、能運用，最終能培養出高素質應用型的人才。

三、教學目標的調整

在教學過程中，所有的教學活動是以教學目標為導向，并圍繞教學目標而進行。設立教學目標后，學生通過教學過程的實施最后取得學習成果。因此，首先需要調整教學目標。設立體現以學生為中心，體現知識、能力、素質三個維度的教學目標，使學生掌握各種類型傳感器的結構、工作原理，具備運用傳感器的基本理論對控制系統中傳感器的各種問題進行技術分析，并得到解決方案的能力，讓學生能夠分析問題、解決問題、理論和實際結合；掌握傳感器的工程應用，具備通過文獻研究、分析設計、維護系統的能力，以培養學生的綜合工程素養、創新精神和團隊合作精神。根據培養方案和教學大綱的要求，利用超星學習通平臺，建立每個章節的內容構架，明確每個章節的重點和難點，學生可通過自學和課堂導學、自主完成項目進行課程的學習，并開展討論，最終能讓學生參與、主導課程的學習，讓學生愿意學、學會、能運用，最終能培養出高素質應用型的人才。

四、教學改革方案

本次“傳感器原理與應用”課程的改革在我校2019級自動化專業1班、2班、3班進行，在2019級自動化1班、2班實施對分課堂教學模式，在2019級自動化3班實施傳統的教學模式。

(一)開課前的準備工作

1.學生分組

開課前和學生溝通后，班級的學生按3人一組自由組合構成學習小組，每個學習小組采用組長負責制，由組長負責本學期本小組的學習工作。每小組除了要完成理論課程的學習之外，還在本學期利用課余時間查閱和課程相關的資料，要組織至少一次主題討論或知識分享，完成一個以上和課程相關的創新項目，并進行講解和項目展示。小組分組情況如表1所示。

表1 小組分組情況

2.在超星學習通系統發布自學資料

依托于超星學習通平臺，從2018年開始，“傳感器原理與應用”課程采用了線上線下結合的混合式教學模式。平臺中提供學習視頻、PPT、課程拓展的鏈接等學習資料，以保證學生可以通過網絡進行自主的學習。在學習通系統發布教師自行研發的傳感器開發板全套資料、課程項目資料、自學視頻等內容。課程資源情況如表2所示。

表2 課程資源情況

(二)課堂教學

課堂教學是教學中最重要的環節之一，對分課堂改革中課堂涉及教師講授和學生討論兩大部分。要達到好的教學效果，在教學過程中如何能調動學生的學習積極性并保持學習興趣讓學生想學是關鍵。以學生為中心，從教學內容的安排和學生對課程的參與度兩方面著手。

1.教師教學內容的安排

本課程原來的教學中以各種類型傳感器的結構、工作原理和測量電路為主，弱化了實際工程應用。但是這些內容比較抽象，對沒有見過傳感器的同學來說很難想象其內部結構、工作原過程，以及分析復雜的測量電路相關的知識。故調整教學內容的安排，采用倒敘的方法，先采用一些先進的傳感器技術應用作為課程導入，以吸引學生的注意力，讓其想要去了解其結構和工作原理。例如，應變式傳感器這個知識點，可以先通過學生都熟悉的電子秤為例，讓學生通過自己的親身經歷思考如何把重量變為電信號這一物理量到電量的變換過程，引起學生的學習興趣，然后對其結果、工作原理、測量電路進行分析，最后留給學生思考如何自己來制作一個數字電子秤。只有使課程內容豐富、緊跟時代發展，知識不落伍，學生才能更有興趣學習下去。

2.學生的參與課堂的安排

課堂中對學生的參與措施如下：

(1)課前，針對所有班級成員，在超星學習通系統發布選擇題和問卷調查的課前測，了解學生的知識水平。提前一周給3～5小組的學生分別布置一個知識點的任務，讓其通過學習通網絡資源的學習和查資料的方式學習后，完成一個PPT的制作和5～10分鐘的微課程內容的講解。根據課程安排完成相關章節、相關項目的小組準備項目實物演示和PPT制作。

(2)課中，對分課堂學生講解三結合。對知識點講解的小組根據自己做的PPT和微課內容進行講解；有項目展示的小組進行項目展示和講解；講解完畢后采用學習通進行討論、每組提交所學內容的思維導圖、采用小組項目互評等模式。

(三)學生內化吸收

學生對知識的內化吸收，除了在超星學習通進行視頻的學習，最重要的途徑是利用第二課堂理論和實踐結合實現。學生可以把理論和實踐結合，讓學生學會并會用。由于理論的課堂受到時間和空間的限制，學生要想完全掌握還需要有一個過程，所以可以充分地利用第二課堂把理論和實踐相結合完成項目后，在課堂上展示。項目內容如表3所示。

表3 學生各組完成項目

1.第二課堂理論和實踐結合項目的實施方法

在第二課堂中，學生可以根據自己的學習水平，分層次通過以下方式實現理論和實踐的結合完成項目：

(1)沒有任何項目經驗的學生，可采用開源的Arduino傳感器套件完成項目，以減少硬件的設計、制作、調試等帶來的問題，節省項目時間，以達到對傳感器的認識、應用的目的。

(2)參與過項目并且對項目流程很熟練的學生，根據教師提供的課程項目資料，完成硬件和軟件的設計及制作，以達到對傳感器的認識、綜合應用及理論與實際結合的目的，培養學生具備簡單系統的設計能力。

(3)能熟練完成項目的學生，可以根據自己的興趣完成創新項目，實現對傳感器的認識、綜合應用及理論和實際結合，以達到培養學生具有復雜系統的設計能力和創新能力。

2.第二課堂理論和實踐結合項目的管理方法

在第二課堂中對項目的管理由教師、助教團隊共同指導，助教團隊一般3～5人，在各小組實施項目的過程中，如遇到小組長解決不了的問題，就可以通過助教團隊或者教師進行技術指導，在整個項目實施過程中鍛煉了學生的團隊合作能力。

3.第二課堂的其他措施

第二課堂除了學生完成項目之外，還開展以下活動：

(1)課程討論，每周三晚上7點到8點輪流安排一個小組組織同學在學習通發起線上討論。組織本周討論的小組提前一周根據查資料的情況，確定談論題目，并設計線上活動的流程。討論以當前的傳感器的新技術、新理論、新工藝及一些典型的應用為主，通過討論，可以拓展學生的知識面，鍛煉學生組織活動的能力和團隊合作的能力。

(2)參與學校的專業競賽，如PLC大賽、機器人大賽等專業賽事。

五、課程考核與評價

本課程考核學生成績評價充分的體現學習的過程性評價，如表4所示：

表4 課程評價表

學生期末成績分數分布情況表如表5所示：

表5 學生期末成績分布情況表

結語

通過在“傳感器原理與應用”課程中開展對分課堂的課程教學模式的創新性改革，不但完善了教學內容，提高了學生的學習主動性，拓展了學生的知識面，培養了學生的實踐動手能力、創新能力、團隊合作能力、自學能力，而且通過實施對分課堂教學改革的2019級自動化1班、2班和未實施對分課堂教學的2019級自動化3班的最后期末成績對比可知，對分課堂的實施也有利于學生對學習知識的掌握。對分課堂的實施從知識、能力、素質三個維度實現對學生的培養。