智慧教室環(huán)境下的“現(xiàn)代傳感技術(shù)及應(yīng)用”教學(xué)改革

劉 春

（北京郵電大學(xué) 人工智能學(xué)院，北京 100876）

引言

“現(xiàn)代傳感技術(shù)及應(yīng)用”課程是北京郵電大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門專業(yè)課，課堂授課共32學(xué)時，主要介紹現(xiàn)代傳感技術(shù)及其發(fā)展趨勢和應(yīng)用。傳感技術(shù)是測控技術(shù)與儀器專業(yè)信息獲取的重要一環(huán)，也是信息技術(shù)的源頭，是信息系統(tǒng)的感官。傳感器的性能、質(zhì)量和技術(shù)水平直接決定了信息系統(tǒng)的功能、精度、質(zhì)量和所期望的結(jié)果。在某種程度上，傳感器水平是一個國家綜合國力的體現(xiàn)。因此，對現(xiàn)代傳感技術(shù)的學(xué)習(xí)和研究是非常重要的。

通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅需要掌握現(xiàn)代傳感技術(shù)的理論知識，更重要的是認(rèn)識并理解其在實際生活、工業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展和社會的進步，現(xiàn)代傳感技術(shù)越來越多，其應(yīng)用也日益廣泛，但教學(xué)時間特別是課堂教學(xué)時間是非常有限的，學(xué)生無法學(xué)到所有的傳感技術(shù)，更無法了解所有的傳感應(yīng)用。因此，如何在有限的教學(xué)時間內(nèi)讓學(xué)生掌握更多的知識，并培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力是非常值得教育工作者深思的。

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，極大地拓寬了知識獲取渠道，傳統(tǒng)的教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式已不再適用于當(dāng)前的教與學(xué)。根據(jù)《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》，北京郵電大學(xué)于2019年制定了“高新課程”建設(shè)計劃，樹立理工融合、科教融合的課程建設(shè)理念，突出“高”在原理，“新”在應(yīng)用，推動課程更新內(nèi)容，改革教學(xué)模式，消滅“水課”。

基于上述背景，借助智慧教室的教學(xué)環(huán)境，本文對“現(xiàn)代傳感技術(shù)及應(yīng)用”課程的教學(xué)全過程進行了改革，包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計、課程資源。以“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進”的核心思想，注重傳感技術(shù)基本理論、知識、應(yīng)用，突出課程的最新進展和發(fā)展趨勢，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決實際問題的能力。

本文將從以下四個方面展開介紹教學(xué)改革的核心內(nèi)容：（1）充分利用互動研討型智慧教室的教學(xué)環(huán)境，設(shè)計以小組為單位的教學(xué)模式，“以學(xué)為中心”，培養(yǎng)學(xué)生合作精神、溝通表達能力。（2）分析學(xué)情和教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合本課程的前沿性，設(shè)計翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性，實時跟進最新的傳感技術(shù)成果。（3）根據(jù)社會需求，結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證中的畢業(yè)要求，“面向產(chǎn)出”，提出三個教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，即知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和價值目標(biāo)；采用靈活多樣的教學(xué)手段和教學(xué)方法，使學(xué)生達到既定目標(biāo)，并通過多元考核方式評定學(xué)生的綜合能力。（4）利用互聯(lián)網(wǎng)平臺，通過雨課堂、愛課堂、郵件、QQ等，建立良好的信息分享和反饋機制，實現(xiàn)與學(xué)生的高效溝通交流，并以此“持續(xù)改進”教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)方法等。

一、智慧教室助力教學(xué)改革

隨著傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，硬件設(shè)備和軟件平臺有了質(zhì)的飛躍，進而使得重構(gòu)教室環(huán)境，提供人性化教與學(xué)成為一種必然趨勢。在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》《教育部2018年工作要點》《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》均提到，教育信息化現(xiàn)階段的工作重心應(yīng)該是加快教育信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在國家政策的推動下，智慧教室的普及化正在迎來高峰。智慧教室為教學(xué)活動提供人性化、智能化的互動空間，通過各類智能裝備輔助教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)，便利學(xué)習(xí)資源獲取，促進課堂交互開展，實現(xiàn)情境感知和環(huán)境管理功能。

近幾年，北京郵電大學(xué)陸續(xù)在兩校區(qū)建設(shè)了多種類型的智慧教室，利用高科技技術(shù)助力教學(xué)，包括示范教學(xué)型、互動研討型、5G遠程互動型、VR型等智慧教室。其中，互動研討型教室內(nèi)有活動桌椅、多個屏幕、記憶黑板、雨課堂等教學(xué)資源，為教學(xué)活動提供靈活多樣的互動空間與互動方式，便于教師實時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，真正做到“以學(xué)為中心”。此外，北京郵電大學(xué)的愛課堂教學(xué)平臺可以讓教師能夠更方便地提供豐富的教學(xué)資源供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。根據(jù)學(xué)科特色和課程特點，利用互動研討型教室，借助雨課堂，以“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進”為核心思想，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計、課程資源等方面，開展了教學(xué)設(shè)計與改革。

二、學(xué)情分析及教學(xué)現(xiàn)狀

“現(xiàn)代傳感技術(shù)及應(yīng)用”課程設(shè)置在大三下學(xué)期，是專業(yè)基礎(chǔ)課“傳感器與檢測技術(shù)基礎(chǔ)”更進一步的豐富、深入與拓展。此時，學(xué)生已從專業(yè)基礎(chǔ)課中學(xué)到了傳感的基礎(chǔ)知識，具備了一定的傳感檢測分析能力。并且，學(xué)生通過大學(xué)三年的學(xué)習(xí)，已具備一定的自主學(xué)習(xí)和文獻調(diào)研能力。

傳統(tǒng)課程教學(xué)具有如下特點：（1）在傳統(tǒng)的教室中開展教學(xué)，座位固定，不利于學(xué)生討論；黑板固定，不利于學(xué)生分享觀點。（2）以教為中心，介紹傳感器的相關(guān)知識及最新傳感技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用等。（3）學(xué)生參與少，不論是課上還是課后，學(xué)生很少表達自己的觀點，更難以主動學(xué)習(xí)相關(guān)知識，特別是課上沒有講的知識。（4）考核方式單一，以考勤和考試為主，無法多維度綜合評定學(xué)生的能力。

在上述學(xué)情和教學(xué)背景下，通過高新課程建設(shè)，基于“互動研討+雨課堂”型智慧教室開展這門課程的教學(xué)改革，改變授課方式，設(shè)計合理的教學(xué)內(nèi)容，增強學(xué)生參與度，建立良好的反饋機制，多維度全面考核學(xué)生的綜合能力，達到良好的教學(xué)效果。

三、教學(xué)內(nèi)容改革

智慧教室極大增強了學(xué)生的互動性，使“以學(xué)為中心”的教學(xué)實現(xiàn)得更加容易。采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，將課堂分為教師講授和學(xué)生分享兩個環(huán)節(jié)，使“教”與“學(xué)”有機結(jié)合。

教師授課：以高精度、高分辨率、高靈敏度、高絕緣性、易分布測量的光纖傳感為核心，在講授基本原理、結(jié)構(gòu)特性、系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，更進一步地深入拓展其相關(guān)應(yīng)用。緊跟國內(nèi)外最新的傳感技術(shù)發(fā)展和研究成果，結(jié)合實際應(yīng)用場景，分析現(xiàn)代傳感技術(shù)的特點及發(fā)展方向。

學(xué)生分享：以學(xué)為核心，引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)文獻資料，相互分享自己感興趣的傳感技術(shù)，如紅外傳感、機器人傳感、生物傳感等。相比教師授課環(huán)節(jié)，學(xué)生分享的內(nèi)容不是固定的，學(xué)生可以選擇任意傳感技術(shù)進行分享，使教學(xué)內(nèi)容更加靈活，而且通過分享，學(xué)生可以相互觀摩交流，提高有效溝通能力。

四、智慧教室環(huán)境下的教學(xué)設(shè)計

（一）面向產(chǎn)出的教學(xué)目標(biāo)

基于智慧教室，根據(jù)社會需求，結(jié)合工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的12條畢業(yè)要求，課程面向產(chǎn)出設(shè)計三個教學(xué)目標(biāo)。

1.知識目標(biāo)。掌握典型光學(xué)傳感器（如光纖）的基本原理、結(jié)構(gòu)、特點及應(yīng)用；了解近年來國內(nèi)外現(xiàn)代傳感器的技術(shù)成果、新型傳感器的發(fā)展方向，以及新型傳感器中的新效應(yīng)、新材料、新工藝等。

2.能力目標(biāo)。分析思考能力，能夠分析問題、獨立思考并提出解決方案；工程實踐能力，能夠正確合理地應(yīng)用傳感技術(shù)解決實際問題；主動學(xué)習(xí)能力，能夠有效運用互聯(lián)網(wǎng)和文獻檢索工具，獲取現(xiàn)代傳感技術(shù)的前沿及動態(tài)；表達溝通能力，能夠清晰、明確表達自己的觀點，并高效溝通。

3.價值目標(biāo)。緊跟科技前沿，激發(fā)學(xué)生興趣和社會責(zé)任感，培養(yǎng)學(xué)生勇于創(chuàng)新的精神；立足事實依據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)和辯證思維；建立良好的反饋機制，讓學(xué)生不斷完善自己的調(diào)研與設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的科學(xué)態(tài)度。

（二）靈活多樣的教學(xué)方法

1.借助智慧教室，以“互動”為核心，開展教學(xué)。除了通過傳統(tǒng)的多媒體展示教學(xué)內(nèi)容之外，還可以利用以下教學(xué)手段進行個性化、智能化互動：（1）活動座椅，為教學(xué)過程提供互動交流的物理支持。課程教學(xué)全程以小組為單位展開，利用活動座椅將整個教室分為小組，便于學(xué)生討論交流。（2）多個屏幕，為教學(xué)過程提供便捷的觀點分享支持。智慧教室設(shè)置多個展示屏幕，可以獨立運行，也可以聯(lián)動展示，學(xué)生可以將個人或小組觀點分享在屏幕上，進行有效的互動交流；教師也可通過多屏同時展示教學(xué)內(nèi)容和各小組的討論結(jié)果。（3）記憶黑板，為教學(xué)過程提供數(shù)字化信息記憶支持。教師可以將講課筆記和重點內(nèi)容進行保存，并分享給學(xué)生，便于學(xué)生課下回顧課堂內(nèi)容。（4）雨課堂，為教學(xué)過程提供數(shù)據(jù)化、智能化的信息支持。教師通過雨課堂將課件、作業(yè)等分享給學(xué)生，設(shè)置提問、測驗等，掌握學(xué)生對知識點的理解程度；學(xué)生通過實時答題、彈幕互動等方式與教師進行交流。

2.充分利用智慧教室的軟硬件環(huán)境，采用多種教學(xué)方式，以學(xué)為中心，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，促使學(xué)生從被動學(xué)習(xí)到主動學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。課程教學(xué)過程中采用以下教學(xué)方法：（1）啟發(fā)式：采用啟發(fā)式教學(xué)，能夠?qū)W(xué)生所學(xué)知識、所見事物與課堂講授內(nèi)容相關(guān)聯(lián)，使學(xué)生能夠更容易理解并掌握所學(xué)知識點，培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識融會貫通、實際應(yīng)用的能力。（2）互動式：借助雨課堂，可以進行隨堂提問，學(xué)生實時回答。采用雨課堂進行互動，可以增強學(xué)生的參與度，師生溝通交流更為順暢，培養(yǎng)學(xué)生高效表達個人觀點的能力。（3）協(xié)作式：以小組為單位進行所有環(huán)節(jié)的教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生通過小組溝通交流的方式合作完成任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和溝通表達能力。（4）探究式：課堂教學(xué)過程中，以多個問題為引線，貫穿對某個知識點的講解，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)思考，加強師生互動，培養(yǎng)學(xué)生思維能力、解決問題能力。（5）自主式：課堂時間有限，在每堂課結(jié)束時設(shè)置思考題，引導(dǎo)學(xué)生課下查閱相關(guān)資料，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生課下的作業(yè)或調(diào)研結(jié)果可以在課堂上通過多屏模式相互分享，也可以在課下通過雨課堂提交作業(yè)和報告，教師可以隨時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進度。

（三）多元評價考核方式

為全面考核學(xué)生的綜合能力，通過多種考試方式，多維度評價學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程。課程從以下三個維度進行評定。

1.平時成績，占總成績的20%，包括出勤情況、課堂參與情況、課堂測驗、課下作業(yè)等，考查學(xué)生的綜合素養(yǎng)。對課下作業(yè)按照是否按時提交、完成情況等進行綜合評定。

2.調(diào)研報告，占總成績的40%，包括口頭匯報和書面報告，考查學(xué)生的資料收集整理、文字表達、邏輯思維等能力。課程設(shè)置了一個大作業(yè)，調(diào)研某一現(xiàn)代傳感技術(shù)的原理、設(shè)計、發(fā)展、應(yīng)用等，讓學(xué)生通過口頭匯報和書面報告的方式展示調(diào)研成果，綜合考查學(xué)生的文獻調(diào)研能力、分析匯總能力，以及有效進行口頭和書面表達的能力。調(diào)研報告的評價分為三個維度：（1）學(xué)生口頭匯報，教師和其他學(xué)生對其口頭報告進行評分，師生評分綜合評定占總成績的20%；（2）調(diào)研書面報告，教師對學(xué)生提交的書面報告進行評定，占總成績的10%；（3）書面報告再評定，在調(diào)研報告的評定環(huán)節(jié)中設(shè)置一個反饋機制，即教師對學(xué)生的第一次書面報告評定后，將結(jié)果反饋給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)修改意見對報告進行修訂完善，再次提交后，教師對書面報告進行最終評定，占總成績的10%。

3.期末考試，占總成績的40%，采用閉卷筆試考查學(xué)生對課堂基礎(chǔ)知識點的掌握程度。期末考試題目設(shè)計包括填空題、名詞解釋、簡答題、論述題、計算題等，涵蓋課堂所講內(nèi)容，督促學(xué)生鞏固所學(xué)知識。

通過多元考核評價方式，發(fā)揮學(xué)生個性特點，培養(yǎng)學(xué)生自主意識、合作精神、綜合能力。

五、課程資源

借助愛課堂和雨課堂教學(xué)平臺，在線上發(fā)布教學(xué)資源：（1）將參考資料、教學(xué)大綱、教學(xué)計劃等通過愛課堂平臺分享給學(xué)生，方便學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)；（2）課后作業(yè)通過愛課堂平臺發(fā)布并回收，便于管理與保存；（3）隨堂課件、測驗、作業(yè)通過雨課堂平臺分享給學(xué)生，實時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。通過QQ群、郵件等方式建立良好的反饋機制，一是進行課程答疑，發(fā)布通知提醒等，實現(xiàn)與學(xué)生的高效溝通交流；二是根據(jù)與學(xué)生的交流情況，持續(xù)改進教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)方法等。

六、教學(xué)改革效果

經(jīng)過教學(xué)改革，效果也是非常明顯的。首先，緊跟科技前沿，激發(fā)學(xué)生興趣和社會責(zé)任感。通過教師介紹和學(xué)生調(diào)研現(xiàn)代傳感技術(shù)發(fā)展，激發(fā)學(xué)生興趣，并通過介紹我國在傳感器領(lǐng)域的貢獻，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。其次，借助智慧教室，增強師生互動和合作交流。智慧教室環(huán)境下，師生互動更為方便，培養(yǎng)學(xué)生口頭和書面表達能力；小組互動模式，讓學(xué)生分享個人觀點，傾聽他人觀點，并能夠總結(jié)對比分析，綜合各家所長，得到合理的結(jié)果。再次，建立反饋機制，促進學(xué)生進步。在調(diào)研書面報告的評定中，設(shè)置了反饋機制，可以讓學(xué)生清楚書面報告的注意事項，從而更進一步完善書面表達，促進學(xué)生進步。在平時教學(xué)過程中也設(shè)立了交流溝通渠道，通過QQ群、郵件等方式，教師與學(xué)生實現(xiàn)無障礙隨時溝通交流，促進教與學(xué)的進步。最后，設(shè)置課下思考，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。每堂課設(shè)置思考題，與作業(yè)不一樣，思考題沒有明確的答案，通過引導(dǎo)學(xué)生思考并調(diào)研，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，進而養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的意識。

結(jié)語

基于“互動研討+雨課堂”的智慧教室開展教學(xué)，能夠讓學(xué)生通過多種途徑更方便地融入教學(xué)環(huán)節(jié)，和教師進行互動交流。互動研討智慧教室非常利于學(xué)生進行小組討論，協(xié)作完成任務(wù)，并通過無線投屏、白板等方式清晰展示分享小組研討結(jié)果，加深學(xué)生對知識的理解，所有學(xué)生都可以參與分享。雨課堂彈幕能夠拓展學(xué)生回答問題的方式，增加學(xué)生的參與度；雨課堂測試能夠讓教師及時了解學(xué)生對課堂知識的掌握情況，調(diào)整授課節(jié)奏，并使學(xué)生進一步鞏固已學(xué)知識點。“互動研討+雨課堂”師生均受益，使教學(xué)不再單一枯燥。