任务驱动教学法在《现代传感技术与应用》课程中的实践

谢海芬+牟海川+罗锻斌+沈冬

（华东理工大学物理系，上海 200237）

摘要：任务驱动教学法改变以往以传授知识为主的传统教学理念，而代之以解决问题、完成任务为主的互动式的教学理念。本文结合《现代传感技术与应用》课程，说明任务驱动教学法在该课程中的具体实施应用。实践证明：该教学模式极大地提高了学生的自主学习和研究能力，同时也培养了他们的工程意识、提高了综合实践应用能力。

关键词：任务驱动教学法；传感器；课程教学模式；实践应用

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）52-0181-02

一、引言

《现代传感技术与应用》是我校物理系光电信息科学与工程专业的专业必修课程，课程主要讨论工程领域传感与测试技术中的传感器、测试电路和记录显示分析设备的工作原理及技术应用，测量系统的静、动态特性、测量信号的描述、分析和处理以及常用物理量的传感与测试方法。教学目标是通过对传感器基本原理与技术的讲解，使得学生对传感器的常用术语、材料、信号分析、精确评定、检验标定、光电、光纤、CCD、红外、激光、压电、压磁、压阻、电化学、生物、气敏、湿敏、热敏、电容电感、涡流、谐振、半导体等多种传感器的特性、工作原理有正确的理解，同时将传感器与工程测试技术方面的知识有机地联系起来，使学生在掌握传感技术的基础上，及时正确地获取各种传感技术的发展和应用，解决工程生产等各种传感与测试问题。该课程内容涉及力学、磁学、光学、化学等学科；整个内容与实际应用结合紧密，与物理学、电子学、计算机技术及自动控制技术实践结合尤其突出；课程基础知识要求高，同时每一章节的传感器的转换机理及应用内容又有相对独立。这些特点给这门课程的教学带来不小的难度，课程内容既要讲解基本知识还要介绍跨学科的综合知识。多年以来，该课程的教学模式为教师授课、学生被动听课和被动完成课后作业与实验。课程内容多是在教室的课堂上来完成，教师以传感器转换原理和相应检测测量电路的讲授为主，少量的实验学时也是验证性的实验。这种“教师讲，学生听”、“以教定学”的被动教学模式不利于充分激励学生学习的主动性，不利于发挥学生的想象力和创造力，与培养工程应用人才有一定的距离。近两年来我们在实施教学中采用“任务驱动法”的教学模式，将传感知识内容与具体工程相结合，重新整理课程内容体系。以完成工程任务为主线组织教学过程，将原有课程章节内容分为若个任务，如速度检测、位移检测、压力的检测、液位的检测、温度的检测、气体浓度检测等，将传感器与检测技术的知识点和相关技能融入到各个具体任务之中。

二、任务驱动法在课堂教学中的实践

任务驱动教学法是将以往以传授知识为主的传统教学理念，转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学理念；改变了以往“教师讲，学生听”、“以教定学”的被动教学模式，创造了“以学定教”、学生主动参与、自主协作、探索创新的新型学习模式。它让学生处于积极的学习状态，运用已学的知识和自己积累的经验提出方案、解决问题。使学生带着真实的任务在探索中学习，通过思考解决问题。在这个过程中，学生可以不断地获得成就感，可以更大地激发他们的求知欲望，逐步形成一个感知心智活动的良性循环，从而培养出独立探索、勇于开拓进取的自学和创新能力。在《现代传感技术与应用》课程中的课堂教学中，以传感器能实现的功能为主线，提出若干个任务，比如按照功能进行划分，分为实现长度测量、位移测量、速度测量、温度测量、电压测量、电阻测量、浓度测量、湿度测量等物理量测试。在各个具体任务分解中提出若干问题供学生思考，例如测量长度的传感器有哪些，这些传感器测试长度的量程、精度为多少，测量的误差有哪些因素，如何消除误差，目前这些传感器的最新发展和应用在哪里。这些问题引导启发学生按照各个任务去学习和深入。采用任务驱动法进行课堂教学时，其过程大致可以分为以下几个阶段。

1.任务的设计。任务的设计是在学生能自我完成的前提下实现的。任务的设计通过一系列问题的引入帮助学生建立知识体系。每一章涉及传感器原理部分的内容在上课之前以问题形式布置给学生，比如应变式传感器分类有哪些？其传感原理是什么？如何通过应力变化转化成电压（或电阻）的输出？测试的电路为何采用电桥电路？该电路的输出误差如何引入，如何消除？在实际应用中采用交流电路还是直流电路？两种电路的区别在哪里？学生通过知识学习和归纳，可以凭借自己的基础知识和基本电路知识完全可以完成此项任务。

2.明确任务，教师指点完成任务的思路、方法和技能。比如找實现长度测量的传感器哪些？各种传感器的测量电路如何实现，误差如何引入的，如何消除误差，目前该种传感器的发展进程，瓶颈在哪里？

3.学生完成任务，自主查询资料相互讨论，写课题报告，做PPT准备。

4.汇报、总结、评价。学生在规定的时间内完成每个任务后，接着安排课堂汇报，每一组进行6分钟的PPT内容展示汇报，汇报结束后接受同学和教师的提问。在提问、回答环节，老师要对一些重点、难点问题及时进行讲解和分析，如“应变传感器的接线与安装”、“应变传感器的温度误差、零点残余及补偿”、“应变传感器在大桥、管道、水平衡中”的实际应用等，这些问题往往是学生在自学、讨论、实施阶段容易忽略或讨论不够深入的问题。教师同时对完成任务所学的知识点及时进行归纳、总结，最后由学生的互评和教师的评价共同确定学生任务执行的效果。效果主要从学生查阅文献资料、自主分析和归纳问题、协作开发能力和表达能力等几方面评价，这项成绩作为学生平时成绩的重要依据。

三、任务驱动法的特色和优点

通过任务驱动法在《现代传感技术与应用》课程中的实践，可以实现以下几点。

1.确立学生自主学习的地位，提高学生自学能力，活跃了课堂气氛。任务的确定不是由教师直接告诉学生应当如何去解决面临的问题，而是学生自己查找资料，确立主题，从何处获取有关的信息资料等，强调发展学生的自主学习能力。每一位学生都能根据自己对当前任务的理解，运用已有的知识和自己特有的经验提出方案、解决问题，任务驱动为每一位学生的思考、探索、发现和创新提供了开放的空间，使课堂教学过程充满了民主、个性，使课堂氛围真正活跃起来。

2.有利于学生参与竞争，共同合作。任务的完成形式通过PPT形式向同学和老师汇报，教师把同一个主题的汇报安排在同一时段进行，汇报时同学之间就有比较，还可以相互提问、质疑，并作出评价打分。如①基于光电传感器的烟雾报警装置；②电感式接近传感器在飞机上的应用；③相位对焦中光电传感器的应用；④RFID系统在图书馆中的应用；⑤光纤传感器在学校安防中的应用；⑥智能车灯调节系统；⑦微波传感器在非接触式IC卡中的应用；⑧基于射频识别技术的停车收费系统；⑨基于红外光电传感器的智能车自动寻迹，这些同学立项的涉光电传感方向的课题汇报安排在同一时段进行。通过PPT汇报，倡导学生之间的讨论和交流，通过不同观点的交锋，补充、修正，加深学生对工程应用的理解和掌握。

3.培养了学生的创新精神，提高学生的综合实践能力。在任务的完成过程中，学生通过自我研究发现问题、自我构思设计、自我实践。教师通过对任务完成的肯定和同学们对问题的满意回答，可以提高学生的成就感，同时也获取了新的知识，促进了学生综合能力的提升。在《现代传感技术与应用》中设计好教学任务，让学生在规定时间内完成，在课堂实践中达到了较好的教学效果。

四、结束语

任务驱动法在课程教学中的实施，大大提高了学生学习的效率和兴趣，培养他们独立探索、勇于开拓进取的自学能力。完成任务，学生就会获得满足感、成就感，从而激发了他们的求知欲望，逐步形成一个感知心智活动的良性循环。伴随着一个接着一个的成就感，减少学生们以往由于片面追求信息技术课程的系统性而导致的“只见树木，不见森林”的教学法带来的茫然。一年多的教学实践证明：这些改革措施不仅有利于教学目标的顺利实现，也为应用型人才的培养打下了扎实基础，有助于提高教学质量和教学效果。

参考文献：

[1]王宏，刘冲.以研究项目为中心的数字信号处理课程教学法研究与实践[J].教育教学论坛，2014，（6）：114-115.

[2]过勇.本科教育的组织模式：哈佛大学的启示[J].高等教育研究学报，2016，37（1）：64-73.