基于模块化课程建设的《传感器原理及应用》教学改革

王 静

(榆林学院 能源工程学院，陕西 榆林 719000)

随着CDIO工程教育模式的推广和专业认证的迫切要求，各高等院校都加强了课程学习中以学生为中心的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力的培养[1]。榆林学院电气工程及其自动化专业及测控技术与仪器专业开设的《传感器原理及应用》课程在CDIO课程体系中属于基础地位，为了提高该课程的教学效果，真正做到学以致用，首先需要针对目前社会在这方面人才的需求以及学生的具体学习情况优化课程教学体系。其次需要建立学生的工程应用能力及系统意识，使学生能熟练地应用各类传感器设计控制系统的检测环节，提高学生的专业素质及就业质量，因此模块化课程建设的教学模式实施成为必然[2]。

1 模块化课程体系优化

为顺应学校转型发展新阶段的新要求，培养社会需要的应用型人才，服务地方社会经济发展，以学生职业发展为核心，以提高学生的工程实践应用能力、专业素质及毕业就业质量为目的，本课程模块化的课程体系从以下五个方面进行改革与实践创新。

(1)课程教学目标

知识目标：了解传感器的概念、种类和结构组成，掌握常用传感器的工作原理、测量电路、特点及在工业中的应用，了解传感器的最新方向与发展。

能力目标：掌握常用传感器的识别、测量能力，基于传感器的基本测量工具的使用能力。掌握常用传感器应用电路的分析设计，实物的调试、安装接线与制作技能。

职业素质目标：掌握独立思考、分析和解决问题的能力；锻炼团队合作精神，耐心细致的职业习惯的养成；树立工具、设备使用的安全规范操作意识；具备良好的成本节约意识。

(2)课程教学内容

课程理论教学内容共11章，按照内容的相关程度可分为3个篇章，第一篇章为1～2章，主要介绍传感器技术基础，人才培养目标为：要求学生了解传感器基本概念、组成和发展方向；熟悉传感器的选用原则及使用方法；根据具体性能指标选择合适的传感器。第二篇为3～9章，主要介绍常用传统传感器的原理结构及应用，包括电阻应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、光电式传感器、热电式传感器、磁敏传感器。人才培养目标为：要求学生了解各种常用传统传感器的工作原理、基本结构及类型；熟练掌握各种常用感器的应用；能选用合适的元器件及传感器制作检测电路模块并完成简单的数据测量。第三篇为10～11章，介绍新型传感器的原理及应用，包括化学与生物传感器及辐射式传感器，人才培养目标为要求学生理解新型传感器的测量原理、结构及类型；熟练掌握新型传感器的实际应用原理；能选用合适的元器件及传感器制作检测电路模块并完成简单的数据测量[3]。

(3)课程毕业要求

在课程模块化教学改革与创新的要求下，依据工程应用型课程“淡化理论，够用为度，培养技能，重在应用”的指导思想，要求要培养具有“创造性、实用性”的技能型毕业生。传感器检测模块是自动控制系统的输入模块，也是最重要的模块，学生在系统的学习了该课程之后，在毕业后结合其他课程，可以独立的设计各种类型的自动控制系统。对学生的毕业要求为：根据学过的传感器设计传感器检测模块，该模块首先感受被测量信息，并将检测到的信息按一定规律变换为模拟量电信号形式，并将模拟量转换为单片机、PLC或计算机可以直接处理的数字信号，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录与控制等要求。

(4)课程教材建设

在保证教学内容系统性和完整性的基础上，精选教材，保证教材与传感器行业领域的技术进步保持同步，并对教材内容进行合理裁剪，简化或舍弃对学生能力培养不为必须的公式推导、论证方面的内容，基础理论以够用为原则，重点内容讲解以企业需求为目标，以工业应用为主线，选用适合模块化教学方式的教材。

目前理论课使用教材：《传感器原理及应用》，王化祥、张淑英编著，天津大学出版社。该教材内容全面、系统，讲解细致，有利于开设本课程的专业根据教学大纲选用相应内容。参考教材：《传感器与测试技术》，李晓莹主编，高等教育出版社。该教材突出传感器的工程应用，强化理论联系实际，着重对国内外工程测试技术与传感技术进行较为系统的阐述，实用性强，可作为参考教材使用。模块化授课参考教材：《传感技术及应用项目化教程》，盛奋华主编，中国铁道出版社[4]。该教材从实用角度出发，侧重各类传感器的应用项目的实施，依据“做中学，学中做”的教学理念组织教学内容，着重培养学生的实践能力和创新精神[5]。

(5)课程考核方式

课程采用模块化教学方式，学生完成每一模块的项目，掌握相应的知识，因此课程考核方式也需要进行相应调整。课程考核采用平时成绩(60%)与期末理论考试成绩(40%)合并计算的形式，计分采用百分制。理论考试重点是各种类型传感器的基础理论及应用。平时成绩中考勤占20%，模块化课程任务完成情况分数占80%。在模块化任务成绩打分过程中，务必做到公平公正、有理有据，参考使用集知识(knowledge)、能力(ability)、过程(process)评价为一体的“KAP 立体考核法”[6]。

2 模块化课程教学体系建设

首先对原有的课程教学内容和进度进行调整，这一任务应在课程开设之前的假期完成。课程教学内容共11章，授课时不再按照传统的教学顺序，因为每一章节都是相对独立的介绍一到两种传感器，章节之间没有知识点的联系，所以按照传感器测量的数据类型作为标准，将11章的教学内容分为6个模块，共12个课题任务，每一个课题任务都与11章教学内容相对应[7]。每一模块的课题任务、技能目标、课时分配及考核标准见表1。

3 产教结合新模式探索

与企业专家联系调研，根据企业对人才能力的需求调整理论及实践授课内容，按照学校发展转型要求，培养学生的职业素质和应用能力，努力做到“教、学、练、做”一体化的目标。另外建设好校外实习基地，保证实习效果。建立一支专兼结合的教师队伍，教师定期到企业学习，同时加大校外企业兼职教师的课堂参与力度，力争逐步实现实践指导任务由校外具有丰富实践经验的工程技术人员担任的目标，提高学生的实践能力。项目组成员也有企业中相关行业人员参与，对于项目的实施提供意见与指导。

4 实施情况及效果

首先对课程教学进度表进行了重新调整，对教师课堂讲授学时和学生讲授项目任务、答辩、讨论的学时时间进行了合理地分配，增加了学生的课堂参与度。由教学团队成员3人共同对课程教学大纲按照模块化的教学方式进行了修订。对原有书面教案及电子教案按照模块化的授课思路进行了大幅度的调整，制作了大量的动画，开发了课程教学课件，充分利用多媒体技术进行资源整合，使教学过程更为形象、生动，教学内容更为精炼。

表1模块化课程内容

课程教学改革从2018年开始，在2015级及2016级电气工程及其自动化专业四个班级中开展了传统教学与模块化教学方式的融合与实践。课前首先进行教学环节设计，利用学习通软件提前发布学生需要预习与掌握的内容。课中使用多媒体课件及动画演示视频进行讲解，教学气氛活跃，学生善于思考，勇于探索，积极提问，参与讨论，每堂课剩余十分钟利用学习通完成重要知识点的随堂测试。课后针对每一类传感器布置一个项目任务，学生分组分工提前查阅资料，按要求完成老师布置的项目，并制作PPT在课堂上进行讲解、答辩、讨论。这三个环节将教学内容课前、课中、课后有机联系起来，通过学生的评价及考试考核成绩能反映出教学改革效果良好。

5 结论

模块化的课程体系及教学改革，增加了学生参与课堂的机会，使课程变得更加生动有趣，少了理论推导和数学计算，多加入了工业应用实例，提高了学生的学习兴趣和能力，增加了课堂知识的实际应用，锻炼了分析问题解决问题的能力，学生有很大的收获，不论是在大四做毕业设计时，还是对于今后从事相关工作都有很大的意义。解决了课堂以教师为中心的教学模式存在的问题，形成以学生能力培养为主的工学结合教学体系。