MEMS传感器及声学超材料在海洋智能检测课程实践教学上的改进

张福曦，孙心怡

（上海海洋大学工程学院，上海 201306）

通过课程学习，学生可以了解国内外的海洋检测仪器发展历史和现状，掌握基本的海洋智能检测仪器设备的工作原理，以及海洋能检测传感器的测试及标定方法，最终能将所学的各门专业课知识融入海洋观测技术中，并能够根据具体的感知需求任务开展多种传感器综合应用的方案设计。《海洋智能检测技术》是测控技术与仪器专业的专业必修课程，主要讲授以水文气象、营养盐、海洋典型污染物、海洋声学、水下机器人检测、海洋环境立体监测网、海洋数据及信息中心等为载体的海洋智能检测技术及仪器，以及如何应用基础理论、基本原理解决实际问题的能力，所以该课程与生产实践紧密结合，许多毕业生走上工作岗位后会对这门课的价值有更深的发现，甚至回校向专业课的老师请教。教师应该由主讲教学转变为引导教学，多从实际出发，教学重点应当放在基本概念、基本原理以及基础知识应用如何分析和处理实际问题上[1-2]。

1 《海洋智能检测技术》的性质、内容和作用

《海洋智能检测技术》是测控技术与仪器专业的专业必修课程，该课程任务是使学生能够基于测控技术与仪器科学原理，通过文献研究与相关研究方法，调研与分析传感技术、智能仪器、测控系统中复杂工程问题的解决方案。课程教学的基本内容：MEMS传感器与海洋智能检测、MEMS的感应机理、MEMS的微电子制造、MEMS传感器设计的力学与电磁学基础。海洋MEMS传感器的校核验证、多物理场有限元分析方法、有限元、偏微分方程与本构方程间的关系。海洋MEMS传感器的校核验证、使用多物理场有限元软件在多相介质中的力、热、声、光、电磁等的建模与分析、温度传感器测量纵向温度分布。所以理解并掌握海洋MEMS类传感器的设计原理及相关微电子制造工艺基础知识，能针对特定的检测目标和要求，提供合适的设计方案，能运用现代化设计分析工具进行校核，并且培养学生科学的思维方法和创新能力以及运用基础知识分析和解决工厂实际问题的能力，是该课程教学的重点。

2 课程设计

《海洋智能检测技术》是一门典型的以基础理论和实践紧密结合为特征的学科，运用测控专业知识和技能确定设计目标，掌握测控系统的基本设计开发方法，了解影响设计目标和技术方案的各种因素。能够基于测控技术与仪器科学原理，通过文献研究与相关研究方法，调研与分析传感技术、智能仪器，使学生在学习基础理论的同时多了解工厂生产过程中工程实际问题，如何应用基本原理解释实际问题，以及测控系统中复杂工程问题等，并且了解材料工程基础的进展及研究前沿。这既可拓宽学生的知识、为今后进一步深造打下基础，又大大提高学生的学习兴趣是本门课程设计的重点。我系海洋智能检测技术分理论、实验。理论教学是实验和实践的基础；实验教学无论对于学生基础理论的学习、基本理论的掌握，还是工程实践能力的培养，都具有举足轻重的作用，每一个实验，都要激发他们的学习热情，让他们把基础知识与实践完全结合在一起[3]。

这样安排教学内容，既突出了本课程的重点，又避免重复，力求结构完整又有一定程度的拓展创新。保证了教学质量，提高了教学效果。为学生毕业后从事相关的工作和学习打下良好基础

3 授课方式

3.1 授课采用多种形式，引发学生兴趣

传统教学模式通常是以教师为主的知识灌输型，教学容易陷入枯燥。为提高学生对海洋遥感的兴趣，教学中采用情景式教学，经常给学生创设问题情景，注重实例教学，充分运用多媒体教学手段，师生互动，力求课堂教学多媒体化、生动性、大容量、趣味性、参与性。所以重视理论课程的直观性，利用多媒体提高教学的形象性和生动性，学生能够通过多媒体教学直观的了解生产实际。有时课堂最后十分钟鼓励学生发表观点，提出问题，让其他学生参与讨论，不断的培养学生积极思考的习惯，课堂气氛比较活跃。能将自己所研究的成果流利自如地讲出来，是科研工作者所必需的素质。为此，通过让学生在讲台上讲解所学课程的内容和实验内容，着力从演讲技巧、演讲胆量、演讲内容等方面培养学生科研报告能力。积极参与研究，把教学研究作为提高教学质量的重要途径，形成人人搞科研的浓厚的教科研氛围。

通过指导监督实现课程建设过程控制。过程控制是指在课程建设的过程中对正在建设的课程进行指导和监督。过程控制中的指导作用体现在教学管理部门每月对预警系统中的各种数据进行分析，对动态指标进行跟踪，对静态指标进行查验，指导课程负责人以正确的方法进行工作，提高素质，减少偏差的发生。过程控制中的监督作用体现在预警系统发出警报后，要及时判断偏差的严重程度，寻找出导致偏差产生的主要原因，并提出纠正建议，监督纠正情况。

总之，对课程建设过程中的质量状态进行监控，由末端结果检验或随机性的检查向全程实时控制转变，可以避免随意性和人为性，及时发现并纠正偏差，使课程建设沿着正确的方向发展，有利于学生人文精神的培养、科学素质的提高以及实践能力的加强[4-5]。

3.2 以实例进行研究

把班级按人数（每6～8人）为一组，给每组学生不同的数据做实例，针对本课程；利用在线资源辅助学习，结合科研、工程实例进行案例式教学，部分章节采用线上学习线下研讨的混合式教学。将COMSOL、MATLAB等仿真软件引入理论与实验教学，使抽象的理论变得生动形象，易于接受和理解；由于实验硬件条件有限，部分实验通过COMSOL、MATLAB仿真完成，通过将理论分析和仿真结果相比较，培养学生理论联系实际的能力。并对数据进行分析处理，然后由老师和同学们一起进行分析。在此过程中充分发挥学生学习的主动性和能动性，培养学生独立的思维能力，协同合作能力，以及在分析问题中解决实际问题的能力，让学生所有所用，尽早与实际相联系。

通过总结交流，学生普遍反映实验教学改革效果较好，对海洋检测知识的了解更加全面，动手能力、分析解决问题的能力也有了较大的提高，同时也强化了学生对海洋遥感的核心本质的理解。通过对这些环节的精心改革与安排，认真实施，既丰富了学生的知识面，提高了自我解决实际问题的能力，又取得了较好的教学效果。

3.3 加强实验教学

海洋智能检测技术的实验教学无论对于学生基础理论的学习、基本原理的掌握还是工程实践的培养，都具有举足轻重的作用，每一章的知识，我们都合理安排了实验教学，激发起他们的学习热情，让学生学会本章的原理如何学以致用，如何运用于实际，而且根据该课程的基本原理在工厂实践中的应用，让学生不但能自己参与课程内容和课程体系的改革，提出自己的看法和观点，同时更能促进学生积极参与科研实验，启发学生如何去提出问题，解决问题，在学习课本的知识的同时参与科研，善于发现问题，解决问题，提高学生学习的兴趣。与时俱进的适当调整课程内容，在课程内容上灵活引入。本专业相关产业和领域的新发展和新要求，减少陈旧内容，尽可能避免课程间教学内容的简单重复。合理确定基础课程与专业课程、必修课程与选修课程、理论教学与实践教学的比例，逐渐加大选修课程与实践教学的比例，优化本科课程体系。在教学内容改革的实践中，充分体现“内容精炼，观点新颖”的原则，并加强各类教改项目的申报和建设工作。

支持和鼓励教师将自己的课题研究引进课堂、灵活地融入教学中，丰富教学内容，拓展学生的视野和知识面，激发学生参与科学研究的热情。

4 加大理论知识与应用实例结合

创新型人才的培养必须与科学研究相结合。海洋智能检测是我校的强势科研方向，师资力量雄厚，科研水平高；充分利用这一优质资源，发挥我校研究的优势，有效促进教学质量的提高。

本专业在课程建设与改革上充分突出了专业的特色和先进性，与时俱进的适当调整课程内容，在课程内容上灵活引入本专业相关产业和领域的新发展和新要求，减少陈旧内容，尽可能避免课程间教学内容的简单重复。合理确定基础课程与专业课程、必修课程与选修课程、理论教学与实践教学的比例，并加强各类教改项目的申报和建设工作，不断更新教学内容。由于科技的不断进步，海洋智能检测技术的内容也在不断地更新和完善，促使教师在讲解分析检测技术时要注意结合本学科前沿研究领域和最新发展动态、介绍重点科技成果增加教学信息量大大丰富和活化教学内容使学生掌握更多、更新的专业知识。教材要充分反映教学内容改革的成果，积极推进教材、教学参考资料和教学可见三位一体的立体化教材建设，选用高质量教材，自编新教材。加强教材建设，对于深化教育教学改革、培养和造就新世纪需要的创新人才起到了良好的推动作用。

海洋智能检测技术是应用性较强的课程，需要学生掌握测试技术方法后进行实例分析。在教学过程中将课堂的理论教学与实际问题有机结合，有利于调动学生学习的积极性和创造性。通过在课堂过程中穿插分析测试实例，培养学生的思维能力、表达能力和分析解决问题的能力。加强实验室建设，改善实验教学条件和环境，提高实验室整体建设水平。实验教学的建设与管理工作，以提高实验教学质量和培养学生创新能力为目标，按照“统筹规划、优化整合、合理布局、资源共享、提高效益”的要求，加强基础实验教学平台、专业实验教学与创新平台建设，逐步加大科研设备和科研实验室等资源向学生开放的力度，创造条件使学生能够较早进入实验室，参与到老师的科研工作中，在具体的科研活动中培养实践、创新能力。

5 完善课程考核方法

在材料分析测试课程的考核上采取了综合考核方法。除了学生的期末笔试成绩外，考试成绩还包括课堂提问、课后作业等多种评价手段。综合考核方式既能锻炼学生知识综合运用的能力，又能培养学生查阅分析信息资料、收集分析数据和撰写科技论文的能力。通过考核方式的改革，有助于学生掌握和运用所学知识培养学生分析问题、解决问题的方法及能力，大大提高学生学习的主动性。

海洋智能检测一门理论性和实验性并重的科学，实验教学占有重要的地位。实验课要着力突出其成效性、主动性、技术性、基础性与综合性。因此在海洋遥感的教学中，我们从开始就注重学生动手能力的培养。学生在掌握一定的海洋学知识、遥感知识和计算机技能之后，便着手进行了一些实验改革（尤其在实验设计上）和带领学生参加各种科研实践活动，循序渐进，让理论与实际操作紧密结合。

教学内容的丰富、教学方法的革新和教学手段的改善，提高了教学质量和教学效果，增强了学生的学习兴趣，拓宽了学生的知识面，提高了他们对海洋遥感课程的学习兴趣。为此，在研究生报考方向和对未来从事行业的期望上选择遥感的越来越多。

6 加强师资队伍建设

师资队伍是专业建设的重要保障。改变教师管理机制，加强师资队伍建设，建立教师培训、交流和深造的制度；促进科研与教学的深度融合，加强教学与科研教师团队的整合；加强教师与相关产业领域专家之间的合作与交流，积极推动教师与相关产业领域开展产学研合作，完善教师与企业共建产学研结合示范基地的长效机制，积极形成一支热爱教学工作、教学和科研综合水平高、业务能力强、专业结构合理、年龄结构优化的师资队伍。

开设名家讲座，使学生与在科研第一线的教师面对面讨论，在导师指导下开展资料的检索，了解学科发展的前沿。其次，大力支持教师编写高水平、突出本专业特色教学的有关教材，将教师的课题研究和成果引入教材，促进科研与教学的深度融合。

7 结语

通过以上教学内容、教学方法和考核方式等方面的改革，加深了学生对材料分析测试的基本概念、基本理论和应用场合的理解，激发学生的学习兴趣，为学习以后专业课程打下坚实基础。使学生在完成课程的学习后，能够针对实际问题正确选择材料分析与测试的方法，并且能正确分析测试结果。并且具备通过自学掌握材料分析新方法、新技术的能力。