应用型高校“传感器与检测技术”课程实验教学改革探析

杨钰 徐晓 廖朝阳 刘志壮 王林惠

摘要：“传感器与检测技术”是电子技术类专业的专业课程，在应用型人才培养中起着重要作用。结合本校办学定位及人才培养目标，本团队探讨了普通地方应用型本科院校人才培养中“传感器与检测技术”课程实验教学模式改革的新思路，建立了由验证型、综合型和创新型实验相结合的实验内容，利用开放实验室为学生搭建科研创新实践平台，借助线上教学平台实现线上线下的混合式教学模式，构建了全过程的课程考核评价体系。新型教学模式能够切实提高教学质量，对学生的能力培养和综合素质提升起到积极作用。

关键词：应用型地方高校;校企融合;实验教学改革

中图法分类号：V448

文献标识码：A

Analysis on experimental teaching reform of“sensor and detection technology"course in application-oriented colleges and universities

YANG Yu， XU Xiao， LIAO Chaoyang， LIU Zhizhuang， WANG Linhui

（ Hunan Institute of Scicnce and Tcchnology， Yongzhou， Hunan 425199 . China）

Abstract： "Sensor and detection technology

is a professional course for electronic technology majorsand plays an important role in the cultivation of applied talents. Combined with the school'sorientation and talent training goals， the team discussed the new ideas for the reform of theexperimental teaching mode of the "sensor and detection technology" course in the talent training ofordinary local application-oriented undergraduate colleges， and established an experimental teachingmodel consisting of verification， comprehensive and innovative experiments. Combined with theexperimental content， the open laboratory is used to build a scientific research and innovation practiceplatform for students， and the online teaching platform is used to realize the online and offline hybridteaching mode， and a wholeprocess course assessment and evaluation system is constructed. Thereformed new teaching mode can effectively improve the quality of teaching， and play a positive rolein the cultivation of students' ability and comprehensive quality.

Key words： application-oriented local universities， school-enterprise integration， experimentalteaching reform

1 “傳感器与检测技术”课程的特点

“传感器与检测技术”课程实验旨在使学生掌握相关理论知识的基础上，培养学生分析问题和解决丁程实际问题的综合能力，以提高学生的动手能力，具有较强的实践性。传感器的工作原理涵盖力学、化学、光学、生物学、材料学等内容，理论知识的相关性不强，而检测系统的分析和构建则需要学生综合利用传感器技术、自动化技术、电子信息技术、计算机技术方面的知识，并掌握不同检测项目的标准、原理和方法。

2 传统实验教学的痛点

（l）验证性实验为主，学生积极性不高

传统实验内容大多是针对某类传感器的性能进行验证和分析，如电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器的性能验证实验，且实验设备大多模块化，可扩展性不强，学生只需要连接电源、模块和测量仪表，即可得到输出信号，即使没有掌握传感器的工作原理和测量方法，也能得到最后的结果。且验证型实验不与实际应用场景相结合，学生无法体会传感器的实际用处，很难提起学习兴趣[1]。因此，本团队提出“验证型+综合型+创新型”实验相结合的实验教学模式。

（2）实验内容与实验时间难匹配

传感器在生活、工作、学习、科研中的应用范围非常广。在传统实验中，学生仅需完成单一传感器的性能验证，记录实验数据，判断实验结果的正确性即可，2学时完成实验往往还有富余：本团队曾尝试增加实验内容和难度，引导学生选择合适的传感器，并构建测量电路，完成对给定物理量的测量，实践证明，增加实验难度后，多数学生无法在2学时内完成实验。因此，本团队提出课内课外相结合的实验教学模式。

（3）缺乏过程性考核指标

课内课外相结合，顾名思义，就是学生利用课外时问，先进行方案的设计和论证，在课内完成系统的构建和实验结果的验证。通过长期的教学实践，我们发现：能够独立完成实验的学生并不多。对于基础相对薄弱的同学，课外资料收集不够，无法拿出设计方案，课内无法得到测量结果：即便得到实验结果的同学，方案的重复性也较高;按照传统的考核方式，未得到实验结果的同学成绩不及格，得到实验结果的同学成绩区分度也不高。因此，本团队提出基于过程考核的考核方式。

3 实验教学改革方向

3.1 基本思路

“传感器与检测技术”课程实验教学改革的目标是高度融合学科体系内容，培养学生利用所学知识解决工程实际问题的能力[2]。在教学实践中，除了验证传感器的基本性能，还应掌握利用传感器进行信号检测的基本电路和测试方法，并对实验方案、检测方法和实验过程进行创新。本团队经过反复的实践和持续改进，合理设计实验内容，创新采用线上线下混合式教学方法，并利用各教学平台制定过程性考核标准，遵循“阶梯式”教学思路，采用验证型实验→综合型实验→创新型实验的模式，因材施教，力求让每一个学生学有所获。

3.2 验证型实验

验证型实验要求学生根据理论内容、授课重难点对单一类型传感器的工作原理和基本特性进行验证，并以实验报告的方式记录实验过程和数据，还要对实验数据进行分析和说明。强化对传感器工作原理的理解，尤其要对实验模块中的转换电路进行分析，为综合设计实验提供必要的理论支持和实践支持[3]。

3.3 综合性实验

综合型实验要求学生能选择合适的传感器和测量电路，完成对规定物理量的检测。可以使用虚拟仪器，也可以使用硬件平台。教师通过给定实验目标，学生自行设计实验思路，给出数据的采集方法，并对自己的设计内容进行调试、分析和评估。

3.4 创新型实验

创新型实验要求学生综合利用本学科的理论知识，设计具有一定功能的检测系统，如电子秤、温度计、测距仪、车轮转速测量装置等。了解传感器技术与自动控制、单片机、计算机技术的关系，并以此安排相应的教学内容，培养学生分析问题、解决问题和团队协作的能力。在此过程中，学生应以团队为单位进行实验方案的设计，教师团队应提供适度指导。教师要因材施教，侧重培养学生的团队协作能力和创新能力，探讨不同基础学生在此过程中学有所获的可能性，同时分析改革的可行性。

4 实验教学改革措施

4.1 教学平台的优化

我校是地方应用型本科院校，学生基础参差不齐，一开始就要求所有学生能够完成创新型实验显然不现实，传统的课堂教学也不可能有效解决所有学生的问题。因此，教师团队利用“超星泛雅”平台建设了课程在线学习平台，利用QQ创建了课程交流群，利用LabVIEW技术搭建了虛拟仿真平台，利用校企合作大学生创新创业基地构建了创新实验平台。例如，电阻式传感器实验，实验前2周，教师利用课程交流群发布实验内容，学生可利用Spoc平台先观看微课视频：电阻式传感器实验原理、YL-21（X）型传感器与测控综合实验平台电阻式传感器模块演示视频、称重传感器的制作方法、Labview小白入门、电子秤结构解析等：利用LabView完成电阻式传感器的电桥性能实验：创新实验可利用创新创业中心的实验设备完成电子秤的设计制作。

4.2 教学内容的重构与改革创新

根据教材内容，将传统传感器分为电阻式、电容式、电感式、压电式、磁电式、热电式、光电式、波式、化学、生物传感器10个章节，每章设置5-15个知识点，涉及传感器的工作原理、基本特性、测量电路、典型应用、实验演示、能力扩展、学以致用等内容，并配套相应的文字说明及自测习题，供学生进行课前预习和课后复习使用，学生可以根据自身实际，选看相关内容，为实验教学做准备。验证型实验内容采用传统教材，综合型实验内容由团队重新编写，并不断革新，创新型实验只给出系统功能，不限定传感器类型和电路形式，注意引导学生对方法和思路的创新，使学生在阶段性训练后掌握传感器的实际应用方法[3]。本团队利用信息化技术营造出特色的实验氛围，说明各类传感器的使用方法，并提出借助称重传感器测重，利用计步传感器统计步数，燃气泄漏报警装置、简易脉搏测量仪、利用陀螺仪、角度加速度传感器等创新型实验方案。始终贯彻应用型人才培养的日标，重视对使用方法的学习，避免复杂公式的推导，并注重团队协作，指导学生进行相关实验的设计，掌握设计方法和思路，以期培养学生的问题分析能力、创新理解能力和探索欲望[4]。

4.3 教学方法创新

教学改革的重心是将对工作原理和传感器性能的验证转向对传感器典型应用系统的构建，故需要教师不断革新教学思路，既要说明传感器的工作原理、使用方法和使用要点，又要对各类传感器的适用范围和工作电路进行推导和验证，还有考虑如何利用小组合作的方式解决实际问题。因此，本团队利用创新化的教学思路，建立系统的教学计划。例如，将包含创新实验的实验学时增加至4学时，通过实物展示或虚拟现实技术呈现出传感器的应用场景，要求学生思考这些传感器的应用原理，并根据现有的问题展开思考和讨论，在分析理论知识点的基础上，如何利用所学实现应用场景：同一个实验包含多个综合型实验内容，学生通过随机抽取来确定课堂操作内容等。例如，“应变式传感器”创新实验中，教师可展示生活中常见的体重计装置，说明体重计即为应变式传感器的经典案例，并指导学生细致思考生活中还有哪些物件也使用了应变式传感器。实验中，学生可先自制称重传感器，利用实验模块验证其称重性能，然后根据小组的创新实验选题，选择合适的元器件，搭建电路，编写程序，完成电子秤的制作。创新型实验设计中，依托于验证型实验的基础，掌握不同传感器的工作性能、电路设计方法、检测要点等方面的内容，不断加深对数据采集、传感器使用范围的理解与认知，这也避免了传统实验过程抄袭报告、抄袭实验结果的情况。在此过程中，教师团队应当尽力提出个性化、优质的问题，通过指导学生自行设计实验内容，在必要的检测基础上提升学生的应用能力[5]。

4.4 考核方式的改革

传统实验教学的考核方式是以学生课内操作和课后实验报告为依据进行考核。随着实验内容和教学方法的改革，考核方式也应该发生相应改变。应从平时、实验、综合、创新四个维度进行考核，便于发现学生在学习过程中的不足之处并及时反馈，指导教学。

（1）平时考核。主要是對线上内容学习和课前预习报告的考核，侧重在课前的自测题中设立关联性问题，要求学生在课前根据问题展开思考，为动手实操打基础。同时，出勤率和随堂测验也应纳入考核，可让学生在获取知识点，掌握实验思路的基础上完成教学评价。

（2）实验和综合考核。主要是对课堂实操质量的考核评估，以学生2学时内独立完成1个“验证型+综合型”实验为主，利用4学时分组完成1个创新型实验即可。教师结合现有的学时，确定实验内容和考核目标。另外，在期末实验考核中，除了考核学生对传感器应用方法、应用范围的掌握程度，还要考核学生对模拟电子电路、数字逻辑电路的实践水平，结合综合型实验内容考核学生的应用水平，这对学生实践能力的提升有着积极作用。

（3）参加学科竞赛也是评估学生学习习惯、创新思维、实验能力的重要手段，故本团队并探索现代“学徒制”教学模式，每位团队教师指导1-2个创新实验团队，并鼓励学生积极参加各类学科竞赛。历年来，学生在各级各类竞赛中屡获佳绩。设计出了具有智能识别路径的自动巡航小车、防止老人摔跤的智能拐杖、自动大棚灌溉系统、北斗自动泊车系统等[6]。

5 结束语

通过全面提高应用型高校传“传感器与检测技术”课程的教学效率，侧重对实验课程进行改革，尤其是要提高学生的主观能动性、学习积极性和创新能力，指导学生在实验学习后掌握传感器的使用方法和使用思路。教师应当重构教学内容、创新教学方法、改革考核方式，在提高教学质量的基础上营造个性化的学习氛围，进而提高应用型高校的实验教学质量。

参考文献：

[1]曲春英，基于应用型人才培养模式的《传感器与检测技术》课程教学改革研究[J].创新创业理论研究与实践，2021，4（8）：68-70.

[2]韩芳，封居强，吴超.信息链视角下传感器与检测技术课程的实践教学改革[J].北部湾大学学报，2020，35（ 10）：71-75.

[3]左庆峰，潘斯宁.新工科背景下传感器与检测技术课程教学改革探索——以机械设计制造及自动化专业为例[J].教育教学论坛，2020（25）：241-242.

[4]刘涛.传感器与检测技术课程“以学生为中心”的教学方法改革探索[J].黑龙江科学，2019，10（17）：14-17.

[5]胡博文.“新工科”背景下《传感器与检测技术》课程建设探讨[J].南方农机，2019，50（9）：213+221.

[6]蒋小菲，李论，刘国敏.物联网专业《传感器与检测技术》课程教学模式改革研究[J].教育现代化，2018，5（2）：44-45+50.

作者简介：

杨钰（1983-），硕士，讲师，研究方向：电气自动化、自动控制、智能算法及自动控制。

基金项目：教育部产学合作协同育人项目202002255003：湖南省一流本科课程《传感与检测》