新工科背景下传感器与检测技术课程教学改革探索
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作者:左庆峰 潘斯宁
[摘 要] 新工科建设背景下，对机械类专业人才的培养提出了新的要求。传感器与检测技术基础课程在人才培养体系中起着至关重要的作用。针对课程教学过程中存在的问题，从培养创新型人才角度出发，通过多方面的改革探索，以期提升课程的整体教学质量，培养满足新工科建设要求的综合性机械类专业人才。
[关键词] 新工科;传感器与检测技术;教学改革;创新型人才
[作者简介] 左庆峰（1971—），男，广西昭平人，硕士，副教授，研究方向：物理课程与教学论;潘斯宁（通信作者）（1985—），女，广西梧州人，博士，工程师，研究方向：传感器、智能制造技术研究。
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）25-0241-02 [收稿日期] 2020-03-13
新科技背景下，全球范围内的科技创新与变革对目前的高等工程教育，尤其是机械设计制造及自动化类专业教育提出了新的要求。2017年2月，教育部提出推进新工科建设，机械设计制造及自动化专业作为机械、信息、材料、控制等多学科交叉特征明显的专业之一，理所当然成为新工科专业建设改革的排头兵。传感器与检测技术是工科机械类专业的重要基础课程之一，该课程着重培养学生掌握传感器与检测技术基本理论、基本方法，是一门理论性和实践性很强的课程。笔者就贺州学院的实际情况，以机械设计制造及自动化专业为例，对新工科背景下的传感器与检测技术课程教学进行了相应的改革探索。
一、传感器与检测技术课程教学现状
目前，我校开设的传感器与检测技术课程总学时为48学时，其中理论课40学时，实验课8学时。理论课程主要围绕各种传感器及检测技术的原理和应用展开。不同类型传感器的工作原理相对独立，关联性不强，需要学生具备扎实的数学和大学物理等基础知识，对于学生理解和掌握各类传感器的理论知识造成一定的困难。关于各类传感器的应用，目前的教学方式多是以多媒体课件的形式简单列举若干例子，学生只认识图片中的传感器，不认识真实的传感器及其实际应用，在一定程度上造成理论与实践脱节，影响学生学习的积极性。
在实验教学环节上，由于缺乏实验场地和实验设备，多是以教师的演示性实验为主，学生能动手参与的实验只有金属箔式应变片性能研究和热电偶原理及现象两个实验，均是简单的传感器性能验证实验，并不能真正了解和掌握传感器在实际现场条件下如何应用，达不到课程的教学效果。因此，对该课程的教学模式和教学方法进行研究就显得非常重要和紧迫。
二、新工科背景下课程教学改革探索
针对机械设计制造及自动化专业涉及的学科知识和具体应用领域，需要对课程的内容进行适当精简，与专业联系紧密且应用较多的传感器进行重点讲解和分析，而应用较少或者濒临淘汰的传感器只作简单介绍。在讲授各类传感器时，适当减少传感器工作原理部分的理论公式推导，多介绍传感器的典型应用和发展方向方面的知识。例如，针对目前广泛应用的人脸识别技术，向学生提问如何通过脸部特征扫描识别身分，以此引出CCD固体图像传感器，并在讲授过程中将此类传感器的应用与工业制造中的产品表面质量视觉识别系统联系起来，从而激发学生的学习兴趣，带着问题去思考和学习。此外，在讲授完各类传感器的原理及应用后，针对机械设计制造及自动化专业的特点，还增加了“参数检测”的专题章节，分为温度检测、压力检测、流量检测、物位检测等与实际应用密切相关的测量内容，根据具体的检测任务将各类传感器进行系统串联，培养学生解决实际问题的思维和能力。
（一）调整教学方式
传感器与检测技术课程是一门理论性和实践性都很强的课程，长期以来，该课程的实践环节被忽视，在考核时，实践环节（主要是实验）成绩仅占课程总成绩的小部分，这就导致许多学生忽视实践环节的学习。此外，在课堂上通常以教师为讲授主体，学生参与度较低。课程教学团队应采用实物展示、实地操作与启发互动的教学方法，让学生充分参与到课堂教学中，教师可以充分了解学生的掌握程度并进行有针对性的教学，有利于培养学生的创新思维能力。例如，在讲授传感器与检测技术概论时，首先播放徐工集团智能制造生产线的案例视频，引导学生分组讨论视频里面涉及到的检测任务以及所需的传感器，结合本校的智能制造技术实訓实验室，进行智能制造生产使用的传感器实物展示及功能演示，帮助学生建立感性的认识，引导学生将本课程内容与后续将要学习的先进制造技术课程联系起来，使学生掌握所学课程的精髓，真正做到融会贯通、学以致用。
（二）改变课程考核方式
新的课程考核评价方式主要由以下四部分构成：①平时成绩占20%，主要包含出勤成绩、作业成绩、课堂表现成绩，具体比例由任课教师自行分配。②传感器实验成绩及应用能力测试占20%，两项各占总成绩的10%。③传感器综合设计能力测试占20%。学生在学习过程中自主选择时间、自主选择传感器类型进行一个传感器检测的综合设计，要求画出设计电路原理图并进行一定的仿真，写出设计报告，该项目可在学期中进行，也可在该课程结束后进行。④期末考试成绩占40%，期末考试试题覆盖考试大纲，试卷内容包含基础知识、基本技能、基本应用;其中理论性知识题占30%，应用性知识题占70%，增加对学生应用能力的考核。
课程的考核成绩由过程性考核成绩和结果性考核成绩两部分构成。过程性考核内容包括学习态度、学习能力和制作技能、学习效果三个方面。只有通过过程性考核才能进入结果性考核环节，且过程性考核成绩比例大于期末考试考核比例。通过采用完成教学项目（过程性考核）、出勤率和课程设计（或开卷考试）的多元化考核方式，将以学生为主体和以“能力测试”为中心的理念贯穿于整个课程学习，同时以课程设计的形式取代传统的闭卷考试，使学生不用再死记硬背理论知识应付考试，调动学生的积极性，培养学生的分析问题和解决问题能力。 （三）丰富实验教学手段
课程教学团队从工程实际出发，改变以往传统的实验教学模式，探索课程实验教学新模式，让学生在解决工程实际问题中经历与所学课程融合为一体的能力训练过程，提高学生解决工程问题的能力。
1.课内配套的基础实验。利用传感器实验室配套的YLXS-03系列传感器实验箱，加上双线（双踪）通用示波器，可以开展多达数十种不同类型的传感器实验，以及LabVIEW、MATLAB实验。在新工科背景下，根据机械设计制造及自动化专业的培养计划以及企业工作的实际需求，在原有的金属箔式应变片性能研究和热电偶原理及现象两个简单实验的基础上，增加了基于电涡流式传感器的电子秤、基于霍尔传感器的振幅测量、温度仪表PID控制、智能温度控制系统设计、智能转速控制系统设计等设计性实验。
2.课外延伸的能力拓展实验。利用学科基础实验室“智能制造技术实训实验室”，进行部分传感器的实物展示，为学生提供完成课程设计所需要的设备及操作实训。在该实验室里，学生接触到的是各类智能制造设备实际使用中的传感器，包括温度检测、压力检测、流量检测、物位检测等，在实际操作中更好的理解和掌握各类传感器的原理及应用，达到理论与实际相结合，使本专业培养的应用型人才更好的满足地方和企业的实际需要。
三、小结
在分析和总结当前传感器与检测技术教学过程中存在不足的基础上，以新工科为背景，结合机械设计制造及自动化专业人才培养的需求，通过调整教学内容和教学方式、改变课程考核方式、丰富实验教学手段等方面的改革，将课堂教学环节与实验实践环节有机结合，有利于激发学生的学习兴趣，有效巩固学生的基础理论知识，提升學生的工程设计能力和解决问题的能力，锻炼学生面向实际工程问题的实践动手能力，培养学生创新意识。
参考文献
[1]朱高峰.中国工程教育的现状和展望[J].清华大学教育研究，2015，36（01）：13-20.
[2]左庆峰.新工科背景下的电气工程专业实践教学模式探究[J].当代教育实践与教学研究，2019，（04）：172-173.
[3]陈昶，熊志宏，殷赳.新工科背景下《机械工程材料》课程教学的探索[J].科技视界，2017，（21）：37-38.
Abstract：Under the background of Emerging Engineering construction，new requirements are put forward for the cultivation of mechanical professionals.Sensor and Detection Technology，a basic course，plays a crucial role in the talent training system.In view of the problems in the course of teaching，this paper，from the perspective of cultivating innovative talents，through reform and exploration in various aspects，hopes to improve the overall teaching quality of the course and train comprehensive mechanical professionals to meet the requirements of Emerging Engineering construction.
Key words：Emerging Engineering;Sensor and Detection Technology;teaching reform;innovative talents
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