传感技术及应用 教学设计

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教学设计

传感技术课程是测控技术专业的专业基础课程，该课程以物理学、电工学、电子学、数字脉冲电路、工程光学基础、误差理论、精密机械零件和工程控制理论等课程为基础，在第六学期讲授。而它又是后续专业课程测试技术原理及应用、控制技术与系统、智能仪器、测控电路、无损检测等的先修课程。在测控技术专业，传感技术课程起到一个承上启下的作用。 我国长期以来采取的传统教学方法是“填鸭式”的同步教学方式，以教师作为课堂的主角，依赖教师“教”，忽视学生“学”。由于学生被动地参与教学过程，导致学生缺乏科学的思维能力和创新能力。在实践教学中，不同层次的学生进行同样的训练，使得好的学生“吃不饱”，潜能没有充分调动；差的学生“吃不了”，训练不到位，也使教育资源没有实现最优化和效率最大化。这种教学方式完全忽视了学生的个性和差异性，制约了学习主动性和自觉性，严重束缚了高等教育人才培养质量的提高。 针对上述问题，我校测控技术与仪器专业进行了教学方法改革，以省级精品课“传感技术”为示范，在充分论证的基础上实践了动态分层异步教学方法。 “传感技术”是测控技术与仪器专业必修的专业基础课，它以物理学、电工学、电子学、工程光学等课程为基础，同时又是后续的检测技术、智能仪器、无损检测等专业课程的先修课，在专业培养方案中起到一个承上启下的作用。我校“传感技术”早在2004年就被评为省级精品课，是我校重点建设课程之一。 动态分层教学是教师在学生现有知识水平、认知能力、智力水平和情感因素存在明显差异的情况下，遵循因材施教原则，有区别地设计教学计划和教学内容，有针对性地实现对不同层次学生的学习指导。通过定期考核，调整学生层次，实现动态分层教学。 异步教学是强调以学生为本，教师作为学生学习指导者，在学生自主学习过程中起到引导作用。在充分体现学生学习的个性化的前提下，实现教师指导的异步化。 动态分层异步教学方法是一种现代教学理念，它彻底颠覆了传统的同步教学模式。实施动态分层异步教学方法的目的就是要培养具有自学能力、自主教育能力、科学思维能力和创新能力的高素质人才，对培养仪器仪表人才具有重要的现实意义。 　

1. 教师课堂理论教学 传感技术是一门理论性和实践性都比较强的专业基础课，课堂教学较好地完成理论知识教学，所以教学内容组织方式以课堂理论教学为主，结合多媒体教学以及实物图片等教学方式。目的是使学生较好地掌握有关传感器的基础理论。 2. 组织学生进行专题讨论 将某个专题或某几个专题交给学生，由学生查找资料，然后组织课堂讨论。培养学生主动独立思考问题的能力。以及分析问题和解决问题的能力。 3. 学生上讲台讲课 布置给一个学生某个章节的内容，给他时间去查找资料，然后由学生来讲课，老师现场负责答疑。这种方式收到了很好的效果。 综上，我们在研究前苏联教育家巴班斯基的“教学最优化理论”和湖北大学黎世法教授的“异步教学理论”的基础上，针对我国高等教育大众化的现实，结合我校测控技术与仪器专业的实际情况，在省级精品课“传感技术”的理论教学和实践教学中实施了动态分层异步教学。

1. 实验教学 传感技术课程有实验教学6学时，学生通过实验熟悉掌握各种传感器的原理、结构和使用方法，加深对课堂教学内容的理解。 2. 学生自主确定方案进行课程设计 传感技术课程设置1周的课程设计。该课程设计是综合性的设计，教师给学生的设计任务书只规定了精确度指标，学生们根据任务书中规定的设计任务，自主规定其它的技术指标。然后，按照自己提出的技术指标，查找资料，确定方案，再完成独立设计。这样的课程设计，培养了学生查找资料和利用资料的能力，培养了学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。结合学院正在建设的传感技术实验中心，拟在以后的传感技术课程设计中，增加传感器结构设计、加工工艺设计，并在实验中心完成实际加工制作，让学生更多地接触实际，增加感性认识，为学生创造将理论应用于实践的机会，培养学生认识问题和解决问题的能力。 3. 将后续专业课与传感技术课结合进行课程设计 传感技术课程组的教师除了教授传感技术课程外，还讲授其它专业课。各位教师在后续的专业课教学过程中能把传感技术课的内容与专业课的内容联系起来，使学生理解传感技术在实践中是如何应用的。例如专业课“测试技术及应用”与传感技术课密切相关，于是任课教师将两门课程内容联系起来，在进行测试技术及应用课程设计时，给学生提供各种传感器实物，让学生根据自己选择的传感器，设计测试系统，并实际安装调试。通过这样的实践环节，将传感技术课程与专业课联系起来，培养了学生综合运用所学知识的能力，同时也培养了学生理论联系实际的能力，学生自主设计，自己安装调试，培养了学生自主创新的能力。 　 近年来，设计并采用了动态分层教学法： 根据差异性的原则组织教学，实现教学动态分层化 承认学生的差异性，并根据差异性的原则组织教学，实现因材施教，从而达到教学最优化。 根据综合考评成绩将学生划分为基本层、提高层和拔尖层。对这三个层次的学生分别制定理论教学内容和实践教学内容。在理论教学上，基本层的教学内容符合教学大纲的基本要求，满足大众化教育的需求；提高层在基本层的基础上增加设计性内容，以培养高素质人才；而拔尖层在达到前两层的要求外，增加了研发类教学内容，达到培养创新人才的目的。在实践教学上，创建了“基本型、综合型、研究创新型”三种类型的实验教学体系和“应用型、设计型、研发型”三种类型的实践教学体系（课程设计）。不同层次的学生，选择不同类型的实验、课程设计，达到不同的训练目的。学生在完成基本要求的任务后，不限于原始层次划分，可以自主选择更高类型任务。 在每个单元结束后，进行单元测试，将单元测试成绩与自学报告、随堂提问、实践教学成绩汇总，形成阶段总结，重新评价学生学习综合能力，调整学生层次，实现层次划分的动态化。 构建异步教学结构，实现学生学习自主化与教师指导异步化 依据异步教学理论，构建了由教师四步指导和学生四步自主学习组成的异步课堂教学结构。 教师的四步指导是指“布置内容-指示方法-互动与评价-强化总结”； 学生四步自主学习是指“个体自学-自学报告-研讨互学-总结报告”。 动态分层异步教学的实质，就是要使学生成为学习的主人，实现学生学习的自主性；充分发挥教师的指导作用，实现教师指导异步化。动态分层次异步教学方式能够完整地实现培养全面发展的创新人才的目标。这种教学模式，不但适合现代社会学生的学习规律，而且完全适应现代教育培养创新人才的需要。 基于动态分层异步教学法调整教学计划并设计教学内容 根据国家的指导性教学计划，结合本校学生的具体情况，调整了适合动态分层异步教学的教学计划。以培养学生创新能力，理论联系实际能力为目标，精简理论课时，增加实验课时。为使学生对前后课程的知识融会贯通，调整了教学内容。将原来在两个学期开设的课程“测控电路”和“传感技术”调整到同一个学期，并合并这两门课程的课程设计成为一个综合性的课程设计。并将这个综合课程设计内容与“单片机原理”课程的内容结合起来，构成利用传感技术实现信息采集、利用测控电路实现信号调理、利用单片机实现信号处理与输出控制的完整测量系统，将每一门课程的知识有机结合起来，使学生对测量系统有一个清晰的、完整的概念和认识。新的教学计划和教学内容充分保证了动态分层异步教学方法的实施。 建立科学合理的考评体系 学生层次的划分不能单纯依赖于考试成绩，要通对学生进行学习综合能力评价实现学生层次的划分。根据学生的学习过程中的相关信息，综合考察学生的知识水平、智力因素以及情感因素等对学生学习综合能力的影响，确定若干对学生学习综合能力的影响因子。利用经济学上的道格拉斯生产函数，建立学生综合能力评价回归模型；利用统计分析方法计算出每个因子对学生综合能力影响的大小，即每个因子的贡献率；利用聚类分析的思想对学生进行分类。这样便得到了影响学生的综合能力的各项指标量值，合理有效的给出学生学习综合能力的量化分析，建立科学合理的考评体系。

传感技术是一门理论性很强的专业基础课，理论教学是使学生掌握基础理论的重要教学方法。课堂讨论和学生做主讲等教学方法的使用可以培养学生独立思考的能力。课堂上展示图片等可以激发学生主动学习的积极性。 　 　 　 　 建设常规性实验、开放性实验、创新性实验和课程设计的实训基地 以黑龙江省高校测控技术与仪器重点实验室为基础，创建了“传感技术实验室”，已得到了国家863项目、国家自然科学基金、省市基金、中央地方共建、省精品课建设的支持，共投资近500万元，建成了常规性实验、开放性实验、创新性实验及课程设计的实训基地近800平方米。作为大学生研学基地，吸收了大批学生参与到各类设计竞赛、开放性实验、创新实验以及科学研究项目中。 编写适应动态分层异步教学方法的教材和配套课件 已编写了适合动态分层异步教学的教材《传感器原理与应用》，已由清华大学出版社出版。该教材深浅适度，层次分明，从不同的角度出发，包括了传感器工作原理、基本结构、测量电路和大量的工程实例。书中大量采用新的工程实例，从传感器新应用、新技术、新发展进行了多角度的阐述，满足不同层次教学的需要。编写的与教材配套的习题集（附答案），由清华大学出版（正在印刷中）。设计制作的与教材配套的多媒体课件，配有大量图片、影像资料，以动态形式演示传感器工作原理和工程实例，并将工业现场应用以影音、动画形式直接引入课堂，即解决了学生缺少直观的传感器在复杂工业现场应用的概念，又解决了相关传感器的原理和结构问题，使学生延伸视野看到实验室不可能具备的种类繁多传感器和某些昂贵传感器。 将教案上网，实现网络教学，学生可以自主学习。 五、教学改革

教学改革包括教学内容的改革；教学形式的改革；教学方法和手段的改革。 成果解决教学问题的方法 在总结三项校级教学研究课题（1）“《传感技术》动态分层次教学方法研究”；（2）“传感技术课程实践教学改革与学生创新能力培养的研究”；（3）“《传感技术》CAI课件”基础上，研究了分层教学理论和异步教学理论，掌握动态分层异步教学思想，建立科学考评系统，对学生学习综合能力进行评价，实现合理分层。提出了动态分层异步教学方法，构建了课堂教学结构和实践教学体系。 异步课堂教学以“层”为授课班级，每个授课班级分成若干学习小组，每组人数6~10人，由小组成员轮流担任组长。“布置内容”是异步课堂教学结构的第一步。将教学内容划分成一个个教学单元，在开始一个单元学习之前，教师向学生布置该单元学习内容（不同层学生学习内容有所不同）。明确学习任务之后，教师通过“指示方法”指导学生采取的学习方法、手段以及学习的思路等。在教师指示方法后，学生进入四步自主学习阶段。“个体自学”指学生按着教师指示的学习方法、手段，利用学校实体图书馆、网络数字化图书馆查阅资料，了解本单元知识的发展现状以及应用范围；利用指定教材、参考教材以及网络资源学习教师布置的单元学习内容。在此基础上，每个学生完成一份“自学报告”，然后进入到第三步“研讨互学”。“研讨互学”在小组内进行，由组长负责组织。针对教师布置的学习内容，组内学生展开讨论，互相学习，达成共识后，互相批阅自学报告，给出成绩，在此基础上形成一份“总结报告”。这四步学生自主学习阶段要求学生在课外时间完成。课堂教学直接进入教师指导第三步“互动与评价”，教师批阅每组总结报告，给出成绩，这个成绩将累计到小组每个成员自学成绩里。教师组织各组展开讨论，通过提问-回答的方式，实现教师与学生、学生与学生的互动交流，对本单元内容给出基本知识点、重点、难点以及易混淆点，对讨论过程中学生的回答与提问给出评定成绩。“强化总结”是教师为强化学习效果，对本单元内容进行归纳总结。动态分层异步教学结构如图1所示。 图1动态分层异步教学结构示意图 　课堂教学实施方案（以教学单元“电阻式传感器”为例）如图2所示。 图2课堂教学实施方案示例图 动态分层异步教学方法已用于我校测控技术与仪器专业05级~08级的“传感技术”课程的4轮教学实践中，取得了良好的教学效果。

【微语】慢，是一种态度。而快，则是一种情绪。孰优孰劣？各有千秋。