| 标题 | 新工科背景下“感测技术”课程教学改革探究 |
| 范文 | 黑创 李修权 张鑫 尹志豪 黄力 刘杰 摘 要：在新工科建设背景下，各大高校主动设置和发展新兴工科专业，同时推动现有工科专业的改革创新也势在必行。针对“感测技术”课程教学的研究现状，依托电工电子国家级实验教学示范中心（长江大学），电子信息学院提出了基于项目化的教学模式，大力探索课程教学改革的创新。通过以智能温室大棚为例阐述了课程改革实施过程，最后学生以项目参赛取得优异的成绩。实践表明，项目化的教学改革方法提升了学生创新创业、跨学科交叉融合、自主终身学习的能力，起到创新人才培养的作用。 关键词：新工科；感测技术；项目化；教学改革；创新人才培养 为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”、“互联网+”、“网络强国”、“一带一路”等重大国家战略，自2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”[1]“天大行动”[2]和“北京指南”[3]，并发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》[4]、《教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知》[5]，开拓了工程教育改革的新路径。本文以自动化专业为例，探索新工科背景下实施工程教育人才的培养“新模式”。“感测技术”课程是自动化专业一门重要的专业基础课，涉及“电子测量技术”“传感器技术”“自动检测技术”“高等数学”“大学物理”等课程知识，具有很强的综合性、专业性、技术性、实践性，对于培养学生的创新意识和创新能力起着重要的引导作用。如何改革该课程的教学模式，培养学生的实践创新能力，是长江大学电子信息学院一直探究的问题。本文以自动化专业的“感测技术”课程为例，通过项目教学法探讨新工科背景下课程改革的创新，为相关工科专业课程改革提供参考。 1 “感测技术”课程教学现状 传感器是信息系统的源头，是实现自动检测和自动控制的首要环节。工业产品逐渐从自动化向智能化发展，迫使自动化专业的学生必须熟练掌握传感器相关的知识。为了适应社会的需求，各大高校加大自动化专业的传感器课程建设，但是课程的理论教学过程中仍存在以下几个方面的问题[6]。 1.1 理论教学枯燥，课程内容相对滞后 传统的理论教学通常以传感器的基本结构、工作原理、输出特性、测量电路为主线，分别介绍各类传感器，过于注重原理的解释和公式的推导。实际传感器技术包含“设计”和“应用”两方面，但是使用传感器对于自动化专业的学生显得更为关键。对于高校自动化的学生来说，可以不去研究传感器内部结构的设计理論和制造工艺，而应该从“应用”的角度，了解传感器工作的基本原理，掌握传感器与外部的连接。同时，随着传感器的更新换代，物联网和智能制造的快速发展，传感器已经实现数字化、智能化和网络化。而目前课程教材传感器的选型仍是模拟的分立元件，内容相对滞后，与实际工程应用脱节。这样对于没有实际工程经验和学习独立性较差的学生而言，传统的课程讲授方式显得十分抽象和枯燥，很难让学生深层次的理解和综合性应用，不利于激发学生的学习主动性和提高学生的工程实践动手能力。 1.2 考核模式单一，评价制度不够完善 考核、评价学生成绩是教学过程的一个重要环节，当前课程的考核模式主要以考试为主（占总成绩80%），以平时作业和考勤为辅。这种考核模式单一，只注重考查学生的理论知识掌握情况，并没有对学生的实践能力进行考核，使得学生不能灵活运用传感器。传统的考核方式以考试分数为主要成绩评价指标，对学生的整体学习效果考核不全面，学生考试前临时“抱佛脚”一般能应付考试，影响学生综合能力和素质的提高。 2 “感测技术”教学改革措施 针对当前“感测技术”课程教学过程中出现的问题，教师需要对传统教学模式提出改革，以探索实施工程教育人才培养的“新模式”。本文提出以项目化的教学理论指导“感测技术”课程的改革，在教学过程中通过项目任务下达、任务模块分解、组间问题交流等步骤，使学生利用实践与课程有机联系的方式进行学习[7-8]。依据项目化的人才培养模式，将产业和技术的最新发展和行业对人才培养的最新要求作为项目为导向，更新教学内容。同时将教师的研究成果及时转化为教学内容，向学生介绍学科研究新进展、实践发展新经验，这样有效地解决了理论教学枯燥和课程内容相对滞后的问题。在期末考试试卷设计时，遵循以学生为中心的理念，加大学生选择空间，可以考虑设计项目任务相关的开放性的题目，让学生学会举一反三。同时把项目实施过程也作为学生成绩考核的一项指标，解决了传统考核模式的单一性。 现以“感测技术”课程为例，详细阐述项目化教学改革措施，其方案如表1所示，包含项目任务下达、任务模块分解、组间问题交流、项目内容实施、项目结果调试、项目经验交流这6部分，各部分衔接紧密，需要统筹安排才能达到预期的教学效果。在项目任务布置时需要联系现代科技发展的趋势，例如“互联网+”、人工智能等，使得学生学习最新的科学技术。项目内容实施的过程中，学生需要将其他相关课程（“单片机”“C语言设计”“数字信号处理”等）的内容联系到一起，有机地结合在一起解决问题。在项目完成后，教师针对项目实施效果和个人学习情况，采用组内自评、教师评定和答辩交流3个环节的考核办法进行科学合理的评估。通过一系列项目的训练，使得学生能够通过自学或查阅相关资料，分析和研究复杂问题。在项目实施过程中，学院支持和鼓励学生参加各类相关竞赛，以赛促学，以赛促教，以赛创新，使得学生具备一定的创业意识和创新精神，具有较强的综合实践能力和科学研究能力。 3 项目化教学案例 随着科技飞速发展，现代社会逐步信息化、智能化，农业也需要走向信息化的快车道。本文项目开发案例以单片机系统为核心，结合传感器和互联网技术，控制温室作物生存的最佳环境，实现“互联网+农业”设想[9-10]。 （1）项目任务下达：通过多传感器测量温室中的各项理化指标，各传感节点通过网络连接，并上传到云平台进行数据分析处理，反馈控制温室的环境调控模块使得植物可以获得最佳的生长条件，自动化11501班35名学生选择这个项目任务。 （2）项目模块分解：根据项目任务需要对温室中环境的温湿度、光照、电导率、二氧化碳数据采集，并具有遮阳、通风、灌溉等环境调控功能，数据还需要通过网络传输给PC上位机处理。因此，任务分解可为7个功能模块：①温湿度数据采集；②光照数据采集和遮阳功能；③土壤电导率数据采集和灌溉功能；④二氧化碳数据采集和通风功能；⑤传感器的数据传输；⑥硬件与PC上位机网络通信；⑦PC上位机软件设计。班级根据任务模块分为7组，每组5名同学。 （3）组间项目交流：7组成员根据每组任务要求展开调研，提出可行性研究方案如图1所示。硬件采用STM32主控芯片和CC2530对整个传感器进行控制，传感器间采用ZigBee实现局域内组网，硬件使用esp8266的透传模式实现与PC上位机的WiFi网络通信。 （4）项目内容实施：各组成员根据任务要求对元器件进行选型，空气温湿度采集选用DHT11温湿度传感器，光照强度采集选用GY-485-44009光照传感器，土壤电导率采集选用ST-460传感器，二氧化碳浓度采集选用CO2传感器，ZigBee组网选用CC2530开发板，灌溉功能选用水泵，遮阳功能选用电机和遮阳的布帘，通风功能选用12038小型轴流风机，上位机软件设计采用LABVIEW可视化编程开发环境。指导老师根据学生列的材料清单购买电子器件，老师在课余时间不主动去干扰学生的项目实施，充分发挥学生的创造力和动手能力。 （5）项目结果调试：各小组完成相应的功能模块后进行项目整体的联调，实现整体项目效果如图2—3所示。上位机软件操作界面显示分为3个区域，第一部分为当前温室中实时的温湿度等传感器数据，第二部分为历史数据和当前数据组成的折线图，折线图可以直观地显示出温室中理化性质的变化情况，第三部分为图像系统实时显示，可以看到植物生长状况和温室执行相应操作的图像。 （6）项目经验交流：各项目组成员根据任务实施过程中遇到的问题和收获进行交流。在项目实施过程中既能鞭策自己主动去图书馆和网络上查阅项目相关的资料，又锻炼了自己团队协作能力和动手实践能力。 本班学生以该项目参加2018年第九届中国大學生服务外包创新创业大赛并获得全国三等奖的荣誉。 4 结语 本文针对“感测技术”课程理论教学存在的不足，提出以技术发展更改教学内容，更新工程人才知识体系，以项目任务为学习导向，创新工程教育考核方式。以智能温室大棚为例，笔者阐述了项目化教学方法在课程中实施的过程，并取得良好的教学效果。通过项目任务的结合、新科技的融入、教学内容的优化、考核方式的创新，能够提高学生自主学习和创新能力，符合新工科背景下创新人才培养模式。 [参考文献] [1]高等教育司.“新工科”建设复旦共识[EB/OL].（2017-02-18）[2019-03-01].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/moe_745/201702/t20170223_297122.html. [2]高等教育司.“新工科”建设行动路线（“天大行动”）[EB/OL].（2017-04-18）[2019-03-01].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/moe_745/201704/t20170412_302427.html. [3]高等教育司.新工科建设形成“北京指南”[EB/OL].（2017-06-09）[2019-03-01].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/moe_1485/201706/t20170610_306699.html. [4]高等教育司.教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知：教高司函〔2017〕6号[EB/OL].（2017-02-20）[2019-03-01].http：//www.moe.edu.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html. [5]教育部办公厅.教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知：教高厅函〔2017〕33号[EB/OL].（2017-06-16）[2019-03-01].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A08/s7056/201707/t20170703_308464.html. [6]敖邦乾，熊飞峤.探索高校传感器与检测技术教学改革[J].大学教育，2016（8）：177-178. [7]郭皎，鄢沛，应宏，等.基于CDIO的计算机专业实验教学改革[J].实验技术与管理，2011（2）：155-157. [8]胡文龙.基于CDIO的工科探究式教学改革研究[J].高等工程教育研究，2014（1）：163-168. [9]陈一飞，高万林，齐凯，等.现代智能农业技术引领农业现代化进程初探[J].农机化研究，2014（8）：1-4. [10]林之博，陈耿新，林洁纹，等.基于ZigBee的智能农业物联网系统研发[J].自动化与信息工程，2015（5）：19-23. |
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