双师型教师助力“传感器原理与应用”教学改革

2022-05-27王久江李游余远昱江洹

计算机时代 2022年5期

王久江　李游　余远昱　江洹

摘要：作者所在院校“传感器原理与应用”本科课程教学，存在教学模式陈旧与学生将来走向工作岗位衔接不足等问题，这些可以通过双师型教师来改善。从教学方法，实验模式和考核模式等方面进行研究探索，提升学生的理论、实践、动手能力，达到了提高学生学习参与度，激发学生学习和研究兴趣的目的，从而可以提升学生学习能力和就业竞争力。

关键词：传感器原理与应用; 双师型; 竞争力; 教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-8228（2022）05-85-04

Teaching reformation on the "theories and applications of sensors"

with the aid of the double-qualified teachers

Wang Jiujiang， Li You， Yu Yuanyu， Jiang Huan

Abstract： In our college， the teaching model is outdated and can't link up well with the students' future works. The situation can be improved by double-qualified teachers. The research and practice were conducted in the teaching method， the experimental method and the examination model. The students' abilities on theories， practices and operations have been improved and this helps the students to get more involved in their study and research activities which finally help to promote their learning ability and competitiveness in job-seeking.

Key words： theories and applications of sensors; double-qualified; competitiveness; teaching reformation

引言

2020年，《深化新时代教育评价改革总体方案》中强调，学生参加社会实践、毕业生发展、用人单位满意度等高等学校分类评价，并強调高校要办出特色和水平[1]。《2017中国高等教育质量报告》显示，本科人才与社会企业之间的契合度逐渐提高，但仍存在着人才培养目标与教学条件脱节、教学内容与教学方式单一、人才培养与企业交流合作不足等问题。

解决这些问题的一个基础，就是提升教学质量，依据每个专业的人才培养计划，配合企业对人才的具体需求，来开展教学改革。教育部2019年发布的《教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》中，提出了深化本科教育教学改革，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人的意见[2]。教育大计，教师为本，有好的教师，才有好的教育。双师型的教师具备一定优势[3]。虽然现在一般是在高职院校进行双师型教师的讨论[4-7]，但在应用型的二本院校引入双师型教师，能够对学生的实践动手能力和项目合作能力提供帮助，能够增强学生的就业竞争力。

物联网工程专业是一个跨学科的专业，涵盖了计算机科学与技术，电子工程，通信工程等学科;是一个面向应用的专业，需要培养学生的理论基础，更需要培养其动手能力。传感器已经融入人们生活的方方面面，从日常用的手机，到航天器，空间站，离开了传感器，都不能正常工作。“传感器原理与应用”课程是物联网工程本科专业必修的一门重要专业课程，是本专业人才培养的一个重要环节。

1 现在的“传感器原理与应用”课程存在的不足

1.1 理论教学方式陈旧;课本内容更新较慢

传统教育模式下，强调知识传承，强调教师讲授，为当时的社会提供了人才培养服务。但当下社会需要的不再是只拥有知识的人，而是需要能够运用知识服务社会的人才，更需要有创新、能创业的新型人才。自2017年2月以来教育部积极推进“新工科”建设来推动我国高校工程教育的改革创新 [8]。课程以理论教学为主，实验教学为辅安排“传感器原理与应用”的教学。教师基本上是按照教材的章节制定教学计划、安排教学进程，采用满堂灌的方式将多种传感器所涉及的原理进行理论教学。由于学生的基础情况参差不齐，会有部分学生不能理解有些理论的内容。期末考试采用闭卷笔试，也难以发挥学生的主观能动性和创意。此外，教材成书年代比较早，距今约十年左右，虽然有再版，但内容更新很少，传感器在各领域飞速发展，而新型的传感器并没有在课本中体现。

1.2 实验教学条件有限

工科背景的学生，需要有较强的动手能力，因而除了课堂上的理论知识的学习之外，需要安排对应的实验课程。“传感器原理与应用”课程实验教学，由于受到实验条件有限的限制，导致动手操作的机会减少。主要的条件限制是，一是经费不足且实验材料采购流程繁琐，二是实验设备比较陈旧，一些新的实验内容没办法进行操作，三是实验设备数量不足，每个学生实际操作的时间受限，因而导致对实验内容不能熟练掌握。

1.3 与学生将来工作衔接不足，不利于学生就业

现在的“传感器原理与应用”教学，内容偏重于理论较多，对传感器的性能研读，传感器的选型和应用，涉及较少，导致现在学生缺乏实践操作经验，这不利于学生毕业后直接走向工作岗位。基于双师型教师的企业工作经验，研读器件手册而进行器件选型，是一个系统工程师的基本功。所以培养学生的工程实践能力，不仅仅有助于学生继续进修进行科研工作，也有助于学生毕业后直接走向工作岗位。

前述问题阻碍了学生将知识、能力和素质有机地结合在一起，阻碍了学生形成解决复杂问题的综合能力和高级思维。通过一些以项目合作为导向的课题设计，可以让学生消化和发挥自己知识的同时，真正提升学生工作能力，也可以学到工作中所需要的与人合作的能力。

2 课程教学改革策略

本次教学改革以提高学生学习参与度，激发学生学习和研究兴趣从而提升其学习能力和就业竞争力为目的。依据我校2018～2020级物联网工程专业人才培养方案，我们以“传感器原理与应用”课程为例，结合双师型教师的综合经验，以学生为中心进行教学，从教学方法，实验模式和考核模式等方面进行研究探索，将教学过程的结果进行持续改进，从而加强本专业建设，提高教学质量和人才培养质量，培养适应新时代下的教育和产业环境下所需要的社会人才。采取的教学改革路线图如图1所示。

2.1 教学方法：以学生为中心，提高学生参与度

我校物联网工程教研室的双师型教师团队，有一人是高校从教超过十年的教师，有两人是在企业工作超过十年的高级工程师，曾长期在企业从事工程开发和管理工作;长期研究微机械电容性超声传感器和MEMS压力传感器。在授课的过程中，会针对性地采用一些国际先进的科研成果，比如说可打印的柔性传感器[9]，融合到该课程的教学中，给学生分享。也会专门将一些传感器的数据手册分享给学生进行研读和分析，然后学生在课堂上进行分享以及相互讨论，再加上教师的点评，可以帮助学生完全理解该种传感器的性能参数和使用。从而提高学生参与度，激发学生学习和研究兴趣。

在“传感器原理与应用”电阻式传感器教学中，从金属丝电阻的表达式为理论基础，以微分概念为切入点讨论单独电阻丝长度变化对电阻的影响，接着引导同学们用偏微分概念来分析电阻丝长度、面积和电导率都变化时，电阻值如何变化。课堂穿插同学们的分享和互动，从而将枯燥的理论推导变成了轻松的原有知识的应用。在重点学习了电阻式传感器以后，学生将这种方法举一反三，可以得心应手地进行其他章节的学习，从而促进了学生动脑和实践的能力。

在电容式传感器的学习中，教师从自己研究中使用的新型的、前沿的电容性微机械超声传感器CMUT入手，从原理、仿真到制造穿插到课程的教学活动中，从而提升学生的学习兴趣、知识面、动手能力和针对性学习的能力。完成了电容公式的基本分析以后，学生分组讨论电容式传感器可能有哪些种类，然后，教师给学生提供一份参考文献[10]，和学生一起讨论参考文献中提到的各种改变电容的方式，从而达到学以致用。在温度传感器一章的教学中，教师提出一个温度传感器的功能需求，学生根据需求，从网上搜索资料，进行传感器的选型，从工作电压范围，到传感器的温度感知范围，大家边选型，边讨论，通过自己动手实践，不仅熟悉了基本原理，还学会了应用知识及合作。

平时作业之一是直流电桥的理解和验算，教师通过改变电桥的参数，故意忽略直流电源的极性，提升学生对基本概念的理解和运用情况。

2.2 实验模式：采用项目式的实验模式

在“传感器原理与应用”课程教学中会采用企业工作中做项目的方式，进行项目式实验教学。首先将实验目的和要求发给学生，让学生自己通过硬件操作手册，熟悉硬件平台，了解单片机代码如何控制硬件平台上的端口和传感器，然后让学生自己分组，进行分工协作，完成实验。在实验之前，教师会根据原来在企业里面做项目常碰到的一些问题，“故意”将一些硬件平台调出问题，然后引导学生进行分析和处理。在实验总结和分析时，教师将学生碰到的问题及分析，集中展示给学生，最后教师再做适当点评和补充。几个典型的问题及解决思路如表1。

2.3 考核模式：形成学生积极参与并适当做主的考核方法

本门课程综合成绩，由三部分构成，平时作业占20%;实验项目占20%;期末占60%。平時作业以巩固基本的知识点和解决问题的思路为主;实验项目以考察动手能力和解决问题能力为主;期末考试以发挥学生自主能力为主，不安排笔试，而是以课题设计的方式进行考核。虽然教师的工作量会增加，但能够提升学生的参与度，增加学生的项目开发经验，提高他们对知识应用的能力，加强综合知识的运用和团队协作能力，从而有利于今后的就业和顺利从学生到员工的过渡。具体实施方法如下：

⑴ 学生自由组队，教师出题目，学生选择题目，或者学生根据要求自拟题目。针对“传感器原理与应用”课程，题目分为三类，第一类是某种传感器的微课，需要介绍原理，工作方式，应用及评价;第二类是某种传感器系统的介绍，需要介绍传感器原理，系统的框图，系统的工作流程，系统的应用及评价;第三类是某种传感器的市场调研报告，需介绍传感器原理，市场上传感器的种类，厂商，市占率，应用以及市场前景。课题组教师团队的企业工作经验和高校工作经验互补，在给学生出题目或者审核学生题目时，就可以将原来的工作经验融合进来，形成更适合给学生以实际项目体验的题目，然后再引导学生有针对性地查阅资料，任务分工和团队合作，从而培养其良好的处理问题的方法，养成团队合作的习惯，培养创新和创业的能力。

⑵ 在约定的时间内，学生完成题目的要求并提交成果。报告可以是Word格式，可以是PPT格式。

⑶ 学生以PPT或者自己认为合适的方式给全班同学和教师展示。教师另外挑选三位学生作为评委（这三位学生可以固定，也可以随机选取）给打分，答辩成绩是教师和三位学生评委的平均值。

3 教学改革实践成效

3.1 教学和考核方面成效

通过学生自主讨论和分享，学生不仅掌握了理论基础，而且学会了理论知识的应用。教师和学生分享教师的科研成果以及前沿技术，学生参与度明显提升，也激发了学生考研的热情。

期末考试，现场答辩的学生，宣讲了自己的报告内容，回答了教师和其他评委的问题，同时也可以针对出现的新问题进行沟通;其他没有答辩的学生，则可以学到所有其他答辩学生的展示内容及讨论内容，相当于上了几十次的小型慕课。学生锻炼了自己的答辩能力，也学习到了其他方面的知识。

3.2 实验方面成效

原来的实验，都是学生根据实验手册完成验证性实验，参与感比较弱。现有的实验，改变了以前照搬实验步骤简单验证的方式，而是遇到实验手册中没有涉及的问题，然后学生通过团队合作，学会了逐步分析问题和解决问题的方法。

4 结束语

本次教学改革中，双师型教师团队设计并实施了一整套“传感器原理与应用”的教学方案，从基本原理讲授，依据公司项目执行方式的实验，以及课题设计加答辩作为期末考试方式。通过调动学生的责任心和自主学习心态，学生能掌握和运用知识并具备解决问题的思路和方法，也初步认识到了将来工作时项目开发中合作的必要性，从而提升了他们自身的竞争力。我们的经验可以为内江师范学院的其他理论与实践相结合的专业课改革的探索提供参考。

参考文献（References）：

[1] 国务院，深化新时代教育评价改革总体方案[EB/OL]

（2020-10-13），http：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/moe_1777/moe_1778/202010/t20201013_494381.html

[2] 教育部，教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才

培养质量的意见[EB/OL]，（2019-10-8），http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191011_402759.html

[3] 教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）

[EB/OL].（2010-7-9），http：//www.gov.cn/jrzg/2010-07/29/content_1667143.htm

[4] 颜铤.浅议新形势下高职“双师”教师的标准与建设[J].现代

职业教育，2021（19）

[5] 单文周.“双师型”教师的内涵解读及培养对策[J].职业技术，

2021（1）

[6] 易丽华.“1+X”证书制度下高职“双师型”教师队伍建设思考[J].