赵华

南阳理工学院智能制造学院 河南南阳 473004

0 引言

工程教育专业认证是一种国际通行的工程教育质量保障制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1]。为提高工程教育质量以及工程教育国际竞争力，我国于2016年6月正式加入了《华盛顿协议》，开启了中国高等教育专业认证之旅。在全国各高校都积极推进工程教育专业认证工作之际，南阳理工学院机械设计制造及其自动化专业（简称“机制专业”）通过不懈的努力，已顺利通过该项认证。以此为契机，学院要求其他各专业按照工程教育认证标准进行自评，紧紧围绕“成果导向、以学生为中心和持续改进”这三个专业认证的基本理念[2]，对各专业的培养方案、各课程的教学大纲等方面进行了较大改革。

对于南阳理工学院不同专业的学生而言，涉及传感器教学内容的课程有机制专业的机械工程测试技术、测控专业的传感器原理与设计、自动化专业的检测技术及应用等，且都是各专业的核心课程。同时还有单片机、控制工程基础、电气控制及PLC、测控系统集成与设计等课程与传感器内容存在很大的关联，都需要具有一定的传感器基础知识。因此，较好地掌握传感器方面的相关内容对我院学生达成毕业要求、实现培养目标是十分重要的，这对传感器课程的教学提出了不小挑战。

1 传感器课程教学现状

传感器课程涉及众多学科领域（机械、电学、光学、力学等），需要掌握的知识点较多；多数传感器教材按检测原理划分章节内容，使得各章内容之间相互独立；传感器又是智能制造领域各种工业控制系统不可或缺的检测环节，决定了它较强的实践性和快速发展[3]。这些特点使得学生在学习传感器课程时经常抱怨“内容抽象难懂、不系统”等等。

以传感器原理与设计为例，它是南阳理工学院测控技术与仪器专业的专业平台必修课。2016 版传感器课程教学大纲中，采用理论教学与实验教学相结合的教学形式，学时分配是理论32 学时、实验8 学时。教师在授课时多是按照传统教材的编排顺序来讲，针对每种传感器从工作原理、转换电路、特性、误差分析及工程应用几方面进行讲授。对部分内容虽也实施了项目驱动、案例教学，但近似于“纸上谈兵”的形式。每堂课教学容量很饱满，教师也认真地在完成教学任务，但从学生的学习兴趣及主动性来看，并没有达到预期效果。8 个学时的实验教学都是在THSRZ-1 型传感器实验台上完成的，该实验台是模块式的，每种传感器模块都已经将传感器、测量电路、放大电路等连接好，学生只需要按照实验指导书插一插导线，记录一下数据，然后按规定好的实验报告模式完成实验报告。受实验课时和实验设备的限制，缺少关于传感器如何正确选型、调试及测量等生产实际中综合应用的实验。这样的实践环节很难支撑学生创新能力、实践能力的提高，更不用说解决复杂的工程问题。

2016 版大纲中，该课程考核方式采用平时成绩10%、实验成绩20%、期末考试70%相结合的方式。平时成绩考核的主要是作业，没有过程考核；期末考试也是传统的闭卷考试方法，不涉及表达能力、团队合作、自主学习等综合能力的考核。

在工程教育认证已成为高等教育发展新方向之际，南阳理工学院测控专业筹建了机器人创新实验室，并购买了50 万元的“探索者”机器人创新教学与实践平台。根据工程教育“以学生为中心，以产出为结果导向”的教育理念，借助教学、实践资源丰富的探索者创新平台，我们对传感器课程进行了教学改革，以满足工程教育认证的要求，不断提高专业人才培养质量[4]。

2 传感器课程教学改革探索

2.1 修订教学大纲

以重新制订的满足工程教育专业认证12 条毕业能力要求的培养方案为依据，修订了传感器课程教学大纲。在新的大纲中，将学时分配改为理论28 学时，实践12 学时。结合传感器课程特点，制定出了该课程的三个课程目标。课程目标1：掌握智能传感检测技术中的基本概念、基本知识，能够阐述传感器及检测系统的特性，并对测试结果进行预测或分析。课程目标2：运用传感器的基本理论及工程应用原理，根据系统的要求和性能指标，正确选择传感器、使用传感器，能够初步设计传感检测系统，并对测量结果进行误差分析和校正。课程目标3：能够针对位移、力、转速、温度等智能制造中典型的物理量，设计检测方案、搭建测试系统、完成实验，能分析实验数据并得出结论。课程目标对毕业要求的支撑关系如表1所示。

表1 课程目标对毕业要求的支撑关系

2.2 整合教学内容

大多数传感器教材都是根据传感器的原理进行章节划分的，一般第1、2 章内容是传感器概述及其基本特性，后面的章节按传感器原理通常分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器、压电传感器、光电传感器、热电式传感器、射线式传感器和生物传感器等。按照工程教育认证“以成果为导向”的要求，根据毕业要求指标点以及课程目标，结合项目式教学，以智能制造中典型物理量的测量为主题，将教学内容重新进行划分，重新整合的教学内容如图1所示。在每个测量模块中，紧紧围绕“将知识体系工程化、工程应用具体化”的指导思想[5]，将相关传感器的转换原理、工作特性以及对应的测量电路等基本知识融入具体的项目任务中。针对位移、力、转速、温度等智能制造中常见的典型物理量，在具体的任务情境中，学生设计检测方案，搭建测试系统，完成最终检测。在学习过程中体会和感悟如何解决工程实际问题。

图1 重新整合的教学内容

2.3 融入思政元素

2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议中指出：思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应[6]。根据教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》中的部署，以重新修订的人才培养方案为依据，我们也重新修订了测控专业传感器课程教学大纲，不仅在各章教学内容中分别融入了思政元素，还在原有课程目标的基础上，增加了课程育人目标：通过学习智能传感技术在装备制造业转型发展过程中的重要作用，增强学生的家国情怀和“四个自信”；通过学习典型传感器的工作原理、测量电路以及应用，针对具体工程应用和环境，进行测控系统与仪器的系统方案设计、分析和比较，能够在系统设计环节考虑社会、健康、安全、法律、环境、经济等因素的影响，体现遵守职业道德，承担社会责任的素养要求；通过课程实验，培养学生的科学精神、工匠精神。表2所示为教学中所采用的部分思政元素与专业知识点的融合设计。

表2 部分思政元素与专业知识点的融合设计

2.4 加强实践环节

新版教学大纲中实践环节由原来的8 学时增加到12 学时，分为集中进行和分散进行两种形式。集中进行的内容主要是在THSRZ-1 型传感器实验台上完成，通过几个基础型验证实验，加深学生对典型传感器的工作原理、测量电路的理解，针对不同的物理量具备基本的检测技能。分散进行的内容是综合性的，借助于“探索者”机器人创新教学与实践平台丰富的资源，在开课之初就给出若干个针对不同类型传感器的实际应用项目，比如扫地机器人、双轮平衡车、简易智能家居控制系统、自动称重系统、电子导盲手杖、搬运机器人等等。要求学生充分利用“探索者”创新平台中的各种机械零件、传感器、控制器以及电子部件等，组队完成其中一个综合性的题目。每组的项目可以自主选择，完成时间为开课到课程结束。从整体方案的设计到元器件的选用，从机械结构的确定到模型完成，从控制系统的硬件设计制作到软件的编写调试，都需要全组成员协力完成。为了学生顺利完成各自的项目，我们把“探索者”机器人实验室做成开放实验室项目，同时任课教师要及时把控各组进度，适时给予有效的知识、技能指导。课程结束后每组的项目集中展示，并制作PPT 进行答辩。综合项目的完成，极大地激发了学生的积极性、创新性，培养了团队合作精神。图2所示为学生完成的部分综合项目实物展示。

图2 学生完成的部分综合项目实物展示

因为每年要组织学生参加若干个国家级的学科竞赛，参考学科竞赛中的比赛项目，在传感器开课的学期，依托“探索者”创新平台，我们都要举行一个全地形小车比赛。设置的场地具有四种不同特性的障碍，如楼梯、管道、独木桥、颜色识别并扎破相对应颜色气球等，场地铺设黑标引线，要求参赛学生设计制作一种全地形功能小车，实现自主穿越所选定的场景地形。这个比赛对于测控专业学生来讲是要全员参与的，这能进一步提升他们的创新能力、动手能力，同时也为我们参与国赛选拔了优秀的人才。图3所示为学生用设计制作的全地形小车在进行比赛。

图3 全地形小车比赛

2.5 加大过程考核

在新修订的传感器教学大纲中，课程综合成绩仍由平时成绩、实验成绩和期末考试成绩三部分组成，但所占权重系数已由原来的0.1、0.2 和0.7变动为0.2、0.3 和0.5。随着雨课堂在传感器教学中的应用，它灵活的随堂测试功能给理论课学习中的过程考核带来了很大的方便。目前传感器课程的平时成绩包含作业和课堂表现两部分，占比各为50%，其中课堂表现成绩由雨课堂所记录的每位学生每次课堂学习数据来最终决定。实验成绩也加大了权重，不仅包含几个基础实验成绩（40%），还有综合项目的成绩（60%）。每组综合项目实施过程中，教师在指导时随时关注、记录每位同学的参与度、与其他同学合作沟通自主学习的能力以及为团队所作出的贡献，公平地给出最终的综合项目成绩。

为衡量课程目标的达成情况，制定了对应的课程考核环节、考核细则以及相应的课程目标达成度计算方法，并将课程育人目标的考核也融入课程目标的考核环节中，课程评价内容覆盖了学生学习的各个环节。

3 结束语

围绕工程教育专业认证三个基本理念，对传感器课程进行改革。在教学大纲中修订了支撑毕业能力要求的课程目标；结合项目式教学，重新整合了教学内容；在课堂教学中有机融入思政元素，与思政课形成协同效应；依托“探索者”机器人创新平台，加强实践环节；加大过程考核，使课程评价内容覆盖学生学习的各个环节。两种分析法（课程考核过程分析法、修课学生调查问卷分析法）的课程目标达成度评价数据显示，学生掌握专业工程知识的能力得到提升，综合运用所学理论知识分析解决工程实际问题的能力得到加强。综合实践项目的实施，极大地激发了学生的自主学习能力和团队协作能力，也使学生在多个国家级专业学科竞赛中屡次斩获一、二等奖。同时融入思政元素的课堂，在传授专业知识时，对学生价值观的引领也是有效的。