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摘 要：基于传感器技术教学存在问题及高校学生学习特点，提出符合授课对象学习及思维特点的传感器技术研究性学习（Problem-Based Learning，PBL）教学模式。通过优化教学内容，采用项目导向、优化举隅等理论教学手段，传统实训与虚拟仪器仿真相结合的实践教学，引导学生参加学科竞赛、课题研究等方式，把PBL模式深入贯彻到理论教学、实践教学及课外研习等环节，最后依托专题网站的建设和使用，多维递进地贯彻“学习研究一体化”教学。
关键词：传感器技术 PBL 多维递进 课外研习 专题网站
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-338-02
1 引言
传感器是获取控制信息的主要手段，通常作为关键环节位于连接被测控对象和测控系统的接口位置，其基本原理和应用是现代科学技术人员必备的基础知识，故传感器技术相关课程是电气工程类、机电类及自动化类专业的一门主干课程，近年来更是发展成为电类专业乃至所有工科专业的重要选修课。
从课程性质看，传感器技术是一门内容复杂、实践性很强的交叉学科，在整个测控课程体系中具有承上启下的重要作用。然而，笔者结合多年教学经验发现，传感器课程教学仍存在不少问题，如教学内容滞后，内容分散，整体连续性不强；轻实践，与工程实践脱节等等。
为解决这些问题，笔者对高校学生的学习特点和思维方式进行具体分析，由此提出以项目为导向的多维递进式PBL教学模式，结合优化举隅、课外研习、专题网站等多种教学手段，改变传统教学的诸多弊端。
2 学习对象特点及PBL模式
2.1 学习对象特点
高校《传感器技术》教学面向的对象是大二或大三年级的学生，他们的自我调控已建立在稳定的人格基础之上，学习动机倾向于信念型与兴趣导向，学习目的性、独立性及自主性强，思维的组织性、深刻性已发展到较高层次；且积累了一定的专业理论知识基础，知识学习与思考问题具有系统性、批判性。
2.2 PBL模式
PBL是指学生在教师的指导下，从自身的学习和社会生活、自然以及人类自身发展中选取研究专题，以探究的方式主动获取知识、应用知识、解决问题。这一模式中，问题是学习的起点，也是优化教学内容的依据；教师不纯粹是知识的讲解者与传授者，他们的工作重点是课前的设计和课后的反馈、反思。
因此，采用多维递进式的PBL教学模式，是符合高校学生的学习和思维特点的，它培养学生“主人翁”精神，可很大程度地激发学生的兴趣和积极性，主动发现问题和探索解决办法，从而培养他们动手和创新思维能力。
3 建立多维递进式PBL教学模式
根据传感器技术课程特点与授课对象的学习及思维特点，建立有效的传感器技术研究性学习（PBL）教学模式，结合多种教学方式与手段，将其深入贯彻到理论教学、实验教学及课外研习等环节，同时依托专题网站的建设和应用，整合可利用资源，从理论教学、实践教学、课外研习及专题网站着手，多维递进地贯彻“学习研究一体化”的思想，最大程度地激发学生学习兴趣，培养其动手及创新思维能力，提高教学质量和效率，改善传统教学的弊端，解决现存问题。
多维递进式PBL教学模式的研究框架如图1所示。
3.1 理论教学
如图1所示，理论教学中，分别从两个方面去改革：（1）优化教学内容；（2）整合教学。
3.1.1 优化教学内容体系
教师基于PBL教学的内涵和特点的探索和研究，对传感器理论知识体系进行科学的归纳梳理，删减部分理论性太强及细枝末节的内容，结合相关研究项目成果，同时增加新型传感器、新应用和相关研究项目的内容；从内容上淡化较为枯燥的理论或和专业较不相关的知识点，增加实践性、趣味性、直观性、新颖性强的内容。如自动化行业很少直接应用到成分检测技术，所以针对该专业的学生，此部分内容抽象且实用性不强，理应适当删减。而热释电红外传感器在电器行业、安全防护等应用广泛，如电视机、自动开关、防盗报警器等，也有不错应用前景，如智能汽车、机器人等。可适当增加相关内容。
3.1.2 整合教学手段
基于多媒体技术，采用项目导向式、优化举隅式、启发式、及案例展示式、研讨式等为一体的教学方式与手段，如以某些项目研究为导向，有目的地展开相关知识体系的讨论与讲授，并结合项目研究成果进行演示，强化知识或精选有趣的案例进行动画或视频展示；对同一类传感器进行采用优化举隅；或就某个主题引导学生收集并整理材料，巧设问题，展开主题讨论、演讲等等，在这过程中培养学生发现问题，思考问题，进而解决问题，还能举一反三的能力，在理论教学中培养学生PBL的思想。如在开始讲到温度检测的内容时，可首先向学生提问他们了解的有哪些温度检测方法，因为温度检测应用的领域非常广泛，而且发展历史悠久，学生对此有一定的感性认知和想法，从这个问题切入，可以启发学生去思考，讨论，然后再通过视频、动画或图片进行实例展示先进或新颖的检测仪器，最后再引导学生去思考这些温度检测方法的原理、过程，这样就可以激发学生的兴趣和发散思维，并且很好地引导了学生从感性到更深层次的理性认知。
3.2 实践教学
3.2.1 整合传统实训
就传感器技术的课程特点而言，其实验课时与理论学时比例是不太合理的，且由于实验设备欠缺、学时少等原因，实验多为验证性，缺乏设计性，综合性实验，这是不利于培养学生知识应用能力的提高及创新思维的培养。因此有必要对传统实训的内容进行整合，增加一些设计性、综合性及演示性的实验。实验可分为三类：（1） 要求学生自己操作并掌握的实验。传感器种类繁多，教师应科学设计实验内容。电阻式、变阻抗式及电动势式传感器应用广泛，也是基础性内容。教师可慎选具代表性的实验内容。如电阻式传感器中箔式应变片（测量电路依次是单臂、半桥、三臂及全桥），变阻抗式传感器中的差动变压器、电容传感器，电动势式传感器中的霍尔式传感器等传感器的特性分析实验。（2）学生自己设计及操作的实验。这类实验要求学生有扎实的基础和一定的积累，老师需给予辅导和启发。如在带领学生完成箔式应变片实验基础上，引导学生完成半导体应变片实验的设计和操作；（3）演示性实验。在有限的实验学时里，可适当补充这类演示实验。如热释电红外传感器。该传感器原理简单，操作容易，效果直观，学生兴趣大。 3.2.2 传统实训与虚拟仪器仿真相结合
巧设实验，传统实训和虚拟仪器仿真相结合，弥补实验设备和学时不足。如采用Multisim、proteus等软件构建虚拟电子实验室，有些不能用现有设备完成的实验可用这些虚拟仪器进行仿真，提高实践教学质量，使学生的实践能力和应用相关软件的能力得到进一步锻炼和提高，为学生培养PBL能力打下良好的基础。如可以用proteus软件。
3.3课外研习
课外研习是PBL教学中非常关键的内容，也是贯彻PBL思想的有力环节。传感器技术是一门实践性很强的课程，教师应鼓励、组织、引导学生走出课堂，积极参加学科竞赛、科研项目，有效实现PBL由课内向课外的延伸，形成综合性兴趣驱动的课外拓展性学习，和以科研为背景，课后设计与手工制作实践、学科竞赛为平台的高水平主题研习等不同形式、不同层次、渐进上升的学习研究模式，促进学生学习与研究一体化。
3.3.1课后设计及制作
教师以任务性学习为导向，基于一定的理论知识储备，恰当布置课后的设计或手工制作任务，如设计或制作简易温度计，压力计等等，学生以学习小组为单位，协同进行资料检索、讨论、设计、制作、作品讲解及演示。学生作为完成创新性活动的主体，学习兴趣和主动性充分调动，积极完成任务。如基于红外传感器的果蝇捕杀技术研究，结合单片机的温度传感器设计、传感器技术在厕所节水装置的应用等等作品均具有较高的可行性、实用性和理论成熟度。过程中学生的资料检索、创新思维、动手能力及协同能力均得到很大程度的锻炼。教师可推荐其中的优秀作品参加竞赛，或者转化为其它形式的科研成果。
3.3.2 鼓励学生参加学科竞赛和科研项目
学科竞赛和科研项目是检阅学生专业知识、提高动手能力和培养创新思维很好的平台和方式。而传感器技术作为一种现代科学技术，是一门实用性、新颖性兼具的学科，在工农业各领域中应用广泛，在未来更是有着广阔的应用前景。教师应鼓励、引导学生参加汽车电子、电子设计、节能减排等等竞赛，或参与学院老师的科研项目，勇敢走出课堂，积极参加创新实践活动，把传感器技术理论与实际充分地结合起来，在实践活动中发现优点与不足，不断学习和改进。
3.4专题网站
采用PBL教学模式，教师不再是传授知识的主导，课堂也不再是讲授知识的唯一地点。学生有自主学习的能力，因此教师应创造良好的学生自主学习条件。专题网站建设可丰富课外知识，为学生的研究性学习提供更多的资源和空间。
根据霍兰的复杂适应系统（CAS）理论，教师的教学策略应以促进学习者与教师、学习者与学习者、学习者与资源、学习者与环境的交互为重点。而专题网站的建设和应用给学生和老师的教学提供了另外一个交互平台，且这个平台是不受时间和空间限制的，使学生可更大程度地开展研究性学习。
4结论
根据传感器技术教学存在问题及学生学习特点的分析，结合研究性教学内涵，提出多维递进式的PBL教学模式。从理论教学、实践教学、课外研习及专题网站建设等多方面出发，研究如何将PBL的教学模式多维递进地，全面贯彻于传感器技术的教学中。通过优化教学内容及丰富的教学手段，改变一成不变而枯燥的理论，培养学生发现、思考、解决问题的PBL能力；通过传统实训和虚拟仪器仿真相结合，弥补实验学时和设备的不足，提高实践教学质量，鼓励引导学生课外研习，专题网站学习，充分发挥学生主观能动性，有效实现PBL由课内向课外延伸。尽管如此，传统的教学模式根深蒂固，且由于教学条件的限制，PBL教学模式的贯彻和拓展仍然是一个长期坚持不懈的目标。
（2012年校级教育教学改革研究项目：《传感器技术》多维递进式PBL教学模式研究（G2120012））
参考文献：
[1] 李金宪. 传感器课程实训教学策略优化举隅[J]. 辽宁工业大学学报（社会科学版），2010， 12（2）：139-141.
[2] 杨鹏， 常鸣， 黄亚忠. 《传感器原理及应用》研究性教学实践与思考[J]. 中国现代教育装备，2008（10）： 85-87.
[3] 高美红. 专题学习网站在传感器教学中的应用研究[D]. 中国优秀博硕士学位论文全文数据库，2006.
[4] 陈静. 传感器与检测技术教学改革探索[J]. 中国现代教育装备，2011（15）： 94-95.
[5] 刘新福，刘金河，等.应用现代教学技术开展传感器教学活动的探讨[J]. 信息时代， 2011（6）： 44-45.
[6] 陈玉华， 钱玲玲， 张广川. 谈《传感器与检测技术》课程的项目化教学[J]. 科技信息，2010（1）： 566-567.
[7] 宁小波，杨汉生，朱仁义.《传感器与检测技术》的教学改革探索[J]. 巢湖学院学报，2009， 12（6）： 134-136.
关键词：传感器技术 PBL 多维递进 课外研习 专题网站
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-338-02
1 引言
传感器是获取控制信息的主要手段，通常作为关键环节位于连接被测控对象和测控系统的接口位置，其基本原理和应用是现代科学技术人员必备的基础知识，故传感器技术相关课程是电气工程类、机电类及自动化类专业的一门主干课程，近年来更是发展成为电类专业乃至所有工科专业的重要选修课。
从课程性质看，传感器技术是一门内容复杂、实践性很强的交叉学科，在整个测控课程体系中具有承上启下的重要作用。然而，笔者结合多年教学经验发现，传感器课程教学仍存在不少问题，如教学内容滞后，内容分散，整体连续性不强；轻实践，与工程实践脱节等等。
为解决这些问题，笔者对高校学生的学习特点和思维方式进行具体分析，由此提出以项目为导向的多维递进式PBL教学模式，结合优化举隅、课外研习、专题网站等多种教学手段，改变传统教学的诸多弊端。
2 学习对象特点及PBL模式
2.1 学习对象特点
高校《传感器技术》教学面向的对象是大二或大三年级的学生，他们的自我调控已建立在稳定的人格基础之上，学习动机倾向于信念型与兴趣导向，学习目的性、独立性及自主性强，思维的组织性、深刻性已发展到较高层次；且积累了一定的专业理论知识基础，知识学习与思考问题具有系统性、批判性。
2.2 PBL模式
PBL是指学生在教师的指导下，从自身的学习和社会生活、自然以及人类自身发展中选取研究专题，以探究的方式主动获取知识、应用知识、解决问题。这一模式中，问题是学习的起点，也是优化教学内容的依据；教师不纯粹是知识的讲解者与传授者，他们的工作重点是课前的设计和课后的反馈、反思。
因此，采用多维递进式的PBL教学模式，是符合高校学生的学习和思维特点的，它培养学生“主人翁”精神，可很大程度地激发学生的兴趣和积极性，主动发现问题和探索解决办法，从而培养他们动手和创新思维能力。
3 建立多维递进式PBL教学模式
根据传感器技术课程特点与授课对象的学习及思维特点，建立有效的传感器技术研究性学习（PBL）教学模式，结合多种教学方式与手段，将其深入贯彻到理论教学、实验教学及课外研习等环节，同时依托专题网站的建设和应用，整合可利用资源，从理论教学、实践教学、课外研习及专题网站着手，多维递进地贯彻“学习研究一体化”的思想，最大程度地激发学生学习兴趣，培养其动手及创新思维能力，提高教学质量和效率，改善传统教学的弊端，解决现存问题。
多维递进式PBL教学模式的研究框架如图1所示。
3.1 理论教学
如图1所示，理论教学中，分别从两个方面去改革：（1）优化教学内容；（2）整合教学。
3.1.1 优化教学内容体系
教师基于PBL教学的内涵和特点的探索和研究，对传感器理论知识体系进行科学的归纳梳理，删减部分理论性太强及细枝末节的内容，结合相关研究项目成果，同时增加新型传感器、新应用和相关研究项目的内容；从内容上淡化较为枯燥的理论或和专业较不相关的知识点，增加实践性、趣味性、直观性、新颖性强的内容。如自动化行业很少直接应用到成分检测技术，所以针对该专业的学生，此部分内容抽象且实用性不强，理应适当删减。而热释电红外传感器在电器行业、安全防护等应用广泛，如电视机、自动开关、防盗报警器等，也有不错应用前景，如智能汽车、机器人等。可适当增加相关内容。
3.1.2 整合教学手段
基于多媒体技术，采用项目导向式、优化举隅式、启发式、及案例展示式、研讨式等为一体的教学方式与手段，如以某些项目研究为导向，有目的地展开相关知识体系的讨论与讲授，并结合项目研究成果进行演示，强化知识或精选有趣的案例进行动画或视频展示；对同一类传感器进行采用优化举隅；或就某个主题引导学生收集并整理材料，巧设问题，展开主题讨论、演讲等等，在这过程中培养学生发现问题，思考问题，进而解决问题，还能举一反三的能力，在理论教学中培养学生PBL的思想。如在开始讲到温度检测的内容时，可首先向学生提问他们了解的有哪些温度检测方法，因为温度检测应用的领域非常广泛，而且发展历史悠久，学生对此有一定的感性认知和想法，从这个问题切入，可以启发学生去思考，讨论，然后再通过视频、动画或图片进行实例展示先进或新颖的检测仪器，最后再引导学生去思考这些温度检测方法的原理、过程，这样就可以激发学生的兴趣和发散思维，并且很好地引导了学生从感性到更深层次的理性认知。
3.2 实践教学
3.2.1 整合传统实训
就传感器技术的课程特点而言，其实验课时与理论学时比例是不太合理的，且由于实验设备欠缺、学时少等原因，实验多为验证性，缺乏设计性，综合性实验，这是不利于培养学生知识应用能力的提高及创新思维的培养。因此有必要对传统实训的内容进行整合，增加一些设计性、综合性及演示性的实验。实验可分为三类：（1） 要求学生自己操作并掌握的实验。传感器种类繁多，教师应科学设计实验内容。电阻式、变阻抗式及电动势式传感器应用广泛，也是基础性内容。教师可慎选具代表性的实验内容。如电阻式传感器中箔式应变片（测量电路依次是单臂、半桥、三臂及全桥），变阻抗式传感器中的差动变压器、电容传感器，电动势式传感器中的霍尔式传感器等传感器的特性分析实验。（2）学生自己设计及操作的实验。这类实验要求学生有扎实的基础和一定的积累，老师需给予辅导和启发。如在带领学生完成箔式应变片实验基础上，引导学生完成半导体应变片实验的设计和操作；（3）演示性实验。在有限的实验学时里，可适当补充这类演示实验。如热释电红外传感器。该传感器原理简单，操作容易，效果直观，学生兴趣大。 3.2.2 传统实训与虚拟仪器仿真相结合
巧设实验，传统实训和虚拟仪器仿真相结合，弥补实验设备和学时不足。如采用Multisim、proteus等软件构建虚拟电子实验室，有些不能用现有设备完成的实验可用这些虚拟仪器进行仿真，提高实践教学质量，使学生的实践能力和应用相关软件的能力得到进一步锻炼和提高，为学生培养PBL能力打下良好的基础。如可以用proteus软件。
3.3课外研习
课外研习是PBL教学中非常关键的内容，也是贯彻PBL思想的有力环节。传感器技术是一门实践性很强的课程，教师应鼓励、组织、引导学生走出课堂，积极参加学科竞赛、科研项目，有效实现PBL由课内向课外的延伸，形成综合性兴趣驱动的课外拓展性学习，和以科研为背景，课后设计与手工制作实践、学科竞赛为平台的高水平主题研习等不同形式、不同层次、渐进上升的学习研究模式，促进学生学习与研究一体化。
3.3.1课后设计及制作
教师以任务性学习为导向，基于一定的理论知识储备，恰当布置课后的设计或手工制作任务，如设计或制作简易温度计，压力计等等，学生以学习小组为单位，协同进行资料检索、讨论、设计、制作、作品讲解及演示。学生作为完成创新性活动的主体，学习兴趣和主动性充分调动，积极完成任务。如基于红外传感器的果蝇捕杀技术研究，结合单片机的温度传感器设计、传感器技术在厕所节水装置的应用等等作品均具有较高的可行性、实用性和理论成熟度。过程中学生的资料检索、创新思维、动手能力及协同能力均得到很大程度的锻炼。教师可推荐其中的优秀作品参加竞赛，或者转化为其它形式的科研成果。
3.3.2 鼓励学生参加学科竞赛和科研项目
学科竞赛和科研项目是检阅学生专业知识、提高动手能力和培养创新思维很好的平台和方式。而传感器技术作为一种现代科学技术，是一门实用性、新颖性兼具的学科，在工农业各领域中应用广泛，在未来更是有着广阔的应用前景。教师应鼓励、引导学生参加汽车电子、电子设计、节能减排等等竞赛，或参与学院老师的科研项目，勇敢走出课堂，积极参加创新实践活动，把传感器技术理论与实际充分地结合起来，在实践活动中发现优点与不足，不断学习和改进。
3.4专题网站
采用PBL教学模式，教师不再是传授知识的主导，课堂也不再是讲授知识的唯一地点。学生有自主学习的能力，因此教师应创造良好的学生自主学习条件。专题网站建设可丰富课外知识，为学生的研究性学习提供更多的资源和空间。
根据霍兰的复杂适应系统（CAS）理论，教师的教学策略应以促进学习者与教师、学习者与学习者、学习者与资源、学习者与环境的交互为重点。而专题网站的建设和应用给学生和老师的教学提供了另外一个交互平台，且这个平台是不受时间和空间限制的，使学生可更大程度地开展研究性学习。
4结论
根据传感器技术教学存在问题及学生学习特点的分析，结合研究性教学内涵，提出多维递进式的PBL教学模式。从理论教学、实践教学、课外研习及专题网站建设等多方面出发，研究如何将PBL的教学模式多维递进地，全面贯彻于传感器技术的教学中。通过优化教学内容及丰富的教学手段，改变一成不变而枯燥的理论，培养学生发现、思考、解决问题的PBL能力；通过传统实训和虚拟仪器仿真相结合，弥补实验学时和设备的不足，提高实践教学质量，鼓励引导学生课外研习，专题网站学习，充分发挥学生主观能动性，有效实现PBL由课内向课外延伸。尽管如此，传统的教学模式根深蒂固，且由于教学条件的限制，PBL教学模式的贯彻和拓展仍然是一个长期坚持不懈的目标。
（2012年校级教育教学改革研究项目：《传感器技术》多维递进式PBL教学模式研究（G2120012））
参考文献：
[1] 李金宪. 传感器课程实训教学策略优化举隅[J]. 辽宁工业大学学报（社会科学版），2010， 12（2）：139-141.
[2] 杨鹏， 常鸣， 黄亚忠. 《传感器原理及应用》研究性教学实践与思考[J]. 中国现代教育装备，2008（10）： 85-87.
[3] 高美红. 专题学习网站在传感器教学中的应用研究[D]. 中国优秀博硕士学位论文全文数据库，2006.
[4] 陈静. 传感器与检测技术教学改革探索[J]. 中国现代教育装备，2011（15）： 94-95.
[5] 刘新福，刘金河，等.应用现代教学技术开展传感器教学活动的探讨[J]. 信息时代， 2011（6）： 44-45.
[6] 陈玉华， 钱玲玲， 张广川. 谈《传感器与检测技术》课程的项目化教学[J]. 科技信息，2010（1）： 566-567.
[7] 宁小波，杨汉生，朱仁义.《传感器与检测技术》的教学改革探索[J]. 巢湖学院学报，2009， 12（6）： 134-136.