“传感器技术”课程线上线下混合式教学模式改革创新实践与研究

摘    要：新时代，为了应对“传感器技术”课程面临的诸多挑战，高校开展了一系列教育教学改革。文章借助中国大学MOOC（慕课）在线开放课程的优质资源和SPOC（Small Private Online Course，小规模限制性在线课程）线上课程资源，构建多平台联动的线上线下混合式教学模式，即通过课前导学、课中精学、课后研学、平台督学的多样化课堂活动设计，促使学生深度学习，实现课程教学过程中师生、生生的互动交流，提升学生综合素质，取得了良好的教学效果。

关键词：线上线下；“传感器技术”课程；多平台联动；教学改革

中图分类号：TP391.9      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2024）08-0057-04

一、引言

党的二十大报告指出，“教育、科技和人才是全面建   设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑……坚持教育优先发展……教育是国之大计、党之大计 ”[1]。高质量的教学是我国高等教育生存之本。互联网时代，社会环境发生了新的变化，新环境对高校教育教学产生了深远影响。2019年，教育部发布的《关于一流本科课程建设的实施意见》提出，强化现代信息技术与教育教学深度融合，建立信息化教学观念，改进教学方法，解决好教与学模式创新的问题[2]。在这一背景下，提升课程教学质量已成为教育改革的一项重要任务和课程建设的主要方向。各高校都在大力提倡教学方法和手段的创新，探索通过网络技术突破时间和空间的限制，进行线上线下课程教学改革和实践，利用信息技术手段促进学生自主学习、协作学习，并选用中国大学 MOOC 等在线开放课程，开展翻转课堂，通过线上自主学习、多媒体教学、在线讨论、互动评价等方式的混合式教学，打造在线课程与课堂教学相融合的线上线下混合式教学模式。

以自动化类专业基础课程“传感器技术”为例， 目前，其国家级、省级在线精品课程数量较多，优质在线资源也比较丰富。而如何将线上教学资源和高校现有教学资源有机整合，并利用智慧学习平台，实施翻转课堂、启发式讲授、案例讨论、在线讨论和互动评价等多种教学方法，使师生既成为教学活动的组织者、发起者，又成为参与者、合作者，实现师生随时随地互动交流，促使学生在教学中发挥主体作用，激发学生学习兴趣，提高教学效果，是高校教师迫切需要探索和解决的重要问题。

二、新时代背景下“传感器技术”课程面临的挑战

（一）如何利用有限的课时教授多而杂的教学内容

“传感器技术”课程包含各类传感器结构原理和应用

拓展知识，而各类传感器涉及多个学科的知识，内容多、知识点繁多零碎且应用范围广，48 授课学时明显偏少。传统的教学模式以教师为主体，多是教师采用多媒体结合板书的形式开展教学，而学生则是听课记笔记，始终处于被灌输知识的状态。面对不同的传感器结构、工作原理，烦琐的转换计算公式，众多的拓展应用案例等，学生感觉学习负担重、学习内容单调枯燥，无法激起学习的兴趣和热情， 从而难以取得良好的教学效果。

（二）如何理论联系实践，培养实践应用能力

传感器应用涉及人们衣、食、住、行、用等方方面面， 在工业、农业、国防、科技、服务等各个领域都有着重要的  作用。在“传感器技术”课程的实际教学中，高校常常将理论课和实验课分开，分别由不同的教师单独授课。同时，在实际教学过程中，受学时、实验场所、仪器、师资等教学因素的制约，理论课和实验课不能保证按照前后顺序有序进行，存在理论课滞后的现象，使学生在不具备相关理论知识的前提下就开始进行传感器实验、应用电路的设计与安装，整个实验操作停留在模仿阶段。学生无法深入理解其中的工作原理，更无法实现传感器的灵活运用和拓展创新。

（三）思政之“盐 ”如何融入课程之“汤 ”

教育部相关文件明确提出，在全国所有高校、所有学科专业，大力推动课程思政教学改革和实践，优化课程思政内容供给，把思想政治教育贯穿人才培养体系，发挥好每门课程的育人作用[2]，即教师不仅要教书也要育人，不仅要育才也要育德。尽管具有较强应用性的“传感器技术”课程蕴含着家国情怀、使命担当、劳动素养和职业精神等思政元素， 但因其专业性较强，如何找准课程思政切入点，结合学科本身内在逻辑，从学生关心的热点问题入手，以学生喜闻乐见的表达方式，“润物细无声”地将思政案例

融入线上线下教学，对学生进行价值观塑造、思想引领，促使学生在掌握专业技术的同时树立正确的世界观、人生观和价值观，切实将立德树人的教学目标落到实处，是“传感器技术”课程教学的挑战之一[3]。

（四）传统教学形式单一，无法满足差异化的学生需求

作为受教育的主体—学生，因受地域、环境、条件等因素的影响，其教育经历、教学资源是不同的，对学习的兴趣和动机会有所不同，对电子、自动化控制、安保等产品中的传感器的认识也可能存在很大差异。此外，目前的大学生都是 00 后，其个性鲜明、思维敏捷、观念新颖、兴趣广泛，具有互联网思维，习惯平等地交流沟通和直接地诉求表达[4]。传统照本宣科的教学形式、“填鸭式”的讲课方法显然不符合 00 后网络原住民的学习习惯，不利于调动其学习的主动性和积极性。

三、线上线下混合式教学设计过程

（一）课程概况

“传感器技术”是自动化工程专业的一门专业基础

课程，主要面向高等院校自动化类专业本科学生开设，具有全面性、系统性、多学科交叉的特色。课程主要涉及温度检测、压力检测、物位及厚度检测、流量检测、位移、速度及加速度检测、成分和含量检测、光电检测和自动检测系统及其组成等内容。通过课程学习，学生熟悉各类传感器的基本原理和使用方法，了解检测系统的开发，能达到信息系统工程师的岗位要求。

教师坚持从实践中来到实践中去的原则，将课程内容分解成 10 个教学单元，每个单元从经典案例出发，把需要传授的知识分解为需要解决的问题，再通过学生设计和开发的系统将知识点整合在一起 。教学资源尽量多样化以适应学生的学习需求，如单元导学、单元教学目标、

PPT教案、授课视频、实训、微课和作业等。同时，教师还将科研项目和企业实际需要解决的问题及学生制作的优秀实训项目，制作成经典的教学案例，以实时更新和完善线上教学资源。

（二）培养目标的设置

“传感器技术”的课程培养目标旨在帮助学生掌握传 感与检测技术的基本概念，检测系统的基本特性，信号分 析及其在检测技术中的应用，各种常用传感器的工作原 理、测量电路及应用，信号调理技术，测量误差分析和测 量数据的基本处理算法，系统抗干扰技术，各种常见物理量的测量和应用方法等。同时，根据系统的要求和性能指标，能设计/开发现代测量系统，完成测量系统的调试并撰写总结报告。在案例设计与分析过程中，及时加入传感与检测技术的发展动态，增强学生自主学习意识和创新能力培养。

课程教学过程中尊重学生个体差异，重点培养学生的自主学习能力、独立思考能力和解决实际问题能力。在学生掌握基本理论的基础上，如何开展融理论性、实操性和特色性于一体的课程教学改革，协调好“线上 + 线下”同步教学，是教师需要重点研究和探索的课题[5]。

（三）教学对象与课程大纲

“传感器技术”是学生在大学三年级接触的一门专业基础课程，该课程特点是知识点繁多零碎、实验实践多、拓展应用广，不但在生产中有着广泛的应用，在生活中也无处不在。所以，课程教学改革的重点是将生产生活中常见的传感器引入教学，让学生能记住理论知识，掌握传感器技术和检测技术的技能。

课程大纲包含 4 部分内容，其中传感器原理、传感器  技术、检测技术 3 部分设计了传感器的工作原理和特点， 传感器与信号处理的关系，压力、温度等各种类型传感器  的选择和应用，各种测量检测技术，数据采集、处理、传输  的技术等内容，帮助学生掌握传感器检测的技术技能。第4部分为实验教学，让学生掌握传感器检测线路的选择，传感器实现对压力、温度等检测数据的采集和处理等知识，并根据自己的兴趣和特长，选取传感器和检测技术进行创新性研究。

（四）线上线下混合式教学模式设计理念与思路

传统课堂教学以教师为中心，且多是“填鸭式”的，或是教师跳“单人舞”、唱“独角戏”模式，全体学生以旁观者身份安静地听教师讲解，偶尔教师提问，个别学生回答，师生、生生间交流对话不多。线上线下混合式课堂以学生为中心，学生提前主动完成线上学习，课堂为教师和学生一起跳“集体舞”、唱“大合唱”模式，可以进行更丰富、更深层次的学习[6]，在一定程度上提升了学生学习的参与程度，改变了课堂教育教学方式。

“传感器技术”课程线上线下混合式教学模式改革，充分利用优质在线教学资源进行课程的本地化改造。教师深度融合信息技术，通过雨课堂课前视频、播放PPT、翻转课堂、团队小组分工协作、工程师角色模拟、所遇问题的分析讨论和评价考核等环节构建课程设计，并利用雨课堂等智慧教学工具完成考勤、过程问答、作业练习、课堂测验等过程性考核，将线下课堂教学与线上教学、信息化教学设计相融合。建立贯穿课前、课中、课后 3 个阶段的全过程评价机制。线上线下混合式教学模式有利于调动学生学习的积极性和主动性，提高教学实效，促进学生知识和素质能力的提升[7]。

（五）基于“MOOC+SPOC”的线上线下混合式教学模式实践

1.课前导学：融入在线开放课程资源，课前任务单翔实可行

首先，教师收集整合课程学习资料，根据学生特点制定课程学习计划，形成学习资料包，在 MOOC 平台发布自主学习任务单和学习资料包，同时，为了保证学生课前能及时学习，达到预期学习效果，教师可以根据需要启动平台提醒、督促功能。其次，学生按照要求观看课程视频、进行线上讨论、寻找任务单问题答案。最后，教师根据本次课前任务单的目标要求，设计随堂测试题目或讨论主题，通过学生完成在线测试或讨论的情况，了解掌握学生在线学习成效。平台能实时记录学习过程、进行在线数据反馈，方便教师及时了解学生的学习动态，制定有针对性的课程教学方案，为课堂教学精准讲解打下坚实的基础。

2.课中精学：多措并举翻转课堂，高频活动提高学习 积极性

线下教学中 ，教师以线上微课视频中已有的基本原 理和知识点内容为导向，首先总结预习的情况，点评学生的预习优缺点，对预习中出现的问题进行解答，并总结回顾上节课的知识点。在引入新课时，教师播放传感器应用视频，如疫情期间的测温枪、温控门；森林防火的视觉传感器；大疆无人机的应用等，通过提问的方式，导入本次课知识重难点，激发学生学习兴趣，培养学生的民族自豪感和科技兴国的爱国情怀，并通过分析讲解重难点问题 ，引导学生将线上学习的碎片知识串联起来，形成系统化知识结构。在线下课堂教学过程中，教师通过问题引导、任务分派、PBL（Project-Based Learning）分组、自主讨论研究、成果分享汇报、自评互评他评等方式实现课堂翻转。学生根据自己扮演的角色，以个人或小组的形式展示学习成果，分享学习心得，再由教师和其他学生进行点评。当学生在展示过程中遇到问题时，同组学生可进行完善补充。教师根据学生的汇报情况进行深入点评分析，对存在的问题进行精细讲解，在师生、生生互动中推进教学，让学生更加透彻地掌握相关知识。例如，在教学过程中，教师首先介绍国内外现有本次课所涉及的传感器的精度、灵敏度等优缺点，比较国内外同类传感器技术上的差异点，激发学生科技兴国的爱国情怀；接着引导学生利用传感器工作手册，搭建传感器应用电路，提炼总结传感器的调试方法，教师根据学生上传的任务结果，进行评价总结，提炼总结出调试口诀，如“调大，看现象；微调，需毫厘”，表明精准调试的重要性，引导学生分析在调试中可能出现的问题及解决办法，在师生互动、生生互动中推进教学。翻转课堂的多措并举，使主导课程教学的教师变成课程的设计者、引导者，学生由“被动听”转变为“主动学”，成为课堂真正的“主角”。教师最后再根据本次课的内容布置课后任务和作业。