双向驱动的传感技术项目教学与讨论课设计

摘  要：针对传感技术课程复杂性的特点，提出双向驱动的讨论课和项目教学设计方案。项目教学设置为面向实际需求的课题，课题以现有传感技术为基础，采用市场调研、理论验证、技术讨论为手段，为解决实际问题提供方案。讨论课设置为面向未来需求的课题，课题以现有传感理论为基础，采用文献调研、理论验证、拓展想象为手段，为解决未来问题提供方案。经过方案实施前后学生成绩和课堂表现的对比论证，验证教学效果。

关键词：讨论课；项目教学；教学改革；传感技术；能力提升

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2025）09-0106-04

Abstract： In response to the complexity of the course 'Sensing Technology'， a bidirectional driven discussion course and project teaching design scheme are proposed. The project teaching is set up as a practical demand oriented topic， which is based on existing sensing technology and uses market research， theoretical verification， and technical discussions as means to provide solutions to practical problems. The discussion class is set up as a topic that faces future needs. The topic is based on existing sensing theory， and uses literature research， theoretical verification， and imagination expansion as means to provide solutions to future problems. The teaching effectiveness has been verified through comparative analysis of students' grades and classroom performance before and after the implementation of the course design.

Keywords： discussion class; project teaching; teaching reform; Sensing Technology; ability promotion

信息技术的发展，对新时代人才的培养提出了更高的要求。为此，教育部发布《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》[1]，强调要深化创新创业教育改革，推动科研反哺教学。为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，高校对本科生教学改革探索正在展开[2-5]，获得了很多有益的经验。

冯晓云等[6]认为在课程质量保障、教学改革创新、教师能力发展与学生学习支持四个方面形成合力，是提升课程教学质量最关键因素。蒋有录等[7]以专业核心课程油气地质与勘探为例，通过开展以学生为中心的教学，增强了学生综合分析和解决复杂工程问题的能力。王小章等[8]对新形势下精密机械与仪器设计课程教学中存在的问题进行梳理和分析，分别从课程内容、教学方法、考核方式、课程设计和课程思政五个方面进行探讨。郑静等[9]针对机械设计基础课程，提出“两层次三方面”教学改革思路，通过现代设计方法牵引教学、科学前沿研究融入教学以及理论课堂与实践课程的贯通融合，构建基于现代设计方法的理论—实践一体化教学模式。周玉等[10]提出以项目应用为导向、网络科技为手段的教学理念，改革课程设计教学环节，项目应用贯穿所有实践环节，校企合作式的课程设计教学。

推进研究性教学既是教育理念的全新改革，也是教学方法的全新改革，是改变高校传统教学模式、提高教学质量、培养创新人才的必然要求[11]。传感技术作为测控技术与仪器、智能制造等专业的核心课程，具有知识密集程度高、学科交叉的难点，也有应用广泛、通用性强的特点。受上述教学改革研究启发，提出“面向当前和面向未来”双向驱动项目教学和讨论课设计方案，将知识学习融进项目教学，将视野拓展放入讨论课教学设计中。

一  教学中的问题分析

工业应用中的传感器起着至关重要的作用，就像人体中的感觉器官一样。传感器的应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、通信电子产品和消费电子产品。美国、日本、英国、法国和德国等先进国家都把传感器技术列为国家重点开发的关键技术之一。传感技术等课程在高等学校工科人才培养的重要性愈发凸显，而目前的教学方式无法满足需要。

教学内容和教学方法与学生能力培养不相适应。现在的教学基本上采用板书为主、多媒体为辅的教学方式，学生对常用的传感器元件缺乏实际了解，导致学生调查、分析、设计等能力欠缺，面对相关设计应用无从下手。

现行传感技术等课程内容复杂凌乱。通常是对原理进行讲授，而与之相关的测试应用都无法在课堂上讲授，教与学都比较枯燥，学生不易掌握，且设备不足，缺少综合性和设计性教学环节，使得教学与实际应用脱节，不能满足学生专业素养的需要。

在传感技术课程结束后，所学知识与实际缺乏结合，不能熟练应用相应的传感器产品，缺乏相关知识融合和综合项目实践，不利于学生实践应用能力的培养，亦无法良好实现解决复杂工程问题的培养要求。

基于以上分析，本教学团队以培养学生专业素养为目标，以适应职业需求为方向，提出开展“双向驱动”的综合能力培养的研究，以求找到一种符合高素质学生的培养方法。在前期教改项目支持下，已经完成了多传感器的储备和教具库的积累，取得了较好的效果和积极的反馈。为此，将迭代升级教学内容，重点更换完善新的讨论课和项目教学设计，切实贯彻工程教育专业认证所倡导的持续性改进的精神。

本科学习的最重要能力是自主学习能力，首要是进行自主查找资料的能力训练。因此，按照这种目的，教学设计基本思路为：升级原有的项目教学内容，设计开放式和限定式课题，设定相关参数，引导学生设定关键词，检索资料，快速筛选，凝练汇总，最终形成一套完整的传感器应用方案。

二  传感技术项目教学设计

项目教学设计的基本原则是以工程实践为导向，融合多种现代教育理念，包括现代认知心理学、自适应学习理论，探索性学习架构的教学模式，鼓励学生主动学习，自主发展。将理论学习与工程实践有效结合起来，充分发挥学生的主观能动性，培养学生独立思考问题的能力、团队协作能力和分析问题、解决问题的能力等。

因此，项目教学的设计采用以当前实际工业生产为导向，设置开放性的题目。通过简化电路设计方面的内容，具体内容集中于传感器的选型与检测方案的设计。着重引导学生体会到有能力去解答、有兴趣去发现，提升学生的参与热情。项目教学实施后，通过传感器比对选型的开放性题目设计，使他们不仅了解现有工业生产的传感方案要求，还能够拓展视野，增强经验积累。

下面以2022年的题目为例，具体安排如下。

（一）  传感技术项目教学要求

实际选用合适的传感器和待测对象，设计一套测厚系统（需要机械安装的示意框图，传感器及处理电路的相关产品资料、价格、尺寸和购买渠道）。

根据材料的精度和范围要求，解释选择它的原因，例如：成本、技术成熟度、应用范围等，选择合理的传感器，说明测量原理，建立传感器灵敏度方程（可忽略信号处理系统和机械的详细设计）。

（二）  项目教学实施指导

工业生产中，对材料厚度的测量和控制需求比较普遍，例如：高精度“手撕钢”的厚度检测与控制（图1）[12]。但是各式传感器纷繁杂乱，不同的材料、不同的使用环境、不同的精度要求等因素，都会对传感测试系统的选择产生影响。

图1  高精度钢膜的厚度的测量与控制

具体要求：通过查找参考文献，选择任意材料（要求有充分的价值和意义的材料）。选用合适的工业用的传感器产品，设计一套测厚系统。根据材料的精度和范围要求，选取一种技术掌握其中的原理，并说明选择它的原因，例如：成本、技术成熟度、应用范围等。

具体安排：自行分组讨论，组员人数为3～5人，组内采用竞争策略，即组员各自提出相应方案，相互对比斟酌，形成组内最终方案，把探讨过程记录在讨论课报告里。

三  传感技术讨论课设计

讨论课设计的基本原则是在教师的引导下，为实现一定的教学目标，通过预先的设计与组织，使学生围绕学习目标自学思考，主动设疑，促使学生之间相互交流，共同探讨，使学生主动地获取知识，提高能力，培养学生的独立思考能力和创新精神。在教学中运用“讨论式教学法”是教学思想的一种解放，是培养学生实践能力和创新精神的一个主要途径。

因此，讨论课的设计采用以未来社会需求为导向，设置相对限定的题目。通过撇去复杂的理论和实物，具体内容集中于文献资料获取和拓展思考与对比。着重引导学生发现有兴趣，然后去寻找和思考，提升学生的搜索和思考能力。讨论课实施后，通过对限定性题目的传感方案比对，使他们了解传感器的发展方向和未来需求。

以2022年的题目为例，具体安排如下。

（一）  讨论课要求

调研水下涡流探测传感的发展现状，整理参考文献，文献数量不少于20项。

讨论并研究水下涡流探测传感的工作原理，工作原理要有切实可靠的物理依据。

讨论并分析该传感器的各项参数、性能指标及特点，可忽略信号处理系统和机械的详细设计。

（二）  讨论课实施指导

2015年，美国战略与预算评估中心发布了《水下战新纪元报告》，认为非声探测技术的出现与推广应用使未来水下作战环境变得更为复杂，并对美国水下安全构成严峻挑战[13]。长期以来，声呐一直是主力探潜装备。但是，随着潜艇隐蔽性能的不断提升以及复杂海洋环境的影响，急需开展新型非声探测技术以提高探潜能力。为此，国外海军强国先后开展了多类型水下非声探测技术的研究，如英国、芬兰、美国和俄罗斯等国家先后研制了磁、水压等多种探测系统，以实现对潜艇的有效探测。最近数十年，针对潜艇水动力特性中的涡流特性而出现的探潜技术（图2、图3），具有探测距离远、抗干扰能力强的特点，已逐步由理论研究向实际应用发展，有望显著提高探潜能力。

根据以上背景调研查找资料，完成以下工作。

具体要求：通过查找参考文献，调研水下涡流探测传感的发展现状，分析水下涡流探测传感的种类，掌握基本的原理，对比分析其精度和优缺点。其中，方案设计要求有明确可靠的物理依据。

具体安排：自行分组讨论，组员人数为3～5人，调研并形成水下涡流探测传感的方案设计。组内采用竞争策略，即组员各自提出相应方案，相互对比斟酌，形成组内最终方案，把探讨过程记录在讨论课报告里。

四  教学效果验证

本团队所教授的传感技术课程先后获得了青岛理工大学教学改革项目（F2019-031、F2022-017、F2023-180）的支持。从2019开始，经过了四年的不断调整和优化，截至2022年12月，共四届测控技术与仪器专业和两届智能制造专业同学接受了该项目教学改革的迭代。