互动式研究性教学的措施与体会—— “传感技术及应用”课程开展研究性教学的总结
黄赞武，魏学业，陈拥军，赵俊慧
（北京交通大学电子信息工程学院，100044）
摘要：针对“传感技术及应用”课程多学科综合、实践性很强的特点，结合新时期研究型大学培养有创新精神和实践能力的实用型人才的要求，对课程的教学过程进行了改革，引进了研究性教学的先进理念，尝试了一些全新的教学方法和措施，以引导学生养成探究性学习的习惯，着力培养学生的创新精神和实践能力。
并对教学效果和研究性教学实施过程中的体会进行了总结，提出了一种适合这门课程的研究性教学思路。
关键词：传感技术 研究性教学 探究性学习 教学改革 教学方法 互动式教学
传感技术是与现代科学技术紧密相连的正在发展的一门重要学科，是现代信息技术的核心之一，是实施先进控制方法的基础。传感器的种类很多，目前，国内有6000多种，国外发达国家则有多达2万多种，其工作原理十分丰富，涉及电子学、材料学、力学、化学、生物学等多种学科，而且传感技术与生产实际和科学研究的关系十分密切。所有这些决定了“传感技术及应用”课程是一门综合性、理论性和实践性都很强的课程。
如何在有限的教学课时内，通过什么教学方法和措施，让学生掌握如此多的传感器尤其是近年才得到发展的新型传感器的原理和应用，是一个很值得授课教师思考的问题。
一、研究性教学理念的建构
传统的教学方法局限于课堂讲授，如果用传统的方法讲授“传感技术及应用”课程，那么在有限的教学课时内，学生根本不可能掌握现代先进的传感器的工作机理和应用背景，因为像压电式传感器、应变式传感器、光电式传感器等之类的常规的、古老的传感器工作机理已经把课堂时间填得满满当当了。另外，现有的教材由于编写存在滞后性，很难跟踪传感技术的科技前沿，要培养学生探究的兴趣，引导他们接触传感技术的科技前沿，就不能局限于课本上的内容。
从教师方面来讲，在传统教学模式下，教学就是讲课，讲课就是教学，使得教学过程非常单调，很难有好的教学效果。从学生方面来讲，在传统教学模式下，上课就是听课，听课几乎是唯一的学习途径，学生要做的只是接受，而不是探究。
基于“传感技术及应用”课程的特点，在传统的教学方法和教学模式下，最后的教学效果往往是很差的，培养的人才也不符合现代社会对人才的要求。基于这种情况，我们采用研究性教学方法进行教学，期待能有效解决上述问题。
研究性教学包含“研究型教”和“研究型学”两个方面的内容。
从“研究型教”这个方面来说，由于本课程的综合性和发展性，在世界范围内，随着新材料的发明、新工艺的运用、新效应的发现，每年都会出现大量的新型传感器发明，如何在课堂上体现传感技术的科技前沿？教师必须在课堂外下大工夫，即所谓的“教学在课堂，工夫在课外”，只有平时进行大量的科学研究，跟踪科技前沿，才能做到厚积薄发。另外，在教学手段和授课方法上要做研究型的探索，摸索效果最好的教学方法。
从“研究型学”这个方面来说，教学过程要以学生为主体，不要让教学过程停留在灌输式的初级阶段，要引导学生主动去思考问题、理解问题，变被动为主动。同时，要通过一些方式方法培养学生兴趣，使学生在课堂的基础上，利用课外时间主动去深入探究某一方面的知识，进而可以形成自己的论文并发表。
总之，研究性教学就是要建立“以学生为主体、以教师为主导”的基于探索和研究的教学模式，激发每个学生的特长和潜能，鼓励并引导他们的好奇心、求知欲、想像力、创新欲望和探索精神。在让学生牢固掌握传感器基础理论、基本效应的基础上，着力培养学生的学习能力、创新精神，引导学生系统掌握科学的思维方式和研究方法，培养学生的创新精神。
在教学过程中，注重研究性、探究性、协作式和情景式学习等现代教育理念在教学中的应用。教学方法要由传统的“注入式知识教育”转变为“研究式素质教育”；授课方式要由“连续型细节式授课”转变为“跳跃型平台式授课”；教学形式要由“单一的课堂讲授教学”转化为“多形式的互动交流”。
二、开展互动式研究性教学的措施
（一）教学内容的丰富和教学方法的改进
从教学观念上，授课不是授书。传感技术是不断发展的，而教材的内容相对滞后，但是课程的内容可以随着更新。例如，最近发明的新型传感材料——磁性液体，国家很重视它的发展，在军事上具有很大的应用前景，那么教师在课堂上就要在讲解磁电式传感器的时候引出这种新型传感材料，并对它作简要介绍，拓展学生的知识面和视野。
在教学方式上要加以改进，不能满堂灌输、简单罗列文字、不给学生思考的时间和空间、把具体的传感器讲得太抽象，所以在课堂教学的平台上，要加入工作原理的Flash 演示、传感器的真实图片及传感器操作的视频，以丰富课堂元素。这样既可以把抽象的原理用形象的方法描述清楚，又可以集中学生的注意力，引发学生探究的兴趣。
通过教学方式的改进，营造一个师生互动、相对宽松的环境氛围，通过充实而新颖的教学内容、灵活而开放的教学方法和考核方法，激发学生的求知欲，让学生主动学习；不仅注重学生对知识的掌握，更注重知识的运用，提高学生的学习能力、实践能力和创新能力。
（二）教学与科研和产业的结合
1.将科研和教学有机结合起来
对于本科生来讲，设计本课程的目的就是为了让学生学会在将来的工作中如何应用各种传感器。这是一门基于应用的专业课程，所以在授课的同时就要让学生明白所学的某种传感器到底可以用来干什么，怎么使用，在使用中需要注意哪些事项。为此，在教学过程中要舍得花时间将科研项目引入课堂。例如，在讲PMT（光电倍增管）时，一定要结合科研项目“石油中硫、氮成分检测仪的研制”来说明PMT 的原理、使用方法、注意事项。
另外，还可以让有兴趣、有能力的学生直接参与到科研项目中，实际接触传感器的应用。
2.将传感器品牌厂商请进课堂
将传感技术的教学与产业结合起来，使学生了解国内外传感器产品的最新发展趋势，了解传感器产品使用过程中需要注意的工程问题。可以将国内外传感器厂商请进课堂，对学生讲解他们产品的技术特点，这样既可以让学生了解市场上传感器的品种，也可以提高他们学习传感技术的兴趣。
（三）课程与学生的互动
1.成立传感器兴趣小组
在授课过程中我们发现，有些同学对传感器的兴趣非常浓厚，他们很想在这方面做些事情。对于这些学生，应重点培养。人才培养就是这样的，在照顾大多数人的基础上，要有针对性地培养特殊同学。但是在传统的教学模式下，没有很好的条件满足学生的求知欲。针对这种情况，我们成立了兴趣小组，由教师布置一些他们力所能及的题目，由他们自己完成。
例如，在光纤干涉仪传感器的教学过程中，非常需要F －P 干涉仪的Flash 演示教案来描述光干涉的原理，可以让兴趣小组在探索F －P 干涉仪的原理的基础上制作这种演示课件。同时，也可以安排兴趣小组成员自己设计并完成传感器的实验。我们成立了4个小组，每个小组3名同学，分别进行应变式传感器、光纤式传感器、热电式传感器和霍尔式传感器的实验。
2.引导学生发表学术论文
在我校的本科生中，发表论文还不多见，但是，在很多高校，有些高水平的学生通过自己的探索，发表了不少具有很高水平的学术论文，甚至被SCI 收录。在这方面，可以尝试作些引导。本文认为，不是学生没有这个能力，而是没有得到很好的引导。
在教学过程中，要注意挖掘这些有潜力的学生，针对某一个知识点，指导他们尝试写一些论文，哪怕发表的论文档次一般，对学生来说也是一种肯定和鼓励，对其他学生也能起到激励作用。
3.小课题研究
以“研究性小课题”为教学的导入点，把问题的呈现放在课程讲授的前面，这不是教学顺序的颠倒，而是教学观念的更新。将学习置于研究性小课题情境中不仅是激发学生求知欲和创造冲动的前提，而且是学生吸收知识、锻炼思维能力的前提，问题应存在于整个教学过程中，应使教学活动自始至终围绕着问题的探究和解决展开。一个好的研究性小课题能够随着问题解决的进行自然地给学生提供反馈，让他们能很好地对知识、推理和学习策略的有效性进行评价，在解决问题的过程中掌握概念、原理和策略，可以促进知识的提取和学习策略在新问题中的迁移。
例如，在讲光电式传感器这一章时，可以先提出这样一个小课题：保龄球控制与计分系统中球瓶位置如何判别。在这个小课题中，要用到多个光电式传感器。在讲授课程的过程中，通过课堂提问和课外讨论，将实际科研中的问题一一呈现在学生面前，学生就会带着这个问题进行探究性的自学，在本章讲完以后，问题一一得到解决，这样学生对光电式传感器的原理和应用都有了清楚的认识和理解。
三、开展互动式研究性教学的体会
开展互动式研究性教学，从教学效果看，确实比传统的教学方法要好很多，不管是课堂的效果还是学生课外的学习效果，都有明显改观。从教师的角度来看，本文总结了如下的体会，主要体现为“三个突出”。
1.突出学生在互动式研究性教学中的主体地位
研究性教学是一种“以学生为主体、以教师为主导”的教学模式，一定要突出学生在互动式研究性教学中的主体作用。在我们的课堂上，任何课堂授课方式的设置都是以让学生理解传感器的原理和应用为终极目的。要在课堂上让学生积极参与讨论，表达他们对所讲传感器的理解，真正融入课堂。教师要以学生为中心，引导学生进行讨论，把握讨论内容的深度和广度。
2.突出科研项目在研究性教学中的兴趣引导作用
作为新时期的研究型大学，其教学目标是培养具有创新精神和实践能力的实用型人才。
毕业的学生直接面对的就是参与各项工程项目和科学研究，用人单位也非常注重学生的科研背景，学生当然也很清楚这一点，所以他们对于所学知识与实际的科研项目的结合非常感兴趣。作为教师，引导学生的这种学习兴趣对提高学生参与讨论的积极性和教学效果有重要意义。
一般来说，可以在讲某种传感器前，先通过科研项目的任务书引出实际工程问题，针对这个问题进行讨论，让学生了解到底有哪些传感器可以解决这个问题，教师逐渐将学生引到要学习的传感器上来，并提出为什么可以解决讨论的问题，这样学生的注意力就会被问题牢牢吸引住，形成浓厚的学习兴趣；随着课程的深入，传感器的工作原理、测量电路、误差原因、补偿方法等，在讨论的科研项目这种实际应用背景下，就很容易被学生主动接受；最后当初提出的问题得到解决，学生自然就知道了这种传感器的应用。
3.突出对学生自主探究性学习能力的培养
传感器的种类很多，课堂时间有限，重要的传感器在教学过程中可以得到介绍，但这犹如冰山一角，绝大部分的传感器需要学生自己去学习。课堂上教师要以经典传感器为例使学生理解并掌握该类传感器的工作机理，并提出这类传感器的发展情况到底如何这类引导性的问题，引导学生以这一类传感器的工作机理作为基础进行探究性的学习，探究这类传感器国际上到底发展到了什么程度，有哪些应用领域上的拓展。
在学生进行自主探究性学习的过程中，教师要给出基本的方向，提供基本的资料来源，让学生通过对文献资料、学术杂志及丰富的网络资源的查询和阅读，总结学习的体会，教师要跟踪学生的学习效果。
四、结束语
随着研究型大学本科生教育培养目标的演进，教学的方法和模式也要及时跟进，我们在“传感技术及应用”课程上做了互动式研究性教学的尝试，形成了一套切实有效的教学措施，并提出了“三个突出”的教学理念，在以后的教学过程中，我们将不断充实研究性教学的措施和方法，使教学效果更上层楼。
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