基于虚实结合的传感器原理与应用课程的理论与实践同步教学模式探索

摘要：以传感器原理与应用课程为载体，进行理论和实践教学同步进行的教学新模式探讨，在实践过程中及时进行总结与反思，提高课堂教学质量，增强学生综合素质，为新工科背景下高级工程技术人才培养奠定基础。

新工科建设背景下，人才培养范式正由知识本位向能力本位转型。传统分段式教学模式中，理论授课与实践训练存在的时序差导致知识内化效率低下，具体表现为：①认知建构与技能培养存在断层；②工程思维训练缺乏连续性；③知识迁移能力培养效果欠佳，难以适应创新型、复合型人才培养需求。

其中机械工程系所属的机械电子工程专业是综合性较强的专业，涵盖了计算机、机械、电子技术、控制理论等各方面的课程。是培养掌握机械专业与电子专业的必备知识、技术，有较强实践应用能力、创新精神，主要从事机电产品设计、装调与改造， 自动化生产线设计、应用及运行管理等相关岗位工作，具有较强综合能力的高素质专门人才。

如何使学生在学完基础理论课程后，能更好地将知识进行迁移，与行业和实际操作紧密联系，服务于行业应用，是目前专业基础课教学需要思考和亟待解决的问题。

1 目前课程教学存在的问题

传统的课堂教学是以教师讲授为主，板书和投影作为辅助的工具，却唯独缺少了学生的动手参与。虽然大部分专业课程在理论学习后会穿插若干节的实验课，但往往存在实践滞后性、理论与实践的脱节等问题，导致教学效果并不理想。因为理论教学通常是非常抽象的，导致学生不好理解，也实验无法与已经学过的理论知识形成较强关联。

传感器原理与应用课程是工科专业的专业基础课，随着人工智能和机器人技术的不断发展，传感器和单片机技术的熟练掌握是用人单位越来越重视的技能。以前该课程的教学存在以下问题，一是理论知识的讲授过于抽象，导致一些内容难以理解，容易产生抵制情绪；二是实验课程的滞后导致理论知识与实际操作脱节，难以激发学生的学习兴趣；三是课程讲授的知识缺乏实际应用场景和案例，学习的感觉必然是枯燥乏味的。

2 教学模式改革

2.1 改革目标与内容

采用虚实结合的技术手段，探索理论与实践同步教学的新模式，是本文所要实现的目标，具体的改革内容如下。

2.1.1 理论与实践同步教学模式的设计

在实际操作中，把一节课50分钟分为两个部分，前15分钟进行理论内容的讲解，后35分钟进行实践内容的操作，这样充分调动了学生的学习积极性，把教学内容重新编排以适应新的教学模式，突出理论与实验同步教学的特点。

2.1.2 虚实结合教学手段实现

结合不同的教学内容，优选合适的虚拟仿真技术进行课堂环境下的实践验证；根据教学内容、课堂环境等因素，优选硬件终端以实现所需的“虚”“实”教具。

2.2 改革实施方案

传感器原理与应用课程原来设置了20学时的理论与4学时的实验，理论与实验是分开进行的，改为理论与实践同步的教学以后，全部改为24学时的同步教学。

为了实施同步教学新模式，本课程全部安排在配备计算机的实验室进行。随着虚拟仿真技术和网络技术的高速发展，使学生在课堂上进行在线仿真学习成为可能，这部分被称为“虚”的部分；而使用单片机开发板、实验箱等常规实验手段，这部分被称为“实”的部分。

学生可以在课堂上进行Arduino开发环境的搭建和程序的编写和调试；还能借助在线仿真平台wokwi、Fritzing等仿真软件，熟练掌握Arduino单片机的开发流程和指令系统，更加容易建立理论知识与实践之间的关联。

对于涉及硬件的部分实验内容，可以先采用在线仿真先行验证程序的正确性后，再结合实际的单片机开发板进行实物调试，实现了仿真与实物调试的双轨运行，实现了原理讲解-电路仿真-硬件验证的三阶递进。

在学期末对学生进行问卷调查，根据反馈进行教学内容的调整和教学方式的持续改进。

3 教学总结

经过三年的教学实践证明，动手和实践是掌握传感器和单片机应用的最佳路径。采用项目驱动法，将传感器与单片机的教学内容分解为数个进阶式实践项目，才是最有效的教学方法。

学生对专业基础课程的实践需求很大，他们非常愿意通过参与具体项目对传感器和单片机等专业理论知识进行学习和验证。理论与实践同步教学模式正是强化实践，满足学生学习需求的一种教学模式。这种同步教学模式，有利于及时消化理论知识，对巩固已学知识和扩展新知识均有正向促进作用。

将虚实结合的教学手段融入到教学中，一定程度上使得专业课的学习更加生动，摆脱了课程内容过于抽象的弊端。这种“虚实对照、以虚促实”的教学方式，不仅可以显著提高学生对课程内容的理解、应用与分析能力，同时也为实践自主学习模式提供了可能。

目前面临的困难主要是实验室资源紧缺的问题，导致同步教学的实施效率低、覆盖面不广等。今后在长期的教学实践过程中，我没会及时的总结经验和教训，这种同步教学新模式将更大地发挥理论到实践有效转化的桥梁作用，推动新工科专业人才培养。

徐淑彦，1973.01，女，汉族，黑龙江哈尔滨人，高级实验师，研究方向：机电一体化