淺議傳感器原理和應(yīng)用課程的教學改革

趙建勛，蔣大勇，梁慶成

（長春理工大學 材料科學與工程學院，吉林 長春130022）

淺議傳感器原理和應(yīng)用課程的教學改革

趙建勛，蔣大勇，梁慶成

（長春理工大學 材料科學與工程學院，吉林 長春130022）

針對當前傳感器教學中存在的不足，本文提出了改革課堂教學與實驗教學內(nèi)容、在課堂教學中采用現(xiàn)代化教學手段和形象化教學方式以及采用以科研傳感器示教并帶動學生參與科研課題的教學方法等建議，這有助于提升教學效果，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生理論聯(lián)系工程實踐和獨立思考、解決問題的能力。

傳感器；教學改革；課堂教學；實踐教學

隨著人類社會進入信息化時代，以信息的獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理為主要內(nèi)容的傳感器原理與技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門完整的學科，而傳感器技術(shù)已經(jīng)被列為目前優(yōu)先發(fā)展的科學技術(shù)領(lǐng)域之一。另外，在當今科技迅速發(fā)展的背景下，企業(yè)對于大學培養(yǎng)的自動化、機械制造等專業(yè)技術(shù)類人才提出了更加嚴格的要求，大學生在畢業(yè)時必須具有一定的實際動手能力和探索研究開發(fā)的能力，為此國內(nèi)的很多高校都開設(shè)了“傳感器原理與技術(shù)”課程，通過該課程向?qū)W生介紹各類傳感器的基本原理、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及常用的測量電路，使學生掌握傳感器的信號轉(zhuǎn)換與處理及傳感器在生產(chǎn)、生活各個方面的應(yīng)用[1,2]。學生學好這門課程，是已學課程知識的綜合應(yīng)用和后續(xù)課程的基礎(chǔ)，對于培養(yǎng)學生的專業(yè)素質(zhì)有著很重要的作用。

長期以來，這門課程在教學內(nèi)容上以講解傳感器的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)為主，內(nèi)容復雜、枯燥、分散，學生接受起來困難，對知識掌握不理想，即使講到具體傳感器應(yīng)用方面的知識，也是“空中樓閣”，完全依靠學生的想象力來理解，無法調(diào)動起學生學習興趣和求知欲，造成理論沒學會，實踐動手又不行的結(jié)果。該課程在教學方法上主要以課堂講授為主，由于傳感器的技術(shù)發(fā)展很快，新型傳感器不斷涌現(xiàn)，前沿傳感器實驗設(shè)備較貴，而學校根據(jù)教學內(nèi)容僅僅開設(shè)少量驗證性實驗，實驗和實踐教學內(nèi)容顯得過于陳舊和呆板，學生在實驗過程中按照實驗指導書按部就班，完全是被動完成任務(wù)，沒有使學生真正積極參與其中，完全不能滿足提高學生實踐動手能力的要求。為了提高該課程的教學效果，真正做到學以致用，必須當對這門課程的課堂教學、實驗教學和課程設(shè)計等進行全面改革。根據(jù)社會需求和學生的具體情況制定合理的教學內(nèi)容，使學生在了解各類傳感器工作原理的基礎(chǔ)上，更能熟練地應(yīng)用各類傳感器，在理論與實際緊密結(jié)合的前提下側(cè)重實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。通過改進教學體系增強學生的自主創(chuàng)新能力和實踐動手能力，切實提高了學生專業(yè)技術(shù)能力。本文通過對該課程的傳統(tǒng)教學存在的問題進行分析，對高等院校的“傳感器原理與應(yīng)用”教學提出了建議。

一、教學改革的必要性

該課程具有較高的學術(shù)交叉性，它融合了電學、光學、力學、半導體物理、磁學、化學等多門學科的知識，滲透了自動控制、計算機技術(shù)、信息處理等工程方法[7]，知識繁雜且內(nèi)容分散。我校的該課程為48學時，本課程的開設(shè)是建立在大學物理和模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)、半導體物理等專業(yè)基礎(chǔ)課程之上的，學生對這些課程的掌握和記憶情況，往往不夠理想，表現(xiàn)為學生對于課堂所講的內(nèi)容理解很吃力，有限的課時分配也與繁雜的課程內(nèi)容形成了矛盾，因此必須要尋找到高效的教學方式以提高教學效果。我們在教學中力求有效的教學方式，利用有效的課時，呈現(xiàn)這門學科的精髓所在，引導學生實現(xiàn)由理論掌握到實踐能力的提升，并對傳感器應(yīng)用方面的研發(fā)有所思考。

當前社會需要大學畢業(yè)生既有扎實的理論功底又動手能力強，本課程是一門實踐性很強的學科。在傳統(tǒng)教學中，往往存在著“重原理、輕實驗、少實踐”的情況，在這種情況下，學生往往對于實驗和實踐的學習不夠重視，教師也將教學重心完全放在原理教學上，輕視實驗和實踐教學，考查方式也出現(xiàn)了“重理論、輕實驗”的現(xiàn)象，因此該課程對學生的考察也應(yīng)包括對學生動手能力的考察[5]。目前，該課程的考核方式還是以卷面考試為主的閉卷考核形式，這對于考核學生掌握傳感器領(lǐng)域的綜合能力是有限的。常常出現(xiàn)一些動手能力很強的學生，其卷面成績偏低的現(xiàn)象，在一定程度上壓制了學生的提高動手能力、加強自身綜合素質(zhì)的積極性，所以改革現(xiàn)有的傳感器原理與技術(shù)課程考核方式是非常必要的。

二、該課程教學改革的建議

任何一門課程，扎實掌握其基本理論是必須的，而實踐教學是最終的教學目的，在于激發(fā)學生對于該領(lǐng)域的學習興趣，通過指導學生完成一定的實踐環(huán)節(jié)，引導學生將知識體系和工程實際接軌，所以應(yīng)把握好這兩者的“度”，這是至關(guān)重要的，不要止步于在理論層面上的講授，也不要在學生沒有扎實掌握傳感器理論時盲目加大實驗量。

基于以上的分析，我們提出以下改革該課程教學體系的建議：

1.改革教學內(nèi)容和實驗教學內(nèi)容。在教學中，由于各類傳感器的工作原理不同，改革本課程的教學大綱設(shè)置，以工程中常見的參數(shù)來分類，如溫度、壓力、加速度、厚度、位移、速度等，采用模塊化結(jié)構(gòu)，測量一種參數(shù)的傳感器作為一個模塊，我們可以根據(jù)學生的專業(yè)特點和社會需要選擇其中幾個適合我院該專業(yè)方向的模塊詳細講授，這樣使得教學在內(nèi)容上變得更加緊湊，突出專業(yè)的培養(yǎng)方向，彌補了課程的課時量不足[3]。

在該課程的實驗教學大綱中，要體現(xiàn)出實驗教學的多層次。根據(jù)專業(yè)不同，來調(diào)整實驗內(nèi)容的深度和廣度，依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方向，設(shè)置不同的實驗內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)。例如，針對光電子材料與元器件專業(yè)，可增加光纖傳感器測量溫度的實驗，而對于電子材料與元器件專業(yè)可增加半導體壓阻傳感器測量壓力的實驗，通過這些實驗，可以提高不同專業(yè)學生的動手能力。

2.在課堂教學中采用現(xiàn)代化教學手段和形象化教學方式。在“傳感器原理與技術(shù)”的教學中，由于課程本身具有理論復雜和實踐性強的特點，學生常常反映不知道該學習什么，該如何學習，講到的傳感器在什么情況下使用等疑問。為了最大限度的解決該問題，可以在教學中引入多媒體教學[4]。

在“傳感器原理與技術(shù)”的教學中的難點在于教學內(nèi)容較多，包括各類傳感器的原理、測量電路、具體應(yīng)用等多方面的內(nèi)容。采用多媒體教學時，可以安排在傳感器實驗室中進行，在課件向?qū)W生展示許多實物演示，也可以將工程中常用的各類應(yīng)用實例結(jié)合一些簡單易做的實驗展現(xiàn)給學生，這增加理論教學的生動性和直觀性，使學生可以很快接受，激發(fā)了學生的學習興趣，也大大增強了教學效果，提高教學質(zhì)量。

在課堂教學上，可采用形象教學方式，運用多媒體和板書相結(jié)合，并在課堂教學中，增加提問學生的機會，使學生思路緊跟著老師走，避免了學生上課精力不集中的現(xiàn)象，在課堂教學很多同學并不是全部集中思想在聽課，可以課堂提問那些上課思想不集中的學生，提問的內(nèi)容都是課堂所講解的比較重要的內(nèi)容，這樣既可以突出重點內(nèi)容，又可避免學生上課精力不集中的現(xiàn)象，使得課堂教學能收到較高的效果。以多媒體技術(shù)為載體的形象教學方式，使得學生處在這種虛擬的情境，身臨其境地去理解傳感器的原理和應(yīng)用，彌補由于客觀的硬件條件不足而引起的操作不可實現(xiàn)性。同時也可制作一些課件，通過動畫效果來加深對理論知識的理解。在應(yīng)用多媒體教學的同時加入板書，特別是一些公式的推導中，讓學生的思路緊跟老師，在課堂教學中可收到很好的效果。

3.實驗教學模式改革。實驗教學的目的是為了提高學生的動手能力、分析問題和解決問題的能力，加深學生對課堂教學中理論的感性認識。在傳統(tǒng)實驗教學中，學生只需按照實驗指導書中的實驗內(nèi)容，連接好電路，調(diào)整傳感器，記錄下實驗數(shù)據(jù)，在這樣的實驗中學生不用動腦，學生只是按部就班地完成任務(wù)，沒有調(diào)動其學習積極性，很少有學生對實驗進行獨立思考并發(fā)現(xiàn)問題，教學效果不理想。為了改變這種狀況，我們可以設(shè)置設(shè)計型實驗和創(chuàng)新型實驗，在課程考核中它們占有一定的比重。由教師為學生提供一定的條件，學生自己動腦思考設(shè)計，在老師的引導下完成實驗，這樣的實踐環(huán)節(jié)既有趣味性和實用性，又可以培養(yǎng)了學生的理論聯(lián)系工程實踐的能力，提高了他們在應(yīng)用和設(shè)計方面的能力。

為了改進實驗教學模式，我們采用了以下兩種方法。

首先，給學生提供更有操作性、創(chuàng)造性的實驗設(shè)備。當前大學實驗室使用的傳感器設(shè)備集成度很高，學生實驗時基本上不用進行多少操作，一般就是從儀器上讀數(shù)而已，根本達不到升華課堂理論知識的目的。為了更好地鍛煉學生的實踐能力，我們可以將此集成度較高的實驗?zāi)K拆開，讓學生自己進行組裝、連接。為了使學生在有限的時間內(nèi)更多、更好地了解各種新型傳感器件。實驗課相應(yīng)增加了綜合性實驗內(nèi)容，我們自己設(shè)計制作出多種實驗?zāi)０?，如光纖傳感器接收實驗板、壓力傳感器控制實驗板、光敏電阻應(yīng)用實驗板等[8]。這種實驗方法在傳感器實驗教學中可獲得較好效果。

其次，在實驗教學中，根據(jù)客觀條件在適當減少驗證性實驗的基礎(chǔ)上，增加了創(chuàng)新性實驗項目以及設(shè)計綜合性實驗，我們也把學生完成這些實驗的情況納入到課程考核結(jié)果中。對于每次實驗內(nèi)容，在任務(wù)書中僅提出本次實驗的具體要求，需要掌握的內(nèi)容，不對實驗方案進行限制。學生成為獨立完成實驗設(shè)計和實驗過程的主體，實驗教師在必要時給予提示和幫助，比如，測量壓力的實驗中，教師不規(guī)定學生具體使用哪種傳感器，學生自主獨立選擇傳感器。光纖傳感器和壓阻式傳感器都可完成壓力的測量[6]。學生可根據(jù)自己設(shè)計的實驗方案，選擇其中一種或者幾種來完成實驗，然后對測量結(jié)果進行比較分析，可以得出在這種情況下哪種傳感器的測量可靠性、精度更高。這樣可以充分調(diào)動起學生學習的積極性，大大提高教學效果。

4.以科研傳感器示教并帶動學生參與科研課題的教學方法。我們帶領(lǐng)學生參觀學校里教師的科研實驗室，介紹科研工作中用到的各類傳感器，將現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展成果反映到教學中來，這樣的實地參觀和講解給學生留下了深刻的直觀印象，科研實驗室濃厚的學術(shù)和試驗氛圍也很好地熏陶和感染著學生。進入本科四年級的一些學生，還可以完成畢業(yè)設(shè)計的方式參與到我們教師的科研課題中來，另外一部分學生主動申請我校的大學生科研創(chuàng)新項目，獲得學校對項目的資助，自學相關(guān)知識，獨立思考和運用課堂上學到的知識，自己動手，完成富有創(chuàng)意的小型項目。這些教學方法的引入，彌補了客觀上硬件條件的不足，拓寬了學生了解傳感器的廣度和深度，學生從對傳感器感性認知開始，逐步深入了解傳感器的原理、應(yīng)用外特性和接口關(guān)系，最終建立起了系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)。

三、總結(jié)

筆者針對傳統(tǒng)的傳感器課程教學存在的不足，提出了改革課堂教學與實驗教學內(nèi)容、在課堂教學中采用現(xiàn)代化教學手段和形象化教學方式，在教學中采用以科研傳感器示教并帶動學生參與科研課題的教學方法等建議。采用新的教學方法，可激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的動手能力，培養(yǎng)了學生的理論聯(lián)系工程實踐的能力，提高了他們在應(yīng)用和設(shè)計方面的能力。

[1]劉篤仁，韓保君.傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)[M].西安電子科技大學出版社，2003.

[2]徐科軍.傳感器與檢測技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2004.

[3]權(quán)義萍，張印強，楊道業(yè).傳感器技術(shù)課程教學方法探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2009，（13）:109-110

[4]楊匯軍，王俊生.“傳感器與檢測技術(shù)”課程教學改革的探索與實踐[J].中國電力教育，2011，（9）:188.

[5]陳玉華，錢玲玲，張廣川.談《傳感器與檢測技術(shù)》課程的項目化教學[J].科技信息，2010，（1）:566-567.

[6]楊寶清.現(xiàn)代傳感器技術(shù)基礎(chǔ)[M].中國鐵道出版社，2001.

[7]鄭國欽.集成傳感器應(yīng)用入門[M].浙江科學技術(shù)出版社，2002.

[8]張洪潤，張亞凡.傳感技術(shù)與實驗[M].清華大學出版社，2005.

[責任編輯：姚 旺]

G642

B

1671-6531（2011）10-0077-02

趙建勛，男，遼寧黑山人，長春理工大學材料科學與工程學院講師，博士，研究方向為材料物理；蔣大勇，男，吉林長春人，長春理工大學材料科學與工程學院講師，研究方向為材料物理；梁慶成，男，河北灤縣人，長春理工大學材料科學與工程學院講師，博士，研究方向為材料物理。