傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程教學(xué)探索

魏 霞 閆學(xué)勤

新疆大學(xué) 新疆 烏魯木齊 830047

傳感器與檢測(cè)技術(shù)是自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)及過(guò)程裝備與控制專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課程，主要研究自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中的信息提取、信息轉(zhuǎn)換及信息處理的理論與技術(shù)為主要內(nèi)容的一門應(yīng)用技術(shù)課程。傳感技術(shù)是自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，更是控制系統(tǒng)的前哨，它廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展和現(xiàn)代科技進(jìn)步方面發(fā)揮著重要作用。學(xué)生學(xué)好這門課程不僅能為后續(xù)課程打下好的基礎(chǔ)，也對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用所專業(yè)學(xué)知識(shí)有著關(guān)鍵的作用，自從2005年課程教學(xué)大綱調(diào)整以后，在教學(xué)中出現(xiàn)了一些新的問(wèn)題，原有的傳統(tǒng)教學(xué)模式很難獲得良好的教學(xué)質(zhì)量與效果。

1 課程教學(xué)現(xiàn)存的問(wèn)題

自2005年起我校重新制定了自動(dòng)化專業(yè)的教學(xué)大綱，其中將傳感器與檢測(cè)技術(shù)由考試課調(diào)整為考查課，并將課時(shí)由64學(xué)時(shí)更改為32課時(shí)，通過(guò)幾年的教學(xué)總結(jié)出該課程在教學(xué)中存在的一些困難：

1）教學(xué)內(nèi)容多而散

課程內(nèi)容多且散，涉及知識(shí)面廣，有物理學(xué)、化學(xué)、電子學(xué)、力學(xué)等等，屬于多學(xué)科滲透的一門課程，學(xué)生學(xué)習(xí)有難度，特別是對(duì)于一些基礎(chǔ)不太好的同學(xué)更是有困難。

2）典型應(yīng)用性

傳感器與檢測(cè)技術(shù)屬于典型的應(yīng)用課程，要學(xué)習(xí)各種傳感器的原理，并掌握它的使用，在此基礎(chǔ)上掌握搭建檢測(cè)系統(tǒng)的方法，單靠理論的學(xué)習(xí)必定是有差距的。而實(shí)驗(yàn)課時(shí)不充裕，實(shí)驗(yàn)條件也有限。

3）學(xué)時(shí)越來(lái)越少

學(xué)校目前對(duì)學(xué)生的定位是“培養(yǎng)優(yōu)秀的工程應(yīng)用型人才”，為了加大實(shí)踐環(huán)節(jié)的因此對(duì)課程設(shè)置與課時(shí)作了調(diào)整，本課程課時(shí)被縮減至32課時(shí)。

4）學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性差

由于本課程被定為考查課，所以有相當(dāng)一部份同學(xué)從學(xué)習(xí)態(tài)度上不太重視，沒(méi)有投入必要的精力和時(shí)間，學(xué)習(xí)主動(dòng)性差，直接影響教學(xué)效果。

2 教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的探索

2.1 教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整

目前大部分的傳感器與檢測(cè)技術(shù)的教材多側(cè)重于傳感器的工作原理、測(cè)量線路及信息處理等方面，而對(duì)具體應(yīng)用涉及較少，針對(duì)課程的內(nèi)容多課時(shí)少的情況，教學(xué)時(shí)無(wú)法做到面面俱到，教學(xué)內(nèi)容必須做適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)學(xué)校對(duì)工科本科生工程應(yīng)用型人才的定位，教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整遵循以下原則：

1）避免繁瑣的理論推導(dǎo)過(guò)程，以避繁就簡(jiǎn)的方式向?qū)W生講解傳感器的工作原理。例如：用幻燈片演示使用酒精燈分別燃燒熱電偶的兩端，在兩端存在溫差的時(shí)候兩電極間即出現(xiàn)電勢(shì)差，無(wú)溫差時(shí)電勢(shì)差消失，通過(guò)這個(gè)實(shí)例講解電勢(shì)差之所以存在的原因，可以配以大家能夠理解的簡(jiǎn)單的公式推導(dǎo)，而不把重心放在構(gòu)成熱電偶的溫差電動(dòng)勢(shì)和接觸電動(dòng)勢(shì)形成的公式推導(dǎo)上。

2）重點(diǎn)講述傳感器的實(shí)物應(yīng)用。增加實(shí)際案例是學(xué)生能夠?qū)鞲衅鞯膽?yīng)用有更感性的認(rèn)識(shí)。

3）適當(dāng)補(bǔ)充傳感器與系統(tǒng)互聯(lián)的方法。在先期幾種傳感器的應(yīng)用中加入傳感器接入控制器的方式介紹，使其思考所學(xué)課程之間的關(guān)聯(lián)，對(duì)所學(xué)專業(yè)課程之間的聯(lián)系能更加深入的認(rèn)識(shí)，建立起系統(tǒng)的概念。

2.2 教學(xué)方法的改革

為了克服課程教學(xué)中客觀存在的困難，獲得良好的教學(xué)效果，在課堂教學(xué)使用多種教學(xué)方法和手段，力求將教學(xué)內(nèi)容講解得更加生動(dòng)、具體。

1）采用多媒體技術(shù) 使用現(xiàn)代化的教學(xué)手段來(lái)提升教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量

采用多媒體課件教學(xué)，一方面可以省去教師用于黑板板書的大量時(shí)間，克服課時(shí)減少的問(wèn)題；另一方面，以動(dòng)畫的形式生動(dòng)形象的演示傳感器的工作原理，展示所學(xué)傳感器的各種照片、復(fù)雜檢測(cè)系統(tǒng)的原理圖或線路圖，使學(xué)生能夠直觀地認(rèn)識(shí)傳感器，更容易理解傳感器的工作原理和應(yīng)用。例如，學(xué)習(xí)光柵傳感器時(shí)，使用傳統(tǒng)的教學(xué)手段，很難使同學(xué)們理解莫爾條文的形成及其移動(dòng)過(guò)程，使用對(duì)媒體課件就可以以動(dòng)畫的形式使同學(xué)們直觀的明暗相間的莫爾條紋是什么樣子，還可以以不同的速度使指示光柵在標(biāo)尺光柵上進(jìn)行移動(dòng)，清晰的看出條紋移動(dòng)的方向與光柵夾角及指示光柵移動(dòng)方向的關(guān)系。學(xué)習(xí)增量式光電編碼器時(shí)，很多同學(xué)很難理解編碼器的辨向問(wèn)題，通過(guò)使用幻燈片展示編碼器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，直接了解光欄板上刻縫、碼盤及光電元件的位置關(guān)系后，同學(xué)們就能更容易的理解辨向碼道、增量碼道與零位碼道形成脈沖的相位關(guān)系，佐以簡(jiǎn)單的辨向電路就可以使同學(xué)們更高效的學(xué)習(xí)該傳感器的工作原理及應(yīng)用方法。

總而言之，利用多媒體技術(shù)使學(xué)生能夠獲取更多的信息，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性和生動(dòng)性。

2）重視緒論 提升學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性

很多教材的緒論寫的比較簡(jiǎn)略，但我個(gè)人認(rèn)為這不代表它不重要，特別是面對(duì)學(xué)生主觀上不重視課程的情況下，更要下大力氣上好緒論這第一次課，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到這門課程的實(shí)用價(jià)值。通過(guò)幻燈片演示傳感器與檢測(cè)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用，使同學(xué)們了解到小到日常生活，大到航空航天、海洋預(yù)測(cè)等方面都有著傳感器與檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，更根據(jù)各種行業(yè)背景中需要檢測(cè)的物理量，自動(dòng)控制理論在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中傳感器與檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵作用，使學(xué)生認(rèn)識(shí)該課程的重要性。另一方面，我校長(zhǎng)年開展本科生科研實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，在開設(shè)本課程時(shí)已有部分同學(xué)成功申請(qǐng)實(shí)訓(xùn)課題，一般本專業(yè)的同學(xué)還是圍繞專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域申請(qǐng)課題，其中大部分會(huì)涉及傳感器與檢測(cè)技術(shù)的內(nèi)容，所以也就他們正在進(jìn)行的課題中使用傳感器解決的具體問(wèn)題進(jìn)行討論，更加直接的體會(huì)到本課程的關(guān)鍵作用，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)主動(dòng)性，克服考查課為本課程教學(xué)帶來(lái)的部分陰影。

3）加大案例教學(xué)比重 側(cè)重應(yīng)用

根據(jù)培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才的目標(biāo)，本課程教學(xué)的首要目的是使學(xué)生能夠合理選擇傳感器，對(duì)傳感器技術(shù)問(wèn)題有一定的分析和處理能力，知曉傳感器的工程設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)研究方法。所以在教學(xué)中注意分析各類傳感器的區(qū)別與聯(lián)系，利用大量的具體案例分析傳感器的應(yīng)用特點(diǎn)。

例如，教材中在介紹電阻應(yīng)變式傳感器是，主要是從傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及測(cè)量電路幾個(gè)方面進(jìn)行分析介紹的，缺乏實(shí)際應(yīng)用案例。在教學(xué)中用幻燈片展示不同應(yīng)用的實(shí)物圖，譬如輪輻式的地中衡的稱重傳感器，日常生活中常見的懸臂梁式的電子秤、人體稱、扭力扳手等。用生動(dòng)的動(dòng)畫顯示不同應(yīng)用下的傳感器的反應(yīng)，例如，進(jìn)行常用傳感器熱電偶的學(xué)習(xí)時(shí)，展示各種類型熱電偶的實(shí)物照片，補(bǔ)充熱電偶安裝的方式，以換熱站控制系統(tǒng)為案例，分析熱電偶在溫度測(cè)量上的應(yīng)用，重點(diǎn)講解傳感器的輸出信號(hào)及與控制系統(tǒng)互連問(wèn)題。在介紹光電池傳感器時(shí)補(bǔ)充用于控制的干手器、用于檢測(cè)的光電式數(shù)字轉(zhuǎn)速表及照度表的應(yīng)用案例，通過(guò)案例是同學(xué)們對(duì)傳感器應(yīng)用的認(rèn)識(shí)更加深入。

4）利用學(xué)校的科研實(shí)訓(xùn)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力

我校學(xué)生自二年級(jí)起可以開始申請(qǐng)科研實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，指導(dǎo)老師指導(dǎo)，學(xué)生負(fù)責(zé)，本課程在學(xué)生三年級(jí)第一學(xué)期開設(shè)，在此之前已有部分同學(xué)參加了科研實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，在這些項(xiàng)目中，譬如智能車項(xiàng)目、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中都包含傳感器與檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，上課前教師了解這些項(xiàng)目，就可以就實(shí)際問(wèn)題提出問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)的興趣。另外可以在學(xué)習(xí)的同時(shí)啟發(fā)同學(xué)們集思廣益，與實(shí)驗(yàn)中心老師聯(lián)系，聯(lián)合二年級(jí)同學(xué)進(jìn)行傳感器的設(shè)計(jì)制作，或者進(jìn)入專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行傳感器應(yīng)用方面的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)同學(xué)申報(bào)的科研實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)幾年的教學(xué)與總結(jié)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進(jìn)行了分析研究，作了適當(dāng)?shù)母母?。調(diào)整的教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)更突出，側(cè)重應(yīng)用，補(bǔ)充了豐富的案例，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，多媒體的教學(xué)方法增強(qiáng)了教學(xué)的生動(dòng)性，與科研實(shí)訓(xùn)的相結(jié)合，對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行拓展，加強(qiáng)了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提升了實(shí)踐能力。從近幾年的網(wǎng)上評(píng)教結(jié)果來(lái)看，所做的教學(xué)調(diào)整與改革受學(xué)生的歡迎和好評(píng)，取得了較好的教學(xué)效果。

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