傳感器與測試技術(shù)課程教學(xué)的研究與實(shí)踐

摘要 結(jié)合多年的傳感器與測試技術(shù)課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對課程的特點(diǎn)及現(xiàn)存的問題，對該課程的理論和實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)方法與教學(xué)手段進(jìn)行了探索與實(shí)踐。通過幾年的教學(xué)改革，不僅加強(qiáng)了學(xué)生理論素養(yǎng)，同時(shí)培養(yǎng)了創(chuàng)新思維和設(shè)計(jì)能力。

關(guān)鍵詞 傳感器與測試技術(shù) 理論教學(xué) 實(shí)踐教學(xué) 教學(xué)改革

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

傳感器與檢測技課程是我校電子科學(xué)學(xué)院電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、應(yīng)用物理三個(gè)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程集成了機(jī)械、電子、電路、控制、光學(xué)、電磁學(xué)等知識，涉及知識面廣，且與生產(chǎn)、科研聯(lián)系緊密。①通過多年的教學(xué)實(shí)踐，積極地進(jìn)行教學(xué)方法和手段的改革，開展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐活動(dòng)，努力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識。下面從三個(gè)方面闡述教學(xué)改革過程中積累的心得。

1 理論教學(xué)

1.1 以應(yīng)用為導(dǎo)向的倒敘式教學(xué)方法

傳統(tǒng)的理論教學(xué)，首先接觸傳感器的工作原理，涉及到大量的數(shù)理推導(dǎo)，內(nèi)容抽象，學(xué)生普遍興趣不高。為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，對傳統(tǒng)教學(xué)思路做了相應(yīng)的調(diào)整，由應(yīng)用入手，圍繞實(shí)例展開原理分析。

比如對電阻應(yīng)變式傳感器的講解，對于初次聽到這個(gè)名詞的學(xué)生來說，幾乎沒有人知道什么是電阻應(yīng)變式傳感器，更沒有人清楚它的應(yīng)用場合。這時(shí)教師就會(huì)舉出超市打印電子稱的應(yīng)用實(shí)例，對于這種和生活聯(lián)系密切的應(yīng)用實(shí)例，進(jìn)一步再給出電子稱的傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖片，通過多媒體手段播放自制的Flash教學(xué)動(dòng)畫，用蘋果充當(dāng)重物，隨著蘋果的紛紛落下，電子稱的顯示器示數(shù)隨之改變，形象生動(dòng)地模擬了電子稱的工作過程，通過這樣的動(dòng)畫演示，同學(xué)都對傳感器的工作理論充滿了濃厚的興趣。由應(yīng)用實(shí)例引出問題，進(jìn)而講述其工作原理，這種倒敘式的教學(xué)方法，必然能帶動(dòng)學(xué)生的求知欲，對基本原理的探究更加積極主動(dòng)，使理論教學(xué)過程不再枯燥抽象。

1.2 采用多媒體輔助教學(xué)手段

近年來，隨著計(jì)算機(jī)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，使用多媒體輔助教學(xué)已成為現(xiàn)代教育必不可少的手段。 從2004級開始，嘗試應(yīng)用PowerPoint和Flash等多媒體軟件制作電子教案，經(jīng)過幾年的不斷完善，形成了內(nèi)容豐富、圖文并茂、生動(dòng)形象的多媒體教學(xué)課件。

比如對“光柵傳感器”的教學(xué)，對莫爾條紋的形成機(jī)理、光柵尺沿不同方向移動(dòng)時(shí)莫爾條紋的方向性問題，特別是莫爾條紋對位移的放大作用等知識，采用板書教學(xué)缺乏形象性，學(xué)生根本無法想象其中的規(guī)律性。而通過Flash軟件制作的演示動(dòng)畫，當(dāng)兩光柵產(chǎn)生相對位移時(shí)，學(xué)生能清晰地觀察到莫爾條紋及其移動(dòng)規(guī)律，有助于學(xué)生理解理論知識，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣。

本課程的傳感器原理部分：包括應(yīng)變效應(yīng)、熱電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、光電效應(yīng)、渦流效應(yīng)等，幾乎任何一類傳感器的工作原理都可以Flash 動(dòng)畫動(dòng)態(tài)演示。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

2.1 改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段

驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生理解傳感器課程中的基本理論，但由于現(xiàn)有的的實(shí)驗(yàn)電路多采用模塊化設(shè)計(jì)，只需連接幾根導(dǎo)線，用萬用表和示波器記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生很快就能完成實(shí)驗(yàn)，定量的結(jié)果也很粗糙，與工程實(shí)際嚴(yán)重脫節(jié)。②

在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限的前提下，教師積極地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的改革，針對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可通過教師（下轉(zhuǎn)第169頁）（上接第150頁）自制的Flash動(dòng)畫和實(shí)驗(yàn)錄像等手段在課堂演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過動(dòng)畫能夠熟悉實(shí)驗(yàn)操作過程，通過錄像等資料也能看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。

2.2 加強(qiáng)綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

在改造驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的同時(shí)，開設(shè)研究設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)研究能力。

為了活躍學(xué)生的思路，提供實(shí)驗(yàn)室的數(shù)十種傳感器，能進(jìn)行溫度、濕度、位移、應(yīng)力、轉(zhuǎn)速和振動(dòng)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)和具體給出的器件，自主確定設(shè)計(jì)題目，獨(dú)立設(shè)計(jì)電路圖，自行在實(shí)驗(yàn)電路板上調(diào)試，老師只提供必要的技術(shù)指導(dǎo)。雖然由于硬件設(shè)施制約，學(xué)生的設(shè)計(jì)并非盡善盡美，但通過對傳感器檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換電路的搭建，以及整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試，讓學(xué)生自主自發(fā)地在設(shè)計(jì)中引出相關(guān)理論知識點(diǎn)，在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中加深對專業(yè)知識技能的綜合運(yùn)用。③

2.3 開發(fā)基于虛擬儀器的傳感器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

開發(fā)和利用虛擬儀器系統(tǒng)是高校進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)新的發(fā)展方向。所謂虛擬儀器就是在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，用戶根據(jù)自己的需求來定義和設(shè)計(jì)儀器的測量功能。利用現(xiàn)有的CSY傳感器實(shí)驗(yàn)儀及其電路模塊、NI公司的數(shù)據(jù)采集卡、PC 機(jī)等硬件組建的虛擬傳感器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)的硬件框圖如圖1所示。

首先學(xué)生利用各種類型的傳感器將非電量轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過必要的放大和濾波等調(diào)理電路后，通過安插在電腦中數(shù)據(jù)采集卡，將調(diào)理后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入計(jì)算機(jī)的虛擬儀器中，利用虛擬儀器編程完成對被測對象信息的實(shí)時(shí)采集、顯示、存儲(chǔ)和處理。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可為學(xué)生提供方便、快捷的數(shù)據(jù)檢測和分析手段，運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)建立的虛擬電子實(shí)驗(yàn)室，在一定程度代替了實(shí)驗(yàn)室的硬件傳統(tǒng)儀器設(shè)備和元器件，真正體現(xiàn)了虛擬儀器技術(shù)“軟件即儀器”的優(yōu)勢。

3 實(shí)踐環(huán)節(jié)

3.1 指導(dǎo)學(xué)生參加各類電子競賽

課外科技實(shí)踐活動(dòng)也是本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。電子信息工程系創(chuàng)立了電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)開發(fā)基地，承擔(dān)著全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、黑龍江省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的賽前培訓(xùn)教學(xué)任務(wù)。近5年學(xué)生參加的大賽有：全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、黑龍江省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、中國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國飛思卡爾智能汽車競賽、校電子設(shè)計(jì)競賽，?！疤魬?zhàn)杯”等，均取得了非常不錯(cuò)的成績，動(dòng)手能力得到了普遍的提高。

3.2 校企共建實(shí)習(xí)基地

近年來，在校電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)開發(fā)基地的基礎(chǔ)上積極與企業(yè)合作建立校企共建實(shí)習(xí)基地，現(xiàn)已建立了黑龍江省高校校企共建測試計(jì)量技術(shù)及儀器儀表工程研發(fā)中心。以企業(yè)為主組織實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生走入企業(yè)，參與工程實(shí)踐。校內(nèi)生產(chǎn)實(shí)習(xí)與校外工程實(shí)習(xí)的有機(jī)結(jié)合，提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，也使教師的科研能力得到了逐步提升。

4 結(jié)束語

在傳感器與測試技術(shù)課程的教學(xué)過程中，不斷地改進(jìn)教學(xué)方法和手段，積極地開發(fā)綜合性和實(shí)驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)基于虛擬儀器的傳感器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，建立校企共建實(shí)習(xí)基地。結(jié)果表明，通過這些改革措施有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，取得了良好的教學(xué)效果。

基金項(xiàng)目：黑龍江省高等教育教學(xué)改革立項(xiàng)高教綜合改革試點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目（2012）；黑龍江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目（2012）；東北石油大學(xué)重點(diǎn)建設(shè)課程項(xiàng)目（2012）

注釋

① 王建軍.《傳感器技術(shù)》課程教學(xué)方法探討[J].裝備制造技術(shù)，2007（4）：105-106.

② 葛君山.傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)初探[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008（33）：97-99.

③ 朱立，李躍忠，錢敏，夏洪.《傳感器與檢測技術(shù)》課程教學(xué)模式創(chuàng)新探討[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011.30（1）：77-79.