“卓越計(jì)劃”體系中《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》課程教學(xué)改革探析

何俊　李繼凱　張靜　肖明　熊建斌

【摘要】在“卓越計(jì)劃”以強(qiáng)化工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力與工程創(chuàng)新能力為核心的指導(dǎo)下，根據(jù)近年來(lái)《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探析該課程體系的重構(gòu)、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。著力推動(dòng)實(shí)用型方法的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2013）08-0247-02

《傳感器技術(shù)及應(yīng)用》課程既是電子、電信、電氣、自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)的一門集理論性、技術(shù)性、實(shí)踐性與應(yīng)用性于一體的必修課程。作為連接客觀物理世界與邏輯信息世界的橋梁，傳感器扮演著重要的角色。是信息時(shí)代中人們從工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和大自然獲取信息的主要手段[1]。傳感器技術(shù)廣泛應(yīng)用與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、基礎(chǔ)科學(xué)研究、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、軍事國(guó)防、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、智能建筑、汽車、家用電器、商務(wù)工程、商檢質(zhì)檢、公共安全，以及文物保護(hù)在內(nèi)的多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

傳感器技術(shù)被認(rèn)為是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱之一，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的[2]。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展，同時(shí)傳感器技術(shù)的發(fā)展日新月異，產(chǎn)品市場(chǎng)出現(xiàn)的傳感器種類與其功能日益豐富，由于產(chǎn)品技術(shù)更新快，新理論與新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，因此對(duì)該類課程的教學(xué)工作提出了更高的要求[3]。特別是知識(shí)化、信息化、技術(shù)化的21世紀(jì)，為更好的向輸送實(shí)用型、技能型的高科技人才，高等院校擔(dān)負(fù)著偉大而艱巨的責(zé)任和使命。

所以，傳統(tǒng)的理論公式推導(dǎo)和基本原理介紹的教學(xué)模式不再適應(yīng)本課程教學(xué)需求，把基礎(chǔ)理論與市場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，傳感器技術(shù)和具體工程實(shí)踐項(xiàng)目結(jié)合起來(lái)，激發(fā)學(xué)生對(duì)本課程的興趣，提高學(xué)生的認(rèn)知能力、動(dòng)手能力、工程設(shè)計(jì)能力，具有重要的意義。

1.理論教學(xué)

該課程的理論教學(xué)任務(wù)及教學(xué)重點(diǎn)主要是對(duì)各類型傳感器的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、性能特性分析、研究現(xiàn)狀以及應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行相關(guān)介紹。傳統(tǒng)的理論教學(xué)模式是任課教師強(qiáng)制性把每類傳感器的工作原理、測(cè)量電路和基本應(yīng)用領(lǐng)域等知識(shí)灌輸給學(xué)生，這種強(qiáng)制性的“灌輸式”教學(xué)不僅沒(méi)有激發(fā)學(xué)生對(duì)該課程的強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣，反而加速學(xué)生對(duì)該課程厭惡情緒的積累。該課程具體的改革路線如下圖所示：

1.1 應(yīng)用場(chǎng)景課堂設(shè)計(jì)

該課程的理論教學(xué)非常枯燥無(wú)味，課堂教學(xué)設(shè)計(jì)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵。

在實(shí)際的教學(xué)課程中，我們將根據(jù)該課程的特點(diǎn)，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)傳感器技術(shù)進(jìn)行分類和統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)實(shí)際情況，制作教學(xué)花絮課件，在正式模塊化理論教學(xué)前對(duì)學(xué)生進(jìn)行感性教育，激發(fā)學(xué)生對(duì)該模塊理論教學(xué)的興趣。例如：醫(yī)學(xué)上的電子血壓測(cè)試、電子血糖測(cè)試、膽固醇的檢測(cè)；電飯煲、空調(diào)、冰箱等家用電器的溫度檢測(cè)傳感和控制；甲醛檢測(cè)儀、CO濃度檢測(cè)儀等有毒氣體檢測(cè)所用到傳感器技術(shù)；飛行器在空中的姿態(tài)控制是如何實(shí)現(xiàn)的，對(duì)飛行器的姿態(tài)是如何檢測(cè)的；機(jī)器人如何識(shí)別周圍環(huán)境等等。通過(guò)實(shí)例，激發(fā)了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到理解相關(guān)傳感器技術(shù)的理論的知識(shí)。為學(xué)生學(xué)習(xí)該課程后續(xù)內(nèi)容作了準(zhǔn)備。

1.2 模塊課件的設(shè)計(jì)

根據(jù)課程的相關(guān)內(nèi)容和其傳感器在應(yīng)用市場(chǎng)中的重要位置，我們將根據(jù)應(yīng)用市場(chǎng)的調(diào)研情況，對(duì)課程的理論教學(xué)進(jìn)行職業(yè)化的模塊劃分，針對(duì)不同的功能模塊，采取不相同的教學(xué)課件和教學(xué)方式。教學(xué)功能模塊可以根據(jù)我們選用和參考使用的教材進(jìn)行劃分，例如：

功能模塊1：溫控傳感器，本功能模塊主要講解各類溫度傳感器的基本測(cè)量知識(shí)，讓學(xué)生了解并掌握熱電偶傳感器、熱電阻傳感器、敏電阻等溫度傳感器的基本原理、結(jié)構(gòu)及其日常生活中的應(yīng)用，結(jié)合該類傳感器技術(shù)市場(chǎng)應(yīng)用，設(shè)計(jì)感官實(shí)踐，讓學(xué)生具有明顯的感性認(rèn)識(shí)。

功能模塊2：壓力傳感器，該功能模塊主要向?qū)W生講解各類力學(xué)傳感器在工業(yè)市場(chǎng)的應(yīng)用并使學(xué)生認(rèn)識(shí)力學(xué)傳感器的基本原理，讓學(xué)生掌握電阻應(yīng)變式傳感器、壓阻式傳感器、壓電式傳感器、電感式傳感器、電渦流傳感器、電容式傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用。以介紹貼近生活應(yīng)用的傳感器為起點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，比如：電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

2.1課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》課程是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的課程，它注重培養(yǎng)學(xué)生該領(lǐng)域的基本思維和解決相關(guān)問(wèn)題的能力，特別是使用相關(guān)的傳感器技術(shù)解決現(xiàn)實(shí)生活中的具體問(wèn)題的能力。

實(shí)驗(yàn)課是幫助學(xué)生理解理論、了解并應(yīng)用理論、鍛煉學(xué)生動(dòng)手及獨(dú)立思考能力的重要環(huán)節(jié)。目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多采用集中布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)（一個(gè)實(shí)驗(yàn)班級(jí)為一個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)），指導(dǎo)老師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)開始前，親手教會(huì)學(xué)生的具體操作方法。也有些采用任務(wù)布置和學(xué)生填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這類實(shí)驗(yàn)課程，存在指導(dǎo)過(guò)程中，缺乏提示學(xué)生注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，缺乏激發(fā)學(xué)生自己動(dòng)手嘗試的激情，缺乏誘導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題。部分學(xué)生可能根本沒(méi)動(dòng)手做過(guò)，只是簡(jiǎn)單的填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

2.2創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)不僅能驗(yàn)證和詮釋現(xiàn)實(shí)生活中的傳感器技術(shù)應(yīng)用情況[4]，而且能有效的指導(dǎo)理論課程教學(xué)的安排和準(zhǔn)備，在理論和實(shí)驗(yàn)完美結(jié)合下，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生探索該課程理論上和實(shí)驗(yàn)上的新知識(shí)和新應(yīng)用的興趣，同時(shí)也鞭策學(xué)生去分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，努力解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題。有效的觸動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新的觸角，也能讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中感受到實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新成果帶來(lái)的喜悅。探索-分析-探索，通過(guò)實(shí)驗(yàn)性教學(xué)讓學(xué)生走上一條“不歸路”。進(jìn)一步讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到理論學(xué)習(xí)的重要性。如何有效的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，利用電子競(jìng)賽為契機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。

3.考核改革

傳統(tǒng)的課程考試成績(jī)由期末卷面分和學(xué)生平時(shí)到課情況綜合，一張?jiān)嚲砗蛯W(xué)生的平時(shí)到課情況就決定了學(xué)生成績(jī)，這種成績(jī)考核方法忽略該課程的重要特點(diǎn)——實(shí)驗(yàn)性，增加人為不確定因素對(duì)成績(jī)的影響，難以真實(shí)地反映學(xué)生專業(yè)技術(shù)能力。依照該課程的特點(diǎn)和實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將其成績(jī)?cè)u(píng)定分為實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核、卷面考核、平時(shí)成績(jī)考核、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)考核等幾個(gè)方面。這樣降低了試卷成績(jī)?cè)诳傮w成績(jī)中所占的比例，更多的是考查學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)狀態(tài)和工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力。

3.1實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核

通過(guò)對(duì)個(gè)章節(jié)所學(xué)的基本傳感器的應(yīng)用和相關(guān)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室過(guò)程中學(xué)會(huì)分析電路，學(xué)會(huì)思考問(wèn)題，學(xué)會(huì)解決問(wèn)題。每章節(jié)實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生認(rèn)真動(dòng)手并記錄實(shí)驗(yàn)所看到的和所分析到的結(jié)果，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式向?qū)嶒?yàn)老師匯報(bào)。每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后由實(shí)驗(yàn)老師對(duì)該次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行量化考核，然后綜合所有實(shí)驗(yàn)的量化考核成績(jī)，該部分量化考核成績(jī)占總考核成績(jī)的30%。

3.2試卷成績(jī)考核

試卷成績(jī)考核主要指期末考試的試卷得分情況，考試方式為閉卷，其目的是考核學(xué)生對(duì)課堂理論教學(xué)、項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)中相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解，主要考核學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。題型可以多樣化，即可能涵蓋填空、選擇、判斷、簡(jiǎn)答、計(jì)算、綜合設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析等幾個(gè)部分，這部分成績(jī)占總成績(jī)的 30%。

3.3平時(shí)成績(jī)考核

平時(shí)成績(jī)考核是指對(duì)學(xué)生平時(shí)上課的到課情況和實(shí)驗(yàn)任務(wù)及作業(yè)完成情況的考核。理論課主要是講述基本理論和方法，學(xué)生對(duì)理論興趣不大，但不能放任學(xué)生，需要對(duì)學(xué)生平時(shí)理論的出勤情況進(jìn)行考核。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)任務(wù)的完成和課程作業(yè)完成情況進(jìn)行考核，這部分成績(jī)占學(xué)生總成績(jī)的 10%。

3.4創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)考核

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)考核主要是考核學(xué)生自主選用傳感器、設(shè)計(jì)能完成一定任務(wù)和功能傳感器應(yīng)用產(chǎn)品，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立選擇傳感器、設(shè)計(jì)、調(diào)試其測(cè)量電路的能力，并對(duì)測(cè)量結(jié)果作進(jìn)行分析判斷，進(jìn)而達(dá)到所設(shè)計(jì)產(chǎn)品符合實(shí)際電子控制類工程需要的簡(jiǎn)單測(cè)量應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作及調(diào)試的目標(biāo)。如智能溫度檢測(cè)儀、智能煙霧報(bào)警器、智能障礙探測(cè)儀、智能有毒氣體探測(cè)器、智能移動(dòng)體感應(yīng)器等題目供學(xué)生選題，在指定的時(shí)間范圍內(nèi)，提交完成基本功能的檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果、相關(guān)文字報(bào)告等，這部分考核成績(jī)占總成績(jī)的30%。

4.總結(jié)

《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》不僅授課內(nèi)容繁多，且傳感器類型也是五花八門，其工程應(yīng)用情況也非常廣泛。在“卓越計(jì)劃”背景下，以社會(huì)需求為導(dǎo)向，以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，著力提高學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，滿足企業(yè)對(duì)專業(yè)型和技能型人才的需求，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的迫切需要，結(jié)合課程內(nèi)容、特點(diǎn)筆者的實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課程進(jìn)行了嘗試性的改革和創(chuàng)新。一方面，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，培養(yǎng)和鼓勵(lì)學(xué)生積極參與“挑戰(zhàn)杯”設(shè)計(jì)競(jìng)賽和大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽。另一方面，同學(xué)的學(xué)習(xí)目的明確，興趣濃厚，在期考考試中成績(jī)優(yōu)異。盡管如此，我們還需繼續(xù)努力，不斷優(yōu)化和更新教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)體系，進(jìn)行教學(xué)改革，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和專業(yè)技能，提升教學(xué)效果，滿足社會(huì)需求。

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作者簡(jiǎn)介：

何俊，男，1978-，博士，講師。