“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”課程教學(xué)改革探究

摘要：為了突出學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)，結(jié)合“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，在理論課學(xué)時(shí)中，提出了實(shí)物或多媒體示教以及驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)提前等形式的形象教學(xué)法；在實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)中，提出了實(shí)行開放式項(xiàng)目型實(shí)驗(yàn)教學(xué)法的改革方案。這些方案縮短了教學(xué)與工程實(shí)際應(yīng)用之間的距離，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，為學(xué)生以后走上工作崗位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：傳感器與檢測(cè)技術(shù)；工程素質(zhì)；形象教學(xué)法；開放式項(xiàng)目型實(shí)驗(yàn)教學(xué)法；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）12-0065-02

對(duì)于培養(yǎng)即將在技術(shù)密集型行業(yè)從事電氣工程及其自動(dòng)化工作的專業(yè)技術(shù)人才，高校尤其要注重學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)。工程素質(zhì)是指從事工程實(shí)踐的工程專業(yè)技術(shù)人員的一種能力，是面向工程實(shí)踐活動(dòng)時(shí)所具有的潛能和適應(yīng)性。[1]針對(duì)當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才需求狀況，結(jié)合國(guó)家人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，這就要求高校培養(yǎng)的大學(xué)生在工作前就具有一定的實(shí)際動(dòng)手能力和探索研究開發(fā)能力。

“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的必修課，以傳感器為對(duì)象，重點(diǎn)講述靈活運(yùn)用傳感器及其如何獲得測(cè)量信息應(yīng)用于工程實(shí)際方面的內(nèi)容。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解測(cè)量系統(tǒng)的基本知識(shí)、各類傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、測(cè)量電路和應(yīng)用，學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)際要求選用傳感器，掌握建立基本檢測(cè)系統(tǒng)的原則與方法，并初步具有檢測(cè)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。[2]“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，僅采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前教育發(fā)展的需求，應(yīng)當(dāng)對(duì)這門課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行全面的改革，將工程技術(shù)應(yīng)用的理念貫穿到整個(gè)教學(xué)過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)。

一、理論課的教學(xué)改革方案

以往“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”課程的理論教學(xué)以講授傳感器的工作原理和檢測(cè)方法為主，理論推導(dǎo)和定量分析較多，內(nèi)容抽象空洞，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為了突出學(xué)生工程技術(shù)能力的培養(yǎng)，并使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)探索，達(dá)到真正掌握知識(shí)的目的，迫切需要理論教學(xué)模塊盡可能結(jié)合工程實(shí)際，改革后筆者在這門課的理論教學(xué)中采用形象教學(xué)法。

1.形象教學(xué)法的實(shí)施辦法

在常規(guī)教室中講授理論課時(shí)，教師對(duì)傳感器原理和檢測(cè)方法的講解比較抽象困難，學(xué)生學(xué)起來容易畏難，失去信心甚至厭學(xué)。形象教學(xué)法是教師的主導(dǎo)性與學(xué)生的主動(dòng)性相結(jié)合、理論聯(lián)系實(shí)踐等教學(xué)原則的具體運(yùn)用。[3]教師在具體形象教學(xué)操作時(shí)可以：

（1）將所有的理論課放在帶有多媒體的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，每講授一種新的傳感器及其相關(guān)的檢測(cè)技術(shù)時(shí)，先通過實(shí)物或多媒體從傳感器的應(yīng)用展開，結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例來吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）教師通過實(shí)例引出理論，并抓住重點(diǎn)精講，利用理論解決問題并解釋實(shí)例應(yīng)用，以便加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

（3）闡述理論后，學(xué)生們就動(dòng)手操作，進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。

（4）實(shí)驗(yàn)操作完成后，同學(xué)們進(jìn)行交流討論。

（5）最后教師做小結(jié)，進(jìn)一步深化理論知識(shí)的講解，使學(xué)生將知識(shí)迅速轉(zhuǎn)化為能力。

這種形象教學(xué)法讓學(xué)生邊聽課，邊觀察，邊操作，邊總結(jié)，在動(dòng)中學(xué)，學(xué)中動(dòng)，使學(xué)生將書本知識(shí)和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，加深對(duì)該種傳感器工程應(yīng)用知識(shí)的理解和掌握。

2.形象教學(xué)法應(yīng)注意的幾個(gè)問題

（1）實(shí)物形象教學(xué)與多媒體形象教學(xué)相結(jié)合。濃厚的學(xué)習(xí)興趣是學(xué)生能否學(xué)好該課程的關(guān)鍵因素，也是教師取得良好教學(xué)效果的重要條件。每講授一種新的傳感器時(shí)，為了提高學(xué)生的興趣，突出著重于工程應(yīng)用的形象教學(xué)，教師講課時(shí)可以先從該傳感器的工程應(yīng)用實(shí)例展開。

在講解傳感器應(yīng)用和檢測(cè)方法時(shí)，如果僅使用板書，一般情況下學(xué)生根本不知道教師講的是什么。如果教師能夠?qū)鞲衅鞯膶?shí)物拿過來，對(duì)照實(shí)物講解傳感器的外觀結(jié)構(gòu)，然后做一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，傳感器的特性和原理也能夠更容易講清楚，學(xué)生也馬上就能明白。[4]如今，市場(chǎng)上的傳感器正在向高度集成化、智能化、多功能化方向發(fā)展，而實(shí)驗(yàn)室中的傳感器非常簡(jiǎn)單。為了縮小學(xué)校教學(xué)與工程應(yīng)用之間的差別，并能使學(xué)生更多地了解傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀，筆者購(gòu)買了一些工業(yè)實(shí)用的傳感器在課堂上展示。如：用途非常廣泛的數(shù)字溫度傳感器DS18B20；檢測(cè)距離在30cm內(nèi)紅外漫發(fā)射光電傳感器E3JK-DS30M1；內(nèi)部集成了氣壓傳感器、溫度傳感器、SPI串行數(shù)據(jù)接口和DAC數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)傳感器MPXY8020A等。

由于多媒體教學(xué)可以將文字、圖形、動(dòng)畫、視頻、聲音等多種信息加工組成在一起來向?qū)W生呈現(xiàn)信息，能夠人工模擬工程生產(chǎn)環(huán)境，可以化抽象為具體，所以對(duì)于一些比較貴重的傳感器，筆者搜集了一些其工程應(yīng)用實(shí)例的照片或者視頻，做成多媒體展示給學(xué)生看。學(xué)生在這種虛擬的環(huán)境中，猶如身臨其境，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺直觀功能，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。

例如，在講授壓電式傳感器這一章時(shí)，教師可以通過多媒體圖片展示諸如玻璃破碎報(bào)警器、振動(dòng)加速度測(cè)量、車刀切削力測(cè)量和血壓計(jì)等大量工程應(yīng)用實(shí)例，從而引入壓電式傳感器的直觀印象概念，讓學(xué)生覺得這種類型的傳感器在生產(chǎn)中重要且廣泛存在，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)大的學(xué)習(xí)興趣。然后教師將實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有的壓電式傳感器實(shí)物拿給學(xué)生觀察，并通過多媒體圖片將實(shí)物的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)一步放大展示。在介紹壓電式傳感器工作原理時(shí)，可以利用多媒體動(dòng)畫演示將較抽象的壓電效應(yīng)再現(xiàn)，使學(xué)生在幾分鐘之內(nèi)就能看懂，而且印象深刻。另外，教師還可以通過多媒體視頻播放壓電式傳感器在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用的錄相片段，讓學(xué)生感受到壓電式傳感器在當(dāng)今信息社會(huì)各領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

經(jīng)過學(xué)生反饋情況調(diào)查，這種實(shí)物結(jié)合多媒體形象教學(xué)有助于突出教學(xué)重點(diǎn)，且能為突破難點(diǎn)創(chuàng)造出良好的氛圍，使學(xué)生能夠在有效的時(shí)間內(nèi)掌握更多的知識(shí)，起到事半功倍的教學(xué)效果。

（2）將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)提前在理論教學(xué)過程中進(jìn)行。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，是指對(duì)所學(xué)知識(shí)的科學(xué)性、實(shí)用性進(jìn)行驗(yàn)證，并掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能和方法，該類實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容緊跟理論教學(xué)進(jìn)程。以前，金陵科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱 “我院”）根據(jù)“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”的教學(xué)計(jì)劃在課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中開設(shè)了部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)安排在具體的教學(xué)實(shí)踐中已被逐漸發(fā)現(xiàn)存在著以下的弊端：

1）在單獨(dú)安排的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)中進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，由于我院學(xué)生人數(shù)較多，而實(shí)驗(yàn)室數(shù)量相對(duì)不足，學(xué)院在編排課表時(shí)很難完全照顧到實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)的銜接。有時(shí)相關(guān)理論課程已講過很久才安排相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，而很少有學(xué)生會(huì)在實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真地分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，只是?jiǎn)單根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書按部就班進(jìn)行操作，記錄下顯示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生生搬硬套、應(yīng)付差事，實(shí)驗(yàn)效果并不理想。

2）“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”的教學(xué)計(jì)劃中實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)安排較少，傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)上傳感器及其功能只用到了較少的一部分，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用效率低下，造成了較大的實(shí)驗(yàn)資源浪費(fèi)。

西方有一句名言：聽過的我會(huì)忘記，看過的我能記得，做過的我才理解。[5]為了將“培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)”的理念貫穿到整個(gè)理論教學(xué)中，形象教學(xué)還迫切需要在理論授課過程中進(jìn)行實(shí)踐?？紤]到將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)安排在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的種種弊端，近年來，我院將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容提前在理論教學(xué)方面給予演示操作，加深學(xué)生對(duì)傳感器理論知識(shí)的理解和掌握。

具體教學(xué)實(shí)施時(shí)，教師將所有的理論課都放在帶有多媒體的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。在通過實(shí)例引出并闡述理論之后，教師先進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)演示，然后學(xué)生動(dòng)手操作。在這個(gè)教學(xué)過程中應(yīng)注意做好以下兩點(diǎn)：

第一，教師要善于根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)設(shè)計(jì)問題。老師設(shè)問，全班學(xué)生來回答，也可以學(xué)生設(shè)問，老師或全班同學(xué)回答，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問題及分析和解決問題的能力，使學(xué)生的思維處于活躍狀態(tài)。

第二，對(duì)在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的共性問題，立刻對(duì)學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性很強(qiáng)的短期理論指導(dǎo)，加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的理解。

由此可見，這種教學(xué)情況下的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以對(duì)前面理論的闡述進(jìn)一步深化，是從理性認(rèn)識(shí)回歸到感性認(rèn)識(shí)，再由感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)的一個(gè)螺旋式形象教學(xué)過程，有助于學(xué)生工程素質(zhì)的初步形成。

二、實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革方案

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的能力以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。工科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更是要培養(yǎng)學(xué)生具有工程師素質(zhì)的綜合實(shí)踐能力，所以在“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，筆者提出了重工程應(yīng)用、重技能鍛煉、重能力培養(yǎng)的原則。[6]由于在理論教學(xué)時(shí)筆者已采用結(jié)合驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行形象教學(xué)，學(xué)生已經(jīng)掌握了傳感器與檢測(cè)技術(shù)的基本實(shí)驗(yàn)技能和方法。在此基礎(chǔ)之上，筆者嘗試在本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)采用開放式項(xiàng)目型實(shí)驗(yàn)教學(xué)法，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的一般思維能力和創(chuàng)新思維能力。

1.開放式項(xiàng)目型實(shí)驗(yàn)教學(xué)法的實(shí)施辦法

實(shí)驗(yàn)課開始時(shí)，將一個(gè)班的學(xué)生分為若干組。教師提供一些面向工程應(yīng)用的綜合性較強(qiáng)且難度適中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目題目，如：常用數(shù)字顯示電子秤的設(shè)計(jì)、自行車行駛速度里程表的設(shè)計(jì)、大棚恒溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、煤氣泄漏報(bào)警器的設(shè)計(jì)等。學(xué)生以小組為單位，每組學(xué)生從中選擇兩個(gè)題目，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，最后做出實(shí)驗(yàn)作品。

每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中僅提出本次實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，需要掌握的?nèi)容，不規(guī)定具體的實(shí)驗(yàn)步驟和方法，不進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路的限制，要求學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和調(diào)試的全部過程。學(xué)生也可以根據(jù)自己的興趣和特長(zhǎng)另選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目題目，但需要就自己所選的題目進(jìn)行可行性答辯。教師與其他學(xué)生一起針對(duì)這些另選題目的開題報(bào)告進(jìn)行質(zhì)疑與評(píng)論，然后由教師挑選出具有可行性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)入實(shí)踐開發(fā)階段。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目題目定下來之后，配合我院現(xiàn)已逐漸完善的實(shí)驗(yàn)室管理制度，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的安排課表向?qū)嶒?yàn)室管理老師預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間。這種開放式實(shí)驗(yàn)方式，能夠增加學(xué)生獨(dú)立思考和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)調(diào)試的時(shí)間。

在項(xiàng)目具體的實(shí)驗(yàn)期間，由小組成員進(jìn)行資料檢索、提出解決方案、系統(tǒng)調(diào)試和撰寫成文。在這段時(shí)期內(nèi)，教師要給予必要的引導(dǎo)，如果學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤的決策，老師要及時(shí)進(jìn)行掌控，探討并尋求有無其他途徑，并給出指導(dǎo)性建議。

2.實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定辦法

對(duì)實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定采用的是全過程追蹤考核，教師需要時(shí)常到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢查與記錄，考查學(xué)生在系統(tǒng)制作過程中的各模塊質(zhì)量，測(cè)試方法的可靠性、準(zhǔn)確性、操作技能的掌握情況、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、職業(yè)道德等，統(tǒng)計(jì)出學(xué)生的實(shí)驗(yàn)平時(shí)成績(jī)。各小組在規(guī)定的期限內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)作品后，可以采取小組答辯或者比賽的形式進(jìn)行，教師要做好實(shí)驗(yàn)答辯成績(jī)的記錄。這樣既鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力，也有助于學(xué)生之間的團(tuán)結(jié)互助，對(duì)不同課題組的同學(xué)之間的相互學(xué)習(xí)也起到了一定的促進(jìn)作用。在實(shí)驗(yàn)的最終成績(jī)?cè)u(píng)定里，平時(shí)成績(jī)和答辯成績(jī)各占50%，而實(shí)驗(yàn)成績(jī)占本門課程總成績(jī)的40%。對(duì)于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路和效果比較好的小組，可以進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)體系，進(jìn)而參加各級(jí)別的學(xué)科專業(yè)競(jìng)賽。

自2009年該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革到現(xiàn)在，學(xué)生反映改革后的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ郊訌?qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，有助于學(xué)生工程素質(zhì)的進(jìn)一步形成，且為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造了條件。

三、結(jié)束語

上述“傳感器與檢測(cè)技術(shù)”的教學(xué)改革方法，理論教學(xué)中的形象教學(xué)法將抽象的知識(shí)具體化，能給學(xué)生以實(shí)實(shí)在在的感官認(rèn)識(shí)，杜絕了一味的紙上談兵；開放式項(xiàng)目型實(shí)驗(yàn)教學(xué)法中，學(xué)生在一個(gè)相對(duì)開放的平臺(tái)上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)操作，從被動(dòng)的學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的學(xué)，能夠在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)獲得最實(shí)用的知識(shí)，提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性。這樣的教學(xué)改革培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及合作精神等工程素質(zhì)，縮短了課堂以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)際應(yīng)用之間的距離，提高了畢業(yè)生適應(yīng)工作的能力和發(fā)展?jié)摿?。結(jié)合近幾年的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生普遍反映收獲頗豐。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒木春，鄒火軍.基于工程素質(zhì)培養(yǎng)的“傳感器原理及應(yīng)用”教學(xué)改革[J].教育與職業(yè)，2009，（20）：129-130.

[2]郁有文，常健，程繼紅.傳感器原理及工程應(yīng)用[M].第三版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

[3]周慧玲.《傳感器及應(yīng)用》課中的形象教學(xué)[J].機(jī)械職業(yè)教育，2004，（12）：26-27.

[4]張向文.《傳感器原理及應(yīng)用》課程教學(xué)改革的探討[J].科技資訊，2007，（27）：150-151.

[5]張宣妮.《傳感器原理及應(yīng)用》課程教學(xué)改革[J].科技信息，2009，（31）：810-829.

[6]蔣全勝，呂家云，寧小波.面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的檢測(cè)技術(shù)教學(xué)模式改革[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2010，（3）：146-148.

（責(zé)任編輯：王意琴）