“電子電路與傳感器實驗”課程改革

張永華，張 健，朗權(quán)明，沈 昕

(華東師范大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，上海200241)

“電子電路與傳感器實驗”是我院為微電子學(xué)及相關(guān)專業(yè)本科生所開設(shè)的一門重要的必修實驗課，是一門工程應(yīng)用性非常強的課程。本課程是學(xué)生在學(xué)完“模擬電子線路”和“傳感器原理”理論課程，并完成“模擬電子線路實驗”課的基礎(chǔ)上所修讀的一門實踐課。

1 課程設(shè)置的由來

“電子電路與傳感器實驗”是我院微電子專業(yè)在2013年新開設(shè)的實驗課。此前我院曾為微電子、電信和通信等專業(yè)的本科生開設(shè)了“電子電路綜合設(shè)計實驗”課，總計54 學(xué)時。該課程主要是與“模擬電子線路”理論課相配套，在學(xué)生完成“模擬電子線路實驗”課學(xué)習(xí)之后對學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力的再提升訓(xùn)練。

隨著當(dāng)今社會信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，以傳感器應(yīng)用為基礎(chǔ)的智能系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在國防、自動化生產(chǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ钪械钠占皯?yīng)用，當(dāng)今信息社會中的傳感器技術(shù)十分重要。為此，我院三個相關(guān)專業(yè)在設(shè)置“傳感器原理與技術(shù)”選修課的基礎(chǔ)上，率先從2011 級本科生開始，將“傳感器原理與技術(shù)”提升為專業(yè)核心必修課程，并決定配套開設(shè)相關(guān)的實驗課。

為了不增加學(xué)生負(fù)擔(dān)并且又能及時更新學(xué)生的技能訓(xùn)練，我們決定將“電子電路綜合設(shè)計實驗”課程內(nèi)容進(jìn)行革新改造，融入傳感器實驗內(nèi)容，形成一門新的實驗課，即“電子電路與傳感器實驗”課。

2 課程的設(shè)計與實踐

我們原來設(shè)置的“電子電路綜合設(shè)計實驗”課程內(nèi)容，包括以數(shù)字式萬用表和晶體管超外差式收音機為對象的電路板安裝與調(diào)試、參數(shù)測量能力的訓(xùn)練和實用電子電路的設(shè)計與制作兩大部分。加上后來“邏輯電路實驗”課延伸出的數(shù)字電路板的焊接訓(xùn)練環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在，我們將原來“電子電路綜合設(shè)計實驗”課的第一個部分刪除，取而代之的是傳感器的基礎(chǔ)實驗內(nèi)容;而將電子電路的設(shè)計與制作部分，更新為強調(diào)以傳感器元件應(yīng)用為核心的電路綜合設(shè)計部分。從而形成新設(shè)置的“電子電路與傳感器實驗”課，總的課時數(shù)不變，仍為54 個學(xué)時。

考慮到傳感器種類較多，一般的傳感器實驗教學(xué)儀器平臺可做四十余個實驗［2，3］，在有限的實驗課時內(nèi)不可能一一涉及到。我們將基礎(chǔ)實驗部分內(nèi)容規(guī)劃為有選擇地驗證幾種傳感器的原理特性，即將實驗內(nèi)容進(jìn)行綜合處理，設(shè)置為金屬箔式應(yīng)變片、差動變壓器、光纖傳感器等六個專題驗證性實驗。

為了配合傳感器的理論教學(xué)，該部分教學(xué)工作在學(xué)生第四學(xué)期修讀的傳感器理論課開課半學(xué)期后開始實施。學(xué)生按照我們自編的實驗講義進(jìn)行驗證性實驗，測量各種傳感器的特性，了解傳感器的工作原理，在學(xué)習(xí)傳感器理論知識的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對傳感器的感性認(rèn)識。在對實驗結(jié)果數(shù)據(jù)的處理要求上，有別于模擬電子線路實驗的在毫米方格紙和半對數(shù)表上做圖的方式，要求學(xué)生學(xué)習(xí)利用Origin 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，從而掌握一種數(shù)據(jù)分析和繪圖工具。該部分與傳感器理論教學(xué)同步結(jié)束，以便實現(xiàn)對理論教學(xué)的輔助與提高。

傳感器應(yīng)用電路綜合設(shè)計部分安排在第五學(xué)期的前大半個學(xué)期，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)掌握Multisim 和Protel 設(shè)計軟件的基礎(chǔ)上，以傳感器元件的使用為核心，設(shè)計制作一款實用的電子作品。該環(huán)節(jié)要求學(xué)生掌握傳感器實用電路的設(shè)計制作全過程，包括電路圖的設(shè)計、電路板制作、元器件的選擇與采購、電路板的焊接、電路的調(diào)試與測試、電路故障的排除以及實驗報告的撰寫。該環(huán)節(jié)的工作主要在焊接實驗室內(nèi)完成，實驗室提供銅模板、腐蝕設(shè)備、焊接設(shè)備和測試儀器;還有一些通用性較強的基本電子元器件如電阻、電容以及發(fā)光二極管、運放等供學(xué)生選用。而傳感器元件則由學(xué)生根據(jù)自己的選題需要自行選擇與采購。鼓勵學(xué)生自己選題。同時，我們推薦了四個選題:①可燃?xì)怏w傳感器;②溫度傳感器;③紅外熱釋電傳感器;④電容傳聲器的應(yīng)用電路。

從已經(jīng)實施的一輪教學(xué)實踐看，學(xué)生普遍認(rèn)可在有限的教學(xué)課時條件下，傳感器的驗證性實驗加傳感器電路應(yīng)用綜合設(shè)計的教學(xué)方式。尤其是綜合設(shè)計環(huán)節(jié)，使學(xué)生體會到理論知識指導(dǎo)實踐活動的重要性和綜合運用知識的能力的重要性。學(xué)生在加深對理論知識的認(rèn)識和理解基礎(chǔ)上增強了動手動腦能力，它給學(xué)生提供了將所學(xué)的理論知識融會貫通加以運用的機會。但是在實驗教學(xué)的第二個環(huán)節(jié)實施過程中，學(xué)生所設(shè)計制作的22 組作品中僅有2 組是在教師推薦之外的選題。而在教師推薦的4 個選題中，以日常應(yīng)用范圍相對更廣泛一些的熱釋電傳感器應(yīng)用電路為最多。這些一方面反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)更注重、感興趣于實際應(yīng)用方面，另一方面也反映了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動性還不夠，對教師的依賴性較高。

當(dāng)然，這也從一個側(cè)面提醒我們在教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)主動緊扣生活實踐，反映信息領(lǐng)域發(fā)展的最新成就和動態(tài)，可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。

3 結(jié)語

本文介紹了將學(xué)生修讀的“電子線路綜合設(shè)計實驗”課程革新為“電子電路與傳感器實驗”課程。引入的傳感器部分采用傳感器理論知識驗證實驗和傳感器應(yīng)用電路綜合設(shè)計實驗相結(jié)合的教學(xué)方式，有助于學(xué)生理論認(rèn)識和應(yīng)用實踐操作相結(jié)合，從而增強學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，為日后的更深入的學(xué)習(xí)和工作實踐打下良好的基礎(chǔ)。教學(xué)實踐提醒我們對工程實踐應(yīng)用性非常強的傳感器實驗課的設(shè)置，應(yīng)貼近人們的日常生活實踐活動，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，改善教學(xué)效果。

［1］ 盧翠珍. 面向21世紀(jì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需求-加強傳感器實驗教學(xué)改革［J］. 北京:中國現(xiàn)代教育裝備，2010，11:102-104.

［2］ 王倢婷. 傳感器技術(shù)實驗教學(xué)改革探討［J］. 成都:中國西部科技，2010，9(32):67-68，41.

［3］ 汪文明. 綜合傳感器實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計探討［J］. 北京:物理與工程，2008，18(6):30-33.