傳感器教學(xué)中隨堂實驗的設(shè)計與思考分析

程豪等

摘要：傳感器是一門實踐性很強(qiáng)的專業(yè)學(xué)科，單獨依靠理論教學(xué)很難讓學(xué)生掌握傳感器的使用原理，因此充分利用傳感器教學(xué)中的隨堂實驗展現(xiàn)傳感器的工作原理是提高學(xué)生傳感器應(yīng)用技能的關(guān)鍵。本文首先分析高職院校傳感器隨堂實驗教學(xué)的重要性，隨后具體闡述對傳感器隨堂實驗教學(xué)的設(shè)計，最后根據(jù)隨堂實驗教學(xué)所取得的成績對當(dāng)前的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行思考。

關(guān)鍵詞：傳感器 隨堂實驗 設(shè)計與思考

實驗教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要手段，也是高職教學(xué)的重要內(nèi)容。傳感器技術(shù)是當(dāng)前我國新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，其在現(xiàn)實生活中具有廣泛的應(yīng)用，因此提高高職學(xué)生對傳感器技術(shù)的實踐應(yīng)用能力，是培養(yǎng)社會應(yīng)用型人才的關(guān)鍵，而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐應(yīng)用能力必須要借助隨堂實驗，通過實驗教學(xué)提高學(xué)生對傳感器感性知識的認(rèn)知，實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合。

1 傳感器隨堂實驗的重要性

隨堂實驗就是教師在課堂教學(xué)中，為了很好地說明理論知識而開展的一系列實驗活動，通過實驗向?qū)W生展現(xiàn)相關(guān)的理論知識的一種教學(xué)形式。傳感器隨堂實驗是高職傳感器教學(xué)的主要形式，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的主要手段。基于傳感器課程的實踐性，學(xué)生要想深入全面地掌握與應(yīng)用傳感器理論知識，就必須要從傳感器教學(xué)方面入手，將實驗教學(xué)擺在教學(xué)體系的重要部分，因為傳感器實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、提高學(xué)生的創(chuàng)新力具有重要的意義。其具體表現(xiàn)在：一是培養(yǎng)學(xué)生對傳感器理論知識的理性認(rèn)識。傳感器是一門實踐性很強(qiáng)的專業(yè)學(xué)科知識，其理論知識具有高度的抽象性，學(xué)生依靠傳統(tǒng)的教師按照書本知識講解的方式已經(jīng)不能滿足高職教育的本質(zhì)要求，而通過隨堂實驗教學(xué)，可以讓學(xué)生在一邊學(xué)習(xí)傳感器理論知識的同時了解傳感器的實踐應(yīng)用知識；二是培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過隨堂實驗可以提高課堂學(xué)習(xí)的效益，據(jù)有關(guān)資料表明，實驗教學(xué)可以集中學(xué)生的注意力，讓學(xué)生融入到實驗過程中，因此學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的提高必須會激發(fā)他們的發(fā)散性思維，讓他們在一邊觀看實驗的同時一邊思考相關(guān)的問題，這樣的教學(xué)模式對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力具有重要的作用；三是傳感器隨堂實驗并不是教師一味地按照相關(guān)的實驗步驟進(jìn)行操作，而是在實驗過程中充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，讓學(xué)生主動地參與到實驗的過程中，通過實驗教學(xué)，讓學(xué)生自己收集相關(guān)的傳感器知識，這樣一來就會增加學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力。

2 傳感器教學(xué)隨堂實驗的設(shè)計

基于傳感器教學(xué)內(nèi)容的不同，在傳感器教學(xué)中需要根據(jù)不同的教學(xué)目的采取不同形式的實驗方式，一般而言，隨堂實驗分為：傳感器基礎(chǔ)性實驗教學(xué)設(shè)計、傳感器綜合性實驗教學(xué)設(shè)計、傳感器設(shè)計性實驗教學(xué)設(shè)計等。但是在隨堂實驗教學(xué)中使用比較多的是傳感器基礎(chǔ)性實驗，也就是對傳感器的基礎(chǔ)知識進(jìn)行實驗教學(xué)。

基礎(chǔ)性實驗也稱之為驗證性實驗，就是教師為了驗證某一傳感器的理論知識或者結(jié)論而進(jìn)行的一系列實驗。一般通過隨堂實驗可以讓學(xué)生了解最基本的傳感器設(shè)備的使用規(guī)范以及掌握最基本的使用技能與方法，并且學(xué)會對傳感器實驗數(shù)據(jù)的記錄與描述。傳感器是一種檢測裝置，它是將非電量轉(zhuǎn)化為電量的器件，一般它的組成部分主要為：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件以及電路。它們功能主要是：敏感元件負(fù)責(zé)對測量對象相關(guān)信息與數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換元件負(fù)責(zé)對采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理、電路則承擔(dān)的是對轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)以及信息按照預(yù)定的程序進(jìn)行處理。

根據(jù)基礎(chǔ)性實驗的內(nèi)容可以分為：各類傳感器性能測試實驗和傳感器應(yīng)用實驗。傳感器性能測試實驗主要包括應(yīng)變片式、壓阻式、差動變壓器以及集成溫度傳感器等性能測試實驗。傳感器應(yīng)用實驗主要包括電容式傳感器側(cè)位移、霍爾傳感器側(cè)位移、壓電式傳感器測振動以及光纖位移傳感器測位移等實驗。本文以電渦流式傳感器電子秤實驗為例，對傳感器隨堂實驗進(jìn)行設(shè)計。

2.1 電渦流式傳感器電子秤實驗的總體設(shè)計。電渦流式傳感器能靜態(tài)和動態(tài)的非接觸、高線性度、高分辨率地測量被測金屬導(dǎo)體探頭表面的距離。電渦流式傳感器以及穩(wěn)定的性能、測量范圍的寬度以及高分辨率等特點被社會各個領(lǐng)域所普遍地采用。其組成部分與一般傳感器的構(gòu)成是相同的，即：敏感元件，敏感元件是由多股漆包銅線繞制的一個扁平線圈固定在框架上構(gòu)成的，線圈框架的材料是聚四氟乙烯，該材料的電性能比較好，熱膨脹系數(shù)比較?。粋鞲衅髟?，主要是說前置器，一般測量電路裝在前置器中，是一個能夠屏蔽外部信號的金屬盒子；彈性元件，彈性元件被置于圓柱彈簧頂部并放在探頭的下面。

2.2 電渦流式傳感器電子秤實驗的原理。電渦流式傳感器主要由平面線圈和金屬渦流片組成，如圖1所示。當(dāng)線圈中經(jīng)過高頻交變電流時，與其平行的金屬片上會感應(yīng)而產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小受到線圈阻抗z的影響比較大，但是與此同時渦流的大小與金屬片的電阻率、磁導(dǎo)率溫度以及厚度有著直接的關(guān)系，比如當(dāng)平面線圈、渦流片、激勵源確定時，但是其溫度環(huán)境卻沒有變化，這時阻抗與距離x就有著密切的關(guān)系，將阻抗變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栞敵觯瑒t輸出電壓是距離x的單值函數(shù)。

從以上兩個公式中可以清楚地獲悉，線圈與金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的阻抗、電感都是該系統(tǒng)互感平方的函數(shù)，而互感是隨線圈與金屬導(dǎo)體間距的變化而變化的。

3 基于傳感器隨堂實驗教學(xué)的現(xiàn)狀而引發(fā)的思考

3.1 傳感器隨堂實驗教學(xué)的現(xiàn)狀。雖然傳感器隨堂實驗在教學(xué)體系中占據(jù)重要的地位，而且越來越多的高職院校也加強(qiáng)了在課堂上開展相關(guān)實驗的次數(shù)，并且取得了不錯的成績，但是其仍然存在不少的問題：首先，隨堂實驗與理論教學(xué)之間存在內(nèi)在的脫節(jié)。很多教師在教學(xué)中開展實驗的目的并不是為了提高學(xué)生的社會實踐應(yīng)用能力，而是為了完成教學(xué)任務(wù)而開展的實驗，導(dǎo)致理論教學(xué)為實驗教學(xué)而服務(wù)的本質(zhì)發(fā)生偏移；其次隨堂實驗忽視學(xué)生的主動性，很多教師在開展實驗時更多地是按照自己的思路有序地開展實驗教學(xué)，而學(xué)生則只能被動地觀看教師的實驗操作步驟，教師與學(xué)生之間的互動性不強(qiáng)導(dǎo)致學(xué)生不明白實驗教學(xué)的真正目的；最后，隨堂實驗過于強(qiáng)調(diào)實驗平臺，而缺乏自主創(chuàng)新性的實驗。隨著實驗技術(shù)的不斷發(fā)展，很多高校為了降低成本或者出于保護(hù)學(xué)生在實驗中人身安全的考慮，高職院校往往會利用某些實驗程序而代替原來的實物傳感器實驗元件，這樣一來導(dǎo)致學(xué)生只能按照相應(yīng)的實驗步驟操作進(jìn)行相應(yīng)的實驗，導(dǎo)致學(xué)生對實驗本身的內(nèi)在本質(zhì)缺乏認(rèn)識，尤其是不利于學(xué)生對相關(guān)問題的深入思考。

3.2 完善傳感器隨堂實驗教學(xué)的措施。①明確隨堂實驗的地位，提高學(xué)生的興趣。提高隨堂實驗在傳感器教學(xué)系統(tǒng)中的地位，是提高隨堂實驗教學(xué)發(fā)展的重要措施，隨堂實驗教學(xué)對高職教育的重要性是不言而喻的，因此高職院校要加強(qiáng)對隨堂實驗教學(xué)的重視程度，明確隨堂實驗的教學(xué)目標(biāo)，并且對現(xiàn)有的教學(xué)模式進(jìn)行改革，逐漸增加隨堂實驗體系在整個高職教育體系中的比重；同時教師也要創(chuàng)新隨堂實驗的教學(xué)模式，將學(xué)生納入到實驗教學(xué)過程中，提高他們參與實驗教學(xué)的積極性，激發(fā)他們的發(fā)散性思維。②強(qiáng)化預(yù)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)。在開展傳感器實驗前要讓學(xué)生提前學(xué)習(xí)與了解與實驗相關(guān)的知識點，并且給予學(xué)生相應(yīng)的指導(dǎo)，進(jìn)而提高學(xué)生對實驗的感性認(rèn)知，保證學(xué)生在實驗教學(xué)時能夠集中精力學(xué)習(xí)實驗中的相關(guān)知識；同時教師也要為隨堂實驗提供一個寬松的環(huán)境，鼓勵學(xué)生進(jìn)行自主創(chuàng)新的實驗。③建立科學(xué)合理的實驗課程考核體系。實驗考核應(yīng)該是學(xué)生一人一組獨立設(shè)計實驗方案，獨立操作，并在規(guī)定的時間內(nèi)獨立完成實驗，而教師一般不給予指導(dǎo)?？己说膬?nèi)容應(yīng)選擇具有較大可塑性的實驗，給學(xué)生一定的選擇余地和想象空間，便于發(fā)揮學(xué)生的主動性和培養(yǎng)學(xué)生的開拓能力。

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作者簡介：程豪（1987-），男，江西萬年人，江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，教師，本科，電氣自動化；歐陽嵩（1984-），男，江西安福人，江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，教師，本科，研究方向：電子信息。