建筑類高校中傳感器技術(shù)及應(yīng)用課程教學(xué)的改革和探討

閆衛(wèi)國　羅春麗

摘要：由于不同專業(yè)對傳感器技術(shù)及應(yīng)用課程的設(shè)置選擇具有很強(qiáng)的針對性，作為城建院校，本課程以橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變檢測方法為主線，通過優(yōu)化課程的內(nèi)容體系，選擇合適的課程配置，以三大常用的傳感器：應(yīng)變片式傳感器、溫度傳感器和光電傳感器的基本原理為核心，結(jié)合這些傳感器在橋梁結(jié)構(gòu)變形中的檢測方法，讓學(xué)生更加靈活的掌握這些傳感器在工程建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：傳感器；工程應(yīng)用；課程改革；檢測技術(shù)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）33-0185-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，以橋梁結(jié)構(gòu)為主的高速公路、鐵路成為連接各個(gè)城市的交通樞紐，對推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的繁榮起到至關(guān)重要的作用。近些年來，橋梁垮塌事故不斷發(fā)生給人們敲響警鐘，同時(shí)意識到對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估和預(yù)警是關(guān)系到國計(jì)民生的要事。以應(yīng)變片傳感器和光纖傳感器為主導(dǎo)的功能型傳感器是檢測橋梁結(jié)構(gòu)形變的主要檢測方法，能夠方便、快速、準(zhǔn)確地測試出橋梁結(jié)構(gòu)的形變情況，當(dāng)達(dá)到其所承受的極限時(shí)，可起到及時(shí)地預(yù)警作用。本課程針對土木工程、道橋及應(yīng)用物理專業(yè)開設(shè)傳感器技術(shù)及應(yīng)用這門課，主要圍繞應(yīng)變片傳感器、溫度傳感器、光電傳感器及光纖傳感器這幾種基本且實(shí)用的傳感器開展工作，通過了解這些傳感器的基本原理，熟悉他們在橋梁結(jié)構(gòu)變形中的檢測過程，掌握傳感器的安裝及測試方法，使學(xué)生通過實(shí)踐環(huán)節(jié)掌握不同類型的傳感器在橋梁結(jié)構(gòu)的變形檢測中的應(yīng)用。

1 現(xiàn)狀分析

傳感器課程通常是自動(dòng)化、電子信息、通訊及電氣工程等專業(yè)的專業(yè)核心課，結(jié)合我校發(fā)展的方向和目標(biāo)-應(yīng)用型大學(xué)，針對土木工程、道橋工程及應(yīng)用物理專業(yè)開設(shè)傳感器技術(shù)及應(yīng)用這門課程，讓學(xué)生更多了解目前新型的檢測技術(shù)方法，結(jié)合所學(xué)專業(yè)課程，將這些檢測技術(shù)能夠應(yīng)用到工程領(lǐng)域。目前課程體系偏向讓學(xué)生更多掌握傳感器的基本特性，如傳感器敏感材料的結(jié)構(gòu)及性能，工作原理，靜態(tài)特性及動(dòng)態(tài)特性，為握傳感器原理及應(yīng)用技術(shù)，為智能儀器、自動(dòng)化控制等技術(shù)打下基礎(chǔ)。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感覺到過于理論化，與現(xiàn)實(shí)有些脫節(jié)，不能很好激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率下降。作為應(yīng)用型大學(xué)，尤其是土木工程、道橋工程及應(yīng)用物理專業(yè)的學(xué)生而言，主要在于提高學(xué)生對不同類型傳感器在生活、生產(chǎn)、建設(shè)及檢測方面的實(shí)際應(yīng)用能力，因而，需要結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)來設(shè)置傳感器的課程內(nèi)容，通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)讓學(xué)生在學(xué)習(xí)傳感器這門課程過程中發(fā)揮自主性、能動(dòng)性，整體課程圍繞橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變檢測方法為中心，以基本的知識理論實(shí)踐為前提，實(shí)踐環(huán)節(jié)為輔助，課程設(shè)計(jì)為綜合，最后以論文形式提交四個(gè)環(huán)節(jié)開設(shè)傳感器技術(shù)及應(yīng)用這門課程，讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐過程中掌握傳感器的基本理論和應(yīng)用。

2 課程的改革

根據(jù)應(yīng)用型大學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)以及當(dāng)前傳感器課程的在教學(xué)過程中存在的問題，該課程從工程案例“橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變檢測”入手，激發(fā)學(xué)生的求知欲；以系列傳感器實(shí)驗(yàn)為主導(dǎo)，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)掌握不同類型傳感器在檢測過程中的安裝測試方法，進(jìn)而更好的理解掌握傳感器的基本原理和工作模式；基于前兩者的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生利用所掌握的傳感器結(jié)合自己在日常生活學(xué)習(xí)的經(jīng)歷自擬題目，自行設(shè)計(jì)傳感器的檢測裝置；最后以論文的形式提交。通過改革傳感器課程的課程體系，為培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，研發(fā)創(chuàng)新能力奠定一定的知識基礎(chǔ)。

2.1 課程模塊的設(shè)置

針對土木工程、道橋工程及應(yīng)用物理專業(yè)的學(xué)生，以引入教學(xué)案例“橋梁結(jié)構(gòu)的形變檢測”的教學(xué)模式，從工程實(shí)踐中的實(shí)際問題出發(fā)，尋找解決問題的方案，主要涉及應(yīng)變片傳感器、溫度傳感器、光電傳感器及光纖傳感器等幾種典型的傳感器。因此，本課程模塊上述四種傳感器為該課程的核心，以多媒體課件形式講解該系列傳感器的工作原理和基本特性，讓學(xué)生以解決實(shí)際問題出發(fā)來學(xué)習(xí)這門課程，最終以解決這個(gè)問題為目標(biāo)來結(jié)束。

2.2 課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)

2.2.1 實(shí)驗(yàn)課環(huán)節(jié)

以金屬應(yīng)變片傳感器為例，根據(jù)課程體系的內(nèi)容，利用DH-SJ2型系列傳感器實(shí)驗(yàn)裝置分別開設(shè)金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋檢測懸臂梁受到應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過實(shí)踐環(huán)節(jié)加深金屬箔式應(yīng)變片傳感器的工作原理的認(rèn)識，掌握其構(gòu)造及靜、動(dòng)態(tài)特性，學(xué)會(huì)應(yīng)變片的選用、貼片方法、測試原理和溫度補(bǔ)償方法，通過實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生將課堂理論知識和實(shí)踐操作相互結(jié)合在一起，不僅可以加深對理論知識的認(rèn)識，而且能鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力，解決實(shí)際問題的能力。

2.2.2 課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

為加強(qiáng)學(xué)生探索能力，創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，通過前面課程理論的講解以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的鍛煉，學(xué)生對幾種典型的傳感器已有較為全面的認(rèn)識。如何將所學(xué)到的知識應(yīng)用到實(shí)際中是目前應(yīng)用型大學(xué)生培養(yǎng)的主要目標(biāo)。采用探索研究型教學(xué)模式，結(jié)合部分教師的研究成果和實(shí)例來啟發(fā)學(xué)生，如手持式動(dòng)態(tài)光波衍射演示儀的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，通過將光學(xué)的一些基本現(xiàn)象，光的單縫，雙縫、光柵衍射、單絲、單孔衍射以儀器的形式呈現(xiàn)出來，從基本的原理、器件的設(shè)計(jì)以及光電器件的配套都融合在一起，以項(xiàng)目形式來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過實(shí)踐環(huán)節(jié)的鍛煉來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

3 傳感器課程的考核評價(jià)體系

課程的考核體系是衡量學(xué)生對傳感器這門課程的基本知識、原理掌握、動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。對于應(yīng)用性較強(qiáng)的傳感器而言，不僅要體現(xiàn)在理論知識的理解掌握上，更重要的是對常用傳感器器件的靈活應(yīng)用。因此，該課程的考核分為傳感器基本知識要點(diǎn)的筆試、系列傳感器實(shí)驗(yàn)的操作，數(shù)據(jù)分析以及根據(jù)目前所學(xué)傳感器的特點(diǎn)性能在某一領(lǐng)域的應(yīng)用設(shè)計(jì)。課程的考核方式包括學(xué)習(xí)過程的考核、實(shí)踐環(huán)節(jié)的測試、綜合應(yīng)用能力的測評三部分。各部分的計(jì)算比例：總成績=平時(shí)成績×20% +實(shí)驗(yàn)成績×20%+綜合考核×60%，通過三方面的成績來衡量學(xué)生對傳感器這門課程的掌握程度。

3.1 理論學(xué)習(xí)過程的考核評價(jià)

學(xué)習(xí)過程的考核評價(jià)主要包括： 課程隨堂提問、隨堂測驗(yàn)、課后作業(yè)測評及章節(jié)的小結(jié)四部分。課程隨堂提問主要是圍繞教師的多媒體課件，及時(shí)評價(jià)學(xué)生在上課過程中對知識的掌握程度，也可以做到提醒走神的同學(xué)跟上老師進(jìn)度。隨堂測驗(yàn)是對比較重要的知識點(diǎn)進(jìn)行二次鞏固、加深理解。課后作業(yè)測評和章節(jié)的小結(jié)是對本章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行練習(xí)，讓學(xué)生能夠通過題目的練習(xí)達(dá)到知識點(diǎn)的熟練。在期中和期末時(shí)，根據(jù)之前所講的傳感器的基本理論和知識，讓學(xué)生自擬題目，以幻燈片的形式提交所設(shè)計(jì)的傳感器在日常生活中的應(yīng)用，包括“新型智能寵物喂養(yǎng)機(jī)”，“自動(dòng)窗戶開關(guān)設(shè)計(jì)系統(tǒng)”，“地震預(yù)警裝置的設(shè)計(jì)和開發(fā)”等，通過這些自擬題目的鍛煉，激發(fā)學(xué)生對傳感器的理論的深入認(rèn)識。

3.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的考核評價(jià)

根據(jù)課堂內(nèi)容所講的力學(xué)傳感器中的應(yīng)變片傳感器，利用目前現(xiàn)有的系列傳感器實(shí)驗(yàn)平臺，練習(xí)每個(gè)實(shí)驗(yàn)練習(xí)模塊，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式提交，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)分析，以及實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，自己的解決方案。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程不僅要求掌握應(yīng)變片傳感器的工作原理，更重要的是在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)問題，如應(yīng)變片的位置偏離，接線插頭不良等問題，需要學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，這是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中動(dòng)手操作能力的重要體現(xiàn)。

3.3 綜合應(yīng)用能力的測評

綜合考核這部分內(nèi)容主要體現(xiàn)在對傳感器的基本原理知識的掌握和靈活應(yīng)用上，包括期末考試和課程設(shè)計(jì)論文兩種形式。課程設(shè)計(jì)論文的增加可以充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性，積極查閱期刊資料，追蹤當(dāng)前新設(shè)備上所設(shè)計(jì)的新型傳感器，對比目前所學(xué)的傳感器，加上課堂上的討論環(huán)節(jié)，很好的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這種新型的考核方式很好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并且增強(qiáng)學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用能力。期末考試則采用開卷考試的形式，著重圍繞現(xiàn)代建筑、道路和橋梁的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)來設(shè)計(jì)考試題目，題目的能動(dòng)性較大，沒有固定的答案，需要學(xué)生通過大量的文獻(xiàn)資料來解決。

4 結(jié)論

通過對現(xiàn)有傳感器課程的改革，建立一套有效的、適應(yīng)城建院校的傳感器技術(shù)及應(yīng)用的課程設(shè)置，能夠從知識的學(xué)習(xí)，應(yīng)用及創(chuàng)新三個(gè)角度更好激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)從實(shí)踐環(huán)節(jié)讓學(xué)生參與整個(gè)教學(xué)過程中，能夠從實(shí)際角度發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、提高學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)鞏固所學(xué)的基礎(chǔ)知識。最后以開放性題目為終點(diǎn)，讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的能動(dòng)性來完成課程設(shè)計(jì)題目。

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