對(duì)“傳感器原理與應(yīng)用”教學(xué)內(nèi)容更新的探索

杜立峰 李麗華

[摘 要]該文針對(duì)傳感器原理與應(yīng)用這門課程在教學(xué)內(nèi)容上的滯后性，探討了一些解決方法。首先，在理論課上，采用翻轉(zhuǎn)教學(xué)的教學(xué)方法，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)的過程中自己追蹤科技前沿。其次，在實(shí)驗(yàn)課上，采用單片機(jī)和傳感器相結(jié)合的方式，開展綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。讓學(xué)生獨(dú)立采購、接線、編寫代碼完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，真正做到學(xué)以致用。

[關(guān)鍵詞]翻轉(zhuǎn)教學(xué);傳感器技術(shù);課程改革

[作者簡介]杜立峰（1985—），女，山東臨沂人，碩士，四川大學(xué)錦城學(xué)院電子信息學(xué)院講師，主要從事腦機(jī)接口研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）33-0301-02[收稿日期] 2020-01-12

一、概論

傳感器原理與應(yīng)用是電子和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的綜合性學(xué)科。這門課程主要介紹了溫度傳感器、壓力傳感器、壓電傳感器、磁電傳感器、光電傳感器、溫濕度傳感器等幾種常見傳感器。內(nèi)容涉及這些傳感器的物理化學(xué)效應(yīng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能參數(shù)和測(cè)量電路等。另外，再配上傳統(tǒng)的傳感器綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行一些驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

隨著科技的迅猛發(fā)展，新型傳感器層出不窮，比如MEMS加速度傳感器、陀螺儀、新型可穿戴傳感技術(shù)等，然而，這些新技術(shù)、新應(yīng)用雖然是學(xué)生最感興趣的，卻并沒有在傳統(tǒng)課堂上得到更新。另外，傳感器綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)儀器過于簡單，與市場(chǎng)上的傳感器差別很大，學(xué)生無法學(xué)以致用。因此，怎么更新這門課程的知識(shí)，怎么學(xué)以致用是迫切需要解決的問題[1-3]。本文從兩方面進(jìn)行探索，一是從理論課入手，采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，通過學(xué)生自己來追蹤傳感器的熱點(diǎn)。二從實(shí)驗(yàn)教學(xué)入手，采用全新的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，并使其能夠做到學(xué)以致用。

二、結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新

翻轉(zhuǎn)課堂是一種全新的教學(xué)模式，完整的過程分為三部分：課前學(xué)生自主學(xué)習(xí)，課中學(xué)生探討，課后學(xué)生鞏固[4，5]。該模式以學(xué)生為主，老師為輔，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性。在傳感器原理與應(yīng)用這門課程中采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式能夠讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)新知識(shí)，達(dá)到事半功倍的效果[6，7]。具體教學(xué)設(shè)計(jì)過程如右圖所示。

1.課前。以光纖傳感器設(shè)計(jì)為例，在每次上課前3—7天，老師首先發(fā)布關(guān)于光纖傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)，比如光纖結(jié)構(gòu)、光纖傳光原理、光纖基本參數(shù)等知識(shí)點(diǎn)。發(fā)布的形式可以是視頻、PPT等。另外，老師發(fā)布應(yīng)用實(shí)例設(shè)計(jì)的任務(wù)，比如設(shè)計(jì)一種可以測(cè)量位移、速度、角度、轉(zhuǎn)速的光纖傳感器。學(xué)生需要在課前完成基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，以組為單位完成應(yīng)用實(shí)例設(shè)計(jì)的任務(wù)。在這個(gè)過程中，學(xué)生通過自己查閱資料，就會(huì)了解到新型的傳感器有哪些以及可應(yīng)用在哪些領(lǐng)域。比如在進(jìn)行角度光纖傳感器設(shè)計(jì)時(shí)就會(huì)了解到光纖陀螺儀的原理與應(yīng)用。同時(shí)，這個(gè)過程還會(huì)提高學(xué)生的參與度。

2.課中。上課時(shí)，為了保證每一名學(xué)生都能夠參與到教學(xué)活動(dòng)中，教師可以將班級(jí)學(xué)生劃分為不同學(xué)習(xí)小組，將教學(xué)任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌淖灾魈剿鲉栴}發(fā)放至每一個(gè)學(xué)習(xí)小組。要求學(xué)生根據(jù)自己在課前所查閱的資料以及教師所發(fā)布的實(shí)例設(shè)計(jì)任務(wù)，來解決問題并且得出相應(yīng)的理論知識(shí)。這樣學(xué)生所獲得的知識(shí)不再是從教師的教學(xué)中得來，而是通過學(xué)生自己努力探究而來，學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握將會(huì)更加深刻。同時(shí)為了保證學(xué)生的自主探究能夠順利的展開，教師在學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程中也并不是說完全能夠放手讓學(xué)生自由發(fā)展。教師需要做好教學(xué)引導(dǎo)工作事先為學(xué)生講解，在自主學(xué)習(xí)過程中可能會(huì)遇到的問題和解決方案。同時(shí)教師也應(yīng)當(dāng)參與到學(xué)生的小組討論中去，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中所遇到的問題，給予學(xué)生具體的解決思路保證課堂教學(xué)可以順利的展開。隨后后教師可以讓學(xué)生以組為單位匯報(bào)其基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)情況，也可以開展課堂測(cè)驗(yàn)檢測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。接著由每個(gè)組進(jìn)行成果展示，匯報(bào)自己組的應(yīng)用實(shí)例設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況。期間，同學(xué)們可以在老師的引導(dǎo)下相互討論。最后，老師針對(duì)學(xué)生的匯報(bào)與討論總結(jié)知識(shí)點(diǎn)，并進(jìn)行答疑。需要注意的是，教師要在學(xué)生發(fā)表個(gè)人觀點(diǎn)時(shí)，總結(jié)歸納學(xué)生的具體學(xué)習(xí)狀態(tài)以及學(xué)習(xí)薄弱點(diǎn)，以此來改進(jìn)教學(xué)，這樣在接下來的教學(xué)與未來復(fù)習(xí)中能夠提高教學(xué)針對(duì)性，專門提高學(xué)生的學(xué)習(xí)薄弱點(diǎn)。

3.課后。為保證學(xué)習(xí)質(zhì)量，老師可以在課后布置作業(yè)以進(jìn)行知識(shí)鞏固。課后作業(yè)的類型可以分為理論與實(shí)踐兩方面，理論知識(shí)主要以書面作業(yè)為主，但在課后書面作業(yè)中，教師需要盡可能核知考核知識(shí)點(diǎn)出現(xiàn)重復(fù)性，需要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容將傳感器原理與應(yīng)用按照工作原理分類、測(cè)量分類、敏感材料分類和能量關(guān)系分類以及應(yīng)用領(lǐng)域分類，以此來增強(qiáng)課后作業(yè)的考核針對(duì)性。而課后實(shí)踐性作業(yè)，則要求學(xué)生利用相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材來完成課堂理論知識(shí)的驗(yàn)證與實(shí)際應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)過程中強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，也提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，豐富了課后作業(yè)形式，讓學(xué)生對(duì)傳感器原理與應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容理解更加深刻。課后實(shí)踐性作業(yè)學(xué)生必須要有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器材，這就需要教師與實(shí)驗(yàn)室做好能夠在能夠在課余時(shí)間為學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)踐作業(yè)。與此同時(shí)，教師如果能夠經(jīng)常為學(xué)生取得使用實(shí)驗(yàn)室的機(jī)會(huì)，那么也有助于學(xué)生在課后自主學(xué)習(xí)完成自主課題，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用與創(chuàng)新能力。

綜上所述，在上述教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生自己學(xué)習(xí)，自己調(diào)研，自己設(shè)計(jì)，這個(gè)過程既能讓學(xué)生掌握知識(shí)，又能讓學(xué)生追蹤傳感器發(fā)展趨勢(shì)，緊跟市場(chǎng)潮流。當(dāng)然，這一過程的開展需要監(jiān)督措施的有效配合。

三、結(jié)合Arduino對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新

要完全掌握傳感器原理與應(yīng)用這門課程不僅要學(xué)習(xí)工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且還要會(huì)用，而它們的使用離不開單片機(jī)。Arduino是一款上手非常簡單的單片機(jī)，完全不需要老師講解。因此，可以采用Arduino與傳感器相結(jié)合的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。比如可以開設(shè)試驗(yàn)項(xiàng)目“超聲波傳感器測(cè)距實(shí)驗(yàn)”“溫濕度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)”“PM2.5濃度檢測(cè)并報(bào)警實(shí)驗(yàn)”，甚至可以與射頻識(shí)別技術(shù)相結(jié)合來完成“車輛管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)”“智能家居體驗(yàn)”等綜合性實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生自己購買相關(guān)傳感器，自行接線，自己完成代碼的編寫工作，非常鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，可以說完全使學(xué)生做到了學(xué)以致用。