傳感器及檢測(cè)技術(shù)教學(xué)方法探究

李棟

【關(guān)鍵詞】傳感器;教學(xué)方法;有效教學(xué)

傳感器及檢測(cè)技術(shù)是高等學(xué)校測(cè)控技術(shù)、電子信息、自動(dòng)化、機(jī)械工程等專業(yè)的一門重要的專業(yè)技術(shù)課。課程的主要內(nèi)容包括各種傳感器的基本工作原理、結(jié)構(gòu)、類型、性能、特點(diǎn)、適用范圍及其測(cè)量電路[1]。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于各類傳感器的工作原理是不同的，導(dǎo)致本課程信息量大，涉及的范圍較廣，各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，缺乏連續(xù)性和系統(tǒng)性，知識(shí)更新較快，學(xué)生不易系統(tǒng)掌握，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性普遍較低，學(xué)習(xí)效果較差[2]。為了有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，更好地掌握傳感器相關(guān)知識(shí)，筆者通過多年的教學(xué)實(shí)踐探索，對(duì)該課程教學(xué)過程中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行反復(fù)研究和反思，總結(jié)出了一些教學(xué)方法和經(jīng)驗(yàn)。

一、多舉傳感器應(yīng)用實(shí)例

當(dāng)前，傳感器技術(shù)被廣泛應(yīng)用在高科技領(lǐng)域和日常生活中，教師如果能充分將傳感器的原理與應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來，一方面能使傳感器的課堂教學(xué)變得生動(dòng)有趣，另一方面，學(xué)生通過學(xué)習(xí)大量應(yīng)用例子，了解傳感器的廣泛應(yīng)用，也會(huì)促進(jìn)對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。

例如溫度傳感器，其種類繁多，原理特點(diǎn)各異，應(yīng)用場(chǎng)景各不相同，學(xué)習(xí)難度較高。溫度傳感器可以分為接觸式和非接觸式兩類，針對(duì)這兩類溫度傳感器，教師可以舉例如下：病人發(fā)熱去醫(yī)院，醫(yī)生用電子體溫計(jì)夾腋下測(cè)量體溫，采用的就是接觸式溫度傳感器，由于接觸式溫度傳感器與被測(cè)物體相接觸，因此測(cè)溫精度較高，有利于醫(yī)生對(duì)病情的分析判斷，但也限制了病人的運(yùn)動(dòng)范圍。而新冠疫情防控期間進(jìn)入商場(chǎng)超市醫(yī)院等人流密集場(chǎng)所，門口都會(huì)有探測(cè)人體體溫的儀器（紅外熱像儀或紅外電子槍），這類非接觸式溫度傳感器不需要與被測(cè)物體接觸，因此測(cè)溫較靈活，速度快，但精度不高，能夠滿足以上場(chǎng)合應(yīng)用的需求。通過以上舉例講解，學(xué)生很容易就能掌握這兩類溫度傳感器的特點(diǎn)和適用范圍。

二、與實(shí)驗(yàn)結(jié)合

傳感器理論知識(shí)的學(xué)習(xí)離不開實(shí)驗(yàn)課的支撐，很多高校在開設(shè)傳感器理論課程的同時(shí)，也開設(shè)了傳感器實(shí)驗(yàn)課程。講完理論知識(shí)之后再做相關(guān)實(shí)驗(yàn)，將理論課的內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)操作結(jié)合起來，一方面利用理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，更好地完成實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理分析，另一方面通過實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證理論，加深對(duì)理論的認(rèn)識(shí)和理解，起到理論與實(shí)驗(yàn)相互促進(jìn)的作用。

筆者所在的新鄉(xiāng)學(xué)院物理與電子工程學(xué)院在開設(shè)傳感器及檢測(cè)技術(shù)理論課的同時(shí)，也開設(shè)了24學(xué)時(shí)的傳感器實(shí)驗(yàn)課。一個(gè)實(shí)驗(yàn)3學(xué)時(shí)，共8個(gè)實(shí)驗(yàn)，涵蓋了溫度、應(yīng)變、壓電、霍爾、光纖和光電等常用傳感器。通過實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生可以掌握各類傳感器的使用方法和常見物理量的測(cè)量方法，還可以將不同類型的傳感器進(jìn)行對(duì)比。例如在學(xué)完霍爾傳感器和光纖傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的理論知識(shí)之后，安排學(xué)生做相關(guān)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)，對(duì)比這兩種傳感器在測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)的原理、誤差、影響因素、使用注意事項(xiàng)和應(yīng)用范圍等方面的差異，親身實(shí)踐體會(huì)，促進(jìn)學(xué)生更好的掌握傳感器相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并為實(shí)際測(cè)量選擇合適類型的傳感器提供經(jīng)驗(yàn)。

三、穿插講解科學(xué)家故事

在整個(gè)傳感器課程知識(shí)體系中，涉及很多重要的效應(yīng)，這些效應(yīng)發(fā)現(xiàn)和發(fā)展的背后是一大批科學(xué)家不斷鉆研、實(shí)驗(yàn)，最終探索出真理的過程。教師如果能在講解原理的同時(shí)，穿插一些關(guān)于該原理被發(fā)現(xiàn)或發(fā)展的歷程以及相關(guān)科學(xué)家的勵(lì)志故事，不僅能有效激發(fā)學(xué)生探索未知事物的好奇心和熱情，還能促進(jìn)學(xué)生對(duì)原理的學(xué)習(xí)和掌握，更能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。同時(shí)該過程也是課程思政在傳感器課程教學(xué)方面的具體體現(xiàn)。

例如光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展歷程異常曲折艱辛，赫茲在驗(yàn)證麥克斯韋關(guān)于電磁波預(yù)言的實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，這一過程表面看似偶然，實(shí)則是其對(duì)理論和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的積累所得，以此激勵(lì)學(xué)生努力學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，儲(chǔ)備知識(shí)。繼赫茲之后，以萊納德為首的眾多科學(xué)家不斷探索和總結(jié)，留下了非常寶貴的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。以此向?qū)W生強(qiáng)調(diào)開展正確有效實(shí)驗(yàn)研究的重要性，并從中學(xué)習(xí)正確的實(shí)驗(yàn)思維和設(shè)計(jì)方法。愛因斯坦據(jù)此結(jié)論，結(jié)合普朗克提出的能量量子化的理論，創(chuàng)造性地解釋了光電效應(yīng)，并提出了光電效應(yīng)方程，這其中離不開愛因斯坦敏銳的洞察力和對(duì)前沿成果的及時(shí)研究和總結(jié)，以此告訴學(xué)生要養(yǎng)成及時(shí)關(guān)注全球科研最新動(dòng)態(tài)的好習(xí)慣。密立根原本反對(duì)愛因斯坦的解釋，經(jīng)過十年的實(shí)驗(yàn)研究，最終驗(yàn)證了愛因斯坦理論的正確性，說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果比猜想更具說服力。

四、讓學(xué)生參與其中

學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的調(diào)動(dòng)也離不開輕松活躍的課堂氣氛，如果整堂課都是教師一個(gè)人在講臺(tái)上講解，本來就很枯燥的原理就會(huì)變得更加乏味，學(xué)生往往聽得昏昏欲睡，打不起精神。如果教師適時(shí)走下講臺(tái)，融入學(xué)生當(dāng)中，讓學(xué)生走上講臺(tái)講解原理，激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與到原理的學(xué)習(xí)過程中，不僅可以活躍氣氛，還能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性[3]。

例如在講完霍爾效應(yīng)的基本原理之后，把霍爾效應(yīng)的原理圖展示給學(xué)生，讓學(xué)生充當(dāng)教師角色，給其他學(xué)生講解原理的具體過程。在學(xué)生講解過程中，教師讓其他學(xué)生認(rèn)真聽講，并在講完之后反饋講解意見，包括講解內(nèi)容是否有誤會(huì)或者有遺漏，講解過程是否清晰等，也可以讓臺(tái)下的學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)為講解的學(xué)生打分，并計(jì)入平時(shí)成績(jī)。該措施一方面促進(jìn)上臺(tái)講解的學(xué)生透徹理解原理產(chǎn)生的過程，另一方面也能讓臺(tái)下的學(xué)生進(jìn)行自查并及時(shí)改正。此外還可以分組討論，讓學(xué)生在充分理解原理過程的基礎(chǔ)上，探索不同的講解方式，最終達(dá)到掌握霍爾效應(yīng)原理的目的。

五、督促學(xué)生及時(shí)復(fù)習(xí)總結(jié)

任何學(xué)習(xí)過程，不僅要有課堂上的聽講和互動(dòng)，還要有課下及時(shí)復(fù)習(xí)與總結(jié)。一方面，課堂上學(xué)生即使認(rèn)真聽講，做好筆記，但課后沒有反復(fù)地進(jìn)行復(fù)習(xí)總結(jié)，最終還是無法很好地掌握先前學(xué)過的知識(shí)。另一方面，雖說傳感器各章之間內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，其內(nèi)部也是存在著一定的聯(lián)系，如果不去及時(shí)總結(jié)各個(gè)章節(jié)之間的內(nèi)部關(guān)系，長(zhǎng)此以往，學(xué)到的知識(shí)只是一盤散沙，不能形成一個(gè)系統(tǒng)，也會(huì)影響對(duì)課程整體的把握和理解。

針對(duì)現(xiàn)存的學(xué)生普遍缺乏復(fù)習(xí)和總結(jié)習(xí)慣的現(xiàn)象，教師可以適當(dāng)采取一些強(qiáng)制手段，比如每節(jié)課后把復(fù)習(xí)總結(jié)任務(wù)布置成作業(yè)形式，定期評(píng)比選出總結(jié)全面、重難點(diǎn)突出、有自己的理解、書寫工整有條理的優(yōu)秀作業(yè)，作為榜樣讓其他學(xué)生觀摩學(xué)習(xí)，使學(xué)生逐漸養(yǎng)成課后總結(jié)的習(xí)慣。

六、結(jié)語

綜上所述，教師教好傳感器及檢測(cè)技術(shù)課程的關(guān)鍵是，將生動(dòng)的傳感器實(shí)例與枯燥的原理有機(jī)結(jié)合，同時(shí)，將理論知識(shí)與傳感器實(shí)驗(yàn)課相結(jié)合。理論聯(lián)系實(shí)際，用一些典型科學(xué)家奮斗鉆研的故事激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)探索未知事物，提高學(xué)生思考問題和處理問題的能力，適時(shí)互換角色，讓學(xué)生走上講臺(tái)，教師融入學(xué)生中，活躍課堂氣氛，并督促學(xué)生及時(shí)復(fù)習(xí)與總結(jié)。經(jīng)過筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)證明，綜合采用上述教學(xué)方法可以取得較好的教學(xué)效果。