傳感器與檢測技術課程教學改革研究

【摘要】本文分析傳感器與檢測技術課程的重要性和特點，針對該課程教學存在的不足，提出提高學生學習興趣、主動性和創造性的教學改革方法。

【關鍵詞】傳感器 檢測技術 教學改革 創新能力

傳感器處于研究對象與測試系統的接口位置，一切科學研究和自動化生產過程要獲取的信息，都要通過傳感器獲取并通過它轉換為容易傳輸和處理的電信號。因此傳感器與檢測技術是自動化與測控技術及儀器專業和電氣自動化專業的一門重要專業主干基礎課。這門課程在專業課程中起著承上啟下的作用，是對已學課程知識的綜合應用和學習后續課程的基礎，對今后學生的專業素養將產生一定的影響。本文以河南工業大學為例，擬對傳感器與檢測技術課程的教學改革進行探討。

一、專業培養要求和傳統教學方法

(一)專業培養要求

傳感器與檢測技術是河南工業大學自動化與測控技術及儀器專業、電氣自動化專業的一門專業基礎課。自動化與測控技術及儀器專業的學時為54學時，其中10個學時的實驗；電氣自動化專業的學時為45學時，其中8個學時的實驗，均為必修課。本課程旨在讓學生掌握各類傳感器的原理、結構、測量電路和應用方法與場合，建立完整的測控技術的整體概念，具備傳感器與檢測技術方面的基本知識和基本技能。并且對生產和科研中的檢測任務能夠正確地選擇測量原理和方法，恰當地選擇傳感器及其配套測量電路以設計相應的測量系統，完成所承擔的測控任務。同時，也為后續開設的控制類課程打下必要的基礎。

(二)主要教學內容

自動化與測控技術及儀器專業的主要教學內容包括：傳感器與檢測技術的基本知識；各種類型的傳感器介紹；傳感器的標定；檢測技術和測試系統的基本概念、組成及舉例。電氣自動化專業學習的主要內容根據教學大綱比自動化與測控技術及儀器專業少了傳感器標定內容。另外，實驗內容可根據課程教學的具體情況在實驗室配備的20多個實驗中進行選取。

(三)傳統的教學方法及不足

通常，傳感器與檢測技術課程傳統的教學都是老師為主體，學生被動的接受。老師怎么講，學生怎么聽。主要由于：(1)教學大綱的教學重點“重原理、輕實踐”，考查方式“重理論、輕實驗”。在這種思想的指導下，教學重點往往放在傳感器的原理教學上，而實驗環節不考試，有時甚至不計人考試成績，因此學生不重視。(2)檢測技術的發展迅速，而教材出版需要一定的周期，教材內容明顯滯后于學科發展，沒有最新的傳感器技術。(3)教學方法主要采用課堂講授的方法，教師單方面認為學生學習的主動性較差，片面強調各個知識點的教學，從大學物理講到模擬電路，又從模擬電路講到數字電路，總想代替學生完成思考和知識的融會貫通，在教學時間的掌握上。往往45分鐘希望完成55分鐘的課程，總覺得教學內容太多，而教學時間偏少。老師每次講課感覺很單調也很累，忽視了學生在教學環節的主動性和積極性的調動，教學效果不佳。

二、教學改革的方法及實現

傳感器與檢測技術是一門應用性很強的課程，既有鮮明的理論特色，又有明顯的實際操作特點。因此應樹立一個教學指導方針：理論服務于實踐。在此指導方針的前提下，采取理論教學與實踐教學齊頭并進，教師理論講授和學生小制作相結合，同時改革理論與實驗的教學方法，以提高教學效果。

(一)以學生為本，注重培養學生的學習興趣

常言道，興趣是學習的最大動力，在教學過程應堅持培養學生的學習興趣。教學不僅僅是知識的傳授，教學過程也同樣重要。教學過程不僅要做到對學生傳道授業解惑，而且要注重培養學生的學習興趣，讓學生主動進行思維創造。

當前不少學生對書本上的各種電路內容不感興趣，甚至有恐懼心理。對此，在教學中教師應注重課程體系的基本結構，強調傳感器與檢測技術的基本概念、原理及方法，重點突出，不宜以細節為主。應做到深入淺出，循序漸進。這當中需要教師閱讀大量的有關材料，并對自動化的多門課程有所了解。做到知識的上下串連。應改革原來的以教師為主體的教學模式，讓學生參與到教學中來，突出學生在教學過程中的主體地位。學生只有自己主動參與到教學中，才會牢固地掌握內容，記得深，記得牢。

筆者在教學中主要采取“互動啟發式”的教學模式，獲得了較為滿意的教學效果。具體作法是：提前一周指明即將參與教學的內容，讓學生以小組為單位集體備課后每組推薦一位同學以“教師”的身份給任課教師及其他同學上課，然后同組的其他同學補充。讓每個學生均有機會展現自己的講課思路，提出自己對該節課的看法。最后，教師作最后的總結。學生通過自己組織課堂教學。會自覺地把本學科前沿知識與熱點問題引入教學之中，拓展了學生的知識面。教師要在與學生交流的過程，注意學生思維的閃光點，多給予肯定與鼓勵，多加指導，并由教師正面介紹思考問題的方法，教給學生解決問題的方法，培養學生的思維創造能力。

(二)注重理論聯系工程實例，培養學生的思維創造能力

在教學過程中，盡量選取學生耳聞目睹的工程案例講解，讓學生覺得所學知識在日常生活中可以用到，確確實實感受到傳感器的廣泛應用，由此體會到該課程的在整個專業課程體系中重要性和實際意義，學習積極性就會大大提高。

根據每次講授內容，可以將案例的講授與相關演示實驗相結合，使枯燥的理論教學變成有趣的實驗過程。吸引學生的注意力，然后通過提問、啟發討論、解決問題的講述過程，來使學生帶著問題學習傳感器的原理、結構與測量電路，使學生從“要我學”轉變為“我要學”。例如講解壓電式傳感器，首先提到日常生活中經常用到的打火機，打火機為什么按下去會產生火花?然后介紹壓電式傳感器的工作原理，壓電陶瓷受力產生電荷點燃汽油，產生火花。聯想到壓電式超聲波發生器，單片機用到的晶振等。講紅外傳感器時，提到大家經常見到的自動門。自動門為什么會感應到人的位置?然后介紹熱釋電紅外傳感器的工作原理。在課堂教學過程中，讓學生聯想日常生活還有那些傳感器。

(三)制作形式多樣的多媒體動畫課件，理論講解感觀化

為了改革教材內容滯后于學科發展的問題，一方面可以兩年新選一本教材，另一方面可采用配合教材自行制作的多媒體課件。

課件制作在保留原有書本基本知識的原則下，制作形象的演示動畫。如壓電式傳感器受到壓力時會產生電荷量，電壓表偏轉，壓力大，偏轉角越大，壓力小，偏轉角變小；壓力反向，偏轉角反向。通過課件形象直觀的演示，讓學生對抽象的傳感器原理從感官上有一認識，加強知識的理解和接受。在把握新技術方面，及時搜集豐富多彩的新型傳感器和現代檢測系統資料圖片，補充新的測控技術內容，使學生了解這門課的最新動態。為了及時了解和學習傳感器技術的發展和該領域的最新技術成果，教師可到有經驗的兄弟學院學習和參觀，積極吸取經驗，交流心得；經常參加一些全國性的學術會議及成果展銷會等；將一些科研經歷、科研成果和正在進行的科研項目介紹給學生。

把相關科研成果如糧食的飽滿度檢測、食用油的色澤檢測、脈搏檢測、環境噪聲檢測等在課堂上展示給學生，以拓寬學生的視野，由此激發學生的學習興趣，達到良好的教學效果。

(四)實物訓練與理論實驗相結合，培養學生在教學環節的主體意識

為培養學生在教學環節的主體意識，加深對該課程理論知識的理解和認識。可在實驗教學環節采用理論實驗與實物訓練相結合的教學方法，使學生能夠獨立設計簡單的傳感器信號調理電路，具有使用和分析傳感器的初步能力。

實驗課分兩個部分：驗證性實驗和設計性實驗。驗證性實驗主要使學生掌握常用傳感器的使用和標定方法，以及接口電路的設計；通過實驗，對傳感器有全面的認識，能獨立進行實驗數據讀取和實驗結果分析。在完成驗證性實驗的基礎上，開設設計性實驗。

本課程在理論課程講授中間，會給學生布置任務，提供實驗平臺，要求學生選擇一種傳感器完成一套小系統。從傳感器的選型到信號調理電路的設計，到單片機最小系統或模擬電路數字電路的搭建，從市場調研到方案論證，全部由學生來完成。學校開放實驗室，讓學生在課后第二課堂下完成。比如要求學生利用現有的霍爾傳感器做一個速度測試并加數碼管顯示電路。當學生從學校跑向電子商場，見識到品種繁多、各種功能的傳感器之后，會發現傳感器在日常生活中的應用比課本上的要豐富的多。學生在實踐中發現問題時，能及時通過參考書或在課堂討論中找出相應的解決方法，解決問題的同時也掌握了理論知識，理論在實踐中得到升華。此項小系統設計可充分調動學生的積極性和主動性。把一部分課程搬到實驗室完成，課堂不能完成的知識積累通過動手實驗、交流討論交替進行，可使學生能主動地使用原本枯燥乏味的理論去解決實際問題，將“知識”迅速轉化為“能力”，由此獲得極大的成就感，激發學生的好奇心以及學習本課程的主動性，達到理論與實踐的相互協調。

(五)改革作業形式。擴充學生視野

在課程的開始，即要求學生做兩項作業，計入期末成績。一是寫一篇綜述性的關于傳感器發展現狀的文章；二是分小組出一套試卷。這兩項作業改革使學生的主動性和自由性大大提高。改革過去一味以課本知識的問答、計算等為主的書面作業形式。

關于第一項作業，可以向學生介紹一些與傳感器相關的國內外網站的網址以及期刊的名稱，讓學生自己瀏覽、查閱。也可以去電子商場或一些相關產品展銷會，自己主動的接觸專業市場。進行市場調研。調研完成后，將調研的結果進行全班交流。根據調研結果撰寫一篇文章。這種大作業形式使得學生開闊了視野。認識到自己的不足，提高了學習主動性，也學會了如何撰寫一篇科技文章。

關于第二項作業，試卷的體型要多樣化，有填空、選擇、判斷、計算、分析設計等。3人一個小組，團結協作出一套試卷。期末考核卷考題即從學生所出試題中選題。這樣學生在完成自己試卷的同時。與其他小組的試卷互相參閱，從中可以找到自己忽視的內容，完成自己的理論知識積累。

河南工業大學的傳感器與檢測技術課程教學改革已進行2年，取得來良好的效果。尤其是開設第二課堂進行小系統制作和市場調研，使學生在學習過程中有“說話”和施展才華的機會。今后應以先進的教學思想和理念為先導，使本課程始終處于領先地位，充分發揮教學示范作用，為專業體系建設的整體水平提高作出更大的貢獻。

【基金項目】河南工業大學2008年網絡課程基金資助

【作者簡介】王艷芳(1976- )，女，陜西合陽人，河南工業大學電氣工程學院講師，碩士。

(責編 黎 原)