淺議傳感器原理和應(yīng)用課程的教學(xué)改革

趙建勛，蔣大勇，梁慶成

（長春理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春130022）

淺議傳感器原理和應(yīng)用課程的教學(xué)改革

趙建勛，蔣大勇，梁慶成

（長春理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春130022）

針對當(dāng)前傳感器教學(xué)中存在的不足，本文提出了改革課堂教學(xué)與實驗教學(xué)內(nèi)容、在課堂教學(xué)中采用現(xiàn)代化教學(xué)手段和形象化教學(xué)方式以及采用以科研傳感器示教并帶動學(xué)生參與科研課題的教學(xué)方法等建議，這有助于提升教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生理論聯(lián)系工程實踐和獨立思考、解決問題的能力。

傳感器；教學(xué)改革；課堂教學(xué)；實踐教學(xué)

隨著人類社會進入信息化時代，以信息的獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理為主要內(nèi)容的傳感器原理與技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門完整的學(xué)科，而傳感器技術(shù)已經(jīng)被列為目前優(yōu)先發(fā)展的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一。另外，在當(dāng)今科技迅速發(fā)展的背景下，企業(yè)對于大學(xué)培養(yǎng)的自動化、機械制造等專業(yè)技術(shù)類人才提出了更加嚴(yán)格的要求，大學(xué)生在畢業(yè)時必須具有一定的實際動手能力和探索研究開發(fā)的能力，為此國內(nèi)的很多高校都開設(shè)了“傳感器原理與技術(shù)”課程，通過該課程向?qū)W生介紹各類傳感器的基本原理、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及常用的測量電路，使學(xué)生掌握傳感器的信號轉(zhuǎn)換與處理及傳感器在生產(chǎn)、生活各個方面的應(yīng)用[1,2]。學(xué)生學(xué)好這門課程，是已學(xué)課程知識的綜合應(yīng)用和后續(xù)課程的基礎(chǔ)，對于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)有著很重要的作用。

長期以來，這門課程在教學(xué)內(nèi)容上以講解傳感器的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)為主，內(nèi)容復(fù)雜、枯燥、分散，學(xué)生接受起來困難，對知識掌握不理想，即使講到具體傳感器應(yīng)用方面的知識，也是“空中樓閣”，完全依靠學(xué)生的想象力來理解，無法調(diào)動起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和求知欲，造成理論沒學(xué)會，實踐動手又不行的結(jié)果。該課程在教學(xué)方法上主要以課堂講授為主，由于傳感器的技術(shù)發(fā)展很快，新型傳感器不斷涌現(xiàn)，前沿傳感器實驗設(shè)備較貴，而學(xué)校根據(jù)教學(xué)內(nèi)容僅僅開設(shè)少量驗證性實驗，實驗和實踐教學(xué)內(nèi)容顯得過于陳舊和呆板，學(xué)生在實驗過程中按照實驗指導(dǎo)書按部就班，完全是被動完成任務(wù)，沒有使學(xué)生真正積極參與其中，完全不能滿足提高學(xué)生實踐動手能力的要求。為了提高該課程的教學(xué)效果，真正做到學(xué)以致用，必須當(dāng)對這門課程的課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和課程設(shè)計等進行全面改革。根據(jù)社會需求和學(xué)生的具體情況制定合理的教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在了解各類傳感器工作原理的基礎(chǔ)上，更能熟練地應(yīng)用各類傳感器，在理論與實際緊密結(jié)合的前提下側(cè)重實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。通過改進教學(xué)體系增強學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和實踐動手能力，切實提高了學(xué)生專業(yè)技術(shù)能力。本文通過對該課程的傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題進行分析，對高等院校的“傳感器原理與應(yīng)用”教學(xué)提出了建議。

一、教學(xué)改革的必要性

該課程具有較高的學(xué)術(shù)交叉性，它融合了電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、半導(dǎo)體物理、磁學(xué)、化學(xué)等多門學(xué)科的知識，滲透了自動控制、計算機技術(shù)、信息處理等工程方法[7]，知識繁雜且內(nèi)容分散。我校的該課程為48學(xué)時，本課程的開設(shè)是建立在大學(xué)物理和模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)、半導(dǎo)體物理等專業(yè)基礎(chǔ)課程之上的，學(xué)生對這些課程的掌握和記憶情況，往往不夠理想，表現(xiàn)為學(xué)生對于課堂所講的內(nèi)容理解很吃力，有限的課時分配也與繁雜的課程內(nèi)容形成了矛盾，因此必須要尋找到高效的教學(xué)方式以提高教學(xué)效果。我們在教學(xué)中力求有效的教學(xué)方式，利用有效的課時，呈現(xiàn)這門學(xué)科的精髓所在，引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)由理論掌握到實踐能力的提升，并對傳感器應(yīng)用方面的研發(fā)有所思考。

當(dāng)前社會需要大學(xué)畢業(yè)生既有扎實的理論功底又動手能力強，本課程是一門實踐性很強的學(xué)科。在傳統(tǒng)教學(xué)中，往往存在著“重原理、輕實驗、少實踐”的情況，在這種情況下，學(xué)生往往對于實驗和實踐的學(xué)習(xí)不夠重視，教師也將教學(xué)重心完全放在原理教學(xué)上，輕視實驗和實踐教學(xué)，考查方式也出現(xiàn)了“重理論、輕實驗”的現(xiàn)象，因此該課程對學(xué)生的考察也應(yīng)包括對學(xué)生動手能力的考察[5]。目前，該課程的考核方式還是以卷面考試為主的閉卷考核形式，這對于考核學(xué)生掌握傳感器領(lǐng)域的綜合能力是有限的。常常出現(xiàn)一些動手能力很強的學(xué)生，其卷面成績偏低的現(xiàn)象，在一定程度上壓制了學(xué)生的提高動手能力、加強自身綜合素質(zhì)的積極性，所以改革現(xiàn)有的傳感器原理與技術(shù)課程考核方式是非常必要的。

二、該課程教學(xué)改革的建議

任何一門課程，扎實掌握其基本理論是必須的，而實踐教學(xué)是最終的教學(xué)目的，在于激發(fā)學(xué)生對于該領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣，通過指導(dǎo)學(xué)生完成一定的實踐環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生將知識體系和工程實際接軌，所以應(yīng)把握好這兩者的“度”，這是至關(guān)重要的，不要止步于在理論層面上的講授，也不要在學(xué)生沒有扎實掌握傳感器理論時盲目加大實驗量。

基于以上的分析，我們提出以下改革該課程教學(xué)體系的建議：

1.改革教學(xué)內(nèi)容和實驗教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)中，由于各類傳感器的工作原理不同，改革本課程的教學(xué)大綱設(shè)置，以工程中常見的參數(shù)來分類，如溫度、壓力、加速度、厚度、位移、速度等，采用模塊化結(jié)構(gòu)，測量一種參數(shù)的傳感器作為一個模塊，我們可以根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點和社會需要選擇其中幾個適合我院該專業(yè)方向的模塊詳細講授，這樣使得教學(xué)在內(nèi)容上變得更加緊湊，突出專業(yè)的培養(yǎng)方向，彌補了課程的課時量不足[3]。

在該課程的實驗教學(xué)大綱中，要體現(xiàn)出實驗教學(xué)的多層次。根據(jù)專業(yè)不同，來調(diào)整實驗內(nèi)容的深度和廣度，依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方向，設(shè)置不同的實驗內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié)。例如，針對光電子材料與元器件專業(yè)，可增加光纖傳感器測量溫度的實驗，而對于電子材料與元器件專業(yè)可增加半導(dǎo)體壓阻傳感器測量壓力的實驗，通過這些實驗，可以提高不同專業(yè)學(xué)生的動手能力。

2.在課堂教學(xué)中采用現(xiàn)代化教學(xué)手段和形象化教學(xué)方式。在“傳感器原理與技術(shù)”的教學(xué)中，由于課程本身具有理論復(fù)雜和實踐性強的特點，學(xué)生常常反映不知道該學(xué)習(xí)什么，該如何學(xué)習(xí)，講到的傳感器在什么情況下使用等疑問。為了最大限度的解決該問題，可以在教學(xué)中引入多媒體教學(xué)[4]。

在“傳感器原理與技術(shù)”的教學(xué)中的難點在于教學(xué)內(nèi)容較多，包括各類傳感器的原理、測量電路、具體應(yīng)用等多方面的內(nèi)容。采用多媒體教學(xué)時，可以安排在傳感器實驗室中進行，在課件向?qū)W生展示許多實物演示，也可以將工程中常用的各類應(yīng)用實例結(jié)合一些簡單易做的實驗展現(xiàn)給學(xué)生，這增加理論教學(xué)的生動性和直觀性，使學(xué)生可以很快接受，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也大大增強了教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

在課堂教學(xué)上，可采用形象教學(xué)方式，運用多媒體和板書相結(jié)合，并在課堂教學(xué)中，增加提問學(xué)生的機會，使學(xué)生思路緊跟著老師走，避免了學(xué)生上課精力不集中的現(xiàn)象，在課堂教學(xué)很多同學(xué)并不是全部集中思想在聽課，可以課堂提問那些上課思想不集中的學(xué)生，提問的內(nèi)容都是課堂所講解的比較重要的內(nèi)容，這樣既可以突出重點內(nèi)容，又可避免學(xué)生上課精力不集中的現(xiàn)象，使得課堂教學(xué)能收到較高的效果。以多媒體技術(shù)為載體的形象教學(xué)方式，使得學(xué)生處在這種虛擬的情境，身臨其境地去理解傳感器的原理和應(yīng)用，彌補由于客觀的硬件條件不足而引起的操作不可實現(xiàn)性。同時也可制作一些課件，通過動畫效果來加深對理論知識的理解。在應(yīng)用多媒體教學(xué)的同時加入板書，特別是一些公式的推導(dǎo)中，讓學(xué)生的思路緊跟老師，在課堂教學(xué)中可收到很好的效果。

3.實驗教學(xué)模式改革。實驗教學(xué)的目的是為了提高學(xué)生的動手能力、分析問題和解決問題的能力，加深學(xué)生對課堂教學(xué)中理論的感性認(rèn)識。在傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，學(xué)生只需按照實驗指導(dǎo)書中的實驗內(nèi)容，連接好電路，調(diào)整傳感器，記錄下實驗數(shù)據(jù)，在這樣的實驗中學(xué)生不用動腦，學(xué)生只是按部就班地完成任務(wù)，沒有調(diào)動其學(xué)習(xí)積極性，很少有學(xué)生對實驗進行獨立思考并發(fā)現(xiàn)問題，教學(xué)效果不理想。為了改變這種狀況，我們可以設(shè)置設(shè)計型實驗和創(chuàng)新型實驗，在課程考核中它們占有一定的比重。由教師為學(xué)生提供一定的條件，學(xué)生自己動腦思考設(shè)計，在老師的引導(dǎo)下完成實驗，這樣的實踐環(huán)節(jié)既有趣味性和實用性，又可以培養(yǎng)了學(xué)生的理論聯(lián)系工程實踐的能力，提高了他們在應(yīng)用和設(shè)計方面的能力。

為了改進實驗教學(xué)模式，我們采用了以下兩種方法。

首先，給學(xué)生提供更有操作性、創(chuàng)造性的實驗設(shè)備。當(dāng)前大學(xué)實驗室使用的傳感器設(shè)備集成度很高，學(xué)生實驗時基本上不用進行多少操作，一般就是從儀器上讀數(shù)而已，根本達不到升華課堂理論知識的目的。為了更好地鍛煉學(xué)生的實踐能力，我們可以將此集成度較高的實驗?zāi)K拆開，讓學(xué)生自己進行組裝、連接。為了使學(xué)生在有限的時間內(nèi)更多、更好地了解各種新型傳感器件。實驗課相應(yīng)增加了綜合性實驗內(nèi)容，我們自己設(shè)計制作出多種實驗?zāi)０澹绻饫w傳感器接收實驗板、壓力傳感器控制實驗板、光敏電阻應(yīng)用實驗板等[8]。這種實驗方法在傳感器實驗教學(xué)中可獲得較好效果。

其次，在實驗教學(xué)中，根據(jù)客觀條件在適當(dāng)減少驗證性實驗的基礎(chǔ)上，增加了創(chuàng)新性實驗項目以及設(shè)計綜合性實驗，我們也把學(xué)生完成這些實驗的情況納入到課程考核結(jié)果中。對于每次實驗內(nèi)容，在任務(wù)書中僅提出本次實驗的具體要求，需要掌握的內(nèi)容，不對實驗方案進行限制。學(xué)生成為獨立完成實驗設(shè)計和實驗過程的主體，實驗教師在必要時給予提示和幫助，比如，測量壓力的實驗中，教師不規(guī)定學(xué)生具體使用哪種傳感器，學(xué)生自主獨立選擇傳感器。光纖傳感器和壓阻式傳感器都可完成壓力的測量[6]。學(xué)生可根據(jù)自己設(shè)計的實驗方案，選擇其中一種或者幾種來完成實驗，然后對測量結(jié)果進行比較分析，可以得出在這種情況下哪種傳感器的測量可靠性、精度更高。這樣可以充分調(diào)動起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，大大提高教學(xué)效果。

4.以科研傳感器示教并帶動學(xué)生參與科研課題的教學(xué)方法。我們帶領(lǐng)學(xué)生參觀學(xué)校里教師的科研實驗室，介紹科研工作中用到的各類傳感器，將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展成果反映到教學(xué)中來，這樣的實地參觀和講解給學(xué)生留下了深刻的直觀印象，科研實驗室濃厚的學(xué)術(shù)和試驗氛圍也很好地熏陶和感染著學(xué)生。進入本科四年級的一些學(xué)生，還可以完成畢業(yè)設(shè)計的方式參與到我們教師的科研課題中來，另外一部分學(xué)生主動申請我校的大學(xué)生科研創(chuàng)新項目，獲得學(xué)校對項目的資助，自學(xué)相關(guān)知識，獨立思考和運用課堂上學(xué)到的知識，自己動手，完成富有創(chuàng)意的小型項目。這些教學(xué)方法的引入，彌補了客觀上硬件條件的不足，拓寬了學(xué)生了解傳感器的廣度和深度，學(xué)生從對傳感器感性認(rèn)知開始，逐步深入了解傳感器的原理、應(yīng)用外特性和接口關(guān)系，最終建立起了系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)。

三、總結(jié)

筆者針對傳統(tǒng)的傳感器課程教學(xué)存在的不足，提出了改革課堂教學(xué)與實驗教學(xué)內(nèi)容、在課堂教學(xué)中采用現(xiàn)代化教學(xué)手段和形象化教學(xué)方式，在教學(xué)中采用以科研傳感器示教并帶動學(xué)生參與科研課題的教學(xué)方法等建議。采用新的教學(xué)方法，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的理論聯(lián)系工程實踐的能力，提高了他們在應(yīng)用和設(shè)計方面的能力。

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[3]權(quán)義萍，張印強，楊道業(yè).傳感器技術(shù)課程教學(xué)方法探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2009，（13）:109-110

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[責(zé)任編輯：姚 旺]

G642

B

1671-6531（2011）10-0077-02

趙建勛，男，遼寧黑山人，長春理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院講師，博士，研究方向為材料物理；蔣大勇，男，吉林長春人，長春理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院講師，研究方向為材料物理；梁慶成，男，河北灤縣人，長春理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院講師，博士，研究方向為材料物理。