《傳感器應用技術》課程教改方案及其實施成效

盛春明 趙玉林

（深圳技師學院 廣東 深圳518045）

《傳感器應用技術》課程教改方案及其實施成效

盛春明 趙玉林

（深圳技師學院 廣東 深圳518045）

分析了傳統《傳感器應用技術》課程教學中現存的理論枯燥、實踐教學模式僵化的弊端，提出了“以傳感器應用能力為目標，精選實際工程項目為引導”的基于工作過程的教學新模式，給出了翔實的實施方案，并闡述了教改方案具有的理論意義和實踐價值。

工作過程；傳感器；實際工程項目；教學情境

傳統《傳感器應用技術》課程教學中存在的問題

傳感器應用技術是一項涉及物理學、工程數學、電子技術、自動控制、單片機技術、測量技術等學科的綜合應用技術，廣泛應用于控制系統中，《傳感器應用技術》是電子類、機電類等專業都開設的一門綜合性、實踐性很強的課程。研究其傳統的教學內容、目標、方法和模式，發現存在如下問題：

（一）理論教學內容陳舊，實踐教學內容落后

傳統理論教學涉及了較多演算推導各類傳感器特性原理的內容，這要求學生具備較好的工程數學、物理學、電子學基礎。課堂上學生經常感到授課內容理論性強，許多概念晦澀、難懂。

而傳統的實踐教學主要是在傳感器教學試驗臺上進行，試驗臺上設置了已經調試成功的常用傳感器及其測量調理電路，如放大器、移相器、檢波器等模塊。學生呆板地按照實驗指導書上的步驟對各個模塊進行接線、上電，對傳感器工作原理和性能參數進行測試和驗證，這樣的實踐教學僅停留在對傳感器工作原理和性能的實驗驗證階段。

當學生面臨運用傳感器進行設計應用時則頭腦中一片茫然，不知道如何測試和靈活使用該傳感器，如何設計和調試滿足實際需求的測量調理電路，組建簡單的測量應用系統有什么規則。究其原因，是他們沒有接受這方面訓練以獲得知識和經驗。

（二）教學方法和模式比較僵化

傳統的教學方式是教師灌輸給學生每個傳感器的工作原理、測量電路和基本應用電路等理論知識，然后學生按照既定的實驗步驟和方法進行實驗驗證。在教學中我們發現學生一直是被動接受所有的概念和知識，根本沒有自主思考、探究和創新的空間。應付完考試，大多數學生很快就把這些知識淡忘了，教學效果可想而知。

（三）能力培養無專業特點

從橫向比較來看，電子類專業和機電類專業在開展本課程教學時，在教學內容和模式上區別不大。我們認為，針對不同專業方向，應該確立具有本專業顯著特點的培養目標。面對電子類專業學生，應該研究傳感器應用技術在電子專業領域的應用特點；教學重點應放在傳感器外部特性、轉換原理及其在電子領域的應用方面，并突出應用實例。

在學生對《傳感器應用技術》的基本原理和應用有較為系統的知識的基礎上，應重點培養學生獨立選擇傳感器、設計、調試其測量調理電路的能力，并能對測量結果作初步分析，進而達到進行符合實際電子控制類工程需要的簡單測量應用系統的設計、制作及調試的目標。因此，本課程的教學深度、廣度、教學方式、考核形式以及學時數等方面與機電類專業比較應有較大區別。

以傳感器應用能力為目標的教改實施方案

在“以傳感器應用能力為目標，精選實際工程項目為引導，基于工作過程的教學模式”的教改方案中，《傳感器應用技術》課程教學設計以及實施過程可主要分為五個階段如圖1所示。

圖1 新教改方案下《傳感器應用技術》課程教學設計以及實施過程示意圖

（一）確立教學目標

通過分析本課程在電子專業領域的應用形式和特點，剖析學生應該必備哪些具體的關于本課程的知識技能，并進行總結提煉，形成明確的教學目標：

1.具備能正確熟練使用常用電子儀器儀表的能力。

2.具備嫻熟的焊接技術。

3.具備對照設計電路實現元器件合理布局和布線的能力。

4.具備基本的模擬電路、數字電路的分析和調試能力。

5.掌握電子行業中多種常用傳感器的外部特性、基本性能參數和應用場合。

6.能夠根據實際應用需求合理選擇傳感器、識別傳感器并準確測試其性能。

7.掌握與相關傳感器配合使用的各種測量調理電路的性能特點和應用場合。

8.能根據實際應用需求科學選用與傳感器配套的測量調理電路。（1）能設計滿足實際應用需求的整套傳感器應用系統。（2）具備獨立獲取、利用和整合信息的能力。（3）能使用英語作為分析、利用技術資料的輔助工具。

（二）學習情境的設計

我們需要為每一種傳感器設計一個學習情境，學生通過這個學習情境的學習應該具備靈活應用此傳感器進行傳感器應用系統設計的能力。我們以學生需要具備的專業技能為依據，遵從基本的教學規律，在盡可能少地破壞原有傳感器技術知識體系的前提下，總結出了如下原則來確定工程案例作為學習情境：

1.案例是從電子專業領域的實際工程項目中抽取出來，具有典型的實際應用價值和趣味性。

2.案例是以某種傳感器的應用為核心，具有多種解決方案，在電子行業的多應用領域中具有可拓展性。

3.實現案例涉及的元器件一定是學生已熟知的常見元器件，教學中抓住傳感器外部特性及其測量調理電路的應用這個重點，避免出現喧賓奪主的現象。

4.案例應該盡可能多地囊括相關傳感器涉及的傳感器應用技術知識和專業技能。

（三）教學單元的設計

我們參照電子產品開發的標準流程，將開發每個學習情境的實際工作步驟和方法進行細化，從中提煉出相應的教學知識點和實訓環節，并將它們轉換成科學、合理的教學單元（具體到每個學時，含理論教學內容和實訓教學內容）。這個轉換過程要遵循人的客觀學習規律和知識遷移規律，將知識點和技能訓練環節科學高效地融入各個教學單元中。

（四）設計與編寫內容翔實的教學文件

我們主要從如下五個方面規范了教學資料：教案、課件、實訓指導書、格式化作業以及課程形成性考核成績記錄單等。

1.教案和課件的撰寫要嚴格遵從教學單元的安排，內容要體現基于工作過程的教學理念。

2.實訓指導書的編制參考電子行業常用的《作業指導書》的編制方法和原則，考慮學生的知識背景和基礎，盡量用示意圖的方式表達實訓內容，做到內容翔實、實用性強、操作性強。

3.我們設計了獨具特色的格式化作業，針對學生需要重點掌握的知識點，教師設計了一些比較實用且實踐性強的問題，以試卷的形式進行編制。

4.我們加強了日常學習質量的考核，擬定了本課程形成性考核成績記錄單。我們將平時實訓成績細分為如下幾方面：平時提問、考勤、實訓方法及過程考核、電路板工藝考核、實訓數據考核、器件回收情況考核、幫助學生調試等（見表1）。

這些考核措施不但加強了學生在課堂教學環節上的質量控制，還強調了實訓素質養成（如器件回收等）方面的培養。為鼓勵學生積極營造互幫互助的學習氛圍，我們還增加了幫助學生調試等方面的鼓勵性考核。

通過經常將平時考核結果公布，可增強學生在日常教學環節的主動意識和競爭意識；對于進步較大的學生，教師做到及時表揚和鼓勵。從教學反饋來看，教學得到了學生的一致好評。

（五）設計并嘗試實施合理、高效的基于工作過程的教學模式

好的教育不是教學生想什么，而是教他怎樣去想。教育是要建立一個人的個性和獨立思考的能力，而灌輸能把兩者都毀了。教師應該做些什么來幫助學生學習呢？

表1 形成性考核記錄單

1.為學生建立必要的背景知識。

2.引導學生在討論中學習理論知識，在動手操作中獲取實踐經驗。

3.在教學過程中適時對學生的學習實踐行為提出中肯的忠告和建議。

4.以常見、共性的錯誤作為教學案例，為學生增長實踐經驗。

5.幫助學生從自己的錯誤中吸取教訓。

教學之初，教師要向學生重點介紹本門課的教學組織方式，讓學生了解電子行業企業實際完成工程項目（學習情境）的基本流程（見圖2）。我們的教學就是按照項目（學習情境）的工作過程進行，所有的理論教學和實踐教學都巧妙地揉入項目（學習情境）的工作過程中。學生每完成一個工程項目（學習情境）的設計、制作與成功調試，就完成了一種傳感器原理與應用的學習。

圖2 電子行業完成工程項目的基本流程圖

具體教學過程如下：

1.學習如何認識、選擇、測試和使用傳感器。在實際教學中，教師拋出實例項目需求，引導學生思考解決方案，從而引出需要使用的傳感器。教師介紹此傳感器的外部特性，盡量少涉及數學推導；重點講解傳感器的輸入/輸出特性結論中公式符號的物理意義、傳感器主要性能參數及其在電子行業的主要應用。接下來，教師引導學生查找資料并自主學習如何進行傳感器選型、測試與使用傳感器。

2.學習傳感器配套常見的幾種測量調理電路。當學生面對測試傳感器輸出的微弱檢測信號時，自然會提出如下問題：如何進行輸出信號處理使之足以推動執行機構？如何獲得可送至微處理器進行處理的標準信號？借著學生的這些疑問和興趣，教師引出與此傳感器配套常見的幾種測量調理電路，重點講解其基本工作原理、應用條件、調試技巧等等。

3.以討論教學的方式完成實例項目的設計、制作和測試。有了這些背景知識，教師正式引導學生根據實例項目需求進行方案制定、概要設計以及電路詳細設計等過程。在這個學習階段，以學生為主體，教師起輔助性的技術指導作用，整個教學過程以討論教學為主。

學生可以靈活運用剛剛獲得的知識或參考其他學習資料提出自己的設計思路，教師評估學生的設計思路并解釋其是否可行。學生可能提出多種設計方案，教師應該憑借其實踐經驗為學生分析各種方案性能的優劣。這個過程教師要著重鍛煉學生的獨立思考、解決問題的能力，使學生不但學會如何靈活應用這些新知識，還積累一些電路設計經驗。

當電路的詳細設計方案確定以后，教學則進入了電路制作、單元調試和系統調試的階段。教師根據方案討論結果，將學生分成多個項目組（一般由2～3人組成并分工協作），開始進行具體電路板的制作與調試，每個項目組實施的設計方案可能相同，也可能不同，要視教學情況而定。學生在教師輔佐下獨立選用與測試元器件，完成元器件的合理布局、走線、焊接以及電路的調試等過程。

教師通過與學生交流、查看單板制作工藝、檢查調試過程等環節了解學生對知識的掌握情況，也摸清了學生的專業基礎水平，可以有的放矢地進行個性化教學，向學生及時提出中肯的學習實踐忠告和建議。在這個過程中，教師需要經常將學生在學習實踐過程中所犯的共性錯誤作為案例進行教學，從而幫助學生獲得盡可能多的實踐經驗。教師還要鼓勵有余力的學生嘗試不同設計方案的實踐，引導學生從中獲得設計經驗和調試經驗。鼓勵那些遇到困難時能通過各種渠道解決問題的學生，贊許他們從中獲得的技術經驗。

通過上述教學過程，學生不但充分理解和消化了本項目中涉及的傳感器知識、測量調理電路的原理及其靈活應用技巧，同時也真實體驗了在將來工作崗位中完成產品設計的實踐工作過程。

新教改方案在推行過程中的問題

本教改方案經實踐驗證具有良好的教學效果，傳感器技術被承載在實際工程項目中，學生不但掌握了傳感器技術系統性的知識，而且工程實踐能力、自學能力、電路設計與調試能力、組織協調能力、團隊協作能力也有了較大的提高。另外，本門課的教改實踐模擬了實際工程項目設計企業化的真實環境和氛圍，學生得到了實際工作崗位的真實、復雜和綜合的經歷與體驗，為學生將來就業進行了“演習”?？傊?，教學新模式具有深遠的理論意義和實踐價值。

在教改實踐中，我們發現本教改方案在推行過程中存在如下問題，仍需要在今后的教學研究中進行深入探討。

1.由于本門課教改力度較大，現有學時數不足，從而導致所介紹的傳感器數量不足。

2.教改過程暴露出學生的基本電子技術理論知識基礎薄弱、實踐動手能力差的問題，對教改推進和教學效果造成一定影響。可見，欲全面提高學生的綜合能力，僅僅進行本門課的教學改革是遠遠不夠的。

3.《傳感器原理與技術》知識教學的廣度和深度的界定存在問題。

4.實訓過程所需元器件的采購、發放方面的組織和管理存在一些問題，需要改進。

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G712文獻標識碼：A文章編號：1672-5727（2011）11-0093-03

盛春明（1973—），男，湖北鄂州人，碩士，深圳技師學院電子通信系講師，研究方向為傳感器技術、多媒體技術、嵌入式系統技術及職業教育學。