電測(cè)技術(shù)與儀器課程教學(xué)改革研究*

陳鋒

浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 杭州 310053

電測(cè)技術(shù)與儀器是高職院?？刂啤z測(cè)、自動(dòng)化、電氣電子等專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，主要介紹了自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)、傳感器原理及應(yīng)用、常見非電量電測(cè)法以及檢測(cè)儀器儀表等方面的知識(shí)。非電量的電測(cè)技術(shù)和儀器的應(yīng)用，是測(cè)控技術(shù)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，為了確保生產(chǎn)的安全及正常運(yùn)行，并且保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，就必須要準(zhǔn)確、及時(shí)地檢測(cè)出生產(chǎn)過(guò)程中的各種有關(guān)參數(shù)。

1 課程的現(xiàn)狀及教學(xué)面臨的問(wèn)題

本課程是以傳感器技術(shù)為核心的，傳感器是獲取信息的工具，是現(xiàn)代檢測(cè)儀器儀表和測(cè)控系統(tǒng)中非常重要的一種儀表。傳感器技術(shù)涉及數(shù)學(xué)、物理、工程材料與工程力學(xué)、電子技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)，在高職相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)、課程建設(shè)和教學(xué)改革中都具有非常重要的基礎(chǔ)作用。但是，針對(duì)高職院校的學(xué)生，要上好電測(cè)技術(shù)與儀器的課程并不容易，主要面臨下面幾個(gè)問(wèn)題。

1.1 本課程涉及的知識(shí)體系和專業(yè)門類太廣泛

傳感器種類非常多，檢測(cè)技術(shù)也是日新月異，本課程需要學(xué)生了解的傳感器至少有十種，涉及的專業(yè)技術(shù)知識(shí)很廣，從大的學(xué)科門類上說(shuō)，包括電工學(xué)、電子學(xué)、電磁學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、熱力學(xué)、材料力學(xué)、流體力學(xué)、數(shù)字電路、半導(dǎo)體技術(shù)等，幾乎機(jī)電相關(guān)的學(xué)科都涉及到了。即便是同一學(xué)科門類下，也有很多需要掌握的知識(shí)點(diǎn)，任何一項(xiàng)知識(shí)點(diǎn)欠缺，就可能導(dǎo)致相關(guān)的傳感器內(nèi)容無(wú)法理解。比如電磁技術(shù)，涉及電渦流傳感器和霍爾式傳感器，如果不能掌握電磁技術(shù)中的渦流原理和霍爾定律，要想理解相關(guān)傳感器的工作原理，那是非常困難的。

1.2 本課程涉及的檢測(cè)變量太多，每種變量適用的檢測(cè)技術(shù)都有多種選擇

非電量檢測(cè)是課程主要內(nèi)容，非電量至少包括幾何量、力學(xué)量、熱工量和狀態(tài)量幾大類，每一大類又包括很多具體的變量，如靜態(tài)的尺寸、重量，動(dòng)態(tài)的速度、位移，常態(tài)的溫度、顏色，異態(tài)的傷痕、變形，承受的壓力、沖擊，發(fā)出的電流、光照等，形式多種多樣，特征差異很大。而且這些變量相互之間又可能存在聯(lián)動(dòng)、交叉、重疊的現(xiàn)象，這樣給課程體系的編排造成很大難度，往往顧此失彼。另一方面，由于知識(shí)體系龐雜，學(xué)生在學(xué)習(xí)中很難形成一個(gè)清晰的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，各種傳感器和檢測(cè)變量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系很容易混淆，最終學(xué)得一知半解。

1.3 高職院校學(xué)生的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)不太好

作為高職院校的學(xué)生，其特點(diǎn)非常鮮明，那就是大部分學(xué)生高中或中職時(shí)候?qū)W的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)不是太好。他們害怕復(fù)雜的公式和計(jì)算，對(duì)物理里面一些比較抽象的概念和定律難以理解。而作為非電類專業(yè)學(xué)生，在電路原理、電磁技術(shù)和電子電路的分析和計(jì)算上，他們普遍掌握不好。而這些內(nèi)容在本門課程中經(jīng)常涉及，幾乎每一種傳感器將非電量轉(zhuǎn)換到電量的過(guò)程中，都要用到電子電路或者半導(dǎo)體電路。如何讓缺乏基礎(chǔ)的高職非電類專業(yè)學(xué)生掌握好傳感器的轉(zhuǎn)換技術(shù)，對(duì)教師也是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

2 上好電測(cè)技術(shù)與儀器課程的方法

針對(duì)以上問(wèn)題，筆者在對(duì)質(zhì)管專業(yè)的學(xué)生講授電測(cè)技術(shù)與儀器課程時(shí)，通過(guò)研究和實(shí)踐，進(jìn)行一些教學(xué)思路和方法上的變革，取得良好的教學(xué)效果。筆者根據(jù)教學(xué)實(shí)踐過(guò)程，闡述如何上好這類電測(cè)技術(shù)與傳感器相關(guān)的課程。

2.1 理清知識(shí)脈絡(luò)，設(shè)計(jì)好教學(xué)結(jié)構(gòu)

和其他課程不同，電測(cè)技術(shù)相關(guān)的課程，在教學(xué)體系結(jié)構(gòu)上有兩種選擇：一種是以傳感器原理進(jìn)行分類教學(xué)；一種是以檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行分類教學(xué)。

以傳感器原理進(jìn)行分類的，通常的章節(jié)安排是以一種傳感器為一章，比如電阻式傳感器、光電傳感器、電渦流傳感器等。這種編排的好處是便于教學(xué)，每一章是一個(gè)知識(shí)門類，基本是一種相同的原理，這樣在講授知識(shí)的時(shí)候更有系統(tǒng)性，也更有利于學(xué)生理解相關(guān)原理。但是由于傳感器和檢測(cè)對(duì)象之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系存在大量重疊現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)檢測(cè)方法的實(shí)際應(yīng)用概念模糊，甚至混淆。

而以檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行分類，每一章是一種檢測(cè)類型，如幾何量檢測(cè)、力學(xué)量檢測(cè)、溫度檢測(cè)、速度檢測(cè)等，每種變量的檢測(cè)方法，有可能幾種傳感器都適用，比如光電式傳感器、霍爾傳感器、電磁傳感器等都能測(cè)量轉(zhuǎn)速，那么在轉(zhuǎn)速測(cè)量一章中就都予以講授。這種教學(xué)體系的安排，更貼近生產(chǎn)工程技術(shù)的實(shí)際情況，有利于學(xué)生從實(shí)用角度去掌握這門學(xué)科。但是很明顯，這不利于教學(xué)的組織安排，也不利于學(xué)生理解知識(shí)原理。

經(jīng)過(guò)探索和實(shí)踐，筆者在理論教學(xué)和配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，分別運(yùn)用兩種教學(xué)體系結(jié)構(gòu)，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)用結(jié)合的效果。具體而言，在課堂理論教學(xué)環(huán)節(jié)，按照傳感器原理進(jìn)行分類講述；而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，以檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行分類實(shí)驗(yàn)。這樣學(xué)生既能在課堂上有條理地學(xué)習(xí)各種傳感器的工作原理，又能在實(shí)驗(yàn)室從解決實(shí)際問(wèn)題角度出發(fā)，學(xué)習(xí)傳感器的應(yīng)用。通過(guò)針對(duì)同一檢測(cè)對(duì)象，不同傳感器的解決方法和效果的對(duì)比，學(xué)生可以加深對(duì)課堂上學(xué)到知識(shí)的理解。

這種理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)采用不同的體系結(jié)構(gòu)的做法，實(shí)施中最大的困難在于課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和時(shí)間安排上。實(shí)驗(yàn)中涉及的傳感器原理，課堂教學(xué)中如果還沒(méi)有講授，那學(xué)生是無(wú)法理解和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的。因此，課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)應(yīng)該盡量安排在學(xué)期的后半段，在學(xué)生掌握一定的理論知識(shí)以后，綜合安排，逐步展開。比如溫度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，將熱敏電阻、熱電偶、紅外測(cè)溫儀等儀器綜合運(yùn)用，進(jìn)行方法和性能對(duì)比，那么必須在這些理論知識(shí)都在課堂上學(xué)習(xí)過(guò)以后才能進(jìn)行。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程既鞏固了所學(xué)傳感器原理，又學(xué)會(huì)了檢測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，而且不同解決方案的對(duì)比，可以開拓學(xué)生處理實(shí)際檢測(cè)問(wèn)題的思路，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

2.2 必須把握住教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)

每一種傳感器技術(shù)，在教學(xué)內(nèi)容上基本分成功能原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、檢測(cè)電路和應(yīng)用實(shí)例。如何對(duì)這四部分分配合理的時(shí)間，以及每部分采取怎樣的授課方式，對(duì)授課效果的影響非常大。

在講授傳感器的功能原理時(shí)，如前所述，涉及大量物理學(xué)的基本概念和定律，而高職學(xué)生這方面基礎(chǔ)薄弱，如果按照大學(xué)相關(guān)專業(yè)課那樣去講授，學(xué)生很難聽懂。這時(shí)候就應(yīng)該盡量化繁為簡(jiǎn)，將最關(guān)鍵的核心知識(shí)用通俗易懂的描述介紹給學(xué)生。講述的內(nèi)容以能夠幫助學(xué)生理解相關(guān)傳感器原理為限，避免無(wú)謂的展開和深入。尤其是復(fù)雜的公式和運(yùn)算，應(yīng)簡(jiǎn)化推導(dǎo)過(guò)程，強(qiáng)調(diào)最終形態(tài)，只要能說(shuō)明各種變量之間的函數(shù)關(guān)系，讓學(xué)生能分析出相關(guān)參數(shù)之間的變化趨勢(shì)，就達(dá)到了此部分內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)。

傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是非常重要的內(nèi)容，不同傳感器雖然原理和結(jié)構(gòu)差異很大，但是在研究時(shí)有一些共性的指標(biāo)——傳感器的各項(xiàng)參數(shù)，抓住這些共性的參數(shù)進(jìn)行分析，很容易讓學(xué)生理解不同傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。其中最重要的幾個(gè)參數(shù)為傳感器的分辨率、靈敏度和線性度等，任何一種傳感器，將這些主要參數(shù)的特點(diǎn)講述清楚，學(xué)生也就能基本掌握它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)了。因此，在本部分授課中，圍繞傳感器各項(xiàng)參數(shù)這條主線進(jìn)行講解，可以讓學(xué)生學(xué)起來(lái)更有條理性，更容易理解。

傳感器的檢測(cè)電路，不管對(duì)哪種類型的傳感器，都是一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)楦呗毞请婎悓I(yè)學(xué)生在電子電路、數(shù)字電路、電磁學(xué)和半導(dǎo)體技術(shù)等方面的知識(shí)非常欠缺。而傳感器的檢測(cè)電路，首先必須要具備這些專業(yè)知識(shí)才能看懂相關(guān)電路圖，而如果要求對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)高職非電類專業(yè)學(xué)生而言，基本不可能完成。考慮到這種現(xiàn)實(shí)情況，在講授這部分內(nèi)容時(shí)應(yīng)該避免一個(gè)元件一條線路地對(duì)電路圖進(jìn)行分析，而盡量采用功能框圖對(duì)檢測(cè)電路進(jìn)行簡(jiǎn)化，以功能框圖為單位對(duì)學(xué)生進(jìn)行分析講解。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，理解大的模塊功能比分析具體電路要簡(jiǎn)單得多，而理解了像濾波、整流、信號(hào)放大、A/D變換等模塊的作用，整個(gè)檢測(cè)電路的工作原理也就迎刃而解。

傳感器檢測(cè)技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用，是本課程理論聯(lián)系實(shí)際的重要內(nèi)容，也是學(xué)以致用的主要體現(xiàn)。對(duì)于高職院校的學(xué)生來(lái)說(shuō)，掌握好傳感器的運(yùn)用，才是學(xué)好本課程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)后續(xù)的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程以及畢業(yè)以后的工作都有直接的影響。因此，對(duì)這部分內(nèi)容應(yīng)該盡量詳細(xì)介紹，通過(guò)各種圖片、視頻、動(dòng)畫，讓學(xué)生熟悉傳感器的各種運(yùn)用。這部分內(nèi)容不是難點(diǎn)，關(guān)鍵是需要收集一些傳感器實(shí)際運(yùn)用的照片、示意圖等相關(guān)資料，圖文并茂地講解，加上動(dòng)畫或者視頻等多媒體手段的演示，學(xué)生一般都能聽懂，也比較有興趣了解。只要資料完善，傳感器實(shí)際運(yùn)用部分內(nèi)容的講授很容易讓學(xué)生理解，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

2.3 以學(xué)生為中心，上好每堂課

課堂教學(xué)實(shí)施的效果，是由教師和學(xué)生兩方面的因素來(lái)決定的。要上好一堂課，教師的授課方式固然重要，學(xué)生是否主動(dòng)學(xué)習(xí)更重要。而學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，歸根到底受教師的教學(xué)內(nèi)容和授課方法的影響。所以，教師要達(dá)到每堂課的教學(xué)效果，一定要以學(xué)生為中心，“以學(xué)為主、以教為輔”?？紤]課堂教學(xué)實(shí)施時(shí)，從關(guān)注教師“能不能講好一堂課”轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生“能不能學(xué)好一堂課”。關(guān)注的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中，更能夠掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，了解學(xué)生存在的問(wèn)題，有針對(duì)性地調(diào)整自身的教學(xué)方式，因材施教、因勢(shì)利導(dǎo)，以適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，促進(jìn)他們的學(xué)習(xí)更有效果。

以學(xué)生為中心，就是要研究如何讓學(xué)生“愿意聽”，如何使他們“能聽懂”，如何使他們“主動(dòng)學(xué)”，變被動(dòng)聽講為主動(dòng)學(xué)習(xí)。只有學(xué)生愿意主動(dòng)去學(xué)，學(xué)習(xí)的效果才有保障。

1）要使學(xué)生“愿意聽”，教師的授課過(guò)程應(yīng)該避免呆板。雖然檢測(cè)技術(shù)這類專業(yè)課程，內(nèi)容本身比較枯燥，但是教師也能用豐富多彩的語(yǔ)言、幽默風(fēng)趣的表述，吸引學(xué)生的注意力。另外，大量使用圖片、照片、動(dòng)畫、視頻來(lái)說(shuō)明復(fù)雜的原理和結(jié)構(gòu)，也是調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性的有效手段。如霍爾定律和渦流原理這些知識(shí)，如果只是用文字和公式進(jìn)行講解，學(xué)生聽不進(jìn)去，但是配以相關(guān)的動(dòng)畫進(jìn)行講解，非常形象易懂，學(xué)生一方面很感興趣，另一方面根據(jù)動(dòng)畫也很容易理解，效果事半功倍。

2）根據(jù)電測(cè)技術(shù)這門課的特點(diǎn)，多舉身邊相關(guān)的案例或者學(xué)生感興趣的話題，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的求知欲望，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。如在介紹電渦流傳感器時(shí)，詳細(xì)講解戰(zhàn)爭(zhēng)中探雷器的運(yùn)用——如何探雷以及如何反探雷，這些知識(shí)都是電渦流原理的具體運(yùn)用。探雷或者反探雷的每一種方法，就是電渦流傳感器的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，如果讓學(xué)生自己去探究，效果會(huì)更好。另外，像智能家居中傳感器的運(yùn)用這種學(xué)生身邊的案例，介紹給他們聽，能極大地激發(fā)學(xué)生對(duì)傳感器的興趣，比選用生產(chǎn)工程中的案例要更有效果。

3）在傳感器技術(shù)教學(xué)中，如何使學(xué)生“能聽懂”，也是教師需要去研究的課題。根據(jù)本課程的特點(diǎn)和高職非電類專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，在授課的時(shí)候，教師應(yīng)該做到“四淡化，四強(qiáng)化”，具體而言，指的是：淡化絕對(duì)數(shù)據(jù)，強(qiáng)化相對(duì)變化；淡化文字原理，強(qiáng)化圖形演示；淡化實(shí)際電路，強(qiáng)化功能框圖；淡化推導(dǎo)過(guò)程，強(qiáng)化最終結(jié)論。

高職學(xué)生理論和運(yùn)算能力較差，但是圖形理解和動(dòng)手能力較強(qiáng)，另外思維活躍，具有創(chuàng)新性。根據(jù)這些特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使其更適合學(xué)生的特點(diǎn)，更容易被他們消化吸收，這才是體現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)思路。

4）體現(xiàn)“以學(xué)為主”的教學(xué)理念，最重要的是讓學(xué)生能夠“主動(dòng)學(xué)”，也就是調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使他們對(duì)電測(cè)技術(shù)這門課程產(chǎn)生興趣。教師應(yīng)該采用多種授課法的結(jié)合，通過(guò)提問(wèn)設(shè)問(wèn)、案例教學(xué)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分組討論等不同手段，不斷激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，讓他們主動(dòng)參與進(jìn)來(lái)。例如，每節(jié)課開始5分鐘的復(fù)習(xí)階段，采用卡片法進(jìn)行，事先將上節(jié)課內(nèi)容的幾個(gè)主題寫在不同的卡片上，讓學(xué)生抽取卡片來(lái)講解相關(guān)內(nèi)容。雖然歸根到底是回答問(wèn)題的方式，但是用卡片法進(jìn)行更有樂(lè)趣，學(xué)生也樂(lè)意參與。授課方式的簡(jiǎn)單變化，就達(dá)到調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)參與的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，要上好任何一門課程，都需要教師認(rèn)真去分析和研究?jī)蓚€(gè)方面的特點(diǎn)：課程和授課對(duì)象。兩方面的特點(diǎn)相結(jié)合，才能找出最適合所教學(xué)生的授課方式。電測(cè)技術(shù)知識(shí)龐雜，涉及學(xué)科門類眾多，而高職學(xué)生物理、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，這是一對(duì)短期內(nèi)難以回避的矛盾。組織好教學(xué)內(nèi)容，理清重點(diǎn)和難點(diǎn)；運(yùn)用合適的授課方法，使學(xué)生能聽懂愿意學(xué)，是教好這門電測(cè)技術(shù)與儀器相關(guān)課程的關(guān)鍵。

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[2]陳青華,周炯亮.“檢測(cè)與傳感技術(shù)”課程教學(xué)中的理論與實(shí)踐結(jié)合[J].中小企業(yè)管理與科技,2010(27):257.

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