面向應用型人才《測試原理與技術》課程的教學探討＊

高全芹

(長沙大學機電工程系，湖南長沙 410003)

面向應用型人才《測試原理與技術》課程的教學探討＊

高全芹

(長沙大學機電工程系，湖南長沙 410003)

測試原理與技術課程具有傳感器類型多、涉及的知識面廣、實踐性強的特點，在理論與實踐教學中學生的學習主動性不高.本文結合教學現狀及實踐效果，提出了傳統板書與多媒體l+1合理配合授課法、采用溫故知新和啟發式教學法以及任務驅動教學法.在實踐教學中，突出應用型人才培養的需要，采用對學生思維的引導啟發、虛擬實驗與物理實驗相結合與課堂學習與工程應用實踐相結合的方法，使學生學習積極性、綜合實踐能力和創新能力得到極大的提高.

傳感器;理論教學;實踐教學;應用型人才;教學改革

《測試原理與技術》課程是工科學生特別是機械類專業的必修基礎課程.隨著計算機技術和信息技術的快速發展，越來越多的領域向自動化、智能化過渡.出現了諸如環境自動檢測系統、自動化生產線、智能樓宇、智能交通等典型的以傳感器檢測信息為基礎，計算機信息處理為手段的先進系統.新技術、新事務的迅猛發展為傳感器與檢測技術的發展提供了機遇，同時也為學生學習這門課程提出了挑戰.首先，《測試原理與技術》課程涵蓋知識點范圍極為廣泛，開始本課程學習需要學生具備的許多基礎理論知識，如理論物理、高等數學、電磁學、電工學、信號與系統、光學、電化學等.其次，《測試原理與技術》為一門以工程應用為主的課程，課程本身涵蓋的傳感器知識點類別很多，如電感式傳感器、電容式傳感器、電磁傳感器、霍爾傳感器、化學傳感器、光學傳感器等.這些知識點之間聯系并不緊密，所涉及的物理數學原理并不完全相同、甚至完全不相同.基于以上特點，授課時若不能掌握一定的技巧和方法，往往會造成老師疲于授課，學生一臉茫然的困境.針對目前的學生學習現狀，為了更好地促進學生的學習積極性，適應應用型人才培養模式的要求，筆者通過總結多年的授課實踐與經驗，對測試原理與技術課程教學改革與實踐提出了自己的見解［1，2］.

1 測試原理與技術理論的課堂教學探討

測試原理與技術理論教學有以下幾個特點:要求掌握的基礎理論多;物理原理數學公式推導多;涉及知識面廣;應用實踐性強.學習本門課程前要求學生掌握信號與系統、復變函數及傳遞函數理論等基礎知識.傳感器敏感物理量原理公式推導時要求學生有堅實的數學基礎和物理基礎.傳感器物理原理基于一系列近似假設基礎之上，需要一定的技巧性，實踐性強.因此，要想達到預期效果，滿足應用型本科人才培養要求，授課時既要避免追求理論深入講解而輕應用實踐，又要避免輕理論而重應用.筆者結合多年的教學經驗，針對課程理論公式推導多、講解繁瑣的特點，提出了傳統板書與多媒體1+1合理配合的授課理念;針對課堂授課內容涉及知識面廣的特點，提出了溫故知新啟發引導式教學方法;針對課程學習實踐性強的特點，提出了任務驅動教學法.

1.1 傳統板書與多媒體1+1合理配合授課法

在測試原理與技術這門課中，傳感器的輸入輸出特性、工作原理與信號轉換電路仍舊是我們理論教學的重點，但是在教學中如何激發學生的學習興趣而且知識點又掌握的比較牢呢?那我們要解決的第一個關鍵問題就是如何激發學生對該課程的學習欲望，吸引學生的注意力.在理論教學中，對于理論性比較強的內容，例如工作原理及輸入輸出等內容時僅僅泛泛的講會導致學生只知道原理或輸入輸出特性是這樣，但不知道為什么是這樣，不能突出我們授課的重點，多媒體效果并不好，稍有印象但不深刻.因此，在課堂教學中傳感器的基本原理和比較復雜的公式部分可按傳統方式邊寫邊講，對于傳感器的結構、外形及電路原理圖采用多媒體的圖片和動畫展示，吸引學生的注意，激發學生的學習熱情.這樣的傳統加現代教學手段的輔助，經過實踐驗證，同學們學習的主動性明顯增強，課堂氣氛明顯活躍.

1.2 溫故知新啟發引導式教學法

在學習新知識之前，復習一下相關知識，使學生輕松進入新知識的學習階段，起到承上啟下的作用.比如我們在學霍爾式傳感器的時候，根據教學任務需要，引入在電路課程中已學的磁場方面的知識，使學生回憶原有經驗.筆者在講述霍爾傳感器章節時采用了“溫故知新啟發引導式教學法”獲得了良好的效果.先前在溫習中主要述了洛倫茲力和電場力，通過啟發式提問的方式探討這兩種力在霍爾效應中所起作用，使學生參與到問題的思考中來，從而引入到新知識的學習——“霍爾效應”，即霍爾傳感器的工作原理.通過這種學習方法，學生更容易接收新知識，更能激發學生的學習興趣.

啟發式教學運用得當不僅能夠激發學生學習興趣，而且通過發散性思維啟發，能夠激發學生創造性思維，起到了“溫故知新，拋磚引玉”的效果.筆者在講授電阻應變式傳感器章節時，先從一個日常生活中的水果電子稱原理入手，分析電阻應變式傳感器在該系統中的工作原理，剖析把重量轉換成電信號的過程.同時要求同學們自己設計一種不同稱重原理的電子秤，引導學生思考如何將重力變化引起敏感物理量的變化?如何將這一變化轉換成電信號?后續的處理電路應該注意哪些環節?這種傳感器的精度如何?局限性如何?帶著解決問題的興趣與疑問，學生便能夠變被動為主動，積極參與到整個教學過程中來，心中的疑問隨著教學內容的不斷深入而得到解決，達到了很好的授課效果.

1.3 任務驅動教學法

任務驅動教學法與傳統授課的課后作業不同，該方法著眼于課堂理論與生活實踐的相互關聯，結合授課內容，有針對性的對學生下達課后分組調研任務，并在接下來的課堂進行反饋追蹤，以實際任務驅動學生完成理論知識的物化.

智能溫度檢測儀、智能煙霧報警器、智能探測障礙儀等傳感器功能類型相似，筆者講授完畢時，將學生分組，布置幾個小的探討題，要求學生利用相關的傳感器網站和查閱相關的專業資料來了解智能傳感器的工作原理并對其生產生活中的應用及其應用前景進行展望.要求把查到的相關資料做成電子報告形式，在課堂上適當的時候向同學們匯報講解.匯報完畢之后教師點評，學生討論.經過實踐證明，同學們對待探討題都很認真，查閱的資料也很豐富，總結PPT做得也十分漂亮.由于增加了點評這一環節，同學們除了關注本組內容，也很熱心其他組的內容，競爭氛圍濃厚，從而打破了傳統教學的呆板形式，使課堂氣氛相當活躍.通過階段性的任務驅動法學習，讓學生參與到課堂教學中，筆者發現同學們發現問題，分析問題，總結問題的能力大大提高，同學們的團隊合作精神相對增強.經過一學期的實驗性教學，通過調查問卷的形式，95%的同學都認為任務驅動法與課堂探討法，增加了他們的學習興趣，使他們自覺地將知識創造性地運用于實踐;同時，激發了他們探問已知、探索新知、探求未知的勤奮好學的進取精神.

2 測試原理與技術課程實踐教學的探討

實踐教學環節是測試原理與技術課程的另一重要環節，主要形式是與理論授課相對應的實驗課程.實踐教學旨在幫助學生進一步鞏固課堂知識，并培養他們的工程意識和工程能力.傳統的實驗教學基本停留在驗證基本原理的階段，學生根據實驗原理、實驗步驟、操作方法、實驗現象，被動地驗證，機械地重復，缺乏主觀能動性［3，4］.為了加強素質教育的力度，筆者在實踐授課環節中有意識引導學生開展創新實驗，并在優化基本型實驗的基礎上增加綜合型及設計型實驗，提高學生知識應用水平;同時積極推廣虛擬實驗理念，將虛擬實驗與物理實驗相結合，使學生對傳感器物理原理本質理解體會更加深刻;此外筆者常常會把工業界遇到的檢測難題介紹給學生，鼓勵他們積極參與工程實踐和設計競賽，極大鼓舞了他們的學習熱情.

2.1 注重實驗課對學生的引導

實驗課是驗證理論、應用理論、鍛煉學生動手能力與培養團隊精神的重要實踐環節.根據教學大綱我們開設了八個課時實驗，實驗指導過程中，鼓勵學生自己探索、自己動手，注意觀察實驗現象，不斷發現問題，培養分析問題與解決問題的能力，例如在差動變壓器的實驗中，有些學生測出的輸入輸出特性曲線并不是呈絕對線性的，這時候就可以試著讓學生思考是什么原因導致這樣的結果呢?在實踐中可以通過哪些方法來校正這些非線性來提高測量精度呢?通過這些問題的提出與深入，學生即驗證了傳感器的理論鞏固了所學的知識，又培養了學生發散思維的能力，從而使學生解決實際問題的能力大大提高.

2.2 虛擬實驗與物理實驗相結合

虛擬實驗是指近年來隨著計算機技術發展而迅速普及的一種教學實驗形式，它是傳統物理實驗的有益和必要的補充.目前虛擬實驗大多借助Multisim電路仿真軟件、LabView軟件平臺、Matlab數字仿真平臺等軟件工具，針對所驗證的原理知識設置相應的實驗課程.例如，傳感器微弱信號檢測中通常用到瑣相環電路，對于該類實驗課程設置上，采用傳統物理實驗受傳感器靈敏度、電源噪聲等因素影響，效果不太好.引入虛擬實驗后，學生可以很直觀的觀察瑣相環電路對微弱信號檢測效果，加深了理解.此外，虛擬實驗課程設置還具有靈活、直觀、安全等特點.筆者通過LabView等軟件建立虛擬的人機交互界面，利用現有的物理實驗平臺傳感器通過前置調理電路，由數據采集卡輸入計算機的虛擬儀器中，完成了傳感器數據的分析處理與動態顯示，既降低實驗維護成本，又達到了很好的實驗效果，深受學生歡迎.

2.3 課堂學習與工程應用實踐相結合

“學以致用”是學習的最高境界.測試原理與技術課程是實踐性很強的學科，把課堂知識與工程應用實踐結合起來不僅能夠強化課堂授課效果，而且還能激發學生的創造性思維.筆者在傳授電容式傳感器章節內容時，將工程中動態傾角測量難題介紹給了學生，鼓勵他們利用所學知識，提出自己的解決方案.學生積極響應，提出了許多創造性的設計方案，獲得了很好的教學效果.此外，鼓勵學生積極參加大學生創新大賽，將課堂授課知識用于往屆大學生創新競賽題目設計中來，使學生切身體會到目前所學的確可以解決實際工程問題，能夠極大提升他們的學習熱情，獲得到很好的授課效果.

3 結束語

隨著人們對自然界探索的深入，各種物理化學效應不斷被發現，各種各樣的新式傳感器不斷出現.作為教師，我們應該與時俱進，不斷學習，不斷調整自己的思路，改進教學方法，豐富教學手段，強化實踐環節，適應應用型本科人才的培養需求，實現教與學的最佳統一.

［1］陳杰，黃鴻.傳感器與檢測技術(第二版)［M］.北京:高等教育出版社，2002.

［2］葉湘濱，熊飛麗，張文娜，等.傳感器與測試技術［M］.北京:國防工業出版社，2007.

［3］仇潤鶴，方建安，唐明浩，等.建立培養創新能力的綜合實驗平臺［J］.實驗室研究與探索，2005，(92):252－254.

［4］張敬賢，賈麗麗，王麗榮.機電一體化專業的實驗教學改革與實踐［J］.石家莊鐵路職業技術學院學報，2005，(2):43－47.

G642

A

1008－4681(2012)02－0115－02

2012－02－23

高全芹(1976－)，女，河南封丘人，長沙大學機電工程系講師，碩士.研究方向:自動檢測、精密傳感器.

(作者本人校對)