“傳感器”精品課程的實踐教學方法研究

摘要：

“傳感器”精品課程建設是傳感器課程教學質量與教學改革的重要平臺，探索“傳感器”實踐教學的自身特點和規律，以現代科學技術的發展和市場經濟建設的需求為視角，教學過程中注重通專結合的工程師素質訓練，加強學生綜合實踐能力培養，通過體現課程實驗和有感活動特征對傳感器教學內容和實驗方式進行有意義的嘗試和改進，并在規范教學的基礎上尋求新的突破，提出了與實際工程對象相結合的教學方法并獲得效果。

關鍵詞：精品課程；教學方法；傳感器；實踐能力

中圖分類號： G642.0文獻標志碼： A 文章編號：1672-0539（2013）04-0105-04

傳感器技術是現代信息技術的主要內容之一，在當代科學技術中占有十分重要的地位。傳感器實踐課程是一門應用性極強的專業基礎課，它包括信息的獲取、變換、處理、顯示等檢測手段和測試技術。學生在學習傳感器技術時已具備基本的專業知識，但如果我們采用一般專業基礎課的教學方法和實驗方法，其形式過于簡單，難以刺激學生的學習興趣和創造欲望，教學效果不明顯。為此在規范教學的基礎上，可應用“工程對象教學方法”加強實踐教學。本文就此作一分析。

一、實踐教學中存在的問題

《傳感檢測技術》是現代測控技術、機電一體化與自動化專業的技術基礎課程，又是其它現代工程專業如物流、交通、通訊和生物醫藥工程等共同的技術基礎課程。這門課程的學習將對學生專業技能的掌握、工作就業都起到非常重要的作用。

與“傳感檢測技術”課程配套的傳感器實驗是剛剛發展建立起來的工程實驗課程。目前許多大專院校的物理、電子儀器、測控技術、自動化等專業的“傳感器”課程主要以“傳感器系統實驗儀”作為實驗平臺，完成十多種傳感器的基本實驗，該實驗系統主要完成驗證性實驗，內容單調有一定的局限性，實驗的結果也比較粗糙。動態實驗內容在規定的學時內學生基本不能獨立完成，通常由教師進行演示。這種實驗模式格式化，模型基本固定，學生完全按教師和實驗講義要求的內容、步驟進行實驗，難以提供具有個性思維的訓練。

另外，在數字電路、模擬電路的教學實驗中都是以模擬實驗箱和數字仿真實驗為主，目前教學中主要采取的這些實驗方式缺乏與實際工程對象相結合的系統實驗理念，這種教學方式的后果導致學生在學習完相關的課程并做完相關的實驗后，仍舊對檢測技術、控制原理與控制工程的本質內容缺乏理解，甚至連許多基本的概念都不能很好的消化和吸收，更不用說應用手段和方法去創新性的解決工程實踐問題。

隨著信息與自動化技術的發展，許多創新的工程專業都有了共同的專業基礎和綜合課程，如電子電路、檢測技術與傳感器、嵌入式微控制器等。由于集成技術的發展，單元電路種類愈來愈多，集成規模和功能復雜程度日趨增高，由依附于實驗對象的理論轉向多學科理論的綜合交叉，那么檢測實驗技術和方法需要不斷更新和發展。有人認為：從實踐的角度講，操作性技術是在按一定的方式進行實驗活動，解決要做什么的問題，而理論上看實驗者僅僅對實驗效果感興趣，對實驗條件如何可以不必了解。因此，在實驗技術中學生往往忽視操作性技術理論，包括實驗環境、儀器儀表的特性、精度、可靠性、實驗材料、實驗電路等等，導致學生不能對實驗內容科學、全面地理解，影響實驗技術方法的提高。

二、實踐教學方法改革嘗試

就測量與控制技術而言，各種物理量大多數是通過傳感器轉換為電信號而進行檢測的，它不同于普通物理實驗，不僅要理解其物理效應，更要注重使用方式，因此傳感器實驗技術會涉及大量的電子技術。在工程實踐過程中，如果不了解具體檢測信號的轉換電路原理，就不能獲得正確的結果，這就要求實驗者有較強的綜合素質和專業技能。為提高學生的理論聯系實際、科學主導工程的創新思想，實踐課程需要充分結合生產和工程實踐，重視學生基本技能的培養，在“傳感器原理及應用”精品課程建設中，針對實踐教學存在的問題進行教學改革，在“傳感器”實踐教學研究中嘗試引入創新性“工程對象教學方法”，開放實驗室，建立測控工程創新實驗環節。

（一）創新實驗模型

“工程對象教學法”模式，是以一個個典型的工程對象為平臺進行教學，開展的工程教學方法。它打破傳統的教學思路與模式，主要對實驗教學平臺、教材、教學模式進行變革，重點是在實踐教學方法上進行改革。實踐課程將解決實際問題作為課程主線，改進理論課與實驗課程嚴格分立的方式，按“任務驅動”內容分解知識點，打破“講課+實驗”的傳統模式，努力使理論課與實驗課課時沒有嚴格的界定，可以在做中學，也可以在學中做?！皞鞲衅鳌睂嵺`教學中，重點加入與實際工程控制對象相結合的設計和創新實驗模型。

要實現“工程對象教學”模式，工程測試技術實驗室必須具備工程化的測試對象，能夠讓學生利用工程實驗對象設計實驗，內容包括傳感器的選取、安裝，反饋信號的獲取，計算機測試系統的搭建，控制信號和控制效果的分析和處理等等。這些測試被控對象必須是生產和實際應用中經常碰到的設備小型化、簡單化和抽象化的試驗模型，使之能夠方便的在實驗室環境中實現并展示給學生，同時具有一定的趣味性，能夠將課本上抽象的概念通過物理運動或現象直觀的表現出來。

倡導工程對象的課程內容盡可能面向全體學生，克服以往的實踐教學中有的內容僅面向部分尖子學生。部分基于工程對象的課程教學在時機未成熟（或低年級）時可先開設實踐教學的選修課，基于豐富的工程對象的實踐教學的優勢，可大大提高學生的學習興趣，通過初級的工程對象可使學生了解各單元技術在系統中的作用、地位及與其他單元技術協同工作的機理，從而幫助學生盡快深入理解掌握中、高級的系統技術。而綜合通用型工程對象可使學生借助基礎對象將知識融會貫通。

（二）構建實驗系統平臺

基于工程對象的實踐教學與傳統的實踐教學沒有本質的沖突，可以以對象為主線將各項傳統的以技能培訓為主的實踐課程融入其中，賦于系統的概念，是對傳統實踐課程的補充、完善與提高。將單一的實驗改為綜合實驗，內容充實了，教師只給出要領，具體細節要學生自己思考、討論、配合。將實驗室典型工程對象分三大類：

第一，專用型。主要分別服務于某類課程的實驗教學及實訓，如用于傳感與檢測技術的工程對象有：轉子實驗臺、位移實驗臺、環形輸送線；用于自動控制原理的工程對象有：工業機械手、水箱自動控制；用于信號與系統的工程對象是：系統仿真設計、頻譜分析；用于可編程邏輯控制器工程對象有：交通信號燈控制、水塔水位自動控制等。 第二，綜合型。主要服務于所有或部分專業的專業課或綜合素質訓練。典型電路模塊（基礎類）；仿真對象（專業類）；教育機器人（通用型）；智能機器人（專業類）；可用于專業課教學與實訓、科研。第三，綜合大系統，模擬建立生產線管理等局部功能，用于素質綜合訓練。如用于測控技術與儀器、機電一體化、自動化等相關專業學生的綜合專業訓練或課程設計。

建設檢測技術實驗的運行控制平臺，要求實驗系統既能方便地搭建控制系統，對工程對象進行實際的檢測與控制，又能采集和記錄控制效果，并對控制效果進行分析和處理。為了支持多種傳感器的信號檢測，可采用單獨的部件去實現每一項功能，然后再通過總線，把完成各項功能的部件組裝起來，快速形成一個控制器系統。目前，國際上廣泛采用的控制系統設計和平臺是MATLAB仿真環境，該軟件能夠方便地對各種測量控制系統和算法進行建模和仿真，評估控制系統的控制效果。平臺內置數字PID、一階系統環節、二階系統環節和軟儀表盤、軟信號發生器、軟波形顯示，并能與各種接口進行組合與連接。目前已完成的典型工程測試對象有十多種，如：電機運動模塊、無損檢測模塊、秤重模塊、工件計數等。

（三）開放實驗室，開展課外實踐

開放實驗室是加強學生課外實踐環節的重要保障。開放實驗室激勵了學生參加科研實驗和設計創作，引導學生在學習期間積極參與教師的科研工作、參加工程實踐、并獨立承擔其中一部分項目，讓學生承擔部分實驗室主技術工作等，也作為學分制學籍管理獎勵學分的依據。對畢業設計、生產實習、科技立項、電子大賽的學生必須開放實驗室，提供實驗設備，這樣需建立實驗室教師值班制度，或以學生管理方式為主，為學生創造實驗條件。

教師應注意與學生交流，鼓勵盡可能多的學生參加各項課外科技立項、電子競賽等活動。目前，測控專業在大二、大三階段就要求全部同學以小組為單位參加電子競賽的預賽訓練，選拔后可參賽。為了讓學生在本科階段就能接觸到本學科的一些先進的儀器設備，了解前沿性的科研開發課題知識內容，使學生對自己所學專業方向的有一定認知度，鼓勵學生參與教師科研項目。這些工程實踐，可以從研究項目的立題、設計、制作、調試，以及工藝、工具、測試、維護等實踐環節有系統的訓練。

三、教學效果及改進建議

在“傳感器”課程教學中我們不僅加強教師自身的業務素質培養，要求授課教師掌握相關學科的現代技術和綜合測試技術，加強充實操作性技術的理論研究，引導學生通過實驗研究應逐步轉向對系統的研究。在實驗技術方法上將電子技術、電子測量、檢測技術和計算機技術作為技術載體具體地將各種方法運用到“傳感器”教學的全部過程，即每個程序、步驟之中。將傳感器實驗數據和結果直接送計算機顯示，并根據測試曲線分析試驗結果，建立數學模型。

工程對象教學方法與學生課外科技活動相結合，使學生自覺學習成為風氣，可將學生的興趣和注意力轉移到工程實驗上，這一教學方式對目前大學生沉迷電腦游戲有消弱作用，并對學生的管理工作也有一定借鑒。

對畢業設計、生產實習、科技立項、電子大賽的學生必須開放實驗室，提供實驗設備，這樣需建立實驗室教師值班制度，或以學生管理方式為主，為學生創造實驗條件。

教師應注意與學生交流，鼓勵盡可能多的學生參加各項課外科技立項、電子競賽等活動。目前，測控專業在大二、大三階段就要求全部同學以小組為單位參加電子競賽的預賽訓練，選拔后可參賽。為了讓學生在本科階段就能接觸到本學科的一些先進的儀器設備，了解前沿性的科研開發課題知識內容，使學生對自己所學專業方向的有一定認知度，鼓勵學生參與教師科研項目。這些工程實踐，可以從研究項目的立題、設計、制作、調試，以及工藝、工具、測試、維護等實踐環節有系統的訓練。

在近年的大學生科技競賽活動中，教研組教師一直不遺余力的全力支持學生的課外科技活動，取得了長足的進步，2009-2012年相關專業的學生獲獎部省級、國家級獎30多項，這也是教學改革和專業建設的一個特色。畢業生優秀論文數量逐年增加，大學生工程訓練綜合能力得到明顯提高。本專業培養的畢業生理論基礎扎實，專業知識面寬廣，適應性強，除繼續深造者外，大部分被電子信息、通訊、航空航天、儀器儀表等行業的研究院所、三資企業、公司和大型國有企業錄用，畢業生深受廣大用人單位歡迎，許多人已經成為單位的技術、管理骨干。

通過實踐教學研究認識到，大學生的認知實踐應該分系列、分層次，并貫穿大學學習整個周期。從更廣義的角度看，認知實踐的內容具有巨大的拓展空間；工程技術認知、基礎認知實踐包括工藝知識、常用工具、基本的調試方法等。所有認知實踐均可在實驗中心開設選修課，創新實踐活動也應該是系列化、分層次。實踐能力與創新能力的形成并不能僅靠工程訓練或實踐訓練形成，還與課程教學、課外科技活動緊密關聯。目前，傳感器實踐教學還需要做以下完善與改進：

第一，實驗教學管理不科學，本課程還沒有實現全方位的網上教學管理，如網上答疑、網上提交作業報告、預約實驗等，實驗室動態管理還得不到基本保障；第二，實驗室技術人員不足，應對教學和實驗在崗人員進行公開篩選，擇優聘任。建議理論課教師兼職，外聘優秀技術人員擔當實驗指導教師，聘用優秀研究生或本科生幫助助課、指導實驗、管理實驗室，提倡教授充實實驗教學，進一步提高實踐教學水平；第三，實驗內容更新慢，除保留傳統實驗技術外，應該盡可能的引入新型傳感器和新的實驗裝置，開設新的課程內容。雖然自行研制實驗平臺，建設實驗設備，但是遠遠不能滿足“傳感器”課程要求。另外，實驗經費不足，實驗室實驗設備陳舊，不能保證實驗教學效果。

四、結語

實驗教學是學生學習知識、提高能力的平臺、實驗室是培養學生創新思維的基地?！皽y控”專業的大學生進校后，讓學生在不同的學習階段學習新的基礎知識和專業知識的同時，應逐漸安排由簡到難的實踐內容，這個過程中特別要求掌握經典的實踐環節和現代檢測技術的基本概念，以及分析方法和設計方法。進入大四的畢業生、研究生學習階段，還可以進行控制工程、智能系統的學習，解決各種非線性復雜系統對象，進行建模、以及控制理論的研究。

為了促進高等教育教學改革，提高教學質量，“傳感器”精品課程的建設以“質量工程”為契機，以創新作為突破點，突出實踐課程亮點和優勢，有的放矢的改進教學方式，努力發揮示范作用，使“精品課程”建設獲得實實在在的成效。

參考文獻：

[1]李鴻江，尹軍.從國家級精品課程到國家級優秀教學團隊的建設經驗與啟示[J].首都體育學院學報，2009，21（4）：385-387.

[2]柴欣，于明，武優西.在精品課建設中提升教師的教學科研素質與水平[J].計算機教育，2009，（12）：142-143.

[3]吳建平，成毅.“工程對象教學法”模式應用研究[J].成都理工大學學報（社會科學版），2009，（4）：85-88.

[4]劉軍良，劉冬明.高職院校創新實踐平臺的建設淺談[J].實驗科學與技術，2008，（5）：132-133.

[5]蔣葛夫，張文桂.以科學理念為先導，培養創新型人才[J].實驗技術與管理，2008，（6）：25-29.

[6]吳建平，周四春，等.全學分制下的傳感器實驗教學研究[J].成都理工大學學報（社會科學版），2007，（3）：73-76.

[7]周帶娣.文獻檢索課國家級精品教材的建設構想[J].湖南農業大學學報（社會科學版），2007，8（5）：81-83.

[8]秦允豪.以教材、教學內容建設為核心創建國家級精品課程“熱學”[J].物理教育，2006，35（7）：613-615.