農林院校“傳感器原理及應用”課程教學改革研究

周 竹，曾松偉，方益明，周素茵

(浙江農林大學信息工程學院，浙江臨安311300)

傳感器技術是構成現代信息技術的3大支柱之一［1］，已發展為現代科學領域中的一個重要學科［2］。“傳感器原理及應用”是浙江農林大學電子信息工程、物聯網工程等專業的基礎課。隨著我國農業現代化水平的不斷提高，許多農林業裝備和儀器與傳感器技術密不可分，需要大批高素質、專業扎實的畢業生進入該領域。浙江農林大學作為定位于培養綠色科技人才、服務現代農業、致力生態文明建設為目標的浙江省唯一一所農林院校，如何通過這門課程的學習培養學生的動手能力和創新能力并促進學生綜合素質的提升，對于現代化農林業人才的培養具有重要意義，也是相關課程教師必須深思的一個課題。該文剖析了該課程教學過程中存在的問題，并針對這些問題提出了一些改進方法，以期提高該課程的教學效果。

一、課程教學中存在的問題

(一)理論教學

長期以來，浙江農林大學“傳感器原理及應用”的課堂教學以教師為中心，教師通過多媒體課件為學生講解各種傳感器的工作原理及測量電路，學生被動接受。由于該課程包含的傳感器類型較多，涉及到的學科范圍較廣，信息量大且各章節內容獨立分散，學生的學習積極性普遍不高，教學效果較差。此外，該課程安排在大三下學期，很多學生都在準備找工作或考研，時有學生以找工作、實習面試等理由請假，心思并未集中在課程學習上。

在教學內容上，該課程的教學內容盲目向普通高等工科學?？待R，而忽視了農林院校的特色。這導致學生難以將所學知識與現代農業生產相結合，不能有效解決現代農業生產中的實際問題，無法滿足專業領域對現代農業科技人才的綜合需求。同時，也使相同專業的農林院校本科人才失去了自身的特色，降低了其在人才市場中的競爭力。

(二)實驗教學

該門課程的實驗教學依附于理論教學，其成績占課程總評成績的比例僅為10%，學生對實驗不夠重視。在前期的實驗教學內容設置上，存在驗證性實驗多，探究性實驗少;單一型實驗多，綜合型實驗少的不足。實驗教學過程則是教師先簡單介紹實驗目的、實驗原理、實驗步驟和數據處理方法，然后讓學生按照實驗指導書在實驗設備上完成。由于實驗設備是由多個模塊組合的實驗箱，對學生的開放程度比較低，學生只能按部就班地對各個模塊進行接線、上電、觀察及記錄數據，而不能真正弄清楚所用傳感器及接口電路的原理與方法。這種實驗教學方式不利于學生實驗興趣的培養，也不利于學生動手應用能力和創新能力的培養。此外，實驗的考核主要以實驗報告為依據，報告的大多數內容是抄寫實驗指導書內容，有些學生僅是抄襲實驗數據交差了事，這導致大部分學生缺乏思考，以致于壓縮了學生創造思維發揮的空間，嚴重阻礙了學生的學習積極性，不利于學生的自主發展［3］。

(三)考核方式

該門課屬于考試類課程。由于考試成績占總評成績的70%，很多學生在考試前臨陣磨槍，為了應付考試而死背硬記，這種片面重視理論知識的考核方法存在著明顯的不足，無法考察學生的實際應用及動手能力，不能有效地激發學生的學習熱情和創新意識。

二、教學方法的改革

為了充分調動學生的學習興趣，達到較好的教學效果，并促進學生動手能力、實踐應用能力和創新能力等的提高，筆者對該課程的課堂教學、實驗教學、考核方式等進行了改革，并施行了相應措施。

(一)課堂教學改革

1．多媒體教學和板書有機結合，激發學生興趣 多媒體教學課堂信息量大，形象直觀，圖文聲并茂，可以吸引學生的注意力并激發其學習興趣，還可使教師免除上課板書勞累［4］。然而，筆者在教學過程中發現，單純用多媒體教學，學生的注意力往往集中在多媒體信息的觀看上，而忽略了教師口頭表達的實用信息。此外，多媒體課件的播放速度較快，學生會出現沒有時間吸收消化知識的現象。傳統的板書具有迅捷的信息交流互動功能，符合學生獲取信息的心理規律等特點［4］。但單純使用板書教學，也會造成課堂信息量小，直觀性差，學生注意力容易分散等缺點。針對這2種教學手段的優缺點，我們根據各章的教學內容及教學目標，將傳統板書與多媒體教學有機結合起來，對于傳感器的結構、外形及電路原理圖采用多媒體的圖片、動畫或者專業軟件(如:Proteus、Multisim)展示，而對于傳感器的基本原理及公式推導則采用傳統板書講授。這2種手段相輔相成，可以有效調動學生的積極性，激發其學習興趣。

2．跟蹤前沿科技，引入討論式教學，拓展學生知識面 傳感器知識更新較快，而教材的更新相對較慢，新知識在教材中很難及時涉及。為了拓展學生視野，激發其求知欲望，我們擬定了一些專題，如智能手機、智能家居、移動式穿戴設備等，讓全部學生分別組團完成。通過一定時間查閱論文，收集資料，制作PPT，然后由教師隨機指派團隊內學生進行匯報并開展討論，最后由各團隊負責人和教師給出點評并對該團隊進行綜合評分。而在團隊內部，則由該團隊負責人根據隊員的參與情況，以綜合評分為基準，5分為階梯，依次給組內成員打分。通過這種討論式教學，既讓學生了解了最新的傳感器技術知識，又極大提高了學生對該門課程的學習興趣和自主學習能力;既培養了學生查閱文獻資料、歸納總結的能力，又鍛煉了學生PPT制作、演講等實用技巧。此外，團隊成員之間的協作精神也得以提高。

3．科研項目與教學內容相結合，增強農林特色 不斷將現代農林業中的科研成果、科研項目引入教學，及時跟蹤現代農業生產中傳感器研究應用的最新進展，將現代農林業生產的具體問題與課程相關章節結合。例如，結合開溝器的設計，講解如何針對不同的土壤類型設計不同形狀的開溝器，并用應變式傳感器評價開溝器的性能;根據魚、肉新鮮度變化的特點，講解采用電阻抗傳感器、氣體傳感器檢測魚、肉新鮮度的原理;以茶葉品質的光學檢測為例，講授采用CCD傳感器、近紅外光譜傳感器、高光譜圖像傳感器進行農產品品質檢測的原理、應用現狀及發展趨勢。通過這些科研項目不斷豐富教學內容，不僅讓學生了解了現代農業科技發展前沿，而且幫助學生端正了學習態度，激發了學生的學習熱情。

(二)實驗教學改革

1．適當調整驗證性實驗，提高此類實驗要求

該課程實驗教學的主要設備為浙江高聯生產的CSY2000D型傳感器與檢測技術實驗臺。根據教學大綱要求，課程教學中的每一種傳感器設置一個實驗，這些實驗往往以驗證性為主，學生只需要對照著實驗指導書進行相關操作即可。進行教學改革后，我們對這些驗證性實驗進行了歸納，將測試同一對象的實驗歸置到一起。比如，測量位移時，將電容式傳感器、差動變壓器、光纖傳感器放在一起，這樣學生通過實驗能對各種傳感器的性能進行比較，加深印象。其次，要求學生每次實驗前采用Multisim或者Proteus軟件畫出相應的接口電路并進行仿真，教師則通過課堂隨機提問等方式進行檢查，讓學生加深對所用傳感器測量原理以及接口電路的理解。

2．引入虛擬儀器技術，增加綜合性和設計性實驗，提高學生動手能力 在調整驗證性實驗教學的同時，我們根據每章的傳感器內容，要求學生制作相應的傳感器。如學完電容式傳感器，要求他們制作一個電容液位計;學完壓電式傳感器，要求他們制作一個壓電式玻璃破碎報警器;學完電渦流傳感器，則要求他們制作一個電渦流計數裝置。

此外，我們還將虛擬儀器技術引入到課程的實驗教學中。要求學生采用LabVIEW軟件平臺，結合串口通信與單片機，針對我國現代農業生產過程的一些熱點問題，開展一些農田信息采集、溫室環境監控、農產品品質檢測方面的綜合性設計實驗。學生通過組隊的方式，根據實驗任務和實驗室提供的傳感器以及其它硬件設備進行選題，然后查閱資料，確定方案，完成電路設計、實物制作以及實驗報告并進行演示。通過這些綜合性實驗的練習，學生能重新認識該門課程相關的理論知識點，并加深對多學科知識的綜合運用。此外，虛擬儀器技術的引入，激發了學生的學習興趣，開闊了思維，也讓學生掌握了先進、高效的實驗手段，學到了數據采集與處理的技能。

3．制訂合理的實驗考核方案 傳統的實驗成績主要以實驗報告作為評價依據，學生的動手應用能力、創新能力不能得以體現。教學改革后，我們調整了實驗考核方案:首先，不再僅將實驗報告作為唯一的評價依據，而是依據學生使用儀器的能力、觀察和分析實驗現象的能力、排除實驗故障的能力、實驗結果和數據的正確性以及課堂紀律、實驗態度等方面的表現進行綜合考核。其次，建立考試制度。針對不同學生的學習能力和學習興趣，將驗證性實驗、設計性和綜合性實驗納入到實驗考試范圍。驗證性實驗讓所有學生在實驗庫中隨機抽取實驗項目，然后學生獨立連接電路，自擬實驗步驟，在規定的時間內完成實驗論證報告，并回答有關理論問題。而設計性和綜合性實驗則由1～3人組隊自由選擇題目，要求給出相應的方案以及實物并進行答辯。由于后者的要求較高，因此在考核過程中，我們提高了其分值權重。

(三)開辟第二課堂

“傳感器原理及應用”是一門實踐性很強的課程，僅靠學校規定的實驗課是遠遠不夠的。與傳感器應用聯系緊密的一些第二課堂活動，如:大學生課外科技競賽、大學生創新創業項目訓練可以作為重要的補充和延伸。筆者所在的電子系設立了電子創新設計協會，承擔著學校全國大學生電子設計競賽、全國大學生“飛思卡爾杯”智能汽車競賽的賽前培訓教學任務。近3年來，浙江農林大學電子信息工程專業的學生在電子系老師的鼓勵和幫助下，積極參加全國及浙江省大學生電子設計競賽、全國大學生“飛思卡爾杯”智能汽車競賽、全國信息技術應用水平大賽等，學生的動手實踐能力有了很大的提高。

每年五月底是本專業畢業生答辯的時間，我們積極要求學生去旁聽，并要求提交一篇心得。這樣不僅能夠讓學生了解現有的傳感器應用現狀，還為大四畢業設計的選題打下了基礎。在這個過程中，要求同學們寫出一個印象最為深刻的畢業設計，并結合自己的理解，指出其優點及不足，若自己來做，應該如何來做。

(四)課程考核改革

針對改革后的課程教學方法，相應調整了考核制度。學生成績依然由期末筆試成績、實驗成績、平時成績3部分構成。主要變化有:將期末筆試成績從70%減少到50%，在試卷題型上加大了分析設計題的比重，以考查學生是否具備根據所學知識在短時間內解決實際問題的能力［5］;實驗成績從10%增加到25%，主要是加強了學生動手能力的考核，強調了學生對各種傳感器的理解;平時成績則從20%增加到25%，主要包括作業、考勤、討論、提交學習心得等。此外，還將學生積極提問并回答問題作為獎勵分納入總評成績。

考核方式的轉變加大了對學生理論和實踐考核的力度，提高了學生課堂的參與度，促使學生將傳感器的理論知識與實際應用結合起來，使其更充分地認識到如何選擇合適的傳感器。

三、結束語

傳感器技術貫穿于現代農林業生產的各個環節，這對農林院?！皞鞲衅髟砑皯谩闭n程的教學提出了新的要求。針對浙江農林大學“傳感器原理及應用”課程教學的現狀，從理論教學、實驗教學、考核方式等方面進行了剖析并進行了相應的改革。這些措施較好地激發了學生的學習興趣，提高了學生的課堂參與度，鍛煉了學生的動手能力和創新能力，取得了較好的教學效果，受到了學生好評。在今后的教學過程中，仍要不斷探索實踐，切實提高“傳感器原理及應用”的教學效果與教學質量，以適應我國現代農林業人才培養的要求。

［1］ 吳建平．傳感器原理及應用［M］．北京:機械工業出版社，2012．

［2］ 劉振廷．傳感器原理與應用［M］．西安:西安電子科技大學出版社，2011．

［3］ 程啟華，吳京秋．基于校企合作的傳感器與檢測技術課程實驗改革和開發［J］．中國電力教育，2011(8):144-145．

［4］ 杜子文，藍英．淺談傳統板書與多媒體教學的有機結合［J］．甘肅科技縱橫，2009，38(1):201．

［5］ 李姿景，張具琴，陳嘉義．“傳感器原理及應用”課程教學改革與實踐［J］．中國電力教育，2010(21):110-111．?