傳感器教學中隨堂實驗的設計與思考分析

程豪等

摘要：傳感器是一門實踐性很強的專業學科，單獨依靠理論教學很難讓學生掌握傳感器的使用原理，因此充分利用傳感器教學中的隨堂實驗展現傳感器的工作原理是提高學生傳感器應用技能的關鍵。本文首先分析高職院校傳感器隨堂實驗教學的重要性，隨后具體闡述對傳感器隨堂實驗教學的設計，最后根據隨堂實驗教學所取得的成績對當前的教學現狀進行思考。

關鍵詞：傳感器 隨堂實驗 設計與思考

實驗教學是培養創新型人才的重要手段，也是高職教學的重要內容。傳感器技術是當前我國新型產業發展的關鍵技術，其在現實生活中具有廣泛的應用，因此提高高職學生對傳感器技術的實踐應用能力，是培養社會應用型人才的關鍵，而培養學生的創新實踐應用能力必須要借助隨堂實驗，通過實驗教學提高學生對傳感器感性知識的認知，實現理論與實踐相結合。

1 傳感器隨堂實驗的重要性

隨堂實驗就是教師在課堂教學中，為了很好地說明理論知識而開展的一系列實驗活動，通過實驗向學生展現相關的理論知識的一種教學形式。傳感器隨堂實驗是高職傳感器教學的主要形式，是培養學生創新能力的主要手段。基于傳感器課程的實踐性，學生要想深入全面地掌握與應用傳感器理論知識，就必須要從傳感器教學方面入手，將實驗教學擺在教學體系的重要部分，因為傳感器實驗教學對培養學生的實踐能力、提高學生的創新力具有重要的意義。其具體表現在：一是培養學生對傳感器理論知識的理性認識。傳感器是一門實踐性很強的專業學科知識，其理論知識具有高度的抽象性，學生依靠傳統的教師按照書本知識講解的方式已經不能滿足高職教育的本質要求，而通過隨堂實驗教學，可以讓學生在一邊學習傳感器理論知識的同時了解傳感器的實踐應用知識；二是培養了學生的創新能力。通過隨堂實驗可以提高課堂學習的效益，據有關資料表明，實驗教學可以集中學生的注意力，讓學生融入到實驗過程中，因此學生學習主動性的提高必須會激發他們的發散性思維，讓他們在一邊觀看實驗的同時一邊思考相關的問題，這樣的教學模式對培養學生的創新能力具有重要的作用；三是傳感器隨堂實驗并不是教師一味地按照相關的實驗步驟進行操作，而是在實驗過程中充分發揮學生的主體性，讓學生主動地參與到實驗的過程中，通過實驗教學，讓學生自己收集相關的傳感器知識，這樣一來就會增加學生發現問題、分析問題以及解決問題的能力。

2 傳感器教學隨堂實驗的設計

基于傳感器教學內容的不同，在傳感器教學中需要根據不同的教學目的采取不同形式的實驗方式，一般而言，隨堂實驗分為：傳感器基礎性實驗教學設計、傳感器綜合性實驗教學設計、傳感器設計性實驗教學設計等。但是在隨堂實驗教學中使用比較多的是傳感器基礎性實驗，也就是對傳感器的基礎知識進行實驗教學。

基礎性實驗也稱之為驗證性實驗，就是教師為了驗證某一傳感器的理論知識或者結論而進行的一系列實驗。一般通過隨堂實驗可以讓學生了解最基本的傳感器設備的使用規范以及掌握最基本的使用技能與方法，并且學會對傳感器實驗數據的記錄與描述。傳感器是一種檢測裝置，它是將非電量轉化為電量的器件，一般它的組成部分主要為：敏感元件、轉換元件以及電路。它們功能主要是：敏感元件負責對測量對象相關信息與數據的采集、轉換元件負責對采集到的相關數據進行轉換處理、電路則承擔的是對轉換的數據以及信息按照預定的程序進行處理。

根據基礎性實驗的內容可以分為：各類傳感器性能測試實驗和傳感器應用實驗。傳感器性能測試實驗主要包括應變片式、壓阻式、差動變壓器以及集成溫度傳感器等性能測試實驗。傳感器應用實驗主要包括電容式傳感器側位移、霍爾傳感器側位移、壓電式傳感器測振動以及光纖位移傳感器測位移等實驗。本文以電渦流式傳感器電子秤實驗為例，對傳感器隨堂實驗進行設計。

2.1 電渦流式傳感器電子秤實驗的總體設計。電渦流式傳感器能靜態和動態的非接觸、高線性度、高分辨率地測量被測金屬導體探頭表面的距離。電渦流式傳感器以及穩定的性能、測量范圍的寬度以及高分辨率等特點被社會各個領域所普遍地采用。其組成部分與一般傳感器的構成是相同的，即：敏感元件，敏感元件是由多股漆包銅線繞制的一個扁平線圈固定在框架上構成的，線圈框架的材料是聚四氟乙烯，該材料的電性能比較好，熱膨脹系數比較小；傳感器元件，主要是說前置器，一般測量電路裝在前置器中，是一個能夠屏蔽外部信號的金屬盒子；彈性元件，彈性元件被置于圓柱彈簧頂部并放在探頭的下面。

2.2 電渦流式傳感器電子秤實驗的原理。電渦流式傳感器主要由平面線圈和金屬渦流片組成，如圖1所示。當線圈中經過高頻交變電流時，與其平行的金屬片上會感應而產生電渦流，電渦流的大小受到線圈阻抗z的影響比較大，但是與此同時渦流的大小與金屬片的電阻率、磁導率溫度以及厚度有著直接的關系，比如當平面線圈、渦流片、激勵源確定時，但是其溫度環境卻沒有變化，這時阻抗與距離x就有著密切的關系，將阻抗變化轉變為電壓信號輸出，則輸出電壓是距離x的單值函數。

從以上兩個公式中可以清楚地獲悉，線圈與金屬導體系統的阻抗、電感都是該系統互感平方的函數，而互感是隨線圈與金屬導體間距的變化而變化的。

3 基于傳感器隨堂實驗教學的現狀而引發的思考

3.1 傳感器隨堂實驗教學的現狀。雖然傳感器隨堂實驗在教學體系中占據重要的地位，而且越來越多的高職院校也加強了在課堂上開展相關實驗的次數，并且取得了不錯的成績，但是其仍然存在不少的問題：首先，隨堂實驗與理論教學之間存在內在的脫節。很多教師在教學中開展實驗的目的并不是為了提高學生的社會實踐應用能力，而是為了完成教學任務而開展的實驗，導致理論教學為實驗教學而服務的本質發生偏移；其次隨堂實驗忽視學生的主動性，很多教師在開展實驗時更多地是按照自己的思路有序地開展實驗教學，而學生則只能被動地觀看教師的實驗操作步驟，教師與學生之間的互動性不強導致學生不明白實驗教學的真正目的；最后，隨堂實驗過于強調實驗平臺，而缺乏自主創新性的實驗。隨著實驗技術的不斷發展，很多高校為了降低成本或者出于保護學生在實驗中人身安全的考慮，高職院校往往會利用某些實驗程序而代替原來的實物傳感器實驗元件，這樣一來導致學生只能按照相應的實驗步驟操作進行相應的實驗，導致學生對實驗本身的內在本質缺乏認識，尤其是不利于學生對相關問題的深入思考。

3.2 完善傳感器隨堂實驗教學的措施。①明確隨堂實驗的地位，提高學生的興趣。提高隨堂實驗在傳感器教學系統中的地位，是提高隨堂實驗教學發展的重要措施，隨堂實驗教學對高職教育的重要性是不言而喻的，因此高職院校要加強對隨堂實驗教學的重視程度，明確隨堂實驗的教學目標，并且對現有的教學模式進行改革，逐漸增加隨堂實驗體系在整個高職教育體系中的比重；同時教師也要創新隨堂實驗的教學模式，將學生納入到實驗教學過程中，提高他們參與實驗教學的積極性，激發他們的發散性思維。②強化預習教學環節。在開展傳感器實驗前要讓學生提前學習與了解與實驗相關的知識點，并且給予學生相應的指導，進而提高學生對實驗的感性認知，保證學生在實驗教學時能夠集中精力學習實驗中的相關知識；同時教師也要為隨堂實驗提供一個寬松的環境，鼓勵學生進行自主創新的實驗。③建立科學合理的實驗課程考核體系。實驗考核應該是學生一人一組獨立設計實驗方案，獨立操作，并在規定的時間內獨立完成實驗，而教師一般不給予指導。考核的內容應選擇具有較大可塑性的實驗，給學生一定的選擇余地和想象空間，便于發揮學生的主動性和培養學生的開拓能力。

參考文獻：

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[2]王孟祿，張振龍.傳感器實驗教學設計與實踐[J].實驗室科學，2014（06）.

[3]劉玉燕，傅彩芬.改革傳感器實驗教學，培養學生創新意識[J].實驗科學與技術，2014（10）.

作者簡介：程豪（1987-），男，江西萬年人，江西現代職業技術學院，教師，本科，電氣自動化；歐陽嵩（1984-），男，江西安福人，江西現代職業技術學院，教師，本科，研究方向：電子信息。