《傳感器與檢測技術》實踐教學的探討

寧小波 洪求三

（巢湖學院，安徽 巢湖 238000）

《傳感器與檢測技術》是電氣自動化、電子信息工程及機械電子工程等專業的一門專業必修課程，主要講授檢測技術和測量系統的基本知識、各種類型傳感器的組成結構、基本原理、檢測電路和應用場合等方面的內容[1]。在課程進行的教學研究中，我們根據該門課程具有的特點，不斷地對教學內容與方法進行多方面的探索，注重實驗和實踐教學，努力增強學生的動手能力與實踐操作意識。本文從《傳感器與檢測技術》課程特點出發，分別從設計思想、具體措施和考核體系等三個方面對實踐教學進行了有益的探討。

1 實踐教學活動的設計思想

目前傳感器技術的發展歷程可分三個階段。第一個階段為結構型傳感器，主要利用傳感元件結構參數的變化達到信號轉換的目的，如電感、電容、電阻等電參量。第二個階段為固體型傳感器，這種類型傳感器主要利用磁性材料、電介質、半導體等固體元件某些特性制作而成。第三個階段為近幾年發展起來的智能型傳感器，它融合了檢測技術、通訊技術和計算機技術，具有一定的智能信息處理能力。未來的傳感器將會不斷地采用新工藝、新材料來提高和優化傳感器的性能，傳感器技術也將越來越先進，其種類越來越豐富。傳感器正由傳統型、分立式朝向智能化、微型化、網絡化的方向發展[2]。

傳感器技術的發展歷程決定了“傳感器與檢測技術”課程具有如下特點：

1.1 多學科交叉融合

《傳感器與檢測技術》課程教學包含了物理、電子學、材料學、數學、生物科學、化學以及計算機科學等多方面知識。

1.2 操作性強

由于傳感器技術需要實踐操作，僅靠傳統的理論課堂教學已經很難將各種類型傳感器、測試儀器、測試方法的學習使用，以及測試系統的組成應用等教學內容以良好的教學效果傳授給學生，所以《傳感器與檢測技術》課程教學必須輔以一定比例的實驗或實踐教學課時，培養學生具有選用和使用各種類型傳感器的基本實踐技能，提升學生具有利用傳感器進行設計和開發檢測裝置的應用能力和調試能力。

1.3 傳感器技術更新周期短

新材料、新技術的使用使傳感器技術日新月異，測試方法和手段種類也日益繁多。特別是互聯網技術的發展，傳感器技術進一步融合了網絡技術，通過網絡可對傳感器的現場檢測數據實現遠程采集、監測與處理[3]。

因此，隨著傳感器技術的不斷發展，《傳感器與檢測技術》課程教學對教師和學生提出了更高的要求[4-6]。由于該門課程的每一章節的內容均或多或少地涉及到實踐教學內容，所以本課程實踐教學的設計思想是在掌握各種類型傳感器的基本結構和工作原理的基礎上，通過實踐教學加深學生們對各種常用傳感器的性能特點、使用場合及其在工程測試系統應用中的認識。

2 實踐教學活動的具體措施

2.1 課堂演示教學法

許多學生在接觸這門課程之前，對傳感器技術并不是十分了解，有時即使遇到，甚至接觸過，但也可能熟視無睹。因此，在進行課堂教學中，可以通過介紹生活中常見的各種實際應用案例，比如電飯鍋、電梯等電氣設備的工作過程以及校園卡刷卡消費等，采用多媒體通過聲音、視頻展示溫度傳感器、光電傳感器、磁電傳感器等生活中各類傳感器實際使用情況，增強學生對傳感器這門課程的好奇心和感性認識。

2.2 實驗項目教學

在實驗教學中，我們可以一方面有意識地保留應用型實驗教學的基本學時數，另一方面酌情增加綜合型、設計型實驗項目的比重，來提高學生的動手實踐能力。可以組織如下的實驗項目教學形式：

2.2.1 應用型實驗教學項目

應用型實驗教學可以選擇具有代表性的4個實驗，每個實驗項目2個學時。比如分別為1）電阻應變片-全橋實驗；2）熱電偶測溫實驗；3）電容式位移傳感器測距實驗；4）差動變壓器位移測量實驗。其內容基本上涵蓋了課程教學的多個方面，可使學生較為系統地掌握傳感器的工作原理和專業知識應用能力。

2.2.2 設計型實驗教學項目

設計型實驗教學主要培養學生解決實際問題的能力，包括設計能力、動手能力和一定的創新能力；此外，還進一步培養了學生學習本課程的興趣和熱情。主要步驟如下：1）根據給定設計要求，確定檢測系統設計的初步方案；2）選擇合適傳感器型號、設計信號調理電路；3）設計并制作以單片機為處理器的硬件電路；4）對檢測信息進行C語言處理程序的設計，并進行編譯與調試。通過設計，使學生感受到檢測系統設計方案的初步訓練、具有初步對檢測系統的分析與設計能力。

2.2.3 綜合型實驗教學項目

綜合型實驗是通過自行設計制作實用電路，應用傳感器的最小檢測系統完成實驗。實驗方法可以是教師提出要求學生拿出具體方案或參考教師設計方案，最終要求學生獨立制作完成并實現基本功能。設計一些常見的綜合型實驗項目，作為選做實驗項目，比如計算機溫度PID控制實驗、轉速PID控制實驗等。綜合型實驗項目的目的在于讓學生掌握各種傳感器的正確使用方法，結合實用電路與傳感器的具體實踐，提高學生綜合運用所學知識的能力。

2.3 課程設計教學

根據人才培養方案的要求，可以安排一定專門時間進行各類傳感器檢測技術的課程設計教學，通過具體工程的測量要求來進行設計、制作以及調試等一系列實驗任務，激發學生的學習與動手的興趣，培養學生的工程思維和實踐技能。題目的制定可以多種多樣，主要是將與日常生活聯系緊密的一些檢測技術的應用與所學的知識相結合。比如，要求學生依據課程設計任務書設計一個簡單的傳感器檢測系統，從確定系統初步設計方案、傳感器及電路元件的選擇、再到設計信號放大調理電路和與單片機相連的接口電路等，均要求學生獨立完成設計和動手操作并測試，指導教師只是給予必要的啟發性指導，盡可能給學生最大的自主空間，充分調動學生的積極性和創造性。以轉速報警系統為例，只給一些霍爾傳感器、電阻與二極管等電子元件、單片機、蜂鳴器、面包板、導線等器件，學生利用元器件在面包板上進行布線、編程及測試。當學生親眼看到自己的檢測系統能夠按照設計要求進行報警時，會產生一種莫大的成就感。在檢測系統測試成功之后，學生必須利用Protel軟件繪制相關電路設計圖及印刷電路圖，掌握電氣設備、電子元件等基本繪圖能力，為學生的畢業設計和今后成為專業技術高級應用人才奠定基礎。

學生應在指定的時間范圍內，提交完成基本功能的檢測系統樣品和相關的設計報告等。同時在借鑒前人的工作基礎上，引導學生從不同角度觀察問題，培養學生提出問題、解決問題的能力，實現創新設計。另外鼓勵學生參加學校每年一度的大學生科技創新活動、大學生電子設計競賽等面向大學生的科技活動。

通過各種綜合性的課程設計及工程化的實訓項目，能夠鍛煉學生熟練操作各種傳感器、電氣元件與單片機之間的電路連接，以及各種電工儀器使用的能力，如數字萬用表、示波器、穩壓電源、電烙鐵等，同時也能夠培養學生借助儀器獨立排查電路故障的能力，使他們在各種實踐活動中能夠充分融合所學的各種知識，鍛煉成為工程師所必備的基本素質和基本技能。

3 注重實踐環節，改革考核體系

針對《傳感器與檢測技術》課程的教學特點，對現有的考核方式進行進一步的優化。考核內容注重體現學生對各類傳感器和檢測系統的實際使用能力的檢測，降低理論課程考試成績所占比重，可從以下幾個方面進行考核：

第一，根據學生的平時上課的學習情況記錄，包括上課的出勤率、遲到早退以及布置作業完成情況，任課教師對此進行評定，此項占總成績的10%；

第二，實驗教學項目（共16學時）。實驗教學項目主要由應用型實驗項目、設計型實驗項目和綜合型實驗項目三部分組成，根據學生的完成情況進行評分，此項占總成績的40%，具體如下：

（1）應用型實驗教學項目（共8學時）。根據實驗操作過程的完成情況和實驗報告的數據記錄、處理情況進行評定，此項占總成績的20%；

（2）設計型實驗教學項目（共4學時），此項占總成績的10%。學生以4人為1組，必須完成一項設計型實驗項目。該項目的主要教學目的是指導學生掌握各種常用儀器儀表的使用，以及常用傳感器和電氣元件的選用及使用，培養學生具備一定的傳感器檢測系統的設計能力和專業知識的綜合運用能力，同時也促使學生養成良好的協調能力和團隊合作精神。

（3）綜合型的實驗教學項目（共4學時），此項占總成績的10%。以小組為單位（人數一般不超過5人），學生必須完成一項綜合型實驗項目。該項目的教學目的主要讓學生掌握多種傳感器在同一測試系統中的不同作用，有利于培養學生具有在實際工業過程中綜合使用傳感器的能力。

第三，理論課程（共24學時），需要通過考試進行評定，此項占總成績的50%。根據應用型本科院校人才培養方案的要求，理論課程考試是整個考核體系必須進行的一個環節。課程教學主要是培養學生對各種傳感器的基本原理、結構及檢測電路的構成必須有一定的了解和認識，這將為學生日后的從事各種測試系統的實際開發工作提供有益的幫助。

4 結束語

教師在“實踐中教”，學生在“實踐中學”，能夠充分調動學生的學習主動性和積極性，有利于培養學生獨立分析和解決工程實際問題的能力，也有利于提高教師不斷進行知識更新的求知欲，促進教師實踐能力的進一步提升。隨著科學技術的日益進步，傳感器技術也將不斷提高，這對《傳感器與檢測技術》課程的實踐教學內容以及任課教師的實踐教學能力必然都提出了新的要求。因此，我們將與時俱進，緊跟傳感器技術發展的前沿，不斷地調整《傳感器與檢測技術》課程的實踐教學內容，改進實踐教學的方法，豐富實踐教學的手段，完善對學生學習該門課程的考核體系，注重于實踐，促進學生將所學知識與實際解決問題的能力進行融合，使學生畢業后能夠較快地適應相關企業和公司的需要。

[1]徐科軍.“傳感器與檢測技術”課程建設探討[J].電氣電子學報，2009，（6）：23-24.

[2]吳建平.傳感器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2012：1.

[3]徐科軍，馬修水.傳感器與檢測技術[M].北京：電子工業出版社，2004：9.

[4]袁向榮.項目驅動教學法在“傳感器與檢測技術”課程中的應用[J].中國電力教育，2011，（26）：92-93.

[5]朱笑花.“傳感器與檢測技術”實驗課教學改革探討[J].長春師范學院學報（自然科學版），2013，（2）：135-137.

[6]李小玲.傳感器與檢測技術在機電一體化系統中的應用[J].現代電子技術，2006，（1）：121-122.