基于納米技術(shù)和器件對傳感器原理與應(yīng)用新教學(xué)的探討

占世平+代媛

（1.湖南科技大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院 湖南湘潭 411201；2.湖南科技大學(xué)外國語學(xué)院 湖南湘潭 411201）

摘 要：隨著近年來納米技術(shù)的發(fā)展和新型納米器件的不斷涌現(xiàn)，極大程度上改變了人們的生活方式。而這些看似功能豐富的器件究其本質(zhì)來說得益于不同類型和功能的新型傳感器的集成和組裝。本文從納米技術(shù)和器件的視角對傳感器原理及應(yīng)用這門課的存在的問題以及教學(xué)方式進(jìn)行新的探討，進(jìn)而尋求一種與時俱進(jìn)和學(xué)以致用的新型教學(xué)方式。

關(guān)鍵詞：納米技術(shù) 傳感器 教學(xué)方式 學(xué)習(xí)效果

引言

隨著近年來電子科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，涌現(xiàn)出諸多令人驚嘆的科技產(chǎn)品，例如谷歌的無人駕駛汽車、微軟的全息眼鏡、蘋果的智能手表等等。這些高科技電子產(chǎn)品改變了人們的生活方式，并且創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益，為人類社會帶來了重大變革。而它們得以正常工作的一個關(guān)鍵便是其內(nèi)部各式各樣的傳感器，且絕大多是微納米傳感器。微納米傳感器的發(fā)展得益于納米技術(shù)的革新，其性能較傳統(tǒng)傳感器具有體積小、集成度高和性能卓越等優(yōu)勢[1-2]。《傳感器原理及應(yīng)用》這門課程作為學(xué)生認(rèn)識傳感器的窗口，是物理相關(guān)專業(yè)、電氣信息類專業(yè)基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)方向課， 在教學(xué)中占有重要的地位。

一、問題與討論

然而一直以來，學(xué)生關(guān)于《傳感器原理及應(yīng)用》這門課程的學(xué)習(xí)效果卻不盡如人意，主要存在這樣一些問題：（1）該課程包含了諸多高技術(shù)學(xué)科的交叉，不易于學(xué)生掌握，且對教學(xué)提出了可更高的要求。（2）對于大多數(shù)的傳感器教材[3-6] 來說，其章節(jié)的劃分都是根據(jù)傳感器的工作原理進(jìn)行分類的，如應(yīng)變式、電容式、壓電式等。內(nèi)容劃分太過于刻板，浮于表面。而對當(dāng)前一些的電子科技前沿領(lǐng)域新動態(tài)、新成果極少涉及，存在書本理論與當(dāng)前實際生產(chǎn)、應(yīng)用以及科學(xué)研究相互脫節(jié)的現(xiàn)象；（3）學(xué)生對該課程的應(yīng)用前景以及課程的意義缺乏深入的認(rèn)識，對該門課程的定位不夠明確，因而無法激發(fā)學(xué)生自身的學(xué)習(xí)興趣。因此，《傳感器原理與應(yīng)用》該如何在調(diào)整知識結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力及科研素質(zhì)方面發(fā)揮其應(yīng)有的作用，這已成為我們亟需解決的問題。

二、方法與策略

針對傳感器課程教學(xué)中所出現(xiàn)的這些問題，也有諸多學(xué)者從不同角度對此進(jìn)行了探討[7-9]。這里，我們以微納米傳感器的研究為載體，以創(chuàng)新教學(xué)方式為手段，將傳感器基本理論與微納米傳感器的研究、應(yīng)用實際相互結(jié)合，開展新型《傳感器原理與工程應(yīng)用》教學(xué)與課程建設(shè)的研究和探索。

首先，要闡明該門課程的重要性和關(guān)鍵性。提升學(xué)生對《傳感器原理與工程應(yīng)用》這門課在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)、信息產(chǎn)業(yè)、環(huán)境保護和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的認(rèn)知與應(yīng)用，了解當(dāng)今傳感器領(lǐng)域的研究和應(yīng)用動態(tài)。

其次，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實踐的能力。將書本基本理論知識應(yīng)用于實踐，并進(jìn)行大膽拓展。當(dāng)融入微納米技術(shù)時，或?qū)⑺鶎W(xué)宏觀領(lǐng)域中的傳感器知識應(yīng)用于微觀領(lǐng)域，可以制造出諸多性能優(yōu)異的傳感器件來。如一種微米級的高靈敏度氣體生物傳感器其本質(zhì)就是利用了課本中電阻式傳感器這一章節(jié)的基本原理來實現(xiàn)的，類似例子還有很多，值得探究學(xué)習(xí)。這一拓展性和創(chuàng)新性的融合能使學(xué)生的思維方式得到很好地鍛煉。

第三，夯實學(xué)生在傳感器領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論知識，擴展學(xué)生的知識面，激發(fā)學(xué)生的求知興趣。要做到學(xué)以致用，基礎(chǔ)知識是根本。通過該教研項目的實施，有助于增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探索的興趣和能力。

最后，對微納米傳感器的前沿應(yīng)用和理論知識進(jìn)行調(diào)研和整理。遴選出與課程教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系的部分研究新成果和新動態(tài)，建立納米傳感器與書本傳統(tǒng)傳感器相互關(guān)聯(lián)、橫向知識與縱向知識緊密聯(lián)系、基礎(chǔ)理論與前沿應(yīng)用融為一體的教學(xué)體系與框架。

結(jié)語

本文從納米技術(shù)和器件的視角對傳感器原理及應(yīng)用這門課的教學(xué)方式進(jìn)行新的探討，對當(dāng)前課程教學(xué)中存在的問題進(jìn)行了探討和分析，并為尋求一種與時俱進(jìn)、能夠讓學(xué)生學(xué)以致用的新型授課方式提供了可行的操作方案和策略，在提升傳感器原理與工程應(yīng)用這門課的教學(xué)效果方面具有一定的參考價值。

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作者簡介

占世平，男，1986年出生，講師，理學(xué)博士，研究方向為納米光學(xué)材料和器件