“傳感器技術”課程教學改革方法探論

現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態。沒有傳感器，現代化生產也就失去了基礎，因此傳感器在工業領域具有舉足輕重的地位。目前國內高校很多工科專業都開設了“傳感器技術”這門課，并且作為很多專業的一門非常重要的基礎理論課。筆者在一所工科大學里從事“傳感器技術”的教學，在十幾年的教學過程中發現，該門課程存在著教材內容知識老化、被動式教學、實驗器材過于集成等問題，進而導致教學效果不理想。通過教學過程中不斷的摸索，總結了一些改革方法，本文就此作了探討。

一、理論教學環節改革方法

1.教學內容。（1）知識老化問題與改進措施。目前國內高校使用的教材大多都存在著內容十幾年甚至幾十年不變的問題，“傳感器技術”也沒能例外，以筆者使用的傳感器技術課本為例，書本大量介紹的還是以傳統的電阻式、電容式、電感式等經典傳感器為主，新式傳感器例如光纖傳感器和集成傳感器的介紹則還停留在幾年甚至十幾年以前的初期水平，遠遠滯后于當前的發展程度。尤其是物聯網技術迅猛發展的今天，網絡傳感器已經廣泛應用于人們的生產生活，但是本教材卻絲毫沒有涉及。為了解決教學內容老化滯后的問題，筆者在教學過程中，針對每章的內容，查找該類傳感器最新的發展動態并制作成PPT，然后在本章結束的時候利用一節課的時間給同學們進行講解。如果恰巧該新式傳感器在筆者研發項目中有應用，則將該項目整體做成PPT與同學們進行分享。這樣教學內容就會緊跟時代發展步伐，從而使學生不僅了解了該傳感器的基本理論知識，也能對目前發展階段和發展趨勢有了深刻的認識。

（2）理論公式推導過多及解決辦法。筆者認為傳感器這門課主要的任務是了解傳感器原理、特性，能夠根據項目需求正確選擇和使用傳感器，重點是教會學生應用而不是理論推導。教材在某一類傳感器開始的章節，會通過大量的公式推導，試圖告訴學生該類傳感器理論基礎和依據，結果卻是過程繁雜且抽象的公式推導占據了課堂的大部分時間，大部分學生由于遺忘了相關的數學和物理知識而聽得非常吃力，久而久之學習興趣也被枯燥的推導消磨殆盡。這樣不僅占據了大量的課堂時間，還導致一部分學生徹底失去學好這門課的信心，效果非常不好。最近兩年，教材編寫者也注意到這些問題，刪除了一些章節的一部分公式推導，如“電感傳感器”一章中原來的大量涉及電磁場的公式被刪除，但是還是存在理論公式過多的問題。就筆者看來，公式推導完全沒有必要，那是數學和物理的教學范疇，而不應該是“傳感器技術”的教學內容。筆者依據這個思想，在近兩年的教學過程中，遇到理論公式不再進行推導，而只告訴學生公式以及各個參數的意義，告訴學生該傳感器測量的理論基礎。實踐證明，這樣的做法大大減輕了學生的學習負擔，提高了學生的學習興趣。有利于將節省下來的課堂時間用于為給學生介紹新的知識以及學生自主參與傳感器教學。

2.教學方法。（1）先理論后實踐改為邊理論邊實踐。“傳感器技術”課堂教學采取理論聯系實踐的方法已經成為共識。但是理論和實踐即課堂教學和實驗教學如何安排是一個值得探討的問題。據筆者和其他老師交流來看，目前普遍做法是整本書學習完畢后，再上實驗課，甚至第一學期是理論課，第二學期上實驗課。從筆者十幾年的教學效果來看，這種方法不是很好，因為當學習理論課的時候對內容沒有感性的認識，完全是靠圖片或者文字描述，學生不知道傳感器具體什么樣子、怎么安裝、怎么使用、看不見摸不著，就激發不了學生的學習興趣，而在做實驗的時候，由于相隔了一段時間，實物又和理論對不上號，傳感器什么原理、什么結構、有什么特性等大部分都忘記了，這樣即使實驗做完了也仍然和書本上的理論知識對不上號。針對這個問題，筆者近兩年采用了以下措施：學生學習一類新的傳感器之前，先安排到實驗室，由老師介紹傳感器在實驗臺的位置，觀察其外形以及安裝方式，然后由老師做一個基礎實驗，讓學生觀察實驗過程和實驗現象。通過實驗，學生對傳感器有了感性認識，自然而然地就會想知道背后的原理，這時候再進行理論學習就能大大提高學生的學習主動性，接著在一章學習完畢后，立即安排實驗課，趁熱打鐵，這樣學生在實驗過程中就能將理論聯系實際了。

（2）被動式教學改進方法。現在的課堂教學都強調老師和學生互動，但是一般還是老師說、問，學生聽和回答，仍然屬于被動式教學，效果并不明顯。為了改變被動式教學局面，結合傳感器教學的特殊性，筆者總結出一個新的模式，即學習一章新內容時，把學生分成若干組，組內同學通力合作查詢資料撰寫一篇有關即將要學習的傳感器的論文，主要是涉及傳感器的應用并形成PPT，在課堂上每組推出一名同學上臺講解，然后由老師和同學評選且成績納入平時成績。該方法一經實行，大大提高了學生的課堂參與度，不僅起到了預習課本知識的作用，更是通過調研讓他們明白傳感器不再是虛無縹緲的東西而是與自己的生活息息相關的，從而大大激發了學生的求知欲和學習興趣，活躍了課堂氣氛，提高了學生的主觀能動性，課堂效果非常好。

二、實驗教學環節改革方法

1.實驗器材。學校采用的實驗平臺功能齊全，配套的實驗教材完備，但是從筆者的角度來看，存在這個實驗模塊集成度過高、操作步驟過于簡單、學生參與度過低的問題。整個實驗過程學生只需要按照實驗操作說明書接接線，然后讀取儀表數值即可，完全搞不清整個實驗的原理、流程，甚至實驗完畢后不知道傳感器在哪里。筆者認為，傳感器實驗器材應該讓學生了解并參與測量的每一個步驟，而不是把器材做成一個黑匣子，讓學生只能接觸到輸入和輸出，而應該將每個關鍵步驟都留出接口，讓學生自主選擇，由于錯誤的接法會帶來錯誤的結果，這樣學生就會邊做邊思考，通過現象了解本質，從而達到理論聯系實踐的目的。

2.實驗內容。實驗內容是和教材配套的，由于教材內容存在內容滯后的問題，因此實驗內容也存在內容過于陳舊的問題。筆者的做法是通過自制設備，盡可能讓學生接觸到新式傳感器及其應用。目前國家提出“智能制造”“互聯網+”等戰略規劃，這些概念的一個很重要的核心技術就是物聯網技術。所謂物聯網技術其實就是將獨立的儀表、傳感器、設備等通過網絡連接在一起，實現互聯互通。因此，筆者認為有必要讓學生了解并接觸到物聯網。筆者研發了一套物聯網傳感器實驗設備，并配套了實驗教材，內容涉及傳感器、互聯網、電路、編程等方面的知識。通過這套實驗裝置，學生不僅熟悉了傳感器知識、網絡知識還鍛煉了編程能力。另外一個問題就是有的實驗內容設置簡單重復，往往安排一節課的時間，學生卻幾分鐘就做完了。筆者認為可以把這幾個傳感器集成到一個模塊中，做不同的實驗只需更換傳感器即可。同時傳感器的更換要讓學生自主接線，這樣有利于增加學生對傳感器的認識以及增加實驗的參與度。

通過這幾年的實踐證明，該方案拓展了學生知識面，激發了學習積極性、主動性，鍛煉了學生的科研能力，也提高了學習成績，得到了學生和學校的普遍認可。