傳感器技術課程教學方法改進與探索實踐

摘要：傳感器技術是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，傳感器對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有著至關重要的作用。通過傳感器技術這門課不僅要培養(yǎng)學生對傳感器原理的掌握，更重要的是培養(yǎng)他們對傳感器的應用能力，甚至是創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力。基于這一理念，對“傳感器技術”課程的教學內容、授課方式和實踐指導進行了探索實踐。通過將授課內容與實際應用相結合的方式，提高了學生學習本課程的興趣，也提高了學生的動手實踐能力和創(chuàng)新思維能力。關鍵詞：傳感器技術；教學改革；拓展引導；創(chuàng)新思維物聯(lián)網(wǎng)技術是信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項熱門技術，所謂物聯(lián)網(wǎng)就是通過各種信息傳感設備，實時采集各種儀器或設備的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結合形成的一個信息網(wǎng)絡。其目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡的連接，方便識別、管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)技術代表著信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，被歐美很多發(fā)達國家所重視，我國也在2009年制定了“感知中國”戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。傳感器在物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)過程中是最基本的原始信息采集設備，其重要性不言而喻。傳感器技術則是講述傳感器設計與應用的一門學科。一、 《傳感器技術》學科的特點（一） 應用性強：傳感器在工業(yè)生產(chǎn)和社會生活中的應用非常廣泛。如，工業(yè)生產(chǎn)常見的用于探測有無金屬物體接近的電感式接近開關，用于流量監(jiān)測的霍爾傳感器，用于機床位移測量的光柵傳感器等等；生活中的常見的傳感器更是隨處可見，電子秤中的應變片傳感器，電熨斗中的雙金屬片傳感器，鼠標中的光電傳感器等等。（二） 原理多且不系統(tǒng)：傳感器技術的內容包括各種各樣的傳感器，每種傳感器都有不同的理論基礎。如，應變片式傳感器的物理原理為電阻的應變效應，光電傳感器的物理原理為各種光電效應，霍爾傳感器的物理原理為霍爾效應，自感傳感器的物理原理為線圈的自感效應等等。各種不同的效應有不同的原理公式推導，而且相互之間幾乎沒有關聯(lián)，無法形成系統(tǒng)的理論。（三） 綜合性強：每一種傳感器的學習都包含了原理到產(chǎn)品的整個過程，這些過程涉及了機械結構設計、靈敏度分析、誤差理論、測量電路設計及其應用等。二、 根據(jù)學科特點分清主次內容進行授課傳統(tǒng)的傳感器教學都是從每種傳感器的原理引入，包括原理概念闡述和理論公式推導，接下來是傳感器的結構以及測量電路等內容，最后對傳感器的應用才做一些簡單的介紹，而且對傳感器的應用介紹側重說明某種物理量的測量，很少有具體的現(xiàn)實應用例子。這種授課內容的順序安排會讓學生學了多種傳感器之后感覺什么都沒掌握，效果不好。筆者在授課過程中，根據(jù)傳感器技術學科的特點，提出并實踐以下三點授課重點。（一） 共性為線——培養(yǎng)學生形成傳感器設計和分析的思維：由于每種傳感器的學習都會涉及靈敏度分析、誤差分析與補償、測量電路設計以及應用特點，所以傳感器技術的主線應該是傳感器普遍的研究內容。通過將不同的傳感器的靈敏度分析、誤差補償、測量電路等內容進行對比學習，鞏固和培養(yǎng)學生學習傳感器和設計傳感器的思維。（二） 特性為輔——幫助學生理解每一種傳感器：傳感器是一門多學科交叉課程，涉及內容廣泛，不同傳感器之間的理論基礎相差太遠。這造成傳感器雖有共性的研究內容，但是不同傳感器也各有各的特點，而不同傳感器的特點也決定了其更適用于哪些場合。比如，應變式傳感器與壓阻式傳感器的物理基礎都是電阻應變效應，二者的區(qū)別在于應變式傳感器以尺寸變化為主，壓阻式傳感器以電阻率變化為主。通過對這些特性的講解，讓學生能夠更好地理解每一種傳感器。（三） 實驗為重——培養(yǎng)和鍛煉學生的傳感器應用能力：傳感器技術的實踐性非常強，學習傳感器技術的一個主要目的是為了提高學生對傳感器的設計和使用能力。為了培養(yǎng)學生對不同傳感器的應用能力，除了在課堂上側重講解傳感器的應用性之外，還必須做好課程的實驗教學配套。課程的基本實驗主要是驗證性實驗，便于加深學生對傳感器原理理解并檢驗學生對各種傳感器測量電路的掌握。三、 傳感器應用拓展引導隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，以前只有通過專門途徑才能購買的工業(yè)產(chǎn)品在網(wǎng)上隨處可見。各式各樣的傳感器都能在網(wǎng)上找到，而且很多基礎傳感器的價格很低。比如普通的箔式應變片只要幾塊錢一片。學生自己動手制作一個電子秤、包括承重托盤、簡易懸臂梁，AD模塊和杜邦線等等總共幾十塊錢。筆者在上課時會把有關信息給出，然后讓學生根據(jù)自己的興趣，幾個人一起買一套，然后動手接線實驗。通過這種方式，引導學生如何通過網(wǎng)絡途徑來獲取需要的材料和設備，實現(xiàn)預期的功能。另外，學生可以以這種方式經(jīng)歷一個較為完整的大學生科創(chuàng)項目完成過程：第一，根據(jù)預期功能和要求，查閱資料，詢問銷售人員，對所需傳感器基礎配件的型號和參數(shù)進行確定。第二，購買相關材料并組裝接線，完成實驗平臺。第三，調試和改進，并對所制作的傳感器進行標定，確定靈敏度參數(shù)和精度等等。在這一學期的傳感器技術授課過程中，筆者給學生做了四種傳感器制作的指導，簡易小型電子秤、煙霧聲光報警器、超聲波測距防撞系統(tǒng)和數(shù)字溫度傳感器，有兩組學生通過大學生創(chuàng)新經(jīng)費采購和制作了電子秤和煙霧聲光報警器。因為不是以作業(yè)形式要求學生，所以有的學生雖然感興趣，但是沒有花時間和精力去做這些事情。以后的授課過程中，筆者會把這種與實際應用接軌的實踐引導形式以課程成績加分的方式對學生進行要求。四、 結論本文對傳感器技術的學科特點進行了總結，并根據(jù)學科特點對傳感器技術的教學內容、授課順序與教學重點做了調整和改進。學生根據(jù)新的授課順序和重點講解，對傳感器技術的內容有了更好的掌握。另外，在授課過程中，為學生指導了多個與實際應用接軌的創(chuàng)新性實驗，很好地提高了學生的實踐能力。通過這些對傳感器技術教學的初步探索與改革，雖然在一定程度上提高了該課程對學生的培養(yǎng)質量，但傳感器技術的教學改革任重道遠。在今后的教學工作中，要努力把教學內容與傳感器的實際應用緊密結合起來，讓學生學過這門課就能掌握傳感器的設計和使用，而不是只記住一套套繁雜的理論和公式。參考文獻：[1] 孫丹兒，韋斯林.國外科學教育中傳感器技術教學研究及啟示[J].遠程教育雜志，2012，30（5）：50-55.[2] 曹松銀.物聯(lián)網(wǎng)控制基礎課程教學改革的探索與實踐[J].考試周刊，2017（7）：17.[3] 蔡丹丹.物聯(lián)網(wǎng)時代傳感器技術在教育領域的應用與反思[J].黑龍江科技信息，2017（12）：4.作者簡介：李福東，江蘇省揚州市，揚州大學信息工程學院。