電氣專業傳感器與現代檢測技術課程的教學現狀與改革實踐

楊 琛 周 悅 霍海波 匡興紅 呂春峰

上海海洋大學工程學院 上海 201306

1 傳感器與現代檢測技術課程教學現狀

1.1 課程基本情況

傳感器與現代檢測技術(以下簡稱“檢測技術”)被定為我國高校電氣工程類、自動化類、機械工程類和機電工程類各專業的專業基礎課。在我校，檢測技術是電氣工程專業的重要專業必修課程和核心課程，也是機械制造機電一體化、電信通信等專業的重要課程。

以電氣專業為例，檢測技術課程總共48學時，其中理論教學32 學時，實驗教學16學時。主要講授系統的基本概念，傳感器的一般分析方法，各類傳感器的工作原理、特性和應用以及非電量檢測方法。如圖1所示，檢測技術課程既是前期理論課的延續，又是學習其他專業課、實踐課程的前提，是一門專業核心課程。可以說，檢測技術在電氣工程及其自動化專業學生專業素養和能力培養中起著承前啟后的橋梁作用，在整個課程體系中具有重要地位。

圖1 檢測技術在課程體系中的地位

1.2 課程特點

檢測技術課程具有典型交叉學科的特點[1-4]，具體如下。

1.2.1 知識理論系統性較強、涉及學科面廣

課程中的知識點涉及多個學科，包括各種傳感器、系統特性、信號分析與處理、信號的中間轉換、信號的顯示與記錄等。學習本課程需要一定的基礎理論知識作鋪墊，且又是學習有關后續專業課程的基礎。

1.2.2 知識抽象、知識點分散

該課程的內容分布在不同章節，知識概念處于離散狀態，難以堆砌在一起，因此不利于掌握知識全貌。另外，從內容編排順序上是按照先整體后局部的思路進行的，即先介紹信號的分析與處理、系統特性，然后才是構成測試系統的傳感器、測量電路及信號的顯示與記錄部分。雖然邏輯性很強，但按照這一順序講解，學生一開始就進入比較抽象的信號和系統,理解很困難。

1.2.3 基礎理論比較成熟

雖然電子技術發展很快，新器件、新電路日新月異，但其基本理論已形成相對穩定的體系。有限的學時教學不可能包羅萬象、面面俱到，課程學習的重點是學習和掌握基本概念、基本分析和設計方法。

1.2.4 實踐應用綜合性較強

本課程是一門實踐性很強的技術課程，課程的教學應加強實踐環節和動手能力的培養。

2 基于課程群的教學改革探討

2.1 課程教學手段改革

2.1.1 合理安排教學計劃及教學內容

合理安排教學計劃及教學內容是順利完成教學任務、提高教學質量首要解決的問題。根據教學目標，檢測技術課程教學內容以傳感器的工作原理、結構和檢測技術為核心，以培養學生實際應用能力為目標，主要內容包括檢測技術的基本知識、典型傳感器及檢測電路、檢測技術及應用和新型傳感器知識。其中，典型傳感器及檢測電路部分是課程重點，包括應變式、電容式、電感式、壓電式、熱電式、磁電式、數字式等傳感器的基本結構、工作原理以及各種傳感器的常用測量電路介紹。

2.1.2 采用基于項目驅動的教學方法

在教學中，為使學生由被動聽講變為主動探求、自主學習，達到掌握知識、學會技能的目的，在教學過程中采用項目驅動的教學方法。在教案設計上，根據教學大綱和教學知識點設計項目，通過完成一個項目任務認識不同的傳感器及其性能指標，檢測電路及應用。在執行過程中，教師在課前發布項目任務，學生通過查找資料、小組討論等活動完成任務，教師只在必要時對學生進行指導和幫助，起到引導的作用。

2.2 實驗設計及安排

認真構思實驗項目，創新性實施“實驗在前，理論在后”的教學模式。實驗課程通常是在理論學習之后安排，在項目實施過程中，打破傳統，通過合理的設計實驗項目逐步將實驗提前，讓學生在進行理論學習前就進入實驗室完成對應實驗項目。項目實施期間修改課程實驗大綱，并且改編實驗指導書。實驗內容包括7個傳感器的性能測試實驗和4個檢測控制系統綜合實驗。創新性采用了實驗先行的理念，在理論學習前完成對應傳感器實驗。學生通過對相關理論知識的預習，自主完成實驗設備搭建、性能測試。通過這一環節學生對每種類型傳感器結構、使用方法、測量對象有了初步的了解；在課后實驗報告的撰寫過程中對測試數據的分析使得學生對傳感器的性能進行分析；通過“實驗測試→數據處理→理論知識”學習讓學生自主完成透過現象看本質的過程。

2.3 將理論教學、實驗教學和創新有機結合

檢測技術是一門實踐性很強，理論要求也高的課程。為了讓學生更好地掌握理論并學以致用，教學過程中，將課堂教學延伸到課外，除了完成必要的理論學習、實驗項目，還需要完成一些課外加分項目。以小組為單位，完成基于某種傳感器的應用設計、制作和演示。通過此環節讓學生更多地使用傳感器，并且將以前的模電、數電、微機、單片機等知識調用起來，完成簡單的檢測系統制作。實施兩屆后，學生以組為單位圍繞傳感器、檢測主題完成小論文12篇、硬件小作品14個。主要涉及電子秤、紅外計件、濕度檢測、樓道聲控、光電傳感器紙張檢測、溫度檢測等多方面。學生自主設計、討論、制作，并利用課堂進行了展示和答辯。

2.4 改革效果

課題組對檢測技術課程進行了深入改革，通過教學大綱調整、課堂內容改革、教學組織項目多樣化，鼓勵學生創新，很好地培養了學生的自主學習能力、組織能力、探索能力、表達能力和綜合能力。同時，該課程的教學立足于課程群教學體系，讓學生對相關課程的理論知識和實際應用有了整體的把握。體現在以下兩方面。

(1)通過教學改革實施，該課程的教學各方面有了很大的提升，也得到了學生的認可。學生通過該課程獲得基于檢測技術或傳感器技術的設計性報告10多份。通過作品的制作、小組演示、課堂答辯環節提高了學生的學習興趣，并將課堂的知識轉化為實際應用。

(2)通過課程設置讓學生初步掌握了利用傳感器實現檢測系統的方法，同時培養了學生的自學能力，激發學生的創新熱情。筆者利用課余指導電氣學生圍繞現代檢測技術、物聯網技術進行創新作品研發，在兩年間多次獲得全國各類各級創新競賽大獎。

3 結語

從具有工程背景的問題出發，設計教學，引導學生積極主動學習，運用所學的知識解決問題，真正體現了“ 以學生發展為本，以培養學生創新能力為核心”的教育思想。將其運用在檢測技術課堂教學中，不僅有利于教學目標的實現，也為應用型、創新型人才培養打下了扎實的基礎。該課程的嘗試可以進一步在課程群其他課程中推廣。