對“傳感器原理與應用”教學內(nèi)容更新的探索

杜立峰 李麗華

[摘 要]該文針對傳感器原理與應用這門課程在教學內(nèi)容上的滯后性，探討了一些解決方法。首先，在理論課上，采用翻轉(zhuǎn)教學的教學方法，讓學生自主學習，在學習的過程中自己追蹤科技前沿。其次，在實驗課上，采用單片機和傳感器相結合的方式，開展綜合性實驗項目。讓學生獨立采購、接線、編寫代碼完成實驗設計，真正做到學以致用。

[關鍵詞]翻轉(zhuǎn)教學;傳感器技術;課程改革

[作者簡介]杜立峰（1985—），女，山東臨沂人，碩士，四川大學錦城學院電子信息學院講師，主要從事腦機接口研究。

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）33-0301-02[收稿日期] 2020-01-12

一、概論

傳感器原理與應用是電子和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)基礎課，是一門理論與實踐結合緊密的綜合性學科。這門課程主要介紹了溫度傳感器、壓力傳感器、壓電傳感器、磁電傳感器、光電傳感器、溫濕度傳感器等幾種常見傳感器。內(nèi)容涉及這些傳感器的物理化學效應、結構設計、性能參數(shù)和測量電路等。另外，再配上傳統(tǒng)的傳感器綜合實驗平臺進行一些驗證實驗。

隨著科技的迅猛發(fā)展，新型傳感器層出不窮，比如MEMS加速度傳感器、陀螺儀、新型可穿戴傳感技術等，然而，這些新技術、新應用雖然是學生最感興趣的，卻并沒有在傳統(tǒng)課堂上得到更新。另外，傳感器綜合實驗平臺上的實驗儀器過于簡單，與市場上的傳感器差別很大，學生無法學以致用。因此，怎么更新這門課程的知識，怎么學以致用是迫切需要解決的問題[1-3]。本文從兩方面進行探索，一是從理論課入手，采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，通過學生自己來追蹤傳感器的熱點。二從實驗教學入手，采用全新的實驗平臺，提高學生的動手能力，并使其能夠做到學以致用。

二、結合翻轉(zhuǎn)課堂對教學內(nèi)容進行更新

翻轉(zhuǎn)課堂是一種全新的教學模式，完整的過程分為三部分：課前學生自主學習，課中學生探討，課后學生鞏固[4，5]。該模式以學生為主，老師為輔，充分調(diào)動了學生的積極性。在傳感器原理與應用這門課程中采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式能夠讓學生自己發(fā)現(xiàn)新知識，達到事半功倍的效果[6，7]。具體教學設計過程如右圖所示。

1.課前。以光纖傳感器設計為例，在每次上課前3—7天，老師首先發(fā)布關于光纖傳感器的基礎知識，比如光纖結構、光纖傳光原理、光纖基本參數(shù)等知識點。發(fā)布的形式可以是視頻、PPT等。另外，老師發(fā)布應用實例設計的任務，比如設計一種可以測量位移、速度、角度、轉(zhuǎn)速的光纖傳感器。學生需要在課前完成基礎知識的學習，以組為單位完成應用實例設計的任務。在這個過程中，學生通過自己查閱資料，就會了解到新型的傳感器有哪些以及可應用在哪些領域。比如在進行角度光纖傳感器設計時就會了解到光纖陀螺儀的原理與應用。同時，這個過程還會提高學生的參與度。

2.課中。上課時，為了保證每一名學生都能夠參與到教學活動中，教師可以將班級學生劃分為不同學習小組，將教學任務轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌淖灾魈剿鲉栴}發(fā)放至每一個學習小組。要求學生根據(jù)自己在課前所查閱的資料以及教師所發(fā)布的實例設計任務，來解決問題并且得出相應的理論知識。這樣學生所獲得的知識不再是從教師的教學中得來，而是通過學生自己努力探究而來，學生對于知識的掌握將會更加深刻。同時為了保證學生的自主探究能夠順利的展開，教師在學生自主學習過程中也并不是說完全能夠放手讓學生自由發(fā)展。教師需要做好教學引導工作事先為學生講解，在自主學習過程中可能會遇到的問題和解決方案。同時教師也應當參與到學生的小組討論中去，及時發(fā)現(xiàn)學生在自主學習過程中所遇到的問題，給予學生具體的解決思路保證課堂教學可以順利的展開。隨后后教師可以讓學生以組為單位匯報其基礎知識學習情況，也可以開展課堂測驗檢測學生的學習效果。接著由每個組進行成果展示，匯報自己組的應用實例設計任務完成情況。期間，同學們可以在老師的引導下相互討論。最后，老師針對學生的匯報與討論總結知識點，并進行答疑。需要注意的是，教師要在學生發(fā)表個人觀點時，總結歸納學生的具體學習狀態(tài)以及學習薄弱點，以此來改進教學，這樣在接下來的教學與未來復習中能夠提高教學針對性，專門提高學生的學習薄弱點。

3.課后。為保證學習質(zhì)量，老師可以在課后布置作業(yè)以進行知識鞏固。課后作業(yè)的類型可以分為理論與實踐兩方面，理論知識主要以書面作業(yè)為主，但在課后書面作業(yè)中，教師需要盡可能核知考核知識點出現(xiàn)重復性，需要結合教學內(nèi)容將傳感器原理與應用按照工作原理分類、測量分類、敏感材料分類和能量關系分類以及應用領域分類，以此來增強課后作業(yè)的考核針對性。而課后實踐性作業(yè)，則要求學生利用相關實驗器材來完成課堂理論知識的驗證與實際應用，在實驗過程中強化學生對理論知識的理解，也提高了學生的實際動手能力，豐富了課后作業(yè)形式，讓學生對傳感器原理與應用的教學內(nèi)容理解更加深刻。課后實踐性作業(yè)學生必須要有相應的實驗器材，這就需要教師與實驗室做好能夠在能夠在課余時間為學生開放實驗室完成實踐作業(yè)。與此同時，教師如果能夠經(jīng)常為學生取得使用實驗室的機會，那么也有助于學生在課后自主學習完成自主課題，進一步提高學生的實踐應用與創(chuàng)新能力。

綜上所述，在上述教學設計過程中，學生自己學習，自己調(diào)研，自己設計，這個過程既能讓學生掌握知識，又能讓學生追蹤傳感器發(fā)展趨勢，緊跟市場潮流。當然，這一過程的開展需要監(jiān)督措施的有效配合。

三、結合Arduino對實驗內(nèi)容的更新

要完全掌握傳感器原理與應用這門課程不僅要學習工作原理、結構設計，且還要會用，而它們的使用離不開單片機。Arduino是一款上手非常簡單的單片機，完全不需要老師講解。因此，可以采用Arduino與傳感器相結合的方式進行實驗教學。比如可以開設試驗項目“超聲波傳感器測距實驗”“溫濕度檢測實驗”“PM2.5濃度檢測并報警實驗”，甚至可以與射頻識別技術相結合來完成“車輛管理系統(tǒng)設計”“智能家居體驗”等綜合性實驗。這些實驗需要學生自己購買相關傳感器，自行接線，自己完成代碼的編寫工作，非常鍛煉學生的動手能力，可以說完全使學生做到了學以致用。