傳感器與檢測技術實驗課程改革

唐琳 陳超 陳勇

摘? 要 傳感器與檢測技術實驗是為了讓學生理論融于實踐，傳統的實驗使用實驗箱進行實驗，可能會讓學生對傳感器與檢測技術的學習只是一知半解。通過實驗課程改革，讓學生透徹了解傳感器與檢測技術。

關鍵詞 傳感器與檢測技術；實驗箱；光電式傳感器實驗

中圖分類號：G642.423? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）14-0117-03

0? 引言

傳感器與檢測技術課程是電子信息工程、機械設計制造及其自動化等相關專業的一門重要專業核心課。本課程通過對常用的各類傳感器的基本原理、測量電路和應用特點等進行介紹和分析，培養學生具備對各類常用傳感器的選型和應用能力[1]，開設的實驗主要包括電阻式、電感式、電磁式、熱電偶式、壓電式、光電式傳感器實驗。本文以光電式傳感器實驗為例，開展傳感器與檢測技術實驗課程改革探索。

1? 傳統的教學模式

1.1? 實驗設備的集成化

傳感器實驗室的設備都是以實驗箱的形式呈現給學生的，如圖1所示，在實驗過程中無法觀察到內部的電路，做完實驗后不能分辨出傳感器器件，對于傳感器的認識只能是從書本或圖片上獲得。每個實驗箱又包含幾個功能實驗模塊，但是功能模塊只有一個整體的講解，或者是用某個圖標表示，學生使用過程中較難理解。在實驗過程中，若實驗箱上某個元器件已損壞，導致實驗結果錯誤，由于實驗箱是封閉的，無法逐一檢測實驗電路，就無法判斷到底是傳感器的損壞，還是某一個電子元器件損壞，或者是控制臺的損壞。即使能明確地判斷出某一個電子元器件已損壞，由于實驗箱是封閉的，也無法更換該元器件。

1.2? 接線孔少，連線多，接線亂

在實驗過程中，由于實驗板只留下少許的接線孔，學生只能按照實驗指導書的步驟和連線才能完成該實驗，對實驗指導書的依賴性強。由于實驗電路已經確定，就只能按照實驗指導書的要求連線，才能確保完成該實驗。有時實驗箱上的連線孔需要同時連接很多條線，這時會使實驗箱的連線雜亂，不方便檢查，學生常常出現漏接、多接、錯接的現象。

1.3? 驗證性實驗為主

實驗內容都是基于傳感器的基本特性原理，學生對于傳感器在實際生產上的應用能力差。如光電式傳感器，光電實驗模塊用來驗證光敏電阻阻值隨光照強度的變化。學生在做實驗過程中必須先把實驗箱上的電路理解透徹，才能正確地做出實驗。同樣以光電實驗模塊為例，實驗箱只給出連線孔和部分電路，學生不知道內部總的電路圖，雖然有實驗指導書，但是很難理解整個實驗的原理。

2? 實驗教學改革

實驗教學改革后不再基于實驗模塊箱，而是將實驗的元器件（光電元件、電子元件等）分發個學生，學生自己設計實驗電路，并將元器件焊接在電路板上，完成相應的實驗任務。

2.1? 基礎性能實驗

基礎性能實驗的目的就是讓學生知道本傳感器的基本性能。光電式傳感器的基本性能實驗選用的元器件是光敏電阻，根據光敏電阻的原理，驗證光敏電阻的性能。

學生自己搭建實驗電路，自己焊接連線，并且每個組拿到的光敏電阻型號不同。該電路由發光元件和光電元件構成，發光元件為發光二極管，光電元件為光敏電阻，二極管的亮度的控制可以由恒流源實現，也可以自己設計控制電路[2]。學生設計電路時可以參考圖2。

2.2? 綜合應用性實驗

利用光敏電阻設計一個路燈，在白天有光照時，路燈熄滅；在夜晚無光照時，路燈亮。由于基礎性能實驗中每組學生驗證的光敏電阻阻值不同，因此，在綜合應用型實驗中，每個組在設計電路的時候，電路中選擇的其他電子元器件也會不同，需要學生自己去計算、設計。學生設計電路時可以參考圖3。

2.3? 綜合設計性實驗

綜合設計性實驗選用的光電元件是光敏二極管，利用光敏二極管的特性設計一個非接觸式門鈴，當有人“按”門鈴的時候，門鈴響并帶提示燈光；無人“按”門鈴的時候，門鈴靜音，且提示燈熄滅。

本實驗給學生提供了一些基本電子元器件和紅外對二極管，學生根據已有的元器件設計電路并完成實驗任務。學生設計電路時可以參考圖4。

3? 改革后教學效果

針對傳統的實驗教學問題，進行相應改革并實施，學生實物展示如圖5所示，實施效果如下。

3.1? 加深了學生對傳感器的認識

學生通過實際操作，對傳感器的原理、性能、應用等方面有了更深刻的認識。如在光敏電阻基礎性能實驗中認識了光敏電阻，通過控制通過發光二極管的電流來控制其亮度，其亮度又影響光敏電阻的阻值，控制電流的變化引起光敏電阻的阻值變化，而實驗電路設計成光電耦合器的電路模式，讓學生直觀地認識電生產光、光影響電的這一變化過程可以通過空氣作為媒介，拓展知識面。

3.2? 增強了學生的設計能力

綜合應用性實驗是一個光敏電阻的基本應用，雖然這個設計很簡單，但是和生活中的例子相結合，提高了學生的興趣。綜合設計性實驗就是一個跨學科的實驗，需要學生利用已有的元器件來搭建電路，滿足設計要求。非接觸式門鈴這個實驗不僅僅要求學生掌握光敏二極管的原理和應用電路，還需要做整體設計、其他元器件的選型，這樣就會涉及電工電子技術和模擬電子技術等學科的內容，實現多學科的融合。

3.3? 增強了學生的動手能力

基礎性能實驗、綜合應用性實驗、綜合設計性實驗都需要學生自己焊接電路板，不僅能讓學生認識各種元器件，還能讓學生學會排查問題。在進行設計電路的理論教學時，很多學生覺得原理非常簡單，但在實際操作過程中會出現各種各樣的問題。如在焊接過程中會出現漏焊、虛焊、多焊、錯焊等情況，但是電路板不像實驗設備是封閉在箱子里的，這個時候學生就可以使用萬用表來檢查電路中的一些問題，在這個過程中對電工電子技術的相關知識認識得更深。在檢查電路的過程中，學生也可以及時發現元器件是否損壞，并能夠及時更換。

3.4? 提高了學生的自我學習能力

在實驗電路板焊接的過程中，一些元器件的規格書需要學生自己動手查閱，不再是按照實驗指導的要求，將相對應的線連接起來就能完成實驗。如運算放大器，很多學生都是第一次接觸和使用該實物，就需要自己去查閱它的規格書，要弄清楚它的用法以及每個引腳的作用，再與設計的電路相對應，找出需要使用的引腳。

4? 結論

經過實踐，傳感器與檢測技術實驗課程教學改革效果非常明顯：通過實驗內容的調整，激發了學生的創新意識；改變了教學方式，提高了學生的自我學習能力；通過項目設計，提高了學生的設計能力[3]；通過增加實踐環節，提高了學生的動手能力，增強了學生的積極性，拓寬了學生的知識面。

參考文獻

[1]朱紅霞.傳感器實驗課程教學創新性改革初探[J].科技風，2019（13）：8，12.

[2]張建忠.傳感器與檢測技術[M].北京：北京郵電大學出版社，2019：26-27.

[3]張錚，吳瓊水.《傳感器原理》實驗課程教學改革探討[J].長江大學學報（自科版），2011（7）：127-128，281.