淺議傳感器原理和應(yīng)用課程的教學(xué)改革

趙建勛，蔣大勇，梁慶成

（長(zhǎng)春理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130022）

淺議傳感器原理和應(yīng)用課程的教學(xué)改革

趙建勛，蔣大勇，梁慶成

（長(zhǎng)春理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130022）

針對(duì)當(dāng)前傳感器教學(xué)中存在的不足，本文提出了改革課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、在課堂教學(xué)中采用現(xiàn)代化教學(xué)手段和形象化教學(xué)方式以及采用以科研傳感器示教并帶動(dòng)學(xué)生參與科研課題的教學(xué)方法等建議，這有助于提升教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生理論聯(lián)系工程實(shí)踐和獨(dú)立思考、解決問(wèn)題的能力。

傳感器；教學(xué)改革；課堂教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)

隨著人類社會(huì)進(jìn)入信息化時(shí)代，以信息的獲取、轉(zhuǎn)換、顯示和處理為主要內(nèi)容的傳感器原理與技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門完整的學(xué)科，而傳感器技術(shù)已經(jīng)被列為目前優(yōu)先發(fā)展的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一。另外，在當(dāng)今科技迅速發(fā)展的背景下，企業(yè)對(duì)于大學(xué)培養(yǎng)的自動(dòng)化、機(jī)械制造等專業(yè)技術(shù)類人才提出了更加嚴(yán)格的要求，大學(xué)生在畢業(yè)時(shí)必須具有一定的實(shí)際動(dòng)手能力和探索研究開發(fā)的能力，為此國(guó)內(nèi)的很多高校都開設(shè)了“傳感器原理與技術(shù)”課程，通過(guò)該課程向?qū)W生介紹各類傳感器的基本原理、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及常用的測(cè)量電路，使學(xué)生掌握傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理及傳感器在生產(chǎn)、生活各個(gè)方面的應(yīng)用[1,2]。學(xué)生學(xué)好這門課程，是已學(xué)課程知識(shí)的綜合應(yīng)用和后續(xù)課程的基礎(chǔ)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)有著很重要的作用。

長(zhǎng)期以來(lái)，這門課程在教學(xué)內(nèi)容上以講解傳感器的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)為主，內(nèi)容復(fù)雜、枯燥、分散，學(xué)生接受起來(lái)困難，對(duì)知識(shí)掌握不理想，即使講到具體傳感器應(yīng)用方面的知識(shí)，也是“空中樓閣”，完全依靠學(xué)生的想象力來(lái)理解，無(wú)法調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和求知欲，造成理論沒學(xué)會(huì)，實(shí)踐動(dòng)手又不行的結(jié)果。該課程在教學(xué)方法上主要以課堂講授為主，由于傳感器的技術(shù)發(fā)展很快，新型傳感器不斷涌現(xiàn)，前沿傳感器實(shí)驗(yàn)設(shè)備較貴，而學(xué)校根據(jù)教學(xué)內(nèi)容僅僅開設(shè)少量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容顯得過(guò)于陳舊和呆板，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書按部就班，完全是被動(dòng)完成任務(wù)，沒有使學(xué)生真正積極參與其中，完全不能滿足提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的要求。為了提高該課程的教學(xué)效果，真正做到學(xué)以致用，必須當(dāng)對(duì)這門課程的課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)等進(jìn)行全面改革。根據(jù)社會(huì)需求和學(xué)生的具體情況制定合理的教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在了解各類傳感器工作原理的基礎(chǔ)上，更能熟練地應(yīng)用各類傳感器，在理論與實(shí)際緊密結(jié)合的前提下側(cè)重實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。通過(guò)改進(jìn)教學(xué)體系增強(qiáng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，切實(shí)提高了學(xué)生專業(yè)技術(shù)能力。本文通過(guò)對(duì)該課程的傳統(tǒng)教學(xué)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)高等院校的“傳感器原理與應(yīng)用”教學(xué)提出了建議。

一、教學(xué)改革的必要性

該課程具有較高的學(xué)術(shù)交叉性，它融合了電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、半導(dǎo)體物理、磁學(xué)、化學(xué)等多門學(xué)科的知識(shí)，滲透了自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理等工程方法[7]，知識(shí)繁雜且內(nèi)容分散。我校的該課程為48學(xué)時(shí)，本課程的開設(shè)是建立在大學(xué)物理和模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)、半導(dǎo)體物理等專業(yè)基礎(chǔ)課程之上的，學(xué)生對(duì)這些課程的掌握和記憶情況，往往不夠理想，表現(xiàn)為學(xué)生對(duì)于課堂所講的內(nèi)容理解很吃力，有限的課時(shí)分配也與繁雜的課程內(nèi)容形成了矛盾，因此必須要尋找到高效的教學(xué)方式以提高教學(xué)效果。我們?cè)诮虒W(xué)中力求有效的教學(xué)方式，利用有效的課時(shí)，呈現(xiàn)這門學(xué)科的精髓所在，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)由理論掌握到實(shí)踐能力的提升，并對(duì)傳感器應(yīng)用方面的研發(fā)有所思考。

當(dāng)前社會(huì)需要大學(xué)畢業(yè)生既有扎實(shí)的理論功底又動(dòng)手能力強(qiáng)，本課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。在傳統(tǒng)教學(xué)中，往往存在著“重原理、輕實(shí)驗(yàn)、少實(shí)踐”的情況，在這種情況下，學(xué)生往往對(duì)于實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的學(xué)習(xí)不夠重視，教師也將教學(xué)重心完全放在原理教學(xué)上，輕視實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)，考查方式也出現(xiàn)了“重理論、輕實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象，因此該課程對(duì)學(xué)生的考察也應(yīng)包括對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的考察[5]。目前，該課程的考核方式還是以卷面考試為主的閉卷考核形式，這對(duì)于考核學(xué)生掌握傳感器領(lǐng)域的綜合能力是有限的。常常出現(xiàn)一些動(dòng)手能力很強(qiáng)的學(xué)生，其卷面成績(jī)偏低的現(xiàn)象，在一定程度上壓制了學(xué)生的提高動(dòng)手能力、加強(qiáng)自身綜合素質(zhì)的積極性，所以改革現(xiàn)有的傳感器原理與技術(shù)課程考核方式是非常必要的。

二、該課程教學(xué)改革的建議

任何一門課程，扎實(shí)掌握其基本理論是必須的，而實(shí)踐教學(xué)是最終的教學(xué)目的，在于激發(fā)學(xué)生對(duì)于該領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生完成一定的實(shí)踐環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生將知識(shí)體系和工程實(shí)際接軌，所以應(yīng)把握好這兩者的“度”，這是至關(guān)重要的，不要止步于在理論層面上的講授，也不要在學(xué)生沒有扎實(shí)掌握傳感器理論時(shí)盲目加大實(shí)驗(yàn)量。

基于以上的分析，我們提出以下改革該課程教學(xué)體系的建議：

1.改革教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)中，由于各類傳感器的工作原理不同，改革本課程的教學(xué)大綱設(shè)置，以工程中常見的參數(shù)來(lái)分類，如溫度、壓力、加速度、厚度、位移、速度等，采用模塊化結(jié)構(gòu)，測(cè)量一種參數(shù)的傳感器作為一個(gè)模塊，我們可以根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)和社會(huì)需要選擇其中幾個(gè)適合我院該專業(yè)方向的模塊詳細(xì)講授，這樣使得教學(xué)在內(nèi)容上變得更加緊湊，突出專業(yè)的培養(yǎng)方向，彌補(bǔ)了課程的課時(shí)量不足[3]。

在該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱中，要體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多層次。根據(jù)專業(yè)不同，來(lái)調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深度和廣度，依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方向，設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)踐環(huán)節(jié)。例如，針對(duì)光電子材料與元器件專業(yè)，可增加光纖傳感器測(cè)量溫度的實(shí)驗(yàn)，而對(duì)于電子材料與元器件專業(yè)可增加半導(dǎo)體壓阻傳感器測(cè)量壓力的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，可以提高不同專業(yè)學(xué)生的動(dòng)手能力。

2.在課堂教學(xué)中采用現(xiàn)代化教學(xué)手段和形象化教學(xué)方式。在“傳感器原理與技術(shù)”的教學(xué)中，由于課程本身具有理論復(fù)雜和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，學(xué)生常常反映不知道該學(xué)習(xí)什么，該如何學(xué)習(xí)，講到的傳感器在什么情況下使用等疑問(wèn)。為了最大限度的解決該問(wèn)題，可以在教學(xué)中引入多媒體教學(xué)[4]。

在“傳感器原理與技術(shù)”的教學(xué)中的難點(diǎn)在于教學(xué)內(nèi)容較多，包括各類傳感器的原理、測(cè)量電路、具體應(yīng)用等多方面的內(nèi)容。采用多媒體教學(xué)時(shí)，可以安排在傳感器實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，在課件向?qū)W生展示許多實(shí)物演示，也可以將工程中常用的各類應(yīng)用實(shí)例結(jié)合一些簡(jiǎn)單易做的實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)給學(xué)生，這增加理論教學(xué)的生動(dòng)性和直觀性，使學(xué)生可以很快接受，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也大大增強(qiáng)了教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

在課堂教學(xué)上，可采用形象教學(xué)方式，運(yùn)用多媒體和板書相結(jié)合，并在課堂教學(xué)中，增加提問(wèn)學(xué)生的機(jī)會(huì)，使學(xué)生思路緊跟著老師走，避免了學(xué)生上課精力不集中的現(xiàn)象，在課堂教學(xué)很多同學(xué)并不是全部集中思想在聽課，可以課堂提問(wèn)那些上課思想不集中的學(xué)生，提問(wèn)的內(nèi)容都是課堂所講解的比較重要的內(nèi)容，這樣既可以突出重點(diǎn)內(nèi)容，又可避免學(xué)生上課精力不集中的現(xiàn)象，使得課堂教學(xué)能收到較高的效果。以多媒體技術(shù)為載體的形象教學(xué)方式，使得學(xué)生處在這種虛擬的情境，身臨其境地去理解傳感器的原理和應(yīng)用，彌補(bǔ)由于客觀的硬件條件不足而引起的操作不可實(shí)現(xiàn)性。同時(shí)也可制作一些課件，通過(guò)動(dòng)畫效果來(lái)加深對(duì)理論知識(shí)的理解。在應(yīng)用多媒體教學(xué)的同時(shí)加入板書，特別是一些公式的推導(dǎo)中，讓學(xué)生的思路緊跟老師，在課堂教學(xué)中可收到很好的效果。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是為了提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，加深學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)中理論的感性認(rèn)識(shí)。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生只需按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，連接好電路，調(diào)整傳感器，記錄下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在這樣的實(shí)驗(yàn)中學(xué)生不用動(dòng)腦，學(xué)生只是按部就班地完成任務(wù)，沒有調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性，很少有學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行獨(dú)立思考并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，教學(xué)效果不理想。為了改變這種狀況，我們可以設(shè)置設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，在課程考核中它們占有一定的比重。由教師為學(xué)生提供一定的條件，學(xué)生自己動(dòng)腦思考設(shè)計(jì)，在老師的引導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)，這樣的實(shí)踐環(huán)節(jié)既有趣味性和實(shí)用性，又可以培養(yǎng)了學(xué)生的理論聯(lián)系工程實(shí)踐的能力，提高了他們?cè)趹?yīng)用和設(shè)計(jì)方面的能力。

為了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，我們采用了以下兩種方法。

首先，給學(xué)生提供更有操作性、創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。當(dāng)前大學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用的傳感器設(shè)備集成度很高，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)基本上不用進(jìn)行多少操作，一般就是從儀器上讀數(shù)而已，根本達(dá)不到升華課堂理論知識(shí)的目的。為了更好地鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，我們可以將此集成度較高的實(shí)驗(yàn)?zāi)K拆開，讓學(xué)生自己進(jìn)行組裝、連接。為了使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)更多、更好地了解各種新型傳感器件。實(shí)驗(yàn)課相應(yīng)增加了綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，我們自己設(shè)計(jì)制作出多種實(shí)驗(yàn)?zāi)０澹绻饫w傳感器接收實(shí)驗(yàn)板、壓力傳感器控制實(shí)驗(yàn)板、光敏電阻應(yīng)用實(shí)驗(yàn)板等[8]。這種實(shí)驗(yàn)方法在傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可獲得較好效果。

其次，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，根據(jù)客觀條件在適當(dāng)減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加了創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以及設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)，我們也把學(xué)生完成這些實(shí)驗(yàn)的情況納入到課程考核結(jié)果中。對(duì)于每次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在任務(wù)書中僅提出本次實(shí)驗(yàn)的具體要求，需要掌握的內(nèi)容，不對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行限制。學(xué)生成為獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程的主體，實(shí)驗(yàn)教師在必要時(shí)給予提示和幫助，比如，測(cè)量壓力的實(shí)驗(yàn)中，教師不規(guī)定學(xué)生具體使用哪種傳感器，學(xué)生自主獨(dú)立選擇傳感器。光纖傳感器和壓阻式傳感器都可完成壓力的測(cè)量[6]。學(xué)生可根據(jù)自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，選擇其中一種或者幾種來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，然后對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較分析，可以得出在這種情況下哪種傳感器的測(cè)量可靠性、精度更高。這樣可以充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，大大提高教學(xué)效果。

4.以科研傳感器示教并帶動(dòng)學(xué)生參與科研課題的教學(xué)方法。我們帶領(lǐng)學(xué)生參觀學(xué)校里教師的科研實(shí)驗(yàn)室，介紹科研工作中用到的各類傳感器，將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展成果反映到教學(xué)中來(lái)，這樣的實(shí)地參觀和講解給學(xué)生留下了深刻的直觀印象，科研實(shí)驗(yàn)室濃厚的學(xué)術(shù)和試驗(yàn)氛圍也很好地熏陶和感染著學(xué)生。進(jìn)入本科四年級(jí)的一些學(xué)生，還可以完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的方式參與到我們教師的科研課題中來(lái)，另外一部分學(xué)生主動(dòng)申請(qǐng)我校的大學(xué)生科研創(chuàng)新項(xiàng)目，獲得學(xué)校對(duì)項(xiàng)目的資助，自學(xué)相關(guān)知識(shí)，獨(dú)立思考和運(yùn)用課堂上學(xué)到的知識(shí)，自己動(dòng)手，完成富有創(chuàng)意的小型項(xiàng)目。這些教學(xué)方法的引入，彌補(bǔ)了客觀上硬件條件的不足，拓寬了學(xué)生了解傳感器的廣度和深度，學(xué)生從對(duì)傳感器感性認(rèn)知開始，逐步深入了解傳感器的原理、應(yīng)用外特性和接口關(guān)系，最終建立起了系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

三、總結(jié)

筆者針對(duì)傳統(tǒng)的傳感器課程教學(xué)存在的不足，提出了改革課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、在課堂教學(xué)中采用現(xiàn)代化教學(xué)手段和形象化教學(xué)方式，在教學(xué)中采用以科研傳感器示教并帶動(dòng)學(xué)生參與科研課題的教學(xué)方法等建議。采用新的教學(xué)方法，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的理論聯(lián)系工程實(shí)踐的能力，提高了他們?cè)趹?yīng)用和設(shè)計(jì)方面的能力。

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[責(zé)任編輯：姚 旺]

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1671-6531（2011）10-0077-02

趙建勛，男，遼寧黑山人，長(zhǎng)春理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院講師，博士，研究方向?yàn)椴牧衔锢恚皇Y大勇，男，吉林長(zhǎng)春人，長(zhǎng)春理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院講師，研究方向?yàn)椴牧衔锢恚涣簯c成，男，河北灤縣人，長(zhǎng)春理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院講師，博士，研究方向?yàn)椴牧衔锢怼?/p>