電測技術與儀器課程教學改革研究*

陳鋒

浙江機電職業技術學院 杭州 310053

電測技術與儀器是高職院?？刂啤z測、自動化、電氣電子等專業的一門基礎課程，主要介紹了自動檢測技術基礎、傳感器原理及應用、常見非電量電測法以及檢測儀器儀表等方面的知識。非電量的電測技術和儀器的應用，是測控技術中不可或缺的重要環節，為了確保生產的安全及正常運行，并且保證產品的產量和質量，就必須要準確、及時地檢測出生產過程中的各種有關參數。

1 課程的現狀及教學面臨的問題

本課程是以傳感器技術為核心的，傳感器是獲取信息的工具，是現代檢測儀器儀表和測控系統中非常重要的一種儀表。傳感器技術涉及數學、物理、工程材料與工程力學、電子技術等多學科知識，在高職相關專業的人才培養、課程建設和教學改革中都具有非常重要的基礎作用。但是，針對高職院校的學生，要上好電測技術與儀器的課程并不容易，主要面臨下面幾個問題。

1.1 本課程涉及的知識體系和專業門類太廣泛

傳感器種類非常多，檢測技術也是日新月異，本課程需要學生了解的傳感器至少有十種，涉及的專業技術知識很廣，從大的學科門類上說，包括電工學、電子學、電磁學、力學、光學、聲學、熱力學、材料力學、流體力學、數字電路、半導體技術等，幾乎機電相關的學科都涉及到了。即便是同一學科門類下，也有很多需要掌握的知識點，任何一項知識點欠缺，就可能導致相關的傳感器內容無法理解。比如電磁技術，涉及電渦流傳感器和霍爾式傳感器，如果不能掌握電磁技術中的渦流原理和霍爾定律，要想理解相關傳感器的工作原理，那是非常困難的。

1.2 本課程涉及的檢測變量太多，每種變量適用的檢測技術都有多種選擇

非電量檢測是課程主要內容，非電量至少包括幾何量、力學量、熱工量和狀態量幾大類，每一大類又包括很多具體的變量，如靜態的尺寸、重量，動態的速度、位移，常態的溫度、顏色，異態的傷痕、變形，承受的壓力、沖擊，發出的電流、光照等，形式多種多樣，特征差異很大。而且這些變量相互之間又可能存在聯動、交叉、重疊的現象，這樣給課程體系的編排造成很大難度，往往顧此失彼。另一方面，由于知識體系龐雜，學生在學習中很難形成一個清晰的系統認識，各種傳感器和檢測變量之間的對應關系很容易混淆，最終學得一知半解。

1.3 高職院校學生的數學和物理基礎不太好

作為高職院校的學生，其特點非常鮮明，那就是大部分學生高中或中職時候學的數學和物理基礎不是太好。他們害怕復雜的公式和計算，對物理里面一些比較抽象的概念和定律難以理解。而作為非電類專業學生，在電路原理、電磁技術和電子電路的分析和計算上，他們普遍掌握不好。而這些內容在本門課程中經常涉及，幾乎每一種傳感器將非電量轉換到電量的過程中，都要用到電子電路或者半導體電路。如何讓缺乏基礎的高職非電類專業學生掌握好傳感器的轉換技術，對教師也是一個很大的挑戰。

2 上好電測技術與儀器課程的方法

針對以上問題，筆者在對質管專業的學生講授電測技術與儀器課程時，通過研究和實踐，進行一些教學思路和方法上的變革，取得良好的教學效果。筆者根據教學實踐過程，闡述如何上好這類電測技術與傳感器相關的課程。

2.1 理清知識脈絡，設計好教學結構

和其他課程不同，電測技術相關的課程，在教學體系結構上有兩種選擇：一種是以傳感器原理進行分類教學；一種是以檢測對象進行分類教學。

以傳感器原理進行分類的，通常的章節安排是以一種傳感器為一章，比如電阻式傳感器、光電傳感器、電渦流傳感器等。這種編排的好處是便于教學，每一章是一個知識門類，基本是一種相同的原理，這樣在講授知識的時候更有系統性，也更有利于學生理解相關原理。但是由于傳感器和檢測對象之間的對應關系存在大量重疊現象，導致學生對檢測方法的實際應用概念模糊，甚至混淆。

而以檢測對象進行分類，每一章是一種檢測類型，如幾何量檢測、力學量檢測、溫度檢測、速度檢測等，每種變量的檢測方法，有可能幾種傳感器都適用，比如光電式傳感器、霍爾傳感器、電磁傳感器等都能測量轉速，那么在轉速測量一章中就都予以講授。這種教學體系的安排，更貼近生產工程技術的實際情況，有利于學生從實用角度去掌握這門學科。但是很明顯，這不利于教學的組織安排，也不利于學生理解知識原理。

經過探索和實踐，筆者在理論教學和配套的實驗教學環節，分別運用兩種教學體系結構，達到理論聯系實際、學用結合的效果。具體而言，在課堂理論教學環節，按照傳感器原理進行分類講述；而在實驗教學環節，以檢測對象進行分類實驗。這樣學生既能在課堂上有條理地學習各種傳感器的工作原理，又能在實驗室從解決實際問題角度出發，學習傳感器的應用。通過針對同一檢測對象，不同傳感器的解決方法和效果的對比，學生可以加深對課堂上學到知識的理解。

這種理論教學和實驗教學環節采用不同的體系結構的做法，實施中最大的困難在于課堂教學和實驗教學的內容和時間安排上。實驗中涉及的傳感器原理，課堂教學中如果還沒有講授，那學生是無法理解和進行實驗的。因此，課程的實驗環節應該盡量安排在學期的后半段，在學生掌握一定的理論知識以后，綜合安排，逐步展開。比如溫度檢測實驗，將熱敏電阻、熱電偶、紅外測溫儀等儀器綜合運用，進行方法和性能對比，那么必須在這些理論知識都在課堂上學習過以后才能進行。學生的實驗過程既鞏固了所學傳感器原理，又學會了檢測技術的實際應用，而且不同解決方案的對比，可以開拓學生處理實際檢測問題的思路，提升學生的工程實踐能力。

2.2 必須把握住教學中的重點和難點

每一種傳感器技術，在教學內容上基本分成功能原理、結構特點、檢測電路和應用實例。如何對這四部分分配合理的時間，以及每部分采取怎樣的授課方式，對授課效果的影響非常大。

在講授傳感器的功能原理時，如前所述，涉及大量物理學的基本概念和定律，而高職學生這方面基礎薄弱，如果按照大學相關專業課那樣去講授，學生很難聽懂。這時候就應該盡量化繁為簡，將最關鍵的核心知識用通俗易懂的描述介紹給學生。講述的內容以能夠幫助學生理解相關傳感器原理為限，避免無謂的展開和深入。尤其是復雜的公式和運算，應簡化推導過程，強調最終形態，只要能說明各種變量之間的函數關系，讓學生能分析出相關參數之間的變化趨勢，就達到了此部分內容的教學目標。

傳感器的結構特點是非常重要的內容，不同傳感器雖然原理和結構差異很大，但是在研究時有一些共性的指標——傳感器的各項參數，抓住這些共性的參數進行分析，很容易讓學生理解不同傳感器的結構特點。其中最重要的幾個參數為傳感器的分辨率、靈敏度和線性度等，任何一種傳感器，將這些主要參數的特點講述清楚，學生也就能基本掌握它的結構特點了。因此，在本部分授課中，圍繞傳感器各項參數這條主線進行講解，可以讓學生學起來更有條理性，更容易理解。

傳感器的檢測電路，不管對哪種類型的傳感器，都是一個難點，因為高職非電類專業學生在電子電路、數字電路、電磁學和半導體技術等方面的知識非常欠缺。而傳感器的檢測電路，首先必須要具備這些專業知識才能看懂相關電路圖，而如果要求對電路進行分析計算，對高職非電類專業學生而言，基本不可能完成?？紤]到這種現實情況，在講授這部分內容時應該避免一個元件一條線路地對電路圖進行分析，而盡量采用功能框圖對檢測電路進行簡化，以功能框圖為單位對學生進行分析講解。對于學生來說，理解大的模塊功能比分析具體電路要簡單得多，而理解了像濾波、整流、信號放大、A/D變換等模塊的作用，整個檢測電路的工作原理也就迎刃而解。

傳感器檢測技術的實際運用，是本課程理論聯系實際的重要內容，也是學以致用的主要體現。對于高職院校的學生來說，掌握好傳感器的運用，才是學好本課程的關鍵環節，對后續的實習實訓課程以及畢業以后的工作都有直接的影響。因此，對這部分內容應該盡量詳細介紹，通過各種圖片、視頻、動畫，讓學生熟悉傳感器的各種運用。這部分內容不是難點，關鍵是需要收集一些傳感器實際運用的照片、示意圖等相關資料，圖文并茂地講解，加上動畫或者視頻等多媒體手段的演示，學生一般都能聽懂，也比較有興趣了解。只要資料完善，傳感器實際運用部分內容的講授很容易讓學生理解，達成教學目標。

2.3 以學生為中心，上好每堂課

課堂教學實施的效果，是由教師和學生兩方面的因素來決定的。要上好一堂課，教師的授課方式固然重要，學生是否主動學習更重要。而學生學習的積極性，歸根到底受教師的教學內容和授課方法的影響。所以，教師要達到每堂課的教學效果，一定要以學生為中心，“以學為主、以教為輔”?？紤]課堂教學實施時，從關注教師“能不能講好一堂課”轉變為學生“能不能學好一堂課”。關注的重點轉移到學生的學習過程中，更能夠掌握學生學習的特點，了解學生存在的問題，有針對性地調整自身的教學方式，因材施教、因勢利導，以適應學生的學習特點，促進他們的學習更有效果。

以學生為中心，就是要研究如何讓學生“愿意聽”，如何使他們“能聽懂”，如何使他們“主動學”，變被動聽講為主動學習。只有學生愿意主動去學，學習的效果才有保障。

1）要使學生“愿意聽”，教師的授課過程應該避免呆板。雖然檢測技術這類專業課程，內容本身比較枯燥，但是教師也能用豐富多彩的語言、幽默風趣的表述，吸引學生的注意力。另外，大量使用圖片、照片、動畫、視頻來說明復雜的原理和結構，也是調動學生積極性的有效手段。如霍爾定律和渦流原理這些知識，如果只是用文字和公式進行講解，學生聽不進去，但是配以相關的動畫進行講解，非常形象易懂，學生一方面很感興趣，另一方面根據動畫也很容易理解，效果事半功倍。

2）根據電測技術這門課的特點，多舉身邊相關的案例或者學生感興趣的話題，能夠充分調動學生的求知欲望，激發他們的學習熱情。如在介紹電渦流傳感器時，詳細講解戰爭中探雷器的運用——如何探雷以及如何反探雷，這些知識都是電渦流原理的具體運用。探雷或者反探雷的每一種方法，就是電渦流傳感器的一個知識點，如果讓學生自己去探究，效果會更好。另外，像智能家居中傳感器的運用這種學生身邊的案例，介紹給他們聽，能極大地激發學生對傳感器的興趣，比選用生產工程中的案例要更有效果。

3）在傳感器技術教學中，如何使學生“能聽懂”，也是教師需要去研究的課題。根據本課程的特點和高職非電類專業學生的特點，在授課的時候，教師應該做到“四淡化，四強化”，具體而言，指的是：淡化絕對數據，強化相對變化；淡化文字原理，強化圖形演示；淡化實際電路，強化功能框圖；淡化推導過程，強化最終結論。

高職學生理論和運算能力較差，但是圖形理解和動手能力較強，另外思維活躍，具有創新性。根據這些特點，對教學內容進行適當的調整，使其更適合學生的特點，更容易被他們消化吸收，這才是體現以學生為中心的教學思路。

4）體現“以學為主”的教學理念，最重要的是讓學生能夠“主動學”，也就是調動學生學習的積極性和主動性，使他們對電測技術這門課程產生興趣。教師應該采用多種授課法的結合，通過提問設問、案例教學、實驗設計、分組討論等不同手段，不斷激發學生學習的熱情，讓他們主動參與進來。例如，每節課開始5分鐘的復習階段，采用卡片法進行，事先將上節課內容的幾個主題寫在不同的卡片上，讓學生抽取卡片來講解相關內容。雖然歸根到底是回答問題的方式，但是用卡片法進行更有樂趣，學生也樂意參與。授課方式的簡單變化，就達到調動學生主動參與的效果。

3 結語

總而言之，要上好任何一門課程，都需要教師認真去分析和研究兩個方面的特點：課程和授課對象。兩方面的特點相結合，才能找出最適合所教學生的授課方式。電測技術知識龐雜，涉及學科門類眾多，而高職學生物理、數學基礎薄弱，這是一對短期內難以回避的矛盾。組織好教學內容，理清重點和難點；運用合適的授課方法，使學生能聽懂愿意學，是教好這門電測技術與儀器相關課程的關鍵。

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