傳感器與檢測技術CAI課件優化與學生實踐能力培養

周勝海 涂友超 余大慶 劉江峰 羅 浩 余本海

信陽師范學院物理與電子工程學院 河南信陽 464000

傳感器與檢測技術CAI課件優化與學生實踐能力培養

周勝海 涂友超 余大慶 劉江峰 羅 浩 余本海

信陽師范學院物理與電子工程學院 河南信陽 464000

論證了通過傳感器與檢測技術CAI課件優化來彌補實踐環節教學的不足，以加強學生實踐能力培養的必要性與可行性；給出了課件優化的實用方案；比較、分析了課件優化前后的教學效果。

高等院校；教學改革；CAI課件；實踐能力

1 課件優化的必要性

1.1 課程基本特點

傳感器與檢測技術實用性強、應用范圍廣、涉及學科多、發展速度快。

通常，傳感器與檢測技術課程的教學基本要求是使學生掌握常用傳感器的結構、原理、信號調理電路和基本用法，并熟悉傳感器在工程應用中的基本理論、方法和技術。教學內容可概括為五部分：①檢測技術的基礎知識；②常用傳感器的結構、原理、信號調理電路和基本用法；③傳感器在工程檢測中的常見應用；④自動檢測系統及其組成；⑤檢測裝置的補償及抗干擾技術。教學形式為理論講授加實驗實習，理論講授學時與實驗實習學時之比約為3:1[1-4]。

顯然，實踐教學環節是課程的重要組成部分之一，對培養學生的實踐能力至關重要。

1.2 實踐教學環節的局限性

目前，很多高校尤其是師范院校沒有相關的實習工廠，實踐教學環節一般靠傳感器系統實驗儀來完成。實驗儀大多為傳感器原理實驗教學而設計[5]。依賴實驗儀實施實踐環節的教學有三大局限：①傳感器種類少，新型傳感器更少，所配的傳感器中大多是僅供教學用的自制品(非商用品)；②信號調理電路大多是供教學用的簡化電路，與實用電路有明顯差別；③很少涉及工程應用中的一些重要技術(如抗干擾技術等)，而這些技術對工程應用而言可能是至關重要的。這會明顯制約學生實踐能力的培養。

受經費等多種因素的制約，短期內解決上述問題的難度較大。

1.3 課件優化的必要性

多媒體作為現代教學手段，已在傳感器與檢測技術課程教學中得到普遍應用。利用多媒體教學手段，通過CAI課件優化來彌補實踐教學環節中的不足，以加強學生實踐能力的培養，是切實可行的。

目前國內有很多各具特色的傳感器與檢測技術優秀教材，并配有CAI課件[6-8]。但是，教材上實物照片很少，已有的實物照片也是黑白的，看不清原貌和細節；配套的CAI課件大多是教材內容的摘錄，或添加了極少量的彩色照片或動畫。

綜上所述，通過傳感器與檢測技術CAI課件優化，主要是在課件中插入有關傳感器及其工程應用的實物彩色照片、動畫、視頻和實用圖表，來彌補實踐教學環節的不足，以加強學生實踐能力的培養，是十分必要的。

2 課件優化的可行性

2.1 政策環境

《中華人民共和國高等教育法》明確指出：“高等教育的任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才。”“高等學校工作應當以培養人才為中心，開展教學、科學研究和社會服務，保證教育教學質量達到國家規定的標準。”

為有效貫徹執行《中華人民共和國高等教育法》，高校必須長期堅持教育教學改革，不斷探索教育教學改革的具體思路與方法，大力支持任課教師結合專業開展教育教學改革研究。各級教育行政部門，從國家教育部到各省教育廳以及眾多高校，都定期立項各種級別的教育教學改革研究項目，并盡力提供經費資助。

2.2 師資與經費

制作CAI課件和多媒體教學已逐漸成為高校教師的基本教學技能之一，高校也會通過必要的培訓，使廣大教師掌握相關的知識和技能。目前，大多數高校教師都能制作實用的CAI課件。

在制作傳感器與檢測技術CAI課件時，可以從互聯網上找到大量相關的彩色照片、動畫和視頻資料，一般稍做編輯即可用于課件。有些可直接用于課件，也有些制作和編輯需用掃描儀、數碼相機、數碼攝像機等設備。這些設備高校院(系)辦公室、實驗室、教師個人等一般都有，無需專門購置。

2.3 教學條件

目前，高校傳感器與檢測技術課程教學已普遍使用多媒體教學手段，這為通過課件優化，彌補實踐教學環節的不足，加強學生實踐能力的培養，提供了基本教學條件。另外，高校都有較完善的校園網，將課件作為網絡教學資源，使學生的學習時間、學習內容、學習方式等更加靈活，這也是教學條件的重要補充。

可見，從政策環境、師資與經費、教學條件等方面來看，通過傳感器與檢測技術CAI課件優化，主要是在課件中插入有關傳感器及其工程應用的實物彩色照片、動畫、視頻和實用圖表，來彌補實踐教學環節的不足，以加強學生實踐能力的培養，是完全可行的。

3 課件優化方案

傳感器與檢測技術CAI課件優化的思路與方案主要體現在以下五個方面：①課件中插入多張常用傳感器、傳感器模塊、傳感器應用等實物彩色照片，使學生對實際傳感器及其應用有直觀認識。②課件中插入多段說明典型傳感器工作過程或傳感器工程應用的動畫，使學生更好地熟悉常用傳感器的工作過程，使學生有機會了解自動檢測系統的構成和工作過程，幫助學生在自動檢測系統原理框圖與實際自動檢測系統之間架起一座橋梁。③課件中插入數段介紹傳感器工程應用的視頻，使學生能全面了解傳感器工程應用實例。④課件中插入少量有關傳感器的實用圖表，幫助學生熟悉在應用傳感器時，如何查找和使用這些圖表。⑤根據傳感器應用分類，將常用傳感器的原理、結構、信號調理電路和基本用法與傳感器在工程檢測中的常見應用有機融合，這樣更適合主要涉及傳感器應用的廣大工程技術人員。

上述優化措施小結見表1。(限于篇幅，插入課件中的照片、動畫、視頻和圖表的具體內容清單略)。

表1 傳感器與檢測技術CAI課件優化小結

在表1中，第一章《檢測技術的基礎知識》，包括檢測技術的基本概念、測量誤差及修正、傳感器的基本特性、傳感器的標定及傳感器的選用原則；第二至八章根據傳感器應用分類，將常用傳感器的原理、結構、信號調理電路和基本用法與傳感器在工程檢測中的常見應用融合在一起；第九章《檢測系統的共性技術》，包括非線性補償技術、誤差修正技術、抗干擾技術等；第十章《檢測技術的新進展》，包括MEMS技術與微型傳感器、虛擬儀器、多傳感器信息融合、無線傳感器網絡、軟測量技術等。

在課件優化時，必須處理好以下3個問題：①有關傳感器及其應用的實物彩色照片、動畫、視頻和實用圖表種類繁多，取舍時怎樣兼顧典型性、實用性和先進性，并與現有實驗實習條件相互補充。②插入課件中的每處內容具體選用哪種媒體形式，怎樣與傳統教學內容和學時分配有機融合，以收到最佳效果。③怎樣以傳感器應用分類為基本線索，將種類繁多的常用傳感器的基礎知識與傳感器在工程應用中的基本理論、方法和技術有機結合。

4 教學效果比較

對于傳感器與檢測技術CAI課件優化前后的教學效果，筆者通過連續3年的教學實踐，作了調查、分析和總結，結果有力證明了課件優化的作用。教學效果改善可以從以下5個方面得到印證：①90%以上的學生充分肯定了課件優化的必要性，認為課件優化加強了對傳感器及其工程應用的直觀認識，有助于提高實踐能力。②多數學生能總結傳感器系統綜合實驗儀上的實驗與工程應用之間的主要聯系與區別，說明課件優化成為課程實踐教學環節的重要補充。③多數學生能體會到傳感器與檢測技術發展快、應用廣的現狀，進而不斷提高學習能力、實踐能力和創新能力。④學生期末考試綜合題得分較以往普遍有所提高，說明課件優化有助于培養和鍛煉學生綜合運用相關知識解決實際問題的能力。⑤學生參加2009年和2011年全國大學生電子設計大賽的成績較以往有很大提高，參賽學生一致認為課件優化使其受益匪淺。

5 結束語

通過傳感器與檢測技術CAI課件優化，主要是在課件中插入有關傳感器及其工程應用的實物彩色照片、動畫、視頻和實用圖表，來彌補實踐教學環節的不足，以加強學生實踐能力的培養，是十分必要的，也是完全可行的。教學試驗結果證明，課件優化對提高教學質量作用顯著。

本教改項目于2011年10月通過信陽師范學院教學成果鑒定，并獲得信陽師范學院教學成果獎二等獎。

(致謝：本教改項目研究得到信陽師范學院教改項目經費資助，得到“河南省信陽市機電公共技術服務平臺”和中央財政支持地方高校發展專項資金建設項目“信陽師范學院大學生電子技術實踐創新創業基地”教改試驗支持，謹此致謝。)

[1] 李東升.傳感器技術[EB/OL].http://www.jingpinke.com/xpe/ portal/20a4bb00-1188-1000-8b6c-ac9dee625938,209-10-08.

[2] 施文康.檢測技術基礎[EB/OL].http://www.jingpinke.com/xpe/ portal/20a4bb00-1188-1000-8b6c-ac9dee625938,2009-10-08.

[3] 程德福.傳感器原理及檢測技術[EB/OL].http://www. jingpinke.com/xpe/portal/20a4bb00-1188-1000-8b6cac9dee625938,2009-10-08.

[4] 周杏鵬.檢測技術[EB/OL].http://www.jingpinke.com/xpe/ portal/20a4bb00-1188-1000-8b6c-ac9dee625938,2009-10-08.

[5] 浙江高聯科技開發有限公司.CSY?910傳感器系統實驗儀[EB/OL].http://www.golink.com.cn/docc/prodmain.asp?producti d=29&typenames=,2009-10-10.

[6] 徐科軍.傳感器與檢測技術:第2版[M].北京:電子工業出版社,2008.

[7] 周杏鵬.傳感器與檢測技術[M].北京:清華大學出版社,2010.

[8] 程德福.傳感器原理及應用[M].北京:機械工業出版社,2008.

Study on optimization of CAI courseware of sensor theory and detection technology and the cultivation of students

Zhou Shenghai, Tu Youchao, Yu Daqing, Liu Jiangfeng, Luo Hao, Yu Benhai
Xinyang normal university, Xinyang, 464000, China

The necessity and feasibility of fostering the undergraduates’ practical ability by optimizing the CAI (Computer-Aided Instruction) courseware of the sensor theory and detection technology and compensating for the limitation of relevant experimental teaching are proved, a practical optimization scheme of the CAI courseware is given, and the teaching effectiveness of the CAI courseware optimized is investigated.

university and college; teaching reform; CAI courseware; practical ability

傳感器技術、通信技術和計算機技術是構成現代信息技術的三大基礎，分別被喻為人的感官、神經和大腦。傳感器技術作為其中關鍵的部分，在許多領域尤其是檢測與控制領域有著重要而廣泛的用途。高等院校的測控、自動化、儀器儀表、電子信息工程、電子科學與技術、物理等專業在本科階段一般都開設相關課程，雖然課程名稱不盡相同，但主要內容都是傳感器與檢測技術的基礎知識及其應用。作為一門實用性很強的應用技術課程，實驗實習條件對培養學生的實踐能力很重要。然而，很多高校尤其是師范院校現有的實驗實習條件難以滿足教學需要，制約了學生實踐能力的培養。所以，研究解決這一問題的實用措施是很有意義的。

本文作為信陽師范學院教育教學改革項目“傳感器與檢測技術CAI課件優化與學生實踐能力培養研究”的總結報告，論證了通過傳感器與檢測技術CAI課件優化，主要是在課件中插入有關傳感器及其工程應用的實物彩色照片、動畫、視頻和實用圖表，來彌補實踐教學環節的不足。

2011-11-02

周勝海，碩士，副教授。

信陽師范學院教育教學改革項目(編號：060933)。