傳感器與測試技術課程教學的研究與實踐

摘要 結合多年的傳感器與測試技術課程的教學經驗，針對課程的特點及現存的問題，對該課程的理論和實踐環節的教學方法與教學手段進行了探索與實踐。通過幾年的教學改革，不僅加強了學生理論素養，同時培養了創新思維和設計能力。

關鍵詞 傳感器與測試技術 理論教學 實踐教學 教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

傳感器與檢測技課程是我校電子科學學院電子信息工程、電子科學與技術、應用物理三個專業的一門專業基礎課。該課程集成了機械、電子、電路、控制、光學、電磁學等知識，涉及知識面廣，且與生產、科研聯系緊密。①通過多年的教學實踐，積極地進行教學方法和手段的改革，開展創新性實驗和實踐活動，努力培養學生的實際動手能力和創新意識。下面從三個方面闡述教學改革過程中積累的心得。

1 理論教學

1.1 以應用為導向的倒敘式教學方法

傳統的理論教學，首先接觸傳感器的工作原理，涉及到大量的數理推導，內容抽象，學生普遍興趣不高。為了充分調動學生的積極性，對傳統教學思路做了相應的調整，由應用入手，圍繞實例展開原理分析。

比如對電阻應變式傳感器的講解，對于初次聽到這個名詞的學生來說，幾乎沒有人知道什么是電阻應變式傳感器，更沒有人清楚它的應用場合。這時教師就會舉出超市打印電子稱的應用實例，對于這種和生活聯系密切的應用實例，進一步再給出電子稱的傳感器內部結構圖片，通過多媒體手段播放自制的Flash教學動畫，用蘋果充當重物，隨著蘋果的紛紛落下，電子稱的顯示器示數隨之改變，形象生動地模擬了電子稱的工作過程，通過這樣的動畫演示，同學都對傳感器的工作理論充滿了濃厚的興趣。由應用實例引出問題，進而講述其工作原理，這種倒敘式的教學方法，必然能帶動學生的求知欲，對基本原理的探究更加積極主動，使理論教學過程不再枯燥抽象。

1.2 采用多媒體輔助教學手段

近年來，隨著計算機和多媒體技術的發展，使用多媒體輔助教學已成為現代教育必不可少的手段。 從2004級開始，嘗試應用PowerPoint和Flash等多媒體軟件制作電子教案，經過幾年的不斷完善，形成了內容豐富、圖文并茂、生動形象的多媒體教學課件。

比如對“光柵傳感器”的教學，對莫爾條紋的形成機理、光柵尺沿不同方向移動時莫爾條紋的方向性問題，特別是莫爾條紋對位移的放大作用等知識，采用板書教學缺乏形象性，學生根本無法想象其中的規律性。而通過Flash軟件制作的演示動畫，當兩光柵產生相對位移時，學生能清晰地觀察到莫爾條紋及其移動規律，有助于學生理解理論知識，增強學習興趣。

本課程的傳感器原理部分：包括應變效應、熱電效應、壓電效應、光電效應、渦流效應等，幾乎任何一類傳感器的工作原理都可以Flash 動畫動態演示。

2 實驗教學

2.1 改革傳統的實驗教學手段

驗證型實驗有助于學生理解傳感器課程中的基本理論，但由于現有的的實驗電路多采用模塊化設計，只需連接幾根導線，用萬用表和示波器記錄實驗結果，學生很快就能完成實驗，定量的結果也很粗糙，與工程實際嚴重脫節。②

在實驗學時有限的前提下，教師積極地進行實驗教學手段的改革，針對驗證性實驗內容，可通過教師（下轉第169頁）（上接第150頁）自制的Flash動畫和實驗錄像等手段在課堂演示實驗，學生通過動畫能夠熟悉實驗操作過程，通過錄像等資料也能看到實驗現象，節省了實驗學時，豐富了實驗教學手段。

2.2 加強綜合性和設計性實驗

在改造驗證性實驗教學手段的同時，開設研究設計性和綜合性實驗，提高學生實驗研究能力。

為了活躍學生的思路，提供實驗室的數十種傳感器，能進行溫度、濕度、位移、應力、轉速和振動的設計性實驗。學生根據實驗任務和具體給出的器件，自主確定設計題目，獨立設計電路圖，自行在實驗電路板上調試，老師只提供必要的技術指導。雖然由于硬件設施制約，學生的設計并非盡善盡美，但通過對傳感器檢測系統的設計，轉換電路的搭建，以及整個系統的調試，讓學生自主自發地在設計中引出相關理論知識點，在設計實現過程中加深對專業知識技能的綜合運用。③

2.3 開發基于虛擬儀器的傳感器實驗平臺

開發和利用虛擬儀器系統是高校進行實驗室建設，改革實驗教學的一個新的發展方向。所謂虛擬儀器就是在通用計算機平臺上，用戶根據自己的需求來定義和設計儀器的測量功能。利用現有的CSY傳感器實驗儀及其電路模塊、NI公司的數據采集卡、PC 機等硬件組建的虛擬傳感器實驗系統平臺的硬件框圖如圖1所示。

首先學生利用各種類型的傳感器將非電量轉換為電信號，經過必要的放大和濾波等調理電路后，通過安插在電腦中數據采集卡，將調理后的信號轉換為數字信號輸入計算機的虛擬儀器中，利用虛擬儀器編程完成對被測對象信息的實時采集、顯示、存儲和處理。該實驗平臺可為學生提供方便、快捷的數據檢測和分析手段，運用虛擬儀器技術建立的虛擬電子實驗室，在一定程度代替了實驗室的硬件傳統儀器設備和元器件，真正體現了虛擬儀器技術“軟件即儀器”的優勢。

3 實踐環節

3.1 指導學生參加各類電子競賽

課外科技實踐活動也是本科生創新能力培養的關鍵環節之一。電子信息工程系創立了電子創新設計開發基地，承擔著全國大學生電子設計競賽、黑龍江省大學生電子設計競賽的賽前培訓教學任務。近5年學生參加的大賽有：全國大學生電子設計競賽、黑龍江省大學生電子設計競賽、中國大學生物聯網創新創業大賽、全國飛思卡爾智能汽車競賽、校電子設計競賽，校“挑戰杯”等，均取得了非常不錯的成績，動手能力得到了普遍的提高。

3.2 校企共建實習基地

近年來，在校電子創新設計開發基地的基礎上積極與企業合作建立校企共建實習基地，現已建立了黑龍江省高校校企共建測試計量技術及儀器儀表工程研發中心。以企業為主組織實訓，讓學生走入企業，參與工程實踐。校內生產實習與校外工程實習的有機結合，提高了學生的實際動手能力，也使教師的科研能力得到了逐步提升。

4 結束語

在傳感器與測試技術課程的教學過程中，不斷地改進教學方法和手段，積極地開發綜合性和實驗性實驗和設計基于虛擬儀器的傳感器實驗平臺，建立校企共建實習基地。結果表明，通過這些改革措施有助于培養學生的創新實踐能力，取得了良好的教學效果。

基金項目：黑龍江省高等教育教學改革立項高教綜合改革試點專項項目（2012）；黑龍江省高等教育教學改革項目（2012）；東北石油大學重點建設課程項目（2012）

注釋

① 王建軍.《傳感器技術》課程教學方法探討[J].裝備制造技術，2007（4）：105-106.

② 葛君山.傳感器實驗教學初探[J].科技創新導報，2008（33）：97-99.

③ 朱立，李躍忠，錢敏，夏洪.《傳感器與檢測技術》課程教學模式創新探討[J].東華理工大學學報，2011.30（1）：77-79.