傳感器原理與檢測技術教學改革研究

周春艷+楊旭英

摘 要 在分析學生對傳感器原理與檢測技術課程學習狀況和學習能力基礎上，從課堂理論教學組織形式和實踐形式及考核方式等方面提出改革。提出在課堂上采用小組考核、小組競賽的形式，提高學生的團隊協作精神和責任感。同時引入項目式教學法，將單片機課程和傳感器課程融合，設計四個難度逐漸加大的小型項目融合在整個教學過程中，使學生熟悉電子產品開發的過程，對所學課程和課程群有更深的理解，能夠將所學理論應用到實踐中。

關鍵詞 傳感器原理與檢測技術課程；物聯網；翻轉課堂；項目式教學法

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）22-0110-03

Research of Teaching Reform of Sensor Principle and Detection Technology//ZHOU Chunyan， YANG Xuying

Abstract The paper put forward some reform measures about the organization of classroom teaching， practice and examination way on

the course of the Principle of Sensor and Testing Technology， based on the analysis of the students learning situation and learning ability in our school. Group assessment and team competition are adopted in the classroom teaching to improve the students team spirit and sense of responsibility. Furthermore， the project teaching method employed too， the courses of MCU and the Sensor are fused. Four small projects are difficulty gradually more designed in the whole teaching process， to make the students familiar with the process of electronic product development， to have a deeper understanding of the courses and course group， to be able to apply learning theory to practice.

Key words sensor principle and detection technology； internet of things； flipped classroom； project teaching method

1 前言

萬物互聯時代，人們生活的各個方面都離不開傳感器的應用，傳感器是信息系統的源頭，是實現自動檢測和自動控制的首要環節。傳感網絡是物聯網最基礎、最底層的部分，每秒采集的海量數據構成智能物聯的基礎[1]。隨著中國工業化的發展，傳感器市場呈井噴趨勢，未來五年，世界傳感器領域復合增長率將超過10%，中國將成為傳感器領域全世界最大的市場，是傳感器應用的熱土。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》也將“傳感器網絡及智能信息處理”作為“重點研究領域及優先主題”[2]。總體而言，在制造業升級和物聯網這種大背景下，不管是政策支持還是市場需求，都傳達出支撐中國傳感器行業快速發展的積極信號。

因此，在本科教學中，為了適應社會人才需求，學生掌握好傳感器技術顯得尤為重要。本文在分析本校學生的實際學習現狀和學習能力的基礎上，結合北方民族大學應用型人才培養方案，針對該課程，從理論教學、實踐教學和課程評價體系等方面的改革進行了探討。

2 教學現狀及改革的必要性

隨著智能制造和物聯網的發展，傳感器的重要性不斷凸顯。工業產品逐漸從自動化向智能化方向發展，大量需要一些熟練掌握傳感器相關知識的人才。為適應社會需求，各大高校加大了對傳感器課程的建設，培養適應社會需求的優秀畢業生。但由于各種因素影響，在教學中存在課本知識與現實應用脫節、傳感器更新換代快、學生學習愿望強烈但基礎薄弱、教學方式陳舊等問題，主要表現在以下幾個方面。

理論教學枯燥，內容滯后 傳感器原理與檢測技術是一門交叉學科，涉及學科門類繁多，知識應用多元化，實踐性強，要求學生具有扎實的數學、化學、物理學、材料學、電路等知識。在傳統的教學模式中，教師往往依照教材內容，從傳感器的原理、結構、測量電路、補償電路和應用等方面進行講授，過于注重原理的解釋和公式的推導以及電路的分析，缺乏對傳感器的應用和具體問題的分析，使學生對其應用缺乏直觀具體的認知，以至于給定具體的檢測任務時，不知道如何選擇合適的傳感器，也不會設計相應的檢測系統。

另外，傳感器的發展日新月異，隨著物聯網和智能制造的升級，傳感器實現數字化、智能化和網絡化。而目前教材所講授的內容大多還是最基礎的原理，所涉及的實例也多是模擬的分立元件，和市場應用脫節。這樣容易導致學生無法將所學知識和現實應用建立具體的聯系，出現學習興趣下降。

實踐與應用脫節 傳感器是一門應用性和實踐性很強的課程，實踐過程旨在培養學生的工程能力和工程意識。然而，傳統的傳感器實驗大多在封閉的傳感器實驗臺上完成，學生僅僅是進行測量，記錄數據而已，不利于動手實踐能力的培養。endprint

考核方式不能調動學生學習的積極性 目前的考核方式大多是考試和平時考勤相結合，且卷面分數比重很大。由于傳感器所涉及的原理、材料性能等是大量需要記憶的內容，容易導致學生成績不理想。做實驗也是幾個人一組，有的學生自己不動手，經常出現“搭便車”和“混日子”的消極現象，給整個小組甚至更大的范圍帶來負能量，不能調動學生學習的積極性。

3 課程改革探討

應用型高校應培養具有較強社會適應能力和競爭能力的應用型人才。這就要求在傳感器課程授課過程中打破傳統的以理論教學為主的模式，構建以“學生為主，教師為輔”，以熟練應用為目標的新型教學體系。

理論教學方面

1）教材選取。目前，傳感器教材主要分為兩類：一類教材按傳感器的原理進行分類講述；一類教材以被測量的分類進行講述。兩類教材各有優缺點：第一類便于學生清楚地理解某種傳感器的原理，但是在應用過程中不知如何選型；第二類，學生遇到具體的檢測任務會知道選擇哪一類傳感器，但是對原理知道不深。

因此，教師在教學中應該將兩類教材結合，淡化傳感器數學模型及公式推算、內部結構及制造工藝、復雜的系統模型設計和過多的體系強調等內容；可選擇項目化教程，突出學生對傳感器的“認識”，知道“在哪里用”“如何用”“應用中需要注意什么問題”等[3]；可采用模塊化加項目化教學，將所學知識分為各個模塊，每個模塊由若干項目組成，每個項目中學習一個具體的傳感器的應用，讓學生對現代典型傳感器和檢測技術有一定的了解和熟悉[4]。

2）課堂活動組織。傳感器課程并不是以理論知識學習為主的基礎課程，更偏重于培養學生在傳感器與檢測系統設計與應用方面的實踐能力。教師應該以需求為導向，以培養學生針對傳感器檢測系統具有“選得出”“做得出”“講得明”的實踐能力為目標[5]。因此，應該讓學生成為課堂的主體，教師充當引導員的角色，避免出現滿堂灌的現象。教師在上課前，可先給學生布置相關的任務和思考題，讓學生查找資料，思考本節課所學的傳感器內容在現實中的應用，并找出最新發展技術和趨勢。同時，在教學中可采取小組協作、監督學習、小組間競賽的教學模式。

每個學生的基礎不同、學習能力不同，為了讓所有學生都參與學習，可通過組成協作小組，讓學生在合作中完成學習任務。將班級學生每五人一組，分成若干小組，并選出組織能力較強、學習成績較好的學生作為組長，由組長負責組織、督促小組成員共同學習。將小組作為一個小的集體進行共同考核，共同評定成績。如考勤的時候，如果小組中有人沒到，則該組集體記為缺勤。每組進行的項目比賽成績記為大家共同的平時成績。

同時，可將競賽制引入課堂教學中。本課程將每次的項目開發都設計為競賽活動，根據全組成員考勤情況、相互協作情況、PPT講解情況、成果展示等幾個方面評選出最優小組，并給出競賽成績[6]。

實踐方面 采用項目式教學法，以任務為導向開展教學活動，以項目的方式開展實踐活動。同時，將傳感器課程和單片機課程相融合[7]，形成以單一項目為多課程服務的模式。項目的設置可以從簡單到復雜，步步遞進，盡量包含一個電子產品構成所需的采集、處理和執行各個環節。如以測溫系統為例，可以將這個任務分成四個小型項目，在整個學習環節中逐步完成。項目任務和內容如表1所示。

經過四個項目的訓練，讓學生熟悉整個電子產品的開發流程和系統的組成部分。還可在該系統的基礎上可加入執行機構，運用不同的控制算法控制輸出驅動加熱絲，使被測溫度控制在恒定值。通過項目的訓練，使學生對傳感器課程、單片機課程和自動控制原理課程等有一個更明確的認識，有助于對所學專業產生深刻理解。

課程評價體系 考試作為檢驗學生對知識掌握情況的重要途徑，可督促學生進行學習，也可進一步提升教師的教學水平。然而對于傳感器這種應用性強的課程，不能只看重卷面成績，應該加大實踐分數的比重。另外，為了端正學習態度，出勤率和上課積極性也應納入考核范圍。借鑒翻轉課堂多維度、多方式的評價體制，本課程的考核方式包含平時成績和考試成績兩部分，各占50%。考試可采取半開卷的形式，學生可自帶一張A4紙，將重點知識和公式總結在上面，避免出現學生復習時陷入死記硬背的現象。試題可側重一些應用設計和綜合性題目。考勤也可采取小組集體考核的方式，借此以督促全體學生都參與學習，增強團體協作意識及自我約束能力。另外，課堂項目和開放性討論環節也應納入最終成績，提高學生動手實踐和應用能力。具體考核內容和所占比重見表2。

4 結語

本文根據傳感器課程綜合性、實踐性強等特點，本著以學生為主體、教師為主導的方針，對傳感器原理與檢測技術課程的教學內容、教學活動組織、教學評價方式等進行改革。精簡了教學內容，設計了項目式教學法、競賽制教學法等課堂活動，激發學生學習的積極性和主動性；在教學評價方式上對學生進行統一分組考核，培養學生的責任感、榮譽感和團體協作能力。同時，將單片機課程和傳感器課程進一步融合，設置難度層層遞增的項目，讓學生一步步學會電子產品的開發，并更進一步加深對課程群和專業的認識，有利于知識的內化和拓展。

參考文獻

[1]楊劍波，譚茜.物聯網傳感器技術探討[J].電信網技術，2011（12）：40-44.

[2]錢志鴻，王義君.面向物聯網的無線傳感器網絡綜述[J].電子與信息學報，2013，35（1）：215-227.

[3]錢裕祿.傳感器技術及應用電路項目化教程[M].北京大學出版社，2013.

[4]盧森幸，鄒清平.“傳感器原理與檢測技術”教學改革探索[J].中國電力教育，2013（1）：108-109.

[5]劉鈺，郭本振，王曉晶.基于項目的單片機與傳感器原理課程融合教學改革探索[J].電腦知識與技術，2014（23）：5493-5495.

[6]周春艷，張白，潘俊濤.“DSP原理及應用”課程教學及評價方式[J].電氣電子教學學報，2015（4）：45-47.

[7]楊睿.《傳感器原理及應用》課程實踐教學改革與創新[J].沈陽師范大學學報：自然科學版，2015，33（4）：571-574.endprint