“傳感器技術(shù)”課程教學(xué)改革方法探論

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)。沒有傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)，因此傳感器在工業(yè)領(lǐng)域具有舉足輕重的地位。目前國內(nèi)高校很多工科專業(yè)都開設(shè)了“傳感器技術(shù)”這門課，并且作為很多專業(yè)的一門非常重要的基礎(chǔ)理論課。筆者在一所工科大學(xué)里從事“傳感器技術(shù)”的教學(xué)，在十幾年的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，該門課程存在著教材內(nèi)容知識(shí)老化、被動(dòng)式教學(xué)、實(shí)驗(yàn)器材過于集成等問題，進(jìn)而導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。通過教學(xué)過程中不斷的摸索，總結(jié)了一些改革方法，本文就此作了探討。

一、理論教學(xué)環(huán)節(jié)改革方法

1.教學(xué)內(nèi)容。（1）知識(shí)老化問題與改進(jìn)措施。目前國內(nèi)高校使用的教材大多都存在著內(nèi)容十幾年甚至幾十年不變的問題，“傳感器技術(shù)”也沒能例外，以筆者使用的傳感器技術(shù)課本為例，書本大量介紹的還是以傳統(tǒng)的電阻式、電容式、電感式等經(jīng)典傳感器為主，新式傳感器例如光纖傳感器和集成傳感器的介紹則還停留在幾年甚至十幾年以前的初期水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于當(dāng)前的發(fā)展程度。尤其是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活，但是本教材卻絲毫沒有涉及。為了解決教學(xué)內(nèi)容老化滯后的問題，筆者在教學(xué)過程中，針對(duì)每章的內(nèi)容，查找該類傳感器最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)并制作成PPT，然后在本章結(jié)束的時(shí)候利用一節(jié)課的時(shí)間給同學(xué)們進(jìn)行講解。如果恰巧該新式傳感器在筆者研發(fā)項(xiàng)目中有應(yīng)用，則將該項(xiàng)目整體做成PPT與同學(xué)們進(jìn)行分享。這樣教學(xué)內(nèi)容就會(huì)緊跟時(shí)代發(fā)展步伐，從而使學(xué)生不僅了解了該傳感器的基本理論知識(shí)，也能對(duì)目前發(fā)展階段和發(fā)展趨勢(shì)有了深刻的認(rèn)識(shí)。

（2）理論公式推導(dǎo)過多及解決辦法。筆者認(rèn)為傳感器這門課主要的任務(wù)是了解傳感器原理、特性，能夠根據(jù)項(xiàng)目需求正確選擇和使用傳感器，重點(diǎn)是教會(huì)學(xué)生應(yīng)用而不是理論推導(dǎo)。教材在某一類傳感器開始的章節(jié)，會(huì)通過大量的公式推導(dǎo)，試圖告訴學(xué)生該類傳感器理論基礎(chǔ)和依據(jù)，結(jié)果卻是過程繁雜且抽象的公式推導(dǎo)占據(jù)了課堂的大部分時(shí)間，大部分學(xué)生由于遺忘了相關(guān)的數(shù)學(xué)和物理知識(shí)而聽得非常吃力，久而久之學(xué)習(xí)興趣也被枯燥的推導(dǎo)消磨殆盡。這樣不僅占據(jù)了大量的課堂時(shí)間，還導(dǎo)致一部分學(xué)生徹底失去學(xué)好這門課的信心，效果非常不好。最近兩年，教材編寫者也注意到這些問題，刪除了一些章節(jié)的一部分公式推導(dǎo)，如“電感傳感器”一章中原來的大量涉及電磁場(chǎng)的公式被刪除，但是還是存在理論公式過多的問題。就筆者看來，公式推導(dǎo)完全沒有必要，那是數(shù)學(xué)和物理的教學(xué)范疇，而不應(yīng)該是“傳感器技術(shù)”的教學(xué)內(nèi)容。筆者依據(jù)這個(gè)思想，在近兩年的教學(xué)過程中，遇到理論公式不再進(jìn)行推導(dǎo)，而只告訴學(xué)生公式以及各個(gè)參數(shù)的意義，告訴學(xué)生該傳感器測(cè)量的理論基礎(chǔ)。實(shí)踐證明，這樣的做法大大減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。有利于將節(jié)省下來的課堂時(shí)間用于為給學(xué)生介紹新的知識(shí)以及學(xué)生自主參與傳感器教學(xué)。

2.教學(xué)方法。（1）先理論后實(shí)踐改為邊理論邊實(shí)踐。“傳感器技術(shù)”課堂教學(xué)采取理論聯(lián)系實(shí)踐的方法已經(jīng)成為共識(shí)。但是理論和實(shí)踐即課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)如何安排是一個(gè)值得探討的問題。據(jù)筆者和其他老師交流來看，目前普遍做法是整本書學(xué)習(xí)完畢后，再上實(shí)驗(yàn)課，甚至第一學(xué)期是理論課，第二學(xué)期上實(shí)驗(yàn)課。從筆者十幾年的教學(xué)效果來看，這種方法不是很好，因?yàn)楫?dāng)學(xué)習(xí)理論課的時(shí)候?qū)?nèi)容沒有感性的認(rèn)識(shí)，完全是靠圖片或者文字描述，學(xué)生不知道傳感器具體什么樣子、怎么安裝、怎么使用、看不見摸不著，就激發(fā)不了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，由于相隔了一段時(shí)間，實(shí)物又和理論對(duì)不上號(hào)，傳感器什么原理、什么結(jié)構(gòu)、有什么特性等大部分都忘記了，這樣即使實(shí)驗(yàn)做完了也仍然和書本上的理論知識(shí)對(duì)不上號(hào)。針對(duì)這個(gè)問題，筆者近兩年采用了以下措施：學(xué)生學(xué)習(xí)一類新的傳感器之前，先安排到實(shí)驗(yàn)室，由老師介紹傳感器在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的位置，觀察其外形以及安裝方式，然后由老師做一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)傳感器有了感性認(rèn)識(shí)，自然而然地就會(huì)想知道背后的原理，這時(shí)候再進(jìn)行理論學(xué)習(xí)就能大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，接著在一章學(xué)習(xí)完畢后，立即安排實(shí)驗(yàn)課，趁熱打鐵，這樣學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中就能將理論聯(lián)系實(shí)際了。

（2）被動(dòng)式教學(xué)改進(jìn)方法。現(xiàn)在的課堂教學(xué)都強(qiáng)調(diào)老師和學(xué)生互動(dòng)，但是一般還是老師說、問，學(xué)生聽和回答，仍然屬于被動(dòng)式教學(xué)，效果并不明顯。為了改變被動(dòng)式教學(xué)局面，結(jié)合傳感器教學(xué)的特殊性，筆者總結(jié)出一個(gè)新的模式，即學(xué)習(xí)一章新內(nèi)容時(shí)，把學(xué)生分成若干組，組內(nèi)同學(xué)通力合作查詢資料撰寫一篇有關(guān)即將要學(xué)習(xí)的傳感器的論文，主要是涉及傳感器的應(yīng)用并形成PPT，在課堂上每組推出一名同學(xué)上臺(tái)講解，然后由老師和同學(xué)評(píng)選且成績納入平時(shí)成績。該方法一經(jīng)實(shí)行，大大提高了學(xué)生的課堂參與度，不僅起到了預(yù)習(xí)課本知識(shí)的作用，更是通過調(diào)研讓他們明白傳感器不再是虛無縹緲的東西而是與自己的生活息息相關(guān)的，從而大大激發(fā)了學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣，活躍了課堂氣氛，提高了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，課堂效果非常好。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)改革方法

1.實(shí)驗(yàn)器材。學(xué)校采用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能齊全，配套的實(shí)驗(yàn)教材完備，但是從筆者的角度來看，存在這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K集成度過高、操作步驟過于簡(jiǎn)單、學(xué)生參與度過低的問題。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程學(xué)生只需要按照實(shí)驗(yàn)操作說明書接接線，然后讀取儀表數(shù)值即可，完全搞不清整個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理、流程，甚至實(shí)驗(yàn)完畢后不知道傳感器在哪里。筆者認(rèn)為，傳感器實(shí)驗(yàn)器材應(yīng)該讓學(xué)生了解并參與測(cè)量的每一個(gè)步驟，而不是把器材做成一個(gè)黑匣子，讓學(xué)生只能接觸到輸入和輸出，而應(yīng)該將每個(gè)關(guān)鍵步驟都留出接口，讓學(xué)生自主選擇，由于錯(cuò)誤的接法會(huì)帶來錯(cuò)誤的結(jié)果，這樣學(xué)生就會(huì)邊做邊思考，通過現(xiàn)象了解本質(zhì)，從而達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)踐的目的。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是和教材配套的，由于教材內(nèi)容存在內(nèi)容滯后的問題，因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也存在內(nèi)容過于陳舊的問題。筆者的做法是通過自制設(shè)備，盡可能讓學(xué)生接觸到新式傳感器及其應(yīng)用。目前國家提出“智能制造”“互聯(lián)網(wǎng)+”等戰(zhàn)略規(guī)劃，這些概念的一個(gè)很重要的核心技術(shù)就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。所謂物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)其實(shí)就是將獨(dú)立的儀表、傳感器、設(shè)備等通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。因此，筆者認(rèn)為有必要讓學(xué)生了解并接觸到物聯(lián)網(wǎng)。筆者研發(fā)了一套物聯(lián)網(wǎng)傳感器實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并配套了實(shí)驗(yàn)教材，內(nèi)容涉及傳感器、互聯(lián)網(wǎng)、電路、編程等方面的知識(shí)。通過這套實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生不僅熟悉了傳感器知識(shí)、網(wǎng)絡(luò)知識(shí)還鍛煉了編程能力。另外一個(gè)問題就是有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置簡(jiǎn)單重復(fù)，往往安排一節(jié)課的時(shí)間，學(xué)生卻幾分鐘就做完了。筆者認(rèn)為可以把這幾個(gè)傳感器集成到一個(gè)模塊中，做不同的實(shí)驗(yàn)只需更換傳感器即可。同時(shí)傳感器的更換要讓學(xué)生自主接線，這樣有利于增加學(xué)生對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)以及增加實(shí)驗(yàn)的參與度。

通過這幾年的實(shí)踐證明，該方案拓展了學(xué)生知識(shí)面，激發(fā)了學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，鍛煉了學(xué)生的科研能力，也提高了學(xué)習(xí)成績，得到了學(xué)生和學(xué)校的普遍認(rèn)可。