現(xiàn)代化教學手段在“傳感器與檢測技術(shù)”課程教學中的應(yīng)用

戴 華，明志新，龐 璐

（湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學院機電工程系，湖北武漢430070）

0 引言

傳感器系統(tǒng)處于信息采集的最前端，具有信息感知與獲取、檢測的能力，是檢測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)與根本，被喻為“機器的五官”[1]。近些年來，傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用范圍十分廣闊，主要應(yīng)用在機器人產(chǎn)品設(shè)備，工業(yè)制造設(shè)備、電子與特種等設(shè)備[2]。傳感器系統(tǒng)對于所有專業(yè)而言，都是密不可分的、必不可缺的，為此，我系開設(shè)了“傳感器與檢測技術(shù)”這門專業(yè)主干課程。

現(xiàn)代素質(zhì)教育的基本特征與目標是要全面提高學生的基本素質(zhì)，尊重學生的主體精神，開發(fā)學生的智慧潛能，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，形成學生的健全人格[3]。高等教育要進一步轉(zhuǎn)變教育理念，深化教育改革，努力培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高級專門人才。而建立和發(fā)展現(xiàn)代化教學方法與手段是培養(yǎng)具有基礎(chǔ)牢、知識廣、能力強、素質(zhì)高的創(chuàng)新精神人才不可缺的重要組成部分[4]。

1 傳感器課程教學手段與方法的現(xiàn)狀及其原因

近幾年來，各種高新技術(shù)與檢測技術(shù)飛速革新，新型材料與微電子等技術(shù)的快速發(fā)展，各類傳感器研究新成果不斷涌現(xiàn)，而在傳感器相關(guān)教材的內(nèi)容上，沒有及時跟進新技術(shù)而顯得陳舊[5]；在教學內(nèi)容上，偏重于講解各類傳感器原理與測量檢測技術(shù)電路，內(nèi)容深而難以理解；在教學手段上，一直沿用板書教學的基礎(chǔ)水平的傳統(tǒng)的教學手段，或者僅使用PPT演示教學[6]；在教學方法上，主要采用向單向注入式的“填鴨式”與“滿堂灌”的課堂講解為主的教學方法。

這種使用陳舊的教材內(nèi)容，講解枯燥的教學內(nèi)容，運用落后的教學手段，沿用單一的教學方法，使得傳感器相關(guān)課程教師的教學效率低，學生的學習效果差，遠遠不能滿足傳感器專業(yè)人才在新型技術(shù)高速發(fā)展和社會經(jīng)濟發(fā)展中的需要。

造成以上的種種現(xiàn)象的主要原因，一方面是學校對教學相關(guān)方面的資金投入力度不大，使得教師的教學手段仍然被傳統(tǒng)的教學手段所主導(dǎo)[7]，另一方面，在面對日新月異的教學現(xiàn)代化改革浪潮和不斷涌現(xiàn)的新型技術(shù)時，不少教師對出現(xiàn)的新技術(shù)不敏感，表現(xiàn)迷惘與困惑，不敢主動打破陳規(guī)，不敢主動學習新知識、新技術(shù)，導(dǎo)致新型理論知識儲備不足，加上學校缺乏開設(shè)實踐課的條件和課本內(nèi)容脫離生產(chǎn)實際，也是造成傳感器課程教學手段和方法改革步履維艱的原因。

在人類的知識以幾何級速度不斷增加的現(xiàn)代技術(shù)迅速發(fā)展的社會大環(huán)境下，這將必定會促進人們不斷的更新他們的知識，以滿足現(xiàn)代社會生活的需要，才能跟得上現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的步伐[8]。由此可見，培養(yǎng)學生的學習能力是全社會的需要，也是現(xiàn)代教育教學的特點之一，因此，采用先進的教學手段與方法是教學變革的大勢所趨。

2 現(xiàn)代化教學手段與方法在傳感器教學過程中的運用

（1）教學方法的創(chuàng)新

1）項目案例教學法，把項目案例引人課堂教學，進行項目教學和案例教學。

項目案例教學法就是讓學生將所學的理論知識，直接地應(yīng)用到實際工作項目中去[9]。這樣，極大地調(diào)動了學生學習知識的積極性，提高了學生的思考能力，增強了學生的決策能力。

在設(shè)計“教學加工兩用型微型數(shù)控銑床”時，如何利用傳感器控制數(shù)控銑床X、Y、Z軸運動極限，把這一工程實際應(yīng)用與講述不同種類傳感器原理案例相結(jié)合，讓學生一邊學習各類傳感器原理知識，一邊思考如何利不同種類的傳感器來限制數(shù)控銑床X、Y、Z軸的運動，一邊動手驗證自己的學習效果。教師根據(jù)實際項目中出現(xiàn)的不同問題，及時調(diào)整實驗課的內(nèi)容，讓學生邊學、邊思考、邊動手做，很好的改變了以往的傳感器實驗中以驗證性試驗為主的教學模式，不僅能提高學生的思考和動手能力，還大大提高了學生的學習興趣。

2）研究性教學法，在設(shè)計性實驗和綜合性實驗過程中可以引導(dǎo)學生參與研究工作，指導(dǎo)學生開展一些傳感器相關(guān)的實踐項目，進行研究性教學法[10]。

設(shè)計性實驗和綜合性實驗，同樣可以應(yīng)用到設(shè)計“教學加工兩用型微型數(shù)控銑床”項目中，開發(fā)不同類型的傳感器來控制數(shù)控銑床X、Y、Z軸運動極限，例如，電感式傳感器、光電式傳感器等等。

通過這些在“教學加工兩用型微型數(shù)控銑床”項目中的設(shè)計實驗的研究性教學法，很大程度上調(diào)動了學生的學習主動能動性。實驗中只給出控制數(shù)控銑床X、Y、Z軸運動極限這一設(shè)計目標要求，其他的內(nèi)容學生根據(jù)所學知識獨立完成，加強了學生對工程項目的認知能力和設(shè)計能力，同時也為學生提供了更為廣闊的空間來發(fā)揮自己的潛能。

3）自學與討論式聯(lián)動教學方法。自學與討論式聯(lián)動教學方法是先由教師發(fā)布學習的內(nèi)容與目標，并提出相關(guān)內(nèi)容的重難點，再由學生根據(jù)發(fā)布的內(nèi)容，自主學習，并對學習內(nèi)容進行討論與質(zhì)疑，最后由教師對學生自主學習提出的問題進行講評和總結(jié)，檢查學生的學習效果，從而使學生獲得相關(guān)的知識[11]。

在講解工業(yè)機器人、電梯等設(shè)備上所用新型傳感器技術(shù)時，學生要根據(jù)教師所發(fā)布的新型傳感器的功能，自己收集相關(guān)資料，并在課堂上自己進行歸納和講解。然后將自己整理的理論知識到工業(yè)機器人實訓室和電梯館去驗證。整個教學過程中，教師負責對學生的學習情況進行監(jiān)督并提供指導(dǎo)意見，在整個過程中，學生要學習如何發(fā)現(xiàn)問題，學習如何解決問題。理論知識與實驗相結(jié)合，一方面極大地提高了學生的學習興趣與課堂參與程度，對傳感器了有更加實際性的了解，另一方面也提高了學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力和動手能力。

（2）教學手段的改進

1）利用多媒體輔助教學。信息技術(shù)的快速發(fā)展，也為教育提供了多種多樣的教學手段，運用多媒體課件如PPT演示、傳感器應(yīng)用視頻的播放、現(xiàn)場實物模擬教學和教師與學生互動教學等輔助教學手段與傳統(tǒng)教授方式相結(jié)合[12]。

教師每學期查閱參照不同版本的教材以增加教學的信息量，關(guān)注最新的傳感器相關(guān)技術(shù)信息，及時更新教學內(nèi)容，在開闊了教師和學生們的知識面的同時，也很好地避免了照本宣科的單調(diào)理論教學，使用大量不同的教學軟件和多媒體素材以及最新的傳感器相關(guān)技術(shù)信息，編寫內(nèi)容豐富多樣、趣味橫生的課件和教案。

利用圖像、動畫、影片等輔助教學手段展示傳感器原理、運行、變化過程和理論模型等，更加清楚明了、形象生動的闡明和演示各種傳感器的結(jié)構(gòu)，很好地調(diào)動了學生學習的積極性，活躍了課堂氣氛。

2）引入“虛擬現(xiàn)實”教學方式?！疤摂M現(xiàn)實”教學方式就是在課堂上利用計算機技術(shù)模擬處理現(xiàn)實問題的一種教學方式[14]。

在講解新型傳感器技術(shù)在電梯設(shè)備中的應(yīng)用時，傳統(tǒng)的傳感器課程教學，學生只能接觸到有限的書本知識，無法直接、全面地了解現(xiàn)場的學習內(nèi)容，限制了學習的效果性和目的性。而通過引入“虛擬現(xiàn)實”教學方式，讓學生帶上VR裝備，身臨其境模擬對各類電梯傳感器進行安裝和調(diào)試，使學生掌握傳感器在電梯上的應(yīng)用。還可以讓學生“進入”電梯轎頂，直觀的感受傳感器在電梯運行時的工作情況，給學生以真實性和交互性，可以為學生逼真展示出電梯上各種傳感器模型。并且可以通放大設(shè)備，讓學生“進入”各類傳感器內(nèi)部，更好的了解傳感器的結(jié)構(gòu)、性能、原理和參數(shù)等等。這種“虛擬現(xiàn)實”教學方式，讓學生直觀地體驗所學的傳感器相關(guān)知識在現(xiàn)實設(shè)備中的應(yīng)用，驗證了所學知識，極大地提高了學生的學習積極性和學習積極性。如圖1所示，為電梯安裝傳感器VR片段截圖。

圖1 電梯安裝傳感器VR片段截圖

3）開發(fā)網(wǎng)絡(luò)教學。運用現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，開發(fā)建立網(wǎng)絡(luò)教學平臺，將其融入教學過程中，制作與教材相配合的“網(wǎng)絡(luò)作業(yè)與練習”，能夠很好的培養(yǎng)學生的思維判斷和接收新知識的能力[15]。運用網(wǎng)絡(luò)教學平臺的功能，設(shè)定學習關(guān)卡，指定學生主動學習網(wǎng)上的最新傳感器技術(shù)信息，并對學生網(wǎng)上學習情況進行測評，從而很好的彌補了課程教材不能及時更新的不足。通過網(wǎng)絡(luò)教學平臺的互動功能，實現(xiàn)教師與學生之間，學生與學生之間的實時互動、專題問題討論與解答，從而實現(xiàn)了知識獲取的最大效益。如圖2所示，為學習網(wǎng)絡(luò)教學平臺。

圖2 學習網(wǎng)絡(luò)教學平臺

3 結(jié)束語

在現(xiàn)實的傳感器課程教學中，許多的教學手段和方法還是沿用以往的傳統(tǒng)教學方式，比較陳舊，學生在課堂上絕大多數(shù)是被動的接收知識、記憶知識，難得有機會積極主動的參與，這在很大程度上束縛了學生的學習思維方式和創(chuàng)新精神。在知識經(jīng)濟的爆炸式發(fā)展需要有創(chuàng)新能力的人才的今天，這種傳統(tǒng)的課堂教學方式，已經(jīng)不利于人才創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。因此，有必要改進現(xiàn)有的教學手段與方法，以適應(yīng)新形勢下知識經(jīng)濟對發(fā)展教育的需要。