傳感器及檢測技術教學方法探究

李棟

【關鍵詞】傳感器;教學方法;有效教學

傳感器及檢測技術是高等學校測控技術、電子信息、自動化、機械工程等專業的一門重要的專業技術課。課程的主要內容包括各種傳感器的基本工作原理、結構、類型、性能、特點、適用范圍及其測量電路[1]。

在實際應用中，由于各類傳感器的工作原理是不同的，導致本課程信息量大，涉及的范圍較廣，各章節教學內容相對獨立，缺乏連續性和系統性，知識更新較快，學生不易系統掌握，導致學生的學習積極性普遍較低，學習效果較差[2]。為了有效提高學生的學習效率，更好地掌握傳感器相關知識，筆者通過多年的教學實踐探索，對該課程教學過程中出現的一些問題進行反復研究和反思，總結出了一些教學方法和經驗。

一、多舉傳感器應用實例

當前，傳感器技術被廣泛應用在高科技領域和日常生活中，教師如果能充分將傳感器的原理與應用有機結合起來，一方面能使傳感器的課堂教學變得生動有趣，另一方面，學生通過學習大量應用例子，了解傳感器的廣泛應用，也會促進對相關理論知識的學習。

例如溫度傳感器，其種類繁多，原理特點各異，應用場景各不相同，學習難度較高。溫度傳感器可以分為接觸式和非接觸式兩類，針對這兩類溫度傳感器，教師可以舉例如下：病人發熱去醫院，醫生用電子體溫計夾腋下測量體溫，采用的就是接觸式溫度傳感器，由于接觸式溫度傳感器與被測物體相接觸，因此測溫精度較高，有利于醫生對病情的分析判斷，但也限制了病人的運動范圍。而新冠疫情防控期間進入商場超市醫院等人流密集場所，門口都會有探測人體體溫的儀器（紅外熱像儀或紅外電子槍），這類非接觸式溫度傳感器不需要與被測物體接觸，因此測溫較靈活，速度快，但精度不高，能夠滿足以上場合應用的需求。通過以上舉例講解，學生很容易就能掌握這兩類溫度傳感器的特點和適用范圍。

二、與實驗結合

傳感器理論知識的學習離不開實驗課的支撐，很多高校在開設傳感器理論課程的同時，也開設了傳感器實驗課程。講完理論知識之后再做相關實驗，將理論課的內容與實驗操作結合起來，一方面利用理論知識指導實驗，更好地完成實驗操作和數據處理分析，另一方面通過實驗操作驗證理論，加深對理論的認識和理解，起到理論與實驗相互促進的作用。

筆者所在的新鄉學院物理與電子工程學院在開設傳感器及檢測技術理論課的同時，也開設了24學時的傳感器實驗課。一個實驗3學時，共8個實驗，涵蓋了溫度、應變、壓電、霍爾、光纖和光電等常用傳感器。通過實驗課，學生可以掌握各類傳感器的使用方法和常見物理量的測量方法，還可以將不同類型的傳感器進行對比。例如在學完霍爾傳感器和光纖傳感器測量轉速的理論知識之后，安排學生做相關實驗。在實驗過程中，引導學生利用所學理論知識，對比這兩種傳感器在測量轉速時的原理、誤差、影響因素、使用注意事項和應用范圍等方面的差異，親身實踐體會，促進學生更好的掌握傳感器相關知識點，并為實際測量選擇合適類型的傳感器提供經驗。

三、穿插講解科學家故事

在整個傳感器課程知識體系中，涉及很多重要的效應，這些效應發現和發展的背后是一大批科學家不斷鉆研、實驗，最終探索出真理的過程。教師如果能在講解原理的同時，穿插一些關于該原理被發現或發展的歷程以及相關科學家的勵志故事，不僅能有效激發學生探索未知事物的好奇心和熱情，還能促進學生對原理的學習和掌握，更能培養學生的創新思維。同時該過程也是課程思政在傳感器課程教學方面的具體體現。

例如光電效應的發現和發展歷程異常曲折艱辛，赫茲在驗證麥克斯韋關于電磁波預言的實驗過程中發現了光電效應，這一過程表面看似偶然，實則是其對理論和實驗經驗的積累所得，以此激勵學生努力學習科學知識，儲備知識。繼赫茲之后，以萊納德為首的眾多科學家不斷探索和總結，留下了非常寶貴的實驗結論。以此向學生強調開展正確有效實驗研究的重要性，并從中學習正確的實驗思維和設計方法。愛因斯坦據此結論，結合普朗克提出的能量量子化的理論，創造性地解釋了光電效應，并提出了光電效應方程，這其中離不開愛因斯坦敏銳的洞察力和對前沿成果的及時研究和總結，以此告訴學生要養成及時關注全球科研最新動態的好習慣。密立根原本反對愛因斯坦的解釋，經過十年的實驗研究，最終驗證了愛因斯坦理論的正確性，說明實驗結果比猜想更具說服力。

四、讓學生參與其中

學生學習積極性的調動也離不開輕松活躍的課堂氣氛，如果整堂課都是教師一個人在講臺上講解，本來就很枯燥的原理就會變得更加乏味，學生往往聽得昏昏欲睡，打不起精神。如果教師適時走下講臺，融入學生當中，讓學生走上講臺講解原理，激勵學生主動參與到原理的學習過程中，不僅可以活躍氣氛，還能調動學生學習的主動性[3]。

例如在講完霍爾效應的基本原理之后，把霍爾效應的原理圖展示給學生，讓學生充當教師角色，給其他學生講解原理的具體過程。在學生講解過程中，教師讓其他學生認真聽講，并在講完之后反饋講解意見，包括講解內容是否有誤會或者有遺漏，講解過程是否清晰等，也可以讓臺下的學生現場為講解的學生打分，并計入平時成績。該措施一方面促進上臺講解的學生透徹理解原理產生的過程，另一方面也能讓臺下的學生進行自查并及時改正。此外還可以分組討論，讓學生在充分理解原理過程的基礎上，探索不同的講解方式，最終達到掌握霍爾效應原理的目的。

五、督促學生及時復習總結

任何學習過程，不僅要有課堂上的聽講和互動，還要有課下及時復習與總結。一方面，課堂上學生即使認真聽講，做好筆記，但課后沒有反復地進行復習總結，最終還是無法很好地掌握先前學過的知識。另一方面，雖說傳感器各章之間內容相對獨立，其內部也是存在著一定的聯系，如果不去及時總結各個章節之間的內部關系，長此以往，學到的知識只是一盤散沙，不能形成一個系統，也會影響對課程整體的把握和理解。

針對現存的學生普遍缺乏復習和總結習慣的現象，教師可以適當采取一些強制手段，比如每節課后把復習總結任務布置成作業形式，定期評比選出總結全面、重難點突出、有自己的理解、書寫工整有條理的優秀作業，作為榜樣讓其他學生觀摩學習，使學生逐漸養成課后總結的習慣。

六、結語

綜上所述，教師教好傳感器及檢測技術課程的關鍵是，將生動的傳感器實例與枯燥的原理有機結合，同時，將理論知識與傳感器實驗課相結合。理論聯系實際，用一些典型科學家奮斗鉆研的故事激勵學生主動探索未知事物，提高學生思考問題和處理問題的能力，適時互換角色，讓學生走上講臺，教師融入學生中，活躍課堂氣氛，并督促學生及時復習與總結。經過筆者的教學經驗證明，綜合采用上述教學方法可以取得較好的教學效果。