《傳感器原理及應用》課程教學模式改革與實踐研究*

張紅梅 朱毅 李小靜

（湖北商貿學院）

今天，在社會發展和科學進步中信息技術發揮著決定性作用。信息技術、傳感器技術和計算機技術在當今信息社會的發展過程中，也被稱為支撐現代信息產業的三大支柱。現代信息技術的基礎包括信息傳輸、信息收集和信息處理，信息采集離不開傳感器技術，在檢測和控制之前傳感器技術是在信息采集系統的最前端，是檢測、采集和感知的前端。本課程長期側重于講解課程內容中的測量處理電路和各種傳感器的工作原理，教學方式提供少量驗證性實驗，實驗根據教學內容進行設置，這種教學方法有明顯的缺陷。因為學生第一次接觸到的是傳感器測量原理，學生缺乏感性認識，看不到實物，引入類似的教學內容會讓學生感到無聊，教師對這些分析方法的深層原理不注重講解，其影響了學生的學習意愿。因此，未來，課程教師需要結合學生特點、學校條件、檢測技術的最新應用動向實施教育改革，仔細分析課程的教育目標。《傳感器原理及應用》已成為應用電子技術、自動化控制、自動化機械工程、電子信息工程等電類相關專業的必修課，課程領域的發展趨勢和前沿知識要重點講解。本文以學生的職業發展為重點，研究本課程的教育改革，旨在提高學生職業素質、應用工程實踐的能力和就業質量，希望在教學實踐過程中，幫助學生提高學習內容，以及促進未來社會經濟發展。

一、《傳感器原理及應用》課程教學內容改革

《傳感器原理及應用》課程涵蓋的專業廣，面向通訊工程、電氣自動化、電子與信息工程的學生。為此，我校針對新工科人才培養的要求，對各專業學生的課程和教學大綱內容進行了一些修改，實踐教學與理論教學相結合，加強了學生面向實踐的方式，在學習理論的過程中將實踐與理論相結合，讓學生真正做到手把手地獨立學習理論和實踐。一方面，能提高學生分析和解決問題的能力，在加強基礎學習和動手環節的同時，精心設計實驗環節，將實踐與理論課程有機結合，最大限度地利用實踐課時，實現實踐與理論教育相輔相成。另一方面，對課程大綱進行修改，優化了理論教學和實踐教學內容，與各種學科競賽、生活應用相結合，使理論課的教學內容更加接地氣。

二、《傳感器原理及應用》課程特點

（一）綜合性強

傳感器幾乎涵蓋了支撐現代文明的所有領域，包括聲學、光學、力學、化學、電磁學、材料科學、微電子學等多個學科。其種類也比較繁多，需要綜合應用這些領域的知識，在實際使用某種傳感器進行測量時，使學生很難找到線索。

（二）實用性強

傳感器的實際應用，就是利用不同工作原理的傳感器對各種參數進行測量和信號調理轉換。傳感器在檢測系統和自動化控制中，作為信息獲取和轉換的來源，給社會生產和人類生活提供各種有用的信息，為人們提供了一個宏觀和微觀的世界，“沒有傳感器就沒有現代科學技術”的觀點得到了全世界的認可。

（三）知識更新快

近年來，不斷發展的科學技術，對傳感器的發展提出了新的挑戰和要求，尤其是出現了許多新型的高質量傳感器。例如，新型光敏和離子敏傳感器在新型有機材料中誕生，高溫超導磁傳感器在高溫超導技術應用中創造，計算機網絡技術的發展也在進步，傳感器的發展方向將逐漸向智能網絡傳感器邁進。

三、傳感器原理及應用課程教學方法改革措施

（一）激發學生學習的興趣提高學生自主學習能力

選取一些生活中常用的應用、畢業設計、教師教科研項目、全國電子設計大賽中會遇到的經典案例，刻意穿插在每門理論課的教學過程中。例如，在電容傳感器的教學中，學生們分析了如何正確選擇傳感方法來測量角度，引入全國電子設計大賽中測量擺角的話題。在光電檢測傳感器中，詳細分析在開發設計過程中如何解決傳感器設計部分，在小車自動循跡設計中如何使小車按照設定軌跡行駛，如何對障礙物進行檢測。另一個例子是半導體氣敏傳感器章節的學習中，介紹樓宇自動化中的高層大樓，預警系統和建筑火災預警的設計。此外，通過一系列具體實例，學生可以靈活應用目前所學的數字電子電路、模擬電子電路等課程的知識，深刻感受到學習傳感器技術可以做出很多相關的設計。還可以結合光敏電阻設計太陽能自動跟蹤系統的設計內容，在后續課程的研究中也起到非常重要的作用。此外，學生可以參與類似的研究工作、參加各種電子設計競賽，自主研發，申請相關傳感器專利。因此，學生學習傳感器的興趣，在理論與實踐相結合的教學中可以極大地激發，學生自學傳感器知識的積極性也可以在傳感器課堂的教學中激發，有意識地指導學生將所學的實際與理論知識聯系起來，將理論教育分散到實踐中，改變理論課后進行實驗的傳統教學方式，讓學生提高理論課的實效性。在每節傳感器課結束時，留一兩個小的設計或研究任務讓學生在課后完成，通過這種方式，提升學生自主學習該課程的積極性。

（二）理論講授與實物應用教學

現階段，很多學生對《傳感器原理及應用》課本內容的學習沒有足夠的重視，由于就業壓力等多方面因素影響，有的學生繼續讀研究生，有的學生在校外兼職，有的學生認為課堂上的考試和講課不生動，有些學生不愿上課，難以集中注意力。所以，《傳感器原理及應用》課程的教學非常注重培養學生的學習興趣，教授傳感器時，將傳感器理論內容教學與生活應用相結合，列出在現實生活中使用的一些傳感器。例如，在了解應變傳感器時，向學生介紹電子秤的工作原理；在教授半導體傳感器時，向學生介紹酒后駕駛用酒精測試儀的工作原理；在教授生物傳感器部分時，向學生介紹各種市售傳感器和測試儀，因為它們與生物技術有關，例如血糖儀和血糖傳感器。學生在此學習過程中，通過這種理論與實際應用相結合的教育模式，使學生對傳感器課程產生興趣；也讓學生認識到，在我們的生活和科學研究中傳感器的重要性，提高學生的后續學習動力。

（三）進行教學方法和教學手段的改革

1.提綱挈領，啟發式教學

為幫助學生掌握理論知識，內容處理如下。首先，傳感器按原理分類，有光電式、電容式、電阻式等，按照應用-原理-轉換電路-誤差等引導學生進行分析，這條主線大大減輕了學生的學習負擔。比如以電子秤為例，在講解電阻應變式傳感器時，首先讓學生思考“為什么非電量的體重信號可以通過電子秤轉換成數字信號”；其次，為了讓學生能夠積極地接受理論知識，我們將詳細闡述電阻應變片等相關理論知識；最后，在位移和加速度等參數測量中，通過為學生提供電阻應變式傳感器的應用來擴展知識應用范圍。

2.關注前沿知識趨勢，采用討論式教育

我們無法在教學過程中教給學生“永不過時”的知識，通過選擇討論式教學，可以讓傳感器知識更新更快。我們需要教學生如何檢索信息，關注該領域發展的新動向，同時，為補充他們對科學前沿的廣泛了解，不斷為學生提供最新的常用相關網站。例如，對于CCD光電器件，學生可以相互交流，查閱資料，分析CCD傳感器在圖像識別、傳真機、錄像機、相機等設備上的應用；為了提高學生自學能力，拓寬學生的知識面，開闊視野，要經常開展“電容式傳感器的應用”“新型傳感器的開發”等討論課，讓學生充分利用業余時間查詢資料；學生們會發現很多關于生物傳感器、離子敏傳感器、光敏傳感器等新型傳感器的知識；關于電容傳感器，可以應用于手機觸摸屏和濕度測量，還可以了解教科書中描述的加速度、角位移、位移等傳感器的應用。通過這樣一些舉措，可以取得了不錯的教學效果。

3.設立開放性實驗，采用實物教學法

為實現“應用型人才”的培養目標，加強學生的實際應用和分析能力，開放性實驗、各種電路小制作比賽、電子設計競賽等可以在常規實驗教育環節的基礎上建立，增加實物制作環節。傳統的驗證性實驗教學中，很多同學在實驗結束后對傳感器缺乏感性認識，這是由于傳感器實驗臺的所有電路部分都封裝在試驗臺里面。因此，我們可以為同學們提供了實物電路制作活動，或者電賽培訓期間發布一些電路制作小任務，并開放創新實驗室。比如，應用光電傳感器時，以自動干手器的電子開關為例。首先讓學生選擇傳感器、查資料、畫原理圖，然后自己焊接。調試完成后，可以帶回宿舍使用。有的同學用二極管逆變器、紅外光控電路，三極管用繼電器等分離原理來實現，有的同學利用光電控制電路、555時基電路等元件來實現。由于電路比較簡單，有很高的成就感，很多同學都能調試出結果，對課程產生了濃厚的興趣。一旦學生感興趣后，就可以提高任務難度，如增加數字溫度計、有害氣體報警器等電路的制作。

（四）多媒體與傳統板書結合教學

多媒體教育是教育改革的主流，是結合音頻、動畫、圖形、文字、視頻等信息向學生呈現信息的過程，具有直觀性強、傳輸速度快、信息量大等特點，可以大大提高學生知識獲取效率。然而，在實際教學中，單純使用多媒體教學時，往往會出現教師和學生專心閱讀多媒體信息的情況，而教師忽略要講解的重難點等有用信息。根據《傳感器原理及應用》課程的特點，多媒體動畫和圖像用于各種實際應用實例，通過板書書寫傳感器結構和工作原理，采用傳統板書教學方法與多媒體教育相結合的方式。比如在黑板上板書來講授熱電偶傳感器的基本結構和原理；在電感式傳感器和電容式傳感器中，通過多媒體演示各種結構形式動畫，將這兩種方法相結合的教學方法，取得了令人滿意的教學效果。

(五)實驗內容分層次教學，鼓勵多實踐

提高學生實踐能力的重要環節是圍繞傳感器理論教學開展實驗教學。很多時候，實驗的內容只是驗證特定傳感器的工作原理和檢測過程。不同學生的實踐能力不同，在一堂課內基礎較好的學生可以完成規定的實驗內容，基礎較差的同學只能完成部分實驗內容。針對這種學生能力層次不同的情況，每個實驗內容嘗試分層教學，實驗內容設置上可分必修內容和擴展內容。常規實驗項目為必修部分，要求所有學生課上完成；擴展內容為能完成必修內容并有多余時間和精力的學生準備，目的在于拔高，以提高學生傳感器實踐技能，為培養較強實踐能力奠定基礎。合理的必修內容是根據一般學生完成的正常進度來設定的，這通常是可驗證的實驗，從傳感器試驗臺40多個實驗內容中設置4到8個實驗項目。所以，實驗設備沒有得到充分利用。如果每個實驗項目都需要經過驗證和創新，需要合理設置各個實驗項目的擴展內容，讓每個學生充分利用課堂實驗時間，學生選擇的內容越多，完成的質量就越好，根據自己的實際能力選擇合適的內容，評估實驗結果的等級也越高。鼓勵學生大膽實踐，提高實驗儀器的利用率。比如，基本的箔應變傳感器實驗中，可以使用差動全橋電路、差動半橋電路和單臂電橋電路來驗證工作原理，可以設置檢查位移變化與電壓之間的關系。此外，學生可以使用傳感器實驗平臺擴展設計內容，位移和電壓之間的關系還可以使用半導體應變儀實現。例如設計不同精度的電子秤，準確測試氣壓可以通過使用固體壓阻壓力傳感器，或者可以進一步指導有抱負的學生，使用電阻傳感器測量加速度。如果沒有足夠的時間上課，可以通過畢業設計、電路小制作實踐、各種競賽等方式向學生開放創新實驗室。總之，為激發學生的獨立實踐和創新能力，可以通過對每個實驗項目設置的不同難度級別，來提升學生的實踐動手能力。

（六）多種教學手段綜合應用，加強師生互動

采用多媒體課件的合理使用，轉變單純使用板書的傳統教學方式，在課件中加入傳感器原理動畫和傳感器應用的視頻，激發學生在課堂上的學習興趣，可以將板書與多媒體教育有機地結合起來。此外，建立信息化教學模式，在學習通網站上建立網絡課程資源包，甄選優質的傳感器原理及應用的課程視頻、創建試題庫、作業課和試卷庫，為學生提供課前預習、課中互動測試、課后作業及習題的解答、考前模擬測試等環節。在課堂教學時解決學生在網絡預習時遇到的問題，利用網絡資源加強師生互動，增強師生交流，對于老師和學生來說都是非常必要的。