傳感器與檢測技術教學案例設計

戴永濤 謝友慧

摘?要：傳感器與檢測技術是一門應用性較強的專業課程，本文針對教學中所存在的問題，如采用的實例應用偏離學生認識范疇、教學過程不夠靈活、課程思政結合生硬等問題，討論了教學設計的原則、要求和注意事項；再通過一個教學案例設計，體現了所提出的設計原則。

關鍵詞：傳感器與檢測技術；教學案例；案例設計

中圖分類號：TB?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.20.091

0?引言

傳感器與檢測技術課程它綜合了物理學、微電子學、化學、材料科學、精密機械、微細加工等多方面的知識和技術。其目標是使學生了解檢測系統與傳感器的靜、動態特性和主要性能指標，掌握常用傳感器的工作原理和常見非電量參數的檢測方法、檢測系統中常用的信號放大電路、信號處理電路與信號轉換電路等。其基本要求是通過本課程的學習，培養學生利用現代電子技術、傳感器技術和物聯網技術解決生產實際中信息采集與處理問題的能力，同時力求培養學生客觀、鉆研的精神及認真嚴謹地學習態度。

依據教學大綱，通過本課程的學習，學生應具備相應的素質、技能、知識和能力：

（1）思政素養目標。讓學生樹立強烈的愛國主義使命感與責任心。培養客觀、鉆研的工匠精神、良好的人文素養以及認真嚴謹地學習、做事的態度。

（2）知識目標。理解傳感器與檢測技術的基本概念，檢測裝置的基本特性，學會誤差分析與數據處理的方法，并做相應分析。

（3）能力目標。通過分析各種形式傳感器的原理，結構以及相關測量電路的介紹，學會運用非電量檢測技術及相關檢測方法。

（4）素質目標。培養學生利用現代電子技術、傳感器技術等解決生產實際中信息采集與處理問題的能力，培養學生具有終身學習與持續發展的意識和能力。

1?存在問題及分析

該課程是一門應用型的課程，其知識內容都是實際應用的一個理論提取，首先，常見的教材編寫和教學模式，往往是按照理論，即相關實例這樣的思路來教學，這種認識邏輯在學生學習時不能形成較深的一個印象。其次，在早期的教材編寫中，很大一部分實例都是工業中的應用，后續的教材也延續了這一模式，這些應用的例子，學生既沒有見過也沒有接觸過，加之有些圖片還是示意圖，幾乎都是泛泛地理解。再次，所選用的知識線比較單一，延伸擴展的知識比較生硬，融合的思政元素也很不自然。

基于以上提出的幾點問題，在進行教學設計時可以做出相應的改革。

首先，在講授理論知識前，先把實例給出，特別是能夠融合大部分知識的事例，而不是僅僅對應單個小知識點，這樣在教學時學生有連貫性；且在給出事例后提出問題后，再去解決問題，即認識其理論，既能加深學生的知識印象，也能培養其真正解決分析問題的思維。

其次，在尋找實例時，從生活出發，隨著生活中的科技應用越來越多，各類傳感器的使用已經從企業生產等領域進入普通生活，盡量選取學生能接觸到或者在網絡平臺能夠偶爾看到的實際應用結合講解，這樣在學生更容易理解的同時，還能提升學生對課程的認同感和對自身專業的自豪感。

再次，需借著擴展內容合理自然地融合學習的思路、方法，以及積極正面的思想引領。

2?案例設計

本文中筆者是以傳感器與檢測技術教學中“光電效應”學習部分為例，進行具體的教學設計探索。

2.1?引入

給學生展示庭院燈（戶外感應燈）這樣一個在生活中及在網絡平臺上很常見的產品，介紹其免充電、天黑自動亮，人經過自動高亮的幾個基本功能，既是顯示了討論對象的科技感，又可以讓同學們從能量變化的角度思考其原理，即光到電信號的一個變化過程，逐步引入知識主題。

讓學生結合之前所學習的內容，思考通常的電信號從哪些參數體現出變化。這既是對之前的分析方法及內容的一個回顧，也為后續的幾個光電效應的分類中變化參數的分析做準備。這是一個思維方法的訓練和積累的過程，也是對學生綜合總結能力的一個提升和練習。

2.2?略講光電效應

由教師簡要敘述光電效應的內容：光電材料（或物質）在吸收了光能后而發生相應電效應的物理現象，即光照射某一物體，可以看作是一連串能量為E的光子轟擊在這個物體上，此時光子能量就傳遞給電子，電子得到光子傳遞的能量后其狀態就會發生變化。讓同學們考慮會有什么樣的變化？并以此引出相應的3種類型的光電效應。

2.3?講解外光電效應

借以踢球為例，說明能量的傳遞，說明外光電效應的內容，并讓學生體會很多生活中的實情都是相通的。再相應介紹發現外光電效應的歷史，在了解科學家科研過程的同時，學著去思考實驗結果呈現的現象，即為何對于某種特定的金屬來說，卻無法激發一個電子呢？讓學生思考不同顏色或者類型的光是以什么作為區分？光子的能量和什么有關？引導同學從愛因斯坦的光子理論出發，以火箭脫離地球進入太空為形象事例，需克服地球的引力，說明本身發射時所需攜帶的最低能量，并由此推導出“紅限”。這是讓同學們站在科學巨人的肩膀上學習和分析問題，既可以訓練研究思維，又可提升一種科研的自豪感，也能增強對科學家的尊敬與佩服。

2.4?講解內光電效應

教師講解內光電效應的內容：在光線照射下，電子吸收光子能量后而引起物體的電導率（電阻率）發生變化，又稱光電導效應。承接之前所用的方式，從能量角度分析，即電子能吸收能量增強“活力”（動能），再引導學生對比與外光電效應的效果看有什么差別？在半導體材料中只能從價帶躍遷到導帶，卻是無法溢出表面的。這樣既能通過對比得出兩者的“內”“外”之別，又加深了兩者所對應采用的主要材料的比較，為后續的元件介紹做好準備打下伏筆。

2.5?講解光生伏特效應

在內光電效應介紹的半導體中躍遷的內容基礎上，讓學生思考：如果此時增加PN結，會有什么變化？也就是PN結位置的自由電子增多的情況。由模電中的PN結形成的知識進而解釋產生電壓的過程，并以此說明知識的積累過程，告誡學生一步步扎實的知識基礎才有利于后續的學習。

2.6?結合實例說明具體應用

重新展示“引入”部分的庭院燈（戶外感應燈），讓學生結合所學，思考其三個基本功能是什么原理？

（1）免充電。由光能到電能的轉變，即基于光生伏特效應，實際應用就是常見的太陽能電池板。

（2）天黑自動亮。從光照的亮度信號控制燈的亮滅，是將光信號轉換成相應的電信號，在此即是電阻值的變化，由亮度影響到電阻率，再進而改變阻值大小，即是基于內光電效應。

（3）人經過自動高亮。常見的識別是通過聲控或者光控，這里強調通過光控（即紅外線識別方式）來分析，具體可分為熱探測器和分子探測器，原理有不同，但屬于光電效應范疇?？蓪⒓t外線的識別留給學生自己去擴展了解。

本部分的設計是一個首尾呼應，開始所引入的實例應用，在經過相應知識點的學習后，直接結合應用讓學生分析和體會。體現了從理論轉化為產品即知識到生產力的轉變，讓學生明白學習知識的目的是在于應用、在于轉化，要積極多聯想、多創新、多去開闊視野。

3?總結

本案例內容大概上課時長為20分鐘，該教學設計結合所提出的改進思路，選用學生生活中常見的實際應用為切入點，改換了常規教材設計中理論知識的講授模式，采用感性接觸—理論學習—應用分析原理的方式，更加深了理解。開頭提出的庭院燈如何實現相應功能的疑問，最后做出了說明和解答，首尾呼應。期間合理自然地融入思想引導和方法論等思政元素。教學本身，既要培養學生自主學習的能力，又要引導學生樹立正確的“三觀”，激發對祖國的熱愛。

參考文獻

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[3]戴永濤，謝友慧，梁偉鄯，等.信息化背景下自動化專業英語的教改與實踐[J].科教導刊，2022，（23）：5557.