“傳感器技術”課程改革思路與實踐探究

摘" 要：隨著電子信息高新技術的飛速發展，電子信息領域對本科專業人才的需要類型發生很大變化，應用型人才的需求不斷增多。傳感器技術課程是電子信息類必學的一門專業課，新理論與新技術的不斷涌現對該類課程的教學工作提出了更高的要求。基于此，針對地方本科高校傳感器技術課程的教學現狀，提出培養應用型人才的課程改革思路，從優化理論教學、創新實驗教學及改進考評機制三方面給出具體的改進舉措，并就改革中存在的問題及取得的成效進行分析。

關鍵詞：傳感器課程改革" “虛實結合”實驗教學" 改革思路" 教學實踐

中圖分類號： G642.0

Reform Thoughts and Practice of Curriculum Reform in Sensor Technology Course

JIANG Ziyun

College of Optoelectronics and Information Technology， Minnan Science and Technology College， Quanzhou，Fuj Jian Province， 362332 China

Abstract： With the rapid development of high and new technology of-tech electronic information， the demand type of undergraduate talents in the field of electronic information has undergone significant changeschanged greatly， and the demand for application oriented talents has been increasing. The sensor technology course is a compulsory professional course for the electronic information category. The continuous emergence of new theories and technologies has put forward higher requirements for the teaching work of such courses. Based on this， this paper puts forward the course reform idea thoughts of training application-oriented talents in response tobased on the current teaching status of sensor technology course in local undergraduate universities. The paper puts forward some concrete measures from three aspects： optimizing theory teaching， innovating experiment teaching and improving evaluation mechanism， and analyzes the existing problems and achievements in the reform.

Key Words： Reform of the sSensor cCourse; \"Virtual-real combination\" experimental teaching; Reform ideasthoughts; Teaching practice

在當今科技飛速發展的時代，傳感器技術作為智能制造的關鍵組成部分，扮演著至關重要的角色，因此，對于電子信息類專業來說，開設該課程是非常有必要的。但傳感器是知識與技術密集的器件，與光、機、電、計算機等多學科有關，以及新理論與新技術不斷涌現，對該類課程的教學工作提出了更高的要求^[1]。

圍繞學校應用型本科辦學的定位，結合專業堅持知識傳授、能力養成、全面發展、提高綜合素質的教育教學理念，本課程應側重傳感器技術應用能力的培養，在學生建立起傳感器的整體概念、工作原理、設計要點的基礎上，能夠合理地選擇與使用傳感器，逐步培養學生熟練測量調理電路的分析能力、綜合設計能力、整體思維能力、相互協作能力和自學能力，為后續課程及就業做好知識儲備。為此，應深化本課程的改革，精簡理論環節，增加項目實例，創新實驗教學內容，完善課程的考評機制。

1 課程教學現狀

之前的傳感器教學可能存在以下問題：在教學過程中存在理論性太強，與實際應用結合的不緊密，并且教學實例抽象^[2]；課程可能存在因沒有配備實驗教學設備，只開設理論教學的情況，或有開設實驗但大多實驗以驗證性實驗為主，綜合性不強，學生的自主探索能力難以提高，積極性也不高等不足之處；課程的考核還是按照傳統的期末成績占比較大，平時考核形式只依據考勤、作業、基礎性實驗成績評判，會存在靠死記硬背就能拿高分的現象，可見考核不夠全面，無法考查學生的動手操作能力，缺乏對學生創新意識培養等問題。

2 課程教學改革思路及舉措

通過調研及結合本課程特點，將從理論教學、實驗教學、考評機制3個方面提出改革的思路和具體的舉措。

2.1 理論教學的改革

對原本理論教學內容進行梳理，減少理論性太強的推導過程。整個課程從緒論、傳感器的一般特性、電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、熱電式傳感器、光電式傳感器、傳感器新發展，逐章講解。將項目實例引入課堂教學，按照先講每種傳感器的理論基礎，再講實例應用的方式開展。這種方法既能夠縮短理論與實踐之間的差距，又能夠激發學生的興趣^[3]。項目實例從畢業設計、學生競賽項目和網絡幾個方面進行整合，將以視頻、動畫或圖片等方式展示。

例如，第二章電阻式傳感器理論部分按照基本原理、轉換電路分析、實例應用三部分逐個講解。在轉換電路分析部分，縮減減少非線性誤差的恒流源電橋非線性誤差的推導過程。在溫度誤差補償部分，重點講電橋補償法，其他方法簡單概述即可。在實例應用部分，引入電子秤的開發實例，包括電路仿真及實物制作，按照項目開發流程引導學生學習，同時引入社會熱點話題“黑心秤”，引導學生要誠實守信。首先，根據設計目標及指標進行項目分解，通過查閱文獻提出設計方案；接著，對硬件和軟件進行設計，并進行仿真分析；最后，進行實物制作、功能測試及項目評價。實例部分主要以播放視頻、學生提問、教師答疑講評的方式開展。另外，部分實例通過動畫展示，比較生動形象，能夠吸引學生的注意力，增加課堂的趣味性^[4]。

2.2 實驗教學的改革

本次改革采用實驗平臺及虛擬仿真相結合的方式開展，以全面培養學生的整體設計與工程實踐應用能力。在基礎性實驗的基礎上，增加利用虛擬仿真軟件開展實驗教學，一方面可以解決實驗教學中儀器老化及耗材不足等問題，另一方面可以補充現有實驗教學設計單一性問題，靈活開展教學，促進實驗教學的可操作性。整個課程按照理論32學時、實驗16學時進行授課，實驗實施方案簡表如表1所示。

2.2.1 基礎性實驗的開展

基于現有物聯網NEWLab實驗平臺開展，這部分實驗側重傳感器的信號調理電路與A/D轉換模塊的測量方法研究，同時通過串口通信在電腦模擬場景界面顯示數據，可以讓學生對傳感器的應用有個感性的認識。這類實驗測試方法固定，主要是用萬用表測電路某些測點的參數，對學生真正掌握傳感器技術開發實際系統還有一定的差距。

2.2.2 利用Multisim仿真軟件開展實驗

Multisim是一款電路設計仿真軟件，有豐富的元件庫，可以滿足不同電路設計需求，并能夠進行準確的電路仿真和性能分析，提供直觀的圖形化界面，非常適用于傳感器的電橋電路仿真實驗^[5]。以下以“電阻應變片稱重電路設計與仿真”為例介紹如何開展實驗。

（1） 利用應變片原理建立仿真模型，可以進一步加深理解該傳感器的工作原理。

（2） 電橋及放大電路的設計，其中利用虛擬萬用表測量電橋的輸出電壓，可以直觀得出單臂電橋、半橋和全橋的電壓輸出關系，有助于深入理解電橋在電阻應變式傳感器的工作原理，仿真電路如圖1所示，4個橋臂的應變片用壓控電阻模擬。

（3） 稱重電路的綜合仿真，首先對電路調零，培養學生的調零意識；接著通過直流工作點分析和直流掃描分析，得到傳感器的輸出隨輸入的變化特性，仿真輸出如圖2所示；再者，對設計的放大電路進行參數掃描分析，調節電路中某個電阻的值，觀察調理電路放大倍數的變化情況；還可以通過excel或matlab對實驗測量數據處理，擬合得到特性曲線，進而分析傳感器的性能指標等^[6]。

2.2.3 綜合實驗的開展

綜合性實驗主要以學生為主，鼓勵學生自己組隊，自主地討論、思考、實踐^[7]。以光電傳感器檢測光照電路設計為例，學生拿到設計選題需要查閱文獻、擬定設計方案、設計測量電路、調試參數、搭建電路測試性能、解決遇到的問題、撰寫完整的實驗報告，教師在整個設計過程中負責監督、答疑、項目的考核評價。圖3為學生設計的光電傳感器檢測光照的電路；圖4為學生制作的實際感光測試電路。

另外，利用Proteus仿真軟件，也可以開展基于單片機及傳感器的綜合設計^[8]，以實現電子類課程的融合，進一步提高學生的綜合設計能力，實現虛擬仿真和實際制作的無縫對接。

2.3 考評機制的改革

根據課程的教學調整，采取開放式、注重過程性的考核方式，加大實驗考核成績的占比^[9]，平時成績占總成績的50%，其中實驗成績占總評成績的35%。實驗又分基礎實驗成績和綜合實驗成績，其中綜合實驗成績的評定在學期末根據實驗設計、實驗報告的撰寫情況及答辯情況來綜合評判，這樣既鍛煉學生的動手實踐能力，又進一步強化理論知識，并通過答辯能夠極大提高學生的思辨能力，從而使學生的綜合應用能力得到提升。

3 改革成效及遇到的問題

本次教改從方案的提出到執行，基本完成教學課件的資源整合及實驗項目的合理、完整設計，已經過一輪的教學實踐，從成績的分布情況看學生的卷面成績提高了，總成績更符合正態分布，學生對課程學習的積極性也有提高，對該課程的在整個人才培養方案中的作用有更清晰的認識。但在實踐過程發現一些問題，需要在后期持續改進。

（1） 結合虛擬仿真技術開展綜合設計性實驗，要求學生有較好的前期所學課程的基礎，如電路分析、模擬及數字電子技術，單片機技術等，所以實驗的組織開展形式要合理安排，要以團隊協作的方式開展，每個團隊中至少一位專業知識較扎實的同學，統籌安排項目的分工，同時，對教師的綜合素質要求較高，要及時補充更新已掌握的知識結構，以更好地指導學生。

（2） 綜合實驗自主選題方面，學生很容易選偏向單片機應用的選題，重點放在了軟件編程實現上，而對傳感器調理電路的分析沒有考慮。針對該問題，還是由任課老師給出一定的參考選題，可以著重某個方面進行訓練，如系統功能電路的搭建及測試，再由學生組隊選比較有效。

4 結語

本次改革對教學內容、教學方法與考核機制進行深入的研究與分析，引入應用實例，豐富教學內容，將虛擬仿真技術引入傳感器的實驗教學中；同時，增設綜合性實驗，注重過程性考核，取得一定成效。但還存在一定的問題，需要不斷更新整理與章節內容契合度高的實例，綜合實驗的開展形式及時間安排還有待優化。相信通過本次改革對培養應用創新型人才有一定的作用。

參考文獻

[1] 黃永躍.地方應用型本科高校《傳感器技術及應用》教學改革探討[J].辦公自動化，

2022，27（17）：44-46.

[2] 袁博.傳感器課程的課堂教學內容重構探索[J].物聯網技術，2022，12（11）：137-140.

[3] 黃敏，黃淑燕，黃幼萍.應用型本科建設下《傳感器技術》的教學改革[J].數字技術與應用，2022，40（5）：46-48.

[4] 呂念芝，崔鳳新，林斌，等.翻轉課堂在傳感器及檢測技術實驗教學中的應用[J].實驗室科學，2024，27（1）：150-154.

[5] 梁志勛，阮忠，易云飛.仿真技術在傳感器實驗教學中的應用研究[J].中國教育信息化，2018（20）：88-90.

[6] 孫曉華，劉曉暉，烏江.基于虛擬儀器的傳感器實踐[M].北京：機械工業出版社，2017：176-186.

[7] 劉俊杰，謝春利，趙鳳強.“傳感器原理及應用”課程教學改革探索[J].西部素質教育，

2024，10（10）：174-177.

[8] 王林泓.Proteus在《傳感器與檢測技術》教學中的應用：以熱電偶傳感器為例[J].科技資訊，2017，15（28）：143-146.

[9] 胡毅，楊國，鄒國柱，等.基于OBE的傳感器與檢測技術課程教改探索[J].昆明學院學報，2023，45（6）：124-128.