摘要：針對(duì)軍校學(xué)員及“傳感器技術(shù)”課程特點(diǎn)，在課程教學(xué)實(shí)施中提出“雙向五步式”教學(xué)法，以應(yīng)用為牽引，以傳感器的五個(gè)環(huán)節(jié)為載體，培養(yǎng)學(xué)員解決工程問題的能力及獲取新知識(shí)的能力，使其具備較好的專業(yè)素養(yǎng)和較強(qiáng)的探索、創(chuàng)新精神。

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù)；雙向五步式；教學(xué)方法；教學(xué)改革

作者簡(jiǎn)介：黃旌（1975-），男，廣東揭陽人，空軍第一航空學(xué)院計(jì)量技術(shù)教研室，講師；韓梅（1984-），女，河南商丘人，空軍第一航空學(xué)院計(jì)量技術(shù)教研室，助教。（河南信陽464000）

中圖分類號(hào)：G642#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào)：1007-0079（2012）16-0056-02

“傳感器技術(shù)”課程是空軍第一航空學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我院”）本科層次測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的專業(yè)方向階段主要課程。該課程的任務(wù)是向?qū)W生介紹各類傳感器的基本原理、結(jié)構(gòu)及典型應(yīng)用電路，使學(xué)生掌握傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換與處理以及傳感器在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，對(duì)于學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。

一、教學(xué)對(duì)象及課程特點(diǎn)分析

1.學(xué)員特點(diǎn)及教學(xué)要求

我院作為航空機(jī)務(wù)院校，學(xué)員相對(duì)于地方高校學(xué)生具有以下兩個(gè)特點(diǎn)要求。

（1）基礎(chǔ)較弱、主動(dòng)性不強(qiáng)。學(xué)員通過基層部隊(duì)考入軍校，紀(jì)律性強(qiáng)，但是文化基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，習(xí)慣了講授法教學(xué)，學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性普遍不高，相對(duì)不關(guān)心自己要學(xué)會(huì)什么，掌握怎樣的技能，培養(yǎng)哪些能力，一般為了考試而學(xué)習(xí)。

（2）軍事特色的要求?？紤]到我校學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)以及學(xué)員第一任職的明確性，課程在實(shí)施過程中除了培養(yǎng)學(xué)員的專業(yè)能力以外，還應(yīng)具有明確的航空機(jī)務(wù)工作針對(duì)性。

2.傳感器技術(shù)課程特點(diǎn)

課程知識(shí)內(nèi)容的本身也決定了課程實(shí)施具有一定的難度，其原因分析如下。

（1）多學(xué)科交叉。各種傳感器的學(xué)習(xí)涉及力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，[1]所需前修課程的基礎(chǔ)知識(shí)較多。

（2）教學(xué)內(nèi)容多、難。課程內(nèi)容包括電阻傳感器、電容傳感器、電感傳感器、熱電偶傳感器、壓電傳感器等二十余總傳感器，課程涉及的原理和公式多，教材上理論推導(dǎo)、分析較多，理論性較強(qiáng)，比較枯燥，難以理解，不便組織實(shí)施教學(xué)。[2]

（3）內(nèi)容聯(lián)系不緊密。內(nèi)容聯(lián)系不緊密主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面，各種傳感器內(nèi)容之間相對(duì)比較孤立，不具有延續(xù)性，因此不利于教員組織銜接，也不利于學(xué)員學(xué)習(xí)理解。另一方面，每一種傳感器學(xué)習(xí)一般按照教材學(xué)習(xí)其“原理”、“結(jié)構(gòu)”及“電路”，了解其“特性”及“應(yīng)用”，但這五部分內(nèi)容之間的聯(lián)系不緊密，相互關(guān)系闡述不夠。如果按照教材內(nèi)容組織實(shí)施教學(xué)，整個(gè)過程是平鋪直敘的模式，沒有分析傳感器課程的學(xué)習(xí)為什么按照這幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行，這幾個(gè)環(huán)節(jié)有什么內(nèi)在聯(lián)系，這樣孤立、枯燥的理論講解不利于理解，也很難引起學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果不理想，更難達(dá)到人才培養(yǎng)方案對(duì)專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的要求。

針對(duì)以上課程及授課對(duì)象的特點(diǎn)和需求，必須梳理教學(xué)各環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，找到其內(nèi)在的聯(lián)系及因果關(guān)系，采用合適的教學(xué)方法，將各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地組合開展教學(xué)，以實(shí)現(xiàn)既符合軍校學(xué)員特點(diǎn)，又能夠達(dá)到培養(yǎng)學(xué)員的專業(yè)能力、對(duì)學(xué)員的專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)起支撐作用的目標(biāo)。為此在課程多年的實(shí)施中提出“雙向五步式”教學(xué)法，其思路是以應(yīng)用為牽引，以傳感器的五個(gè)環(huán)節(jié)為載體，在知識(shí)的傳授中培養(yǎng)學(xué)員分析、解決工程實(shí)際問題的能力和獲取新知識(shí)的能力，使其具備較好的專業(yè)素養(yǎng)和較強(qiáng)的創(chuàng)新精神，促進(jìn)其人格成長。

二、采用模擬設(shè)計(jì)的方法，培養(yǎng)學(xué)員的工程應(yīng)用能力

“授之以魚，不如授之以漁?！闭n程教學(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)員的工程應(yīng)用能力，在應(yīng)用方面，一個(gè)測(cè)試問題的解決，主要包括傳感器的選型及檢測(cè)單元模塊的設(shè)計(jì)兩部分。因此，在教學(xué)過程中，從應(yīng)用引入，以“應(yīng)用→特性→原理→結(jié)構(gòu)→電路”五步為環(huán)節(jié)，采用模擬設(shè)計(jì)的方法，通過傳感器的選型及檢測(cè)單元模塊的設(shè)計(jì)兩部分的實(shí)踐，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)員工程應(yīng)用能力的目的，具體內(nèi)容及步驟包括：

1.結(jié)合“應(yīng)用”，提出檢測(cè)問題，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣

每一種傳感器教學(xué)的引入都以具體的檢測(cè)實(shí)例入手，首先提出檢測(cè)問題，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣，并使學(xué)員認(rèn)識(shí)到該傳感器的重要性及意義之所在。針對(duì)教學(xué)對(duì)象特點(diǎn)，首選航空檢測(cè)問題，其次為生產(chǎn)、生活中的問題。以某型飛機(jī)進(jìn)氣道調(diào)節(jié)錐的錐位控制為例，提出如何對(duì)調(diào)節(jié)錐的位移實(shí)時(shí)檢測(cè)的問題，引入電位器式傳感器教學(xué)。部分檢測(cè)問題與傳感器對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

2.根據(jù)檢測(cè)問題，分析“特性”要求

在提出需要分析、解決的檢測(cè)問題后，第二步就是根據(jù)檢測(cè)問題，分析相應(yīng)的檢測(cè)需求以及對(duì)傳感器的特性要求等。例如，某型飛機(jī)調(diào)節(jié)錐的錐位控制需要使用位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)位移變化，所用傳感器應(yīng)該具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出特性精度高，穩(wěn)定性好等特性；再如，數(shù)控機(jī)床對(duì)位移精確控制問題的解決，需要使用大量程、高分辨力的位移傳感器等等。

3.學(xué)習(xí)傳感器“原理、結(jié)構(gòu)”，實(shí)現(xiàn)傳感器的選型

決定傳感器特性的是傳感器的原理以及依據(jù)原理制作出的傳感器結(jié)構(gòu)，因此在提出檢測(cè)特性要求之后就可以引導(dǎo)學(xué)員帶著疑問學(xué)習(xí)傳感器的原理及結(jié)構(gòu)了，從而完成傳感器的選型工作。例如，數(shù)控機(jī)床中位移測(cè)量提出大量程、高分辨力的特性要求后，將問題進(jìn)一步細(xì)化為：如何利用光柵測(cè)量位移→學(xué)習(xí)單光柵測(cè)量位移原理；如何解決高分辨力的問題→學(xué)習(xí)莫爾條紋、莫爾條紋細(xì)分；如何解決大量程的問題→根據(jù)被測(cè)位移和計(jì)數(shù)次數(shù)成線性關(guān)系由需要延長光柵尺寸。通過三個(gè)問題的解決，完成光柵傳感器原理及結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，同時(shí)完成傳感器模擬選型。

4.完善配套“電路”，完成檢測(cè)單元模塊的設(shè)計(jì)

選型完畢，再配合相應(yīng)的特征調(diào)理、處理電路，即虛擬完成檢測(cè)單元模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能，從而解決最初提出的應(yīng)用問題。

以上過程為“雙向五步式”教學(xué)法中的反向，以工程應(yīng)用實(shí)例引入，把傳感器“應(yīng)用→特性→原理→結(jié)構(gòu)→電路”五個(gè)步驟有機(jī)的聯(lián)系在了一起，并在問題分析過程始終貫穿解決測(cè)試問題的選型、檢測(cè)功能實(shí)現(xiàn)的思路，從而達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)員的工程應(yīng)用能力的目的。

三、以知識(shí)為載體，以教學(xué)實(shí)施為過程，培養(yǎng)學(xué)員的探索精神及學(xué)習(xí)能力

愛因斯坦說過：教育的成功與否，在于學(xué)生將課本知識(shí)遺忘之后，還留下什么素質(zhì)。課程教學(xué)的目的首先是傳授知識(shí)，其次更具有意義的是在此基礎(chǔ)上以知識(shí)為載體，以教學(xué)實(shí)施為過程，培養(yǎng)學(xué)員的思維方式及學(xué)習(xí)能力。

傳感器學(xué)科知識(shí)的認(rèn)知規(guī)律及過程。原理：首先發(fā)現(xiàn)某種現(xiàn)象，對(duì)現(xiàn)象研究分析總結(jié)其規(guī)律，探索得到其原理；結(jié)構(gòu)：是由原理根據(jù)各種需求，使用各種工藝做成相應(yīng)的傳感器器件、結(jié)構(gòu)；特性：傳感器的原理及結(jié)構(gòu)共同決定了傳感器的特性；電路：在此基礎(chǔ)上配合后續(xù)電路實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能；應(yīng)用：傳感器的特性決定了傳感器的應(yīng)用范圍。

例如，對(duì)于電阻應(yīng)變片式傳感器的學(xué)習(xí)中，這五步劃分及闡述如下。

原理：1856年英國工程師W.Thomson在鋪設(shè)海底電纜時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜的電阻值隨海水的深度不同而不同，并在此基礎(chǔ)上通過對(duì)銅絲和鐵絲拉伸試驗(yàn)后總結(jié)出了三條結(jié)論，歸納為電阻應(yīng)變效應(yīng)；結(jié)構(gòu)：根據(jù)工程中需求，需要測(cè)量某一點(diǎn)的應(yīng)變，因此測(cè)量用金屬絲不能過長，且較細(xì)，需將金屬絲繞制成柵狀，并輔以基片和保護(hù)層構(gòu)成應(yīng)變片；特性：電阻應(yīng)變效應(yīng)決定了應(yīng)變片簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠、測(cè)量范圍寬等特性，同時(shí)正是應(yīng)變片的敏感柵結(jié)構(gòu)具有橫向彎頭部分，使整個(gè)應(yīng)變片在承載時(shí)既受縱向應(yīng)變又受橫向應(yīng)變影響，從而產(chǎn)生不利的橫向效應(yīng)；電路：配合交直流電橋?qū)崿F(xiàn)溫度補(bǔ)償，并將應(yīng)變片輸出的小電壓調(diào)理放大到宏觀可用；應(yīng)用：應(yīng)變片的特性決定了它在工程中各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，除了測(cè)量力以外，還廣泛應(yīng)用于壓力、扭矩、位移、加速度等各種量的測(cè)量。

這五步的劃分及實(shí)施，清晰地闡明了傳感器的幾個(gè)環(huán)節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系，并且這五步蘊(yùn)含了前人發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的思路。因此，在五步實(shí)施過程中的每一步中應(yīng)通過剖析、揭示前人的探索過程，培養(yǎng)學(xué)員的這種解決問題的能力、創(chuàng)新精神和探索精神。例如，在原理的學(xué)習(xí)中，更應(yīng)引領(lǐng)學(xué)員分析前人探究的精神及過程，W.Thomson在工作中發(fā)現(xiàn)電纜的電阻值的異常變化，但他并未滿足于干好本職工作，止步不前，而是進(jìn)一步對(duì)鐵絲、銅絲做拉伸試驗(yàn)，分析其內(nèi)因，并將現(xiàn)象歸納總結(jié)，提升到效應(yīng)的高度。在制作應(yīng)變片時(shí)，最初是將一根金屬絲繞制成絲式應(yīng)變片，它具有較明顯的橫向效應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差；隨后對(duì)誤差成因分析改進(jìn)，將其橫向彎頭改為較粗的短接點(diǎn)，減小了橫向效應(yīng)；最后又利用光刻、腐蝕等工藝制作箔式應(yīng)變片，在箔式應(yīng)變片的橫向連接處進(jìn)一步加大了面積，由此基本上消除了橫向效應(yīng)產(chǎn)生的誤差，三種應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)分別如圖1中（a）、（b）、（c）所示。在應(yīng)用部分，溫度誤差的兩種原因及三種補(bǔ)償法的不斷改進(jìn)等等。以上各步的實(shí)施中都蘊(yùn)含這種“發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、再發(fā)現(xiàn)問題……”不斷進(jìn)取、循序進(jìn)步的思想內(nèi)涵。

以上五個(gè)步驟為“雙向五步式”教學(xué)法中的正向，通過正向的“原理→結(jié)構(gòu)→特性→電路→應(yīng)用”五步的學(xué)習(xí)，潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)員發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，初步概括能力、自學(xué)能力及探究精神。

四、結(jié)束語

“教育是幫助被教育的人，給他們能發(fā)展自己的能力，完成他的人格。”“雙向五步式教學(xué)法”的教學(xué)改革實(shí)踐，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性、積極性，并在教學(xué)實(shí)施中較好地實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)員的工程應(yīng)用能力與學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新精神和探索精神的目的。

幾年來，“雙向五步式”教學(xué)法的教學(xué)改革實(shí)施取得了良好的教學(xué)效果：從學(xué)員方面來看，學(xué)員每年的評(píng)教、評(píng)學(xué)滿意度逐漸提高；學(xué)員參與科技創(chuàng)新、畢業(yè)設(shè)計(jì)完成情況逐年進(jìn)步提高。從教員方面來看，教員的教學(xué)水平不斷提高，幾年來在學(xué)院教學(xué)督導(dǎo)組聽課中多次獲通報(bào)表揚(yáng)；在學(xué)院每年授課質(zhì)量的評(píng)定中授課質(zhì)量均為優(yōu)良；多次有教員參加系教法競(jìng)賽并選送到學(xué)院參加教法競(jìng)賽，2011年“光柵傳感器”一課獲學(xué)院教法競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃賢武，鄭筱霞.傳感器原理與應(yīng)用(第二版)[M].西安:電子科技大學(xué)出版社，2004.

[2]姜利英，張法全，梁威.“傳感器原理及應(yīng)用”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國電力教育，2009(1).

（責(zé)任編輯：宋秀麗）