薛亮　胡安鐸　江超　李高芳　卞正蘭　初鳳紅　朱武（上海電力學(xué)院　電子與信息工程學(xué)院，上海　200090）

傳感器技術(shù)課程教學(xué)改革與實(shí)踐*

薛亮胡安鐸江超李高芳卞正蘭初鳳紅朱武*
（上海電力學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，上海200090）

摘要：“傳感器技術(shù)”是一門(mén)工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，本文針對(duì)課程教學(xué)的內(nèi)容和特點(diǎn)，對(duì)理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)方法和手段進(jìn)行了改革和實(shí)踐。這些改革探索有利于提升課堂教學(xué)的效果，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù)；課程教學(xué)；改革與實(shí)踐

*本文受到上海電力學(xué)院重點(diǎn)核心課程建設(shè)項(xiàng)目資助，項(xiàng)目編號(hào):20141147

Abstract:Sensor technology is a rather practical course. In view of the teaching contents and characteristics of the course，this paper discusses the reform and practice of teaching theory, teaching practice, and teaching methods, which improves the efficiency of teaching, motivates students self-learning ability, and strengthens students compre-hensive capability.

Keywords:sensor technology; course teaching; reform and practice

傳感器是一種檢測(cè)裝置，具有微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點(diǎn)。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的發(fā)明與發(fā)展，使得物體有了嗅覺(jué)、味覺(jué)和觸覺(jué)等感官，讓靜止的物體變得生動(dòng)[1]。傳感器技術(shù)是當(dāng)今世界上一門(mén)發(fā)展飛速的技術(shù)，尤其在現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域，智能手機(jī)的廣受歡迎便離不開(kāi)傳感器技術(shù)[2]?！皞鞲衅骷夹g(shù)”這門(mén)課程是本科電子信息、電器、精密儀器、計(jì)算機(jī)等專(zhuān)業(yè)的必修課，通過(guò)講授基本的傳感器理論及應(yīng)用，為從事機(jī)電產(chǎn)品、電子產(chǎn)品生產(chǎn)與研發(fā)的企事業(yè)單位培養(yǎng)具有傳感器應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、調(diào)試和制作能力的實(shí)踐型人才，對(duì)學(xué)生的擇業(yè)有著重要的支撐作用。在傳感器技術(shù)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，涉及的知識(shí)點(diǎn)比較多且廣，既有電路、模擬電路和數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識(shí)，又包含各類(lèi)物理原理及定則。同時(shí)，由于新技術(shù)的迅猛發(fā)展和新材料的涌現(xiàn)，傳感器工藝技術(shù)得到提升，革命型的產(chǎn)品層出不窮[3]。因此，對(duì)于教師來(lái)講既需要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)要追蹤學(xué)科前沿技術(shù)；對(duì)于學(xué)生來(lái)講，良好的數(shù)學(xué)與物理背景非常重要。

基于以上現(xiàn)狀，作者參考諸多院校對(duì)傳感器技術(shù)課程的要求，結(jié)合課程本身內(nèi)容多、知識(shí)點(diǎn)散、更新快的特點(diǎn)，從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)方法與手段等方面對(duì)傳感器技術(shù)課程進(jìn)行了相關(guān)探析。

一、理論教學(xué)的改革與創(chuàng)新

（一）傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端分析

傳感器的課程教學(xué)長(zhǎng)期受普通高等教育的影響，講授著重強(qiáng)調(diào)知識(shí)的系統(tǒng)性、連貫性以及完整性，一味地對(duì)學(xué)生進(jìn)行灌輸式的教育，和理論性強(qiáng)的基礎(chǔ)課程相比，相當(dāng)一部分學(xué)生反映學(xué)習(xí)過(guò)程中沒(méi)有條理，難以掌握課程的核心內(nèi)容。究其原因有以下三點(diǎn)：首先，傳感器課程本身綜合性較高，涵蓋的知識(shí)多，既有理論概念也有技術(shù)應(yīng)用；其次，現(xiàn)行教材的內(nèi)容更新跟不上技術(shù)的腳步，一些舊技術(shù)在當(dāng)前生活中已經(jīng)被取代，卻仍舊作為重點(diǎn)出現(xiàn)在課本中；再者，教學(xué)中理論和實(shí)踐不能緊密結(jié)合，理論知識(shí)不能在實(shí)踐環(huán)節(jié)中復(fù)現(xiàn)，學(xué)生無(wú)法將課本與生活相結(jié)合，造成理解上的困難。

（二）新教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新

1.根據(jù)授課學(xué)生的專(zhuān)業(yè)和特點(diǎn)，選用合適的教材或者自編講義

目前，大部分的傳感器教材都是以傳感器原理和技術(shù)作為學(xué)習(xí)重點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)涉及較少[4]。任課教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合專(zhuān)業(yè)特色和學(xué)生的發(fā)展方向，編寫(xiě)相應(yīng)的教材。例如對(duì)定位于應(yīng)用技術(shù)型的專(zhuān)業(yè)，應(yīng)遵循知識(shí)夠用、實(shí)用性強(qiáng)、利于理解和自學(xué)的原則。

教材的編寫(xiě)要通俗易懂，既富有感召力，又不失科學(xué)性。第一，對(duì)于傳感器課程來(lái)講，重要知識(shí)點(diǎn)都應(yīng)配有淺顯生動(dòng)的實(shí)例，幫助學(xué)生理解，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，降低教學(xué)難度。第二，教材要跟上傳感器技術(shù)的新發(fā)展，在介紹各類(lèi)的典型傳感器時(shí)，適當(dāng)穿插新型傳感器的發(fā)展和應(yīng)用，將過(guò)時(shí)的應(yīng)用去除。第三，內(nèi)容編排上順序合理，深入淺出，圖文并茂，吸引學(xué)生的注意。第四，課后習(xí)題增設(shè)開(kāi)放型的設(shè)計(jì)題型。

2.理論和實(shí)踐相結(jié)合，引入情境教學(xué)

根據(jù)理論知識(shí)，結(jié)合現(xiàn)有的硬件，能制作成功簡(jiǎn)單實(shí)用的傳感器，無(wú)疑會(huì)有好的教學(xué)效果。例如，我們引入了感應(yīng)式防盜報(bào)警系統(tǒng)作為載體，該產(chǎn)品以紅外傳感器作為控制核心，包括紅外驅(qū)動(dòng)調(diào)制單元、探測(cè)信號(hào)處理、無(wú)線監(jiān)測(cè)報(bào)警單元、語(yǔ)音單元以及多種轉(zhuǎn)換模塊。各個(gè)模塊均包含傳感器，而這些傳感器的工作原理各異，覆蓋多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生只有將每個(gè)傳感器都正確運(yùn)用了才能實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。制作調(diào)試的過(guò)程，也是幫助學(xué)生理解內(nèi)容的過(guò)程。

（三）豐富教學(xué)資源，提供自學(xué)環(huán)境

（1）錄制完整的教學(xué)視頻。與課堂講課不同，錄像資料便于學(xué)生隨時(shí)隨地地反復(fù)觀看，消除課堂教學(xué)中的模糊點(diǎn)。此外，現(xiàn)今流行的MOOC課程庫(kù)[5]中也有類(lèi)似的課程，側(cè)重點(diǎn)雖略有差異，但涉及的知識(shí)面較廣。（2）建立課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，課程大綱、教案、學(xué)習(xí)指導(dǎo)、習(xí)題庫(kù)，包括答疑等都可在網(wǎng)上操作，為學(xué)生創(chuàng)造自主學(xué)習(xí)平臺(tái)。

二、實(shí)踐教學(xué)的改革與創(chuàng)新

（一）改善實(shí)驗(yàn)條件，更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的傳感器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)多為廠家已經(jīng)制作封裝完成的集成一體化平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)的種類(lèi)與內(nèi)容已經(jīng)被限定，一些新的實(shí)用性更強(qiáng)的傳感器無(wú)法在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)接觸到。此外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程較為簡(jiǎn)單，操作按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)按部就班即可完成。整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，需要學(xué)生思考和嘗試的地方很少。針對(duì)這種現(xiàn)象，可以跳出平臺(tái)的約束，投入部分經(jīng)費(fèi)購(gòu)買(mǎi)當(dāng)前普遍使用的傳感器元器件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作，既增加實(shí)驗(yàn)的靈活性和主動(dòng)性，又加深對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）注重創(chuàng)新，拓展傳感器在生活中的應(yīng)用

現(xiàn)代生活受益于科技的發(fā)展，可根據(jù)課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，在課程教學(xué)過(guò)程中，給學(xué)生提供較為完善的自主學(xué)習(xí)平臺(tái)，使課內(nèi)教學(xué)與課外自學(xué)相互結(jié)合，相得益彰。

傳感器在實(shí)際生活中隨處可見(jiàn)，例如手機(jī)中就包含許多類(lèi)型的傳感器，如溫度、壓力、亮度、語(yǔ)音等，從實(shí)物出發(fā)，讓學(xué)生自己根據(jù)傳感器分析實(shí)現(xiàn)的功能。這樣既吸引了學(xué)生的注意力，同時(shí)又很好地灌輸了傳感器的知識(shí)。

（三）鼓勵(lì)學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽

開(kāi)放實(shí)驗(yàn)資源，鼓勵(lì)學(xué)生利用各類(lèi)傳感器完成一些趣味性、實(shí)用性強(qiáng)的項(xiàng)目（如里程表、節(jié)電照明燈、密碼鎖等），其中學(xué)生自主選擇元器件，完成軟件編程、硬件焊接與調(diào)試以及軟硬件聯(lián)調(diào)等工作。歷年電子設(shè)計(jì)大賽的題目也可以進(jìn)行再創(chuàng)作，加深對(duì)傳感器的理解。

三、教學(xué)方法與手段的改革與實(shí)踐

教師是教學(xué)中的主導(dǎo)，也是決定教學(xué)效果的關(guān)鍵因素。針對(duì)課程內(nèi)容和學(xué)生特點(diǎn)，靈活采用啟發(fā)討論、案例教學(xué)、交互式等多種教學(xué)手段，以啟發(fā)學(xué)生思維。

（一）啟發(fā)討論

講解知識(shí)點(diǎn)時(shí)，不是單純的教師說(shuō)教，而是適時(shí)提出問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生思考并展開(kāi)討論、歸納總結(jié)出一般規(guī)律。比如在首節(jié)課講傳感器的基本概念的時(shí)候，先讓學(xué)生聯(lián)系生活，討論下都接觸過(guò)哪些傳感器，根據(jù)掌握的物理知識(shí)對(duì)這些傳感器進(jìn)行歸類(lèi)，這樣既能幫助學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)，又能充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。

（二）案例教學(xué)

案例教學(xué)是對(duì)抽象知識(shí)點(diǎn)的形象化的補(bǔ)充。例如，對(duì)于有電力背景的高校，教師借助電力系統(tǒng)中的案例，對(duì)某個(gè)傳感器的應(yīng)用機(jī)理和實(shí)際操作過(guò)程進(jìn)行全面描述，將學(xué)生融于特定的傳感器技術(shù)情境之中，進(jìn)而組織學(xué)生對(duì)相關(guān)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行討論、分析，解決理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用之間的矛盾，注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提高。

（三）交互式教學(xué)

將課程相關(guān)的教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)、多媒體課件等教學(xué)輔助資料放在網(wǎng)上供閱讀，甚至可以借用微博、微信平臺(tái)，依據(jù)課程進(jìn)度同步給出重、難點(diǎn)分析。學(xué)生可隨時(shí)自學(xué)或提出疑問(wèn)，教師在網(wǎng)上進(jìn)行答疑，實(shí)現(xiàn)師生交互式教學(xué)與學(xué)習(xí)。這一點(diǎn)對(duì)于兩地辦學(xué)的高校尤其適用。

四、改革考核方式，促進(jìn)教學(xué)

傳感器技術(shù)課程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，理論掌握得好不代表實(shí)際中會(huì)使用傳感器，反之，熟練使用傳感器又離不開(kāi)扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。所以，傳感器課程的考核應(yīng)該是理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，并且權(quán)重相當(dāng)。于是將傳統(tǒng)的三大模塊，即理論成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和平時(shí)成績(jī)，各自所占總成績(jī)的比重進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)提高實(shí)驗(yàn)成績(jī)所占比重。教師根據(jù)專(zhuān)業(yè)的實(shí)際情況，結(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)分配各考核項(xiàng)所占的比例。

五、結(jié)束語(yǔ)

傳感器技術(shù)課程改革是一項(xiàng)系統(tǒng)的又細(xì)致化的工程，需要師生雙方努力，力求達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]卞正崗.傳感器和檢測(cè)儀表的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].自動(dòng)化博覽，2007，24（Z1）：16-17.

[2]黃玲.討論傳感器技術(shù)在機(jī)電自動(dòng)控制中的應(yīng)用[J].中國(guó)機(jī)械，2014（19）：42.

[3]沈容，楊玉芬.傳感器新材料新技術(shù)的展望[J].快速成型與快速制造，2001：440-442.

[4]徐科軍，馬修水.《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》教材建設(shè)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36（1）：115-117.

[5]解春柳.面向過(guò)程管理的創(chuàng)新項(xiàng)目開(kāi)放式在線教育平臺(tái)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D].山東大學(xué)，2014.

中圖分類(lèi)號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-000X（2016）0猿-0124-02

作者簡(jiǎn)介：薛亮（1986-），女，江蘇南通人，上海電力學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，講師，主要從事傳感器技術(shù)等課程教學(xué)工作。

*通訊作者：朱武。