林宏+周傳璘+雷麗+馬洪華

摘要：目前，傳感器原理課程實踐教學(xué)中驗證性實驗的比例過高，對于學(xué)生動手能力的鍛煉嚴重不足，不能滿足當(dāng)今時代的發(fā)展要求。通過提高綜合設(shè)計性實驗比重；壓縮理論課時，增加實踐課時；以及開設(shè)課程設(shè)計等對傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容進行完善和補充，同時還需要采用開放式教學(xué)、項目式教學(xué)、借助輔助實驗教學(xué)平臺等新方式轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)傳感器原理課程的實驗教學(xué)方法，大力提高學(xué)生的實際動手能力，滿足當(dāng)今高校學(xué)生實踐學(xué)習(xí)的迫切需求。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革 實踐教學(xué) 傳感器原理 學(xué)習(xí)需求

目前，傳統(tǒng)的《傳感器原理》實驗課程中驗證性實驗的比例過高，幾乎達到80%甚至更高，對于鍛煉學(xué)生思維能力、創(chuàng)新能力和動手能力存在嚴重的不足，不能夠滿足當(dāng)今高校學(xué)生實踐學(xué)習(xí)的迫切需求。同時，由于很多地方性高校逐漸向工科型、應(yīng)用型轉(zhuǎn)變，以及當(dāng)今社會對工程技術(shù)型人才的迫切需求，使得實驗課程教學(xué)形式和教學(xué)內(nèi)容也要相應(yīng)發(fā)生很大的轉(zhuǎn)變，需要大大提高實踐課時比重，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法，重視學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此迫切需要對傳統(tǒng)的《傳感器原理》課程實踐教學(xué)進行改革和探索。

一、實踐教學(xué)中出現(xiàn)的問題

1.驗證性實驗的比例過高

高校中部分專業(yè)將《傳感器原理》課程列為必修課程，相應(yīng)的實踐教學(xué)一般開設(shè)10個左右的實驗項目，而部分專業(yè)將《傳感器原理》課程列為選修課程，相應(yīng)只開設(shè)5個左右的實驗項目。作為選修課時，《傳感器原理》課程的實驗項目通常為：“電阻應(yīng)變式傳感器實驗”“差動變壓器式傳感器實驗”“電感式傳感器實驗”“電容式傳感器實驗”“光電傳感器測轉(zhuǎn)速實驗”。這5個實驗中，除了“光電傳感器測轉(zhuǎn)速實驗”為設(shè)計性實驗外，其余4個都是驗證性實驗，驗證性實驗的比例占到80%。作為必修課時，《傳感器原理》課程的實驗項目除了上述5個通用實驗都要做外，一般還增開：“電渦流傳感器實驗”“霍爾式傳感器實驗”“光纖位移傳感器實驗”“磁電式傳感器實驗”“壓電式傳感器實驗”。

這5個實驗中，除了“霍爾式傳感器實驗”為綜合性實驗、“光纖位移傳感器實驗”為設(shè)計性實驗外，其余皆為驗證性實驗，總的驗證性實驗的比例也達到了70%。而《傳感器原理》課程具有較強的實踐性，特別注重傳感器應(yīng)用等方面的訓(xùn)練，簡單的驗證性實驗教學(xué)方式不能很好地培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，無法做到使學(xué)生真正理解與掌握全部知識點。這些都直接影響到學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高，遠遠不能滿足高校學(xué)生畢業(yè)后實際工作的需要。

2.社會的需要會引起實踐教學(xué)的轉(zhuǎn)變

《傳感器原理》課程教學(xué)一般分為兩大部分同時進行，一部分是理論教學(xué)；另一部分是實踐教學(xué)。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，主要以課程講解為主，理論教學(xué)所占學(xué)時遠多于實踐教學(xué)學(xué)時。但是，隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，這種過于側(cè)重理論教學(xué)的模式越來越不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力，難以提高學(xué)生主動參與的興趣，不利于學(xué)生基礎(chǔ)知識及基本技能的掌握。另外，隨著社會的發(fā)展，越來越需要大量的工程技術(shù)人才，同時大批地方性高校逐漸向工科型、應(yīng)用型轉(zhuǎn)變，需要培養(yǎng)更多的工程型、應(yīng)用型人才，因此迫切需要當(dāng)今高校轉(zhuǎn)變培養(yǎng)人才的思路，修訂人才培養(yǎng)方案，提高實踐課程的比重，增強學(xué)生實際動手能力的培養(yǎng)，使得培養(yǎng)的人才能夠滿足當(dāng)今社會的需求。因此，在當(dāng)前的時代背景下，傳統(tǒng)《傳感器原理》課程實踐教學(xué)必然不能滿足現(xiàn)在的教學(xué)要求，需要進行大規(guī)模的轉(zhuǎn)變與改革，課程教學(xué)應(yīng)該實現(xiàn)理論教學(xué)和實踐教學(xué)并重，同時提高實驗課程中綜合性實驗和設(shè)計性實驗的比重，要求達到50%以上。

二、實踐教學(xué)內(nèi)容的改革

1.增加實踐教學(xué)內(nèi)容，提高實踐課時量

目前，很多高校的《傳感器原理》課程如為選修課時，其實驗部分設(shè)置為：15學(xué)時，一般每個實驗項目大約3個學(xué)時左右，只能開設(shè)5個實驗項目；如為必修課時，其實驗部分設(shè)置為：30學(xué)時，可以開設(shè)10個實驗項目。上述實驗學(xué)時和能開設(shè)的實驗個數(shù)相對偏少，可以考慮分別增加6個學(xué)時，這樣《傳感器原理》課程如為選修課學(xué)時就能達到21學(xué)時，能開設(shè)7個實驗項目；如為必修課學(xué)時就能達到36學(xué)時，就能開設(shè)12個實驗項目。在通常開設(shè)的傳感器原理實驗項目的基礎(chǔ)之上可以考慮增開兩個實驗：“PN結(jié)溫度傳感器測溫實驗”，以及“光敏電阻測光強實驗”。這兩個實驗都屬于綜合設(shè)計性實驗，而且也和實際生活中的應(yīng)用結(jié)合的比較緊密。增加實踐教學(xué)的內(nèi)容，提高實踐教學(xué)的課時量，能夠大大滿足學(xué)生的日常學(xué)習(xí)需求，有利于提升學(xué)生的實際動手能力，為學(xué)生掌握一技之長提供有力的幫助。

2.將驗證性實驗轉(zhuǎn)變成綜合設(shè)計性實驗

通過添加內(nèi)容、變更實驗?zāi)康?、調(diào)整實驗步驟、更改實驗類型，或者重新設(shè)計實驗方案等方式可以將傳統(tǒng)的驗證性實驗轉(zhuǎn)變成綜合性或者設(shè)計性實驗。例如，針對傳統(tǒng)的驗證性實驗“電阻應(yīng)變式傳感器實驗”，通過合適的操作可以將其轉(zhuǎn)變成綜合設(shè)計性實驗。該實驗主要通過在傳感器實驗箱上連線，分別測量和驗證單臂式、半橋式、全橋式電阻應(yīng)變傳感器的性能，比較它們各自的輸出特性，驗證《傳感器原理》課程理論教學(xué)第三章“應(yīng)變式傳感器”中的內(nèi)容，屬于標(biāo)準的傳統(tǒng)意義上的驗證實驗。要想將該實驗轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合設(shè)計性實驗，必須和該傳感器的應(yīng)用結(jié)合起來，讓學(xué)生自己動手設(shè)計實驗方案、實驗步驟。老師只需要事先制定好實驗?zāi)康?、測量范圍和測量精度等具體指標(biāo)，剩下的全部由學(xué)生自由發(fā)揮。針對上述實驗，可以由應(yīng)變式傳感器可以測量重量的應(yīng)用，設(shè)計的新實驗名稱可以為“利用電阻應(yīng)變式傳感器自制電子天平實驗”。實驗?zāi)康模豪秒娮钁?yīng)變式傳感器設(shè)計一種簡易便攜式電子天平，并能夠測量身邊一些小物體的質(zhì)量，如手機、水杯、書本等。測量范圍：100克～1000克；測量精度要求達到1克。實驗材料：金屬箔式應(yīng)變片8個；電阻、電容、電感、導(dǎo)線若干；砝碼若干；托盤2個。這樣學(xué)生在做這個實驗的時候，就需要先設(shè)計實驗方案，論證3種常用電阻應(yīng)變式傳感器測量電路中哪一種能夠滿足實驗要求，加強對單臂式、半橋式、全橋式電阻應(yīng)變傳感器使用方法的認識，熟練應(yīng)用書本上的理論知識。通過自己設(shè)計方案，自己設(shè)計電路，自己連接電路，自己測量結(jié)果等步驟，能夠大大提高學(xué)生在實踐訓(xùn)練的效果。

另外，可以將“差動變壓器式傳感器實驗”轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合設(shè)計性實驗，將該傳感器和它的應(yīng)用聯(lián)系在一起，設(shè)計的新實驗名稱可以為“利用差動變壓器式傳感器設(shè)計一種加速度測量裝置”。這樣5個選修課實驗項目中，就有3個實驗屬于綜合設(shè)計性實驗，綜合設(shè)計性實驗比例達到60%。同時，也可以將“電渦流傳感器實驗”轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄秒姕u流傳感器設(shè)計一種測厚裝置”、將“磁電式傳感器實驗”轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄么烹娛絺鞲衅髟O(shè)計一種測轉(zhuǎn)速裝置”、將“壓電式傳感器實驗”轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄脡弘娛絺鞲衅髟O(shè)計一種測力裝置”。這樣10個比修課實驗項目中，就有8個實驗屬于綜合設(shè)計性實驗，綜合設(shè)計性實驗比例達到80%。

3.開設(shè)傳感器原理課程設(shè)計

傳統(tǒng)的《傳感器原理》課程實驗環(huán)節(jié)時間相對分散，實驗內(nèi)容相對淺顯，對于鍛煉學(xué)生的實際動手能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新性思維和創(chuàng)造力有所不足，可以考慮開設(shè)《傳感器原理》課程設(shè)計。課程設(shè)計屬于集中實踐環(huán)節(jié)，主要利用1～2周的集中時間，來讓學(xué)生完成實踐訓(xùn)練任務(wù)，實踐訓(xùn)練效果相對明顯。針對《傳感器原理》課程設(shè)計，可以考慮設(shè)計1～2個實踐訓(xùn)練項目，提高學(xué)生的綜合實踐能力。例如一個常用的訓(xùn)練項目名稱為：“設(shè)計一種汽車自動測速及報警裝置”。該訓(xùn)練項目綜合考察學(xué)生對各種傳感器的熟練掌握程度，用于測量速度、轉(zhuǎn)速的常用傳感器有：電渦流式傳感器、霍爾式傳感器、光電式傳感器、磁電式傳感器等。另一個常用訓(xùn)練項目名稱為：“設(shè)計一種木板或紙張厚度測量裝置”。該訓(xùn)練項目綜合考察學(xué)生對各種測厚傳感器的熟練掌握程度，常用的測厚傳感器有：電容式傳感器、電渦流式傳感器、霍爾式傳感器等。在課程設(shè)計過程中，老師為學(xué)生提供各種可選的傳感器、常用電子元器件、電烙鐵，以及相應(yīng)的測量設(shè)備，如示波器、信號源等，學(xué)生利用1～2周的集中學(xué)習(xí)時間，完成相應(yīng)的訓(xùn)練項目，最后老師對學(xué)生的作品進行統(tǒng)一測試和打分。

三、實踐教學(xué)手段的豐富

1.進行開放式教學(xué)

目前，傳統(tǒng)的《傳感器原理》課程實驗教學(xué)中，每一個實驗項目3個學(xué)時，每個學(xué)時45分鐘的課堂時間，一次實驗大約135分鐘時間，一般任課教師上完一次實驗課后就要關(guān)閉實驗室，學(xué)生如果沒有做完也沒有時間另外補做。如果采用實驗室開放式教學(xué)就可以避免這些問題，而且可以使得教師和學(xué)生都能合理安排自己的時間，提高工作和學(xué)習(xí)效率，非常符合當(dāng)今時代的教學(xué)模式。實驗室隨時向?qū)W生開放，學(xué)生采取提前在網(wǎng)上預(yù)約做實驗的時間，到時候憑刷卡進入，實驗室一般不安排教師值班，只用攝像頭監(jiān)控即可，老師只在集中指導(dǎo)時間、答疑時間或者考核時間才到實驗室。學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進度和時間安排，合理選擇時間去實驗室做實驗，而且實驗順序也可以自由調(diào)換，不再拘泥于老師的固定安排，同時也為學(xué)有余力的學(xué)生提供了便利，他們可以選擇做更多的實驗，或者做自己喜歡的訓(xùn)練項目。

2.進行項目式教學(xué)

將《傳感器原理》課程的實驗內(nèi)容和老師的科研項目或者教學(xué)項目結(jié)合起來，也可以由老師設(shè)計部分實驗項目，這樣就使得實驗內(nèi)容更加接近生產(chǎn)、更加接近應(yīng)用，對學(xué)生的鍛煉也更加具體化、實際化，同時還能夠帶來生產(chǎn)效益。例如，老師可以將自己主持研究的橫向項目“為博物館設(shè)計一種玻璃破碎報警器裝置”，合理分割細化成學(xué)生的實踐訓(xùn)練項目，通常玻璃破碎報警器可以用應(yīng)變式傳感器或者壓電式傳感器來設(shè)計。利用現(xiàn)有的科研項目或教研項目，讓學(xué)生在老師的指導(dǎo)下完成某個小項目，這樣就能夠使得學(xué)生的日常實踐訓(xùn)練中更有針對性、更有目標(biāo)性，能夠起到更大的實際鍛煉作用，為學(xué)生以后找工作、考研等提供更大的幫助和指導(dǎo)。

3.與其它實驗教學(xué)平臺相結(jié)合

《傳感器原理》課程的實驗開設(shè)內(nèi)容或者實踐訓(xùn)練項目需要與其它課程相結(jié)合，并借助其它輔助實驗教學(xué)平臺，可以大大擴展實驗的內(nèi)容，更加接近企業(yè)的生產(chǎn)實訓(xùn)，有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，對于就業(yè)、考研產(chǎn)生很大的幫助。常用的實驗教學(xué)輔助平臺有：FPGA開發(fā)板、單片機開發(fā)板、虛擬儀器仿真系統(tǒng)等。例如，利用FPGA開發(fā)板結(jié)合超聲波傳感器、紅外傳感器、光電傳感器等，可以設(shè)計開發(fā)出應(yīng)用于汽車智能駕駛的“自動循跡避障防撞保護系統(tǒng)”。利用單片機開發(fā)板結(jié)合壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器等，可以設(shè)計開發(fā)出應(yīng)用于家用太陽能熱水器的“水溫保溫及進出水控制系統(tǒng)”。利用虛擬儀器仿真系統(tǒng)可以簡化現(xiàn)實儀器的臺數(shù)，或者開設(shè)由于成本較高而未采購的實驗儀器相關(guān)實驗課程，有效節(jié)約教學(xué)資源。利用傳感器作為信號采集單元，虛擬儀器仿真系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)處理和信號接收的終端，通過電腦上的虛擬儀器仿真系統(tǒng)就可以有效觀察到傳感器采集信號的波形、周期、頻率等數(shù)據(jù)。虛擬儀器仿真系統(tǒng)能夠有效代替示波器、頻譜儀、光譜儀、波長計、功率計、能量計、矢量分析儀等實驗檢測設(shè)備。利用虛擬儀器仿真系統(tǒng)中的光譜儀、波長計、功率計等模塊，結(jié)合光電傳感器，可以設(shè)計出“激光器輸出波長及功率實時檢測系統(tǒng)”。通過將各種實驗教學(xué)輔助平臺與《傳感器原理》課程的實踐教學(xué)相結(jié)合起來，可以實現(xiàn)很多復(fù)雜、傳統(tǒng)實驗無法開設(shè)的、成本昂貴的實踐訓(xùn)練項目，能夠使得學(xué)生的實踐訓(xùn)練更加接近工程化、應(yīng)用化、生產(chǎn)化。

四、總結(jié)

對實踐教學(xué)內(nèi)容進行合理設(shè)計，提高綜合設(shè)計性實驗的比重，增加實踐課時量，以及開設(shè)課程設(shè)計等方式可以對現(xiàn)有《傳感器原理》課程的實踐教學(xué)內(nèi)容進行改革和完善。同時，在實踐教學(xué)中采用開放式教學(xué)、項目式教學(xué)，以及借助實驗教學(xué)輔助平臺等方式，能夠有效轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)實驗課程教學(xué)中的不足之處。通過上述改革，在一定程度上可以對鍛煉高校學(xué)生的思維創(chuàng)新能力和實際動手能力提供有效幫助，滿足學(xué)生對于提高自身綜合素質(zhì)的迫切需求。

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