張紅梅 朱毅 李小靜

（湖北商貿(mào)學(xué)院）

今天，在社會(huì)發(fā)展和科學(xué)進(jìn)步中信息技術(shù)發(fā)揮著決定性作用。信息技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在當(dāng)今信息社會(huì)的發(fā)展過(guò)程中，也被稱為支撐現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱?，F(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)包括信息傳輸、信息收集和信息處理，信息采集離不開(kāi)傳感器技術(shù)，在檢測(cè)和控制之前傳感器技術(shù)是在信息采集系統(tǒng)的最前端，是檢測(cè)、采集和感知的前端。本課程長(zhǎng)期側(cè)重于講解課程內(nèi)容中的測(cè)量處理電路和各種傳感器的工作原理，教學(xué)方式提供少量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，這種教學(xué)方法有明顯的缺陷。因?yàn)閷W(xué)生第一次接觸到的是傳感器測(cè)量原理，學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí)，看不到實(shí)物，引入類似的教學(xué)內(nèi)容會(huì)讓學(xué)生感到無(wú)聊，教師對(duì)這些分析方法的深層原理不注重講解，其影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)意愿。因此，未來(lái)，課程教師需要結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)、學(xué)校條件、檢測(cè)技術(shù)的最新應(yīng)用動(dòng)向?qū)嵤┙逃母铮屑?xì)分析課程的教育目標(biāo)?！秱鞲衅髟砑皯?yīng)用》已成為應(yīng)用電子技術(shù)、自動(dòng)化控制、自動(dòng)化機(jī)械工程、電子信息工程等電類相關(guān)專業(yè)的必修課，課程領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和前沿知識(shí)要重點(diǎn)講解。本文以學(xué)生的職業(yè)發(fā)展為重點(diǎn)，研究本課程的教育改革，旨在提高學(xué)生職業(yè)素質(zhì)、應(yīng)用工程實(shí)踐的能力和就業(yè)質(zhì)量，希望在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)內(nèi)容，以及促進(jìn)未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

一、《傳感器原理及應(yīng)用》課程教學(xué)內(nèi)容改革

《傳感器原理及應(yīng)用》課程涵蓋的專業(yè)廣，面向通訊工程、電氣自動(dòng)化、電子與信息工程的學(xué)生。為此，我校針對(duì)新工科人才培養(yǎng)的要求，對(duì)各專業(yè)學(xué)生的課程和教學(xué)大綱內(nèi)容進(jìn)行了一些修改，實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合，加強(qiáng)了學(xué)生面向?qū)嵺`的方式，在學(xué)習(xí)理論的過(guò)程中將實(shí)踐與理論相結(jié)合，讓學(xué)生真正做到手把手地獨(dú)立學(xué)習(xí)理論和實(shí)踐。一方面，能提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，在加強(qiáng)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)和動(dòng)手環(huán)節(jié)的同時(shí)，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，將實(shí)踐與理論課程有機(jī)結(jié)合，最大限度地利用實(shí)踐課時(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐與理論教育相輔相成。另一方面，對(duì)課程大綱進(jìn)行修改，優(yōu)化了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，與各種學(xué)科競(jìng)賽、生活應(yīng)用相結(jié)合，使理論課的教學(xué)內(nèi)容更加接地氣。

二、《傳感器原理及應(yīng)用》課程特點(diǎn)

（一）綜合性強(qiáng)

傳感器幾乎涵蓋了支撐現(xiàn)代文明的所有領(lǐng)域，包括聲學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、電磁學(xué)、材料科學(xué)、微電子學(xué)等多個(gè)學(xué)科。其種類也比較繁多，需要綜合應(yīng)用這些領(lǐng)域的知識(shí)，在實(shí)際使用某種傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，使學(xué)生很難找到線索。

（二）實(shí)用性強(qiáng)

傳感器的實(shí)際應(yīng)用，就是利用不同工作原理的傳感器對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換。傳感器在檢測(cè)系統(tǒng)和自動(dòng)化控制中，作為信息獲取和轉(zhuǎn)換的來(lái)源，給社會(huì)生產(chǎn)和人類生活提供各種有用的信息，為人們提供了一個(gè)宏觀和微觀的世界，“沒(méi)有傳感器就沒(méi)有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)得到了全世界的認(rèn)可。

（三）知識(shí)更新快

近年來(lái)，不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，對(duì)傳感器的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)和要求，尤其是出現(xiàn)了許多新型的高質(zhì)量傳感器。例如，新型光敏和離子敏傳感器在新型有機(jī)材料中誕生，高溫超導(dǎo)磁傳感器在高溫超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用中創(chuàng)造，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展也在進(jìn)步，傳感器的發(fā)展方向?qū)⒅饾u向智能網(wǎng)絡(luò)傳感器邁進(jìn)。

三、傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)方法改革措施

（一）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

選取一些生活中常用的應(yīng)用、畢業(yè)設(shè)計(jì)、教師教科研項(xiàng)目、全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽中會(huì)遇到的經(jīng)典案例，刻意穿插在每門理論課的教學(xué)過(guò)程中。例如，在電容傳感器的教學(xué)中，學(xué)生們分析了如何正確選擇傳感方法來(lái)測(cè)量角度，引入全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽中測(cè)量擺角的話題。在光電檢測(cè)傳感器中，詳細(xì)分析在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中如何解決傳感器設(shè)計(jì)部分，在小車自動(dòng)循跡設(shè)計(jì)中如何使小車按照設(shè)定軌跡行駛，如何對(duì)障礙物進(jìn)行檢測(cè)。另一個(gè)例子是半導(dǎo)體氣敏傳感器章節(jié)的學(xué)習(xí)中，介紹樓宇自動(dòng)化中的高層大樓，預(yù)警系統(tǒng)和建筑火災(zāi)預(yù)警的設(shè)計(jì)。此外，通過(guò)一系列具體實(shí)例，學(xué)生可以靈活應(yīng)用目前所學(xué)的數(shù)字電子電路、模擬電子電路等課程的知識(shí)，深刻感受到學(xué)習(xí)傳感器技術(shù)可以做出很多相關(guān)的設(shè)計(jì)。還可以結(jié)合光敏電阻設(shè)計(jì)太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，在后續(xù)課程的研究中也起到非常重要的作用。此外，學(xué)生可以參與類似的研究工作、參加各種電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，自主研發(fā)，申請(qǐng)相關(guān)傳感器專利。因此，學(xué)生學(xué)習(xí)傳感器的興趣，在理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)中可以極大地激發(fā)，學(xué)生自學(xué)傳感器知識(shí)的積極性也可以在傳感器課堂的教學(xué)中激發(fā)，有意識(shí)地指導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的實(shí)際與理論知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，將理論教育分散到實(shí)踐中，改變理論課后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)教學(xué)方式，讓學(xué)生提高理論課的實(shí)效性。在每節(jié)傳感器課結(jié)束時(shí)，留一兩個(gè)小的設(shè)計(jì)或研究任務(wù)讓學(xué)生在課后完成，通過(guò)這種方式，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)該課程的積極性。

（二）理論講授與實(shí)物應(yīng)用教學(xué)

現(xiàn)階段，很多學(xué)生對(duì)《傳感器原理及應(yīng)用》課本內(nèi)容的學(xué)習(xí)沒(méi)有足夠的重視，由于就業(yè)壓力等多方面因素影響，有的學(xué)生繼續(xù)讀研究生，有的學(xué)生在校外兼職，有的學(xué)生認(rèn)為課堂上的考試和講課不生動(dòng)，有些學(xué)生不愿上課，難以集中注意力。所以，《傳感器原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)非常注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教授傳感器時(shí)，將傳感器理論內(nèi)容教學(xué)與生活應(yīng)用相結(jié)合，列出在現(xiàn)實(shí)生活中使用的一些傳感器。例如，在了解應(yīng)變傳感器時(shí)，向?qū)W生介紹電子秤的工作原理；在教授半導(dǎo)體傳感器時(shí)，向?qū)W生介紹酒后駕駛用酒精測(cè)試儀的工作原理；在教授生物傳感器部分時(shí)，向?qū)W生介紹各種市售傳感器和測(cè)試儀，因?yàn)樗鼈兣c生物技術(shù)有關(guān)，例如血糖儀和血糖傳感器。學(xué)生在此學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)這種理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的教育模式，使學(xué)生對(duì)傳感器課程產(chǎn)生興趣；也讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，在我們的生活和科學(xué)研究中傳感器的重要性，提高學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)動(dòng)力。

（三）進(jìn)行教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革

1.提綱挈領(lǐng)，啟發(fā)式教學(xué)

為幫助學(xué)生掌握理論知識(shí)，內(nèi)容處理如下。首先，傳感器按原理分類，有光電式、電容式、電阻式等，按照應(yīng)用-原理-轉(zhuǎn)換電路-誤差等引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析，這條主線大大減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。比如以電子秤為例，在講解電阻應(yīng)變式傳感器時(shí)，首先讓學(xué)生思考“為什么非電量的體重信號(hào)可以通過(guò)電子秤轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)”；其次，為了讓學(xué)生能夠積極地接受理論知識(shí)，我們將詳細(xì)闡述電阻應(yīng)變片等相關(guān)理論知識(shí)；最后，在位移和加速度等參數(shù)測(cè)量中，通過(guò)為學(xué)生提供電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用來(lái)擴(kuò)展知識(shí)應(yīng)用范圍。

2.關(guān)注前沿知識(shí)趨勢(shì)，采用討論式教育

我們無(wú)法在教學(xué)過(guò)程中教給學(xué)生“永不過(guò)時(shí)”的知識(shí)，通過(guò)選擇討論式教學(xué)，可以讓傳感器知識(shí)更新更快。我們需要教學(xué)生如何檢索信息，關(guān)注該領(lǐng)域發(fā)展的新動(dòng)向，同時(shí)，為補(bǔ)充他們對(duì)科學(xué)前沿的廣泛了解，不斷為學(xué)生提供最新的常用相關(guān)網(wǎng)站。例如，對(duì)于CCD光電器件，學(xué)生可以相互交流，查閱資料，分析CCD傳感器在圖像識(shí)別、傳真機(jī)、錄像機(jī)、相機(jī)等設(shè)備上的應(yīng)用；為了提高學(xué)生自學(xué)能力，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，開(kāi)闊視野，要經(jīng)常開(kāi)展“電容式傳感器的應(yīng)用”“新型傳感器的開(kāi)發(fā)”等討論課，讓學(xué)生充分利用業(yè)余時(shí)間查詢資料；學(xué)生們會(huì)發(fā)現(xiàn)很多關(guān)于生物傳感器、離子敏傳感器、光敏傳感器等新型傳感器的知識(shí)；關(guān)于電容傳感器，可以應(yīng)用于手機(jī)觸摸屏和濕度測(cè)量，還可以了解教科書中描述的加速度、角位移、位移等傳感器的應(yīng)用。通過(guò)這樣一些舉措，可以取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。

3.設(shè)立開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，采用實(shí)物教學(xué)法

為實(shí)現(xiàn)“應(yīng)用型人才”的培養(yǎng)目標(biāo)，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用和分析能力，開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)、各種電路小制作比賽、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等可以在常規(guī)實(shí)驗(yàn)教育環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上建立，增加實(shí)物制作環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，很多同學(xué)在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)傳感器缺乏感性認(rèn)識(shí)，這是由于傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的所有電路部分都封裝在試驗(yàn)臺(tái)里面。因此，我們可以為同學(xué)們提供了實(shí)物電路制作活動(dòng)，或者電賽培訓(xùn)期間發(fā)布一些電路制作小任務(wù)，并開(kāi)放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。比如，應(yīng)用光電傳感器時(shí)，以自動(dòng)干手器的電子開(kāi)關(guān)為例。首先讓學(xué)生選擇傳感器、查資料、畫原理圖，然后自己焊接。調(diào)試完成后，可以帶回宿舍使用。有的同學(xué)用二極管逆變器、紅外光控電路，三極管用繼電器等分離原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，有的同學(xué)利用光電控制電路、555時(shí)基電路等元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于電路比較簡(jiǎn)單，有很高的成就感，很多同學(xué)都能調(diào)試出結(jié)果，對(duì)課程產(chǎn)生了濃厚的興趣。一旦學(xué)生感興趣后，就可以提高任務(wù)難度，如增加數(shù)字溫度計(jì)、有害氣體報(bào)警器等電路的制作。

（四）多媒體與傳統(tǒng)板書結(jié)合教學(xué)

多媒體教育是教育改革的主流，是結(jié)合音頻、動(dòng)畫、圖形、文字、視頻等信息向?qū)W生呈現(xiàn)信息的過(guò)程，具有直觀性強(qiáng)、傳輸速度快、信息量大等特點(diǎn)，可以大大提高學(xué)生知識(shí)獲取效率。然而，在實(shí)際教學(xué)中，單純使用多媒體教學(xué)時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)教師和學(xué)生專心閱讀多媒體信息的情況，而教師忽略要講解的重難點(diǎn)等有用信息。根據(jù)《傳感器原理及應(yīng)用》課程的特點(diǎn)，多媒體動(dòng)畫和圖像用于各種實(shí)際應(yīng)用實(shí)例，通過(guò)板書書寫傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理，采用傳統(tǒng)板書教學(xué)方法與多媒體教育相結(jié)合的方式。比如在黑板上板書來(lái)講授熱電偶傳感器的基本結(jié)構(gòu)和原理；在電感式傳感器和電容式傳感器中，通過(guò)多媒體演示各種結(jié)構(gòu)形式動(dòng)畫，將這兩種方法相結(jié)合的教學(xué)方法，取得了令人滿意的教學(xué)效果。

(五)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分層次教學(xué)，鼓勵(lì)多實(shí)踐

提高學(xué)生實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)是圍繞傳感器理論教學(xué)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。很多時(shí)候，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容只是驗(yàn)證特定傳感器的工作原理和檢測(cè)過(guò)程。不同學(xué)生的實(shí)踐能力不同，在一堂課內(nèi)基礎(chǔ)較好的學(xué)生可以完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，基礎(chǔ)較差的同學(xué)只能完成部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。針對(duì)這種學(xué)生能力層次不同的情況，每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容嘗試分層教學(xué)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上可分必修內(nèi)容和擴(kuò)展內(nèi)容。常規(guī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為必修部分，要求所有學(xué)生課上完成；擴(kuò)展內(nèi)容為能完成必修內(nèi)容并有多余時(shí)間和精力的學(xué)生準(zhǔn)備，目的在于拔高，以提高學(xué)生傳感器實(shí)踐技能，為培養(yǎng)較強(qiáng)實(shí)踐能力奠定基礎(chǔ)。合理的必修內(nèi)容是根據(jù)一般學(xué)生完成的正常進(jìn)度來(lái)設(shè)定的，這通常是可驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)，從傳感器試驗(yàn)臺(tái)40多個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中設(shè)置4到8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。所以，實(shí)驗(yàn)設(shè)備沒(méi)有得到充分利用。如果每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都需要經(jīng)過(guò)驗(yàn)證和創(chuàng)新，需要合理設(shè)置各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的擴(kuò)展內(nèi)容，讓每個(gè)學(xué)生充分利用課堂實(shí)驗(yàn)時(shí)間，學(xué)生選擇的內(nèi)容越多，完成的質(zhì)量就越好，根據(jù)自己的實(shí)際能力選擇合適的內(nèi)容，評(píng)估實(shí)驗(yàn)結(jié)果的等級(jí)也越高。鼓勵(lì)學(xué)生大膽實(shí)踐，提高實(shí)驗(yàn)儀器的利用率。比如，基本的箔應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)中，可以使用差動(dòng)全橋電路、差動(dòng)半橋電路和單臂電橋電路來(lái)驗(yàn)證工作原理，可以設(shè)置檢查位移變化與電壓之間的關(guān)系。此外，學(xué)生可以使用傳感器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)擴(kuò)展設(shè)計(jì)內(nèi)容，位移和電壓之間的關(guān)系還可以使用半導(dǎo)體應(yīng)變儀實(shí)現(xiàn)。例如設(shè)計(jì)不同精度的電子秤，準(zhǔn)確測(cè)試氣壓可以通過(guò)使用固體壓阻壓力傳感器，或者可以進(jìn)一步指導(dǎo)有抱負(fù)的學(xué)生，使用電阻傳感器測(cè)量加速度。如果沒(méi)有足夠的時(shí)間上課，可以通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)、電路小制作實(shí)踐、各種競(jìng)賽等方式向?qū)W生開(kāi)放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室?？傊?，為激發(fā)學(xué)生的獨(dú)立實(shí)踐和創(chuàng)新能力，可以通過(guò)對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置的不同難度級(jí)別，來(lái)提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

（六）多種教學(xué)手段綜合應(yīng)用，加強(qiáng)師生互動(dòng)

采用多媒體課件的合理使用，轉(zhuǎn)變單純使用板書的傳統(tǒng)教學(xué)方式，在課件中加入傳感器原理動(dòng)畫和傳感器應(yīng)用的視頻，激發(fā)學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)興趣，可以將板書與多媒體教育有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。此外，建立信息化教學(xué)模式，在學(xué)習(xí)通網(wǎng)站上建立網(wǎng)絡(luò)課程資源包，甄選優(yōu)質(zhì)的傳感器原理及應(yīng)用的課程視頻、創(chuàng)建試題庫(kù)、作業(yè)課和試卷庫(kù)，為學(xué)生提供課前預(yù)習(xí)、課中互動(dòng)測(cè)試、課后作業(yè)及習(xí)題的解答、考前模擬測(cè)試等環(huán)節(jié)。在課堂教學(xué)時(shí)解決學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)時(shí)遇到的問(wèn)題，利用網(wǎng)絡(luò)資源加強(qiáng)師生互動(dòng)，增強(qiáng)師生交流，對(duì)于老師和學(xué)生來(lái)說(shuō)都是非常必要的。