浅议传感器原理和应用课程的教学改革

赵建勋，蒋大勇，梁庆成

（长春理工大学 材料科学与工程学院，吉林 长春130022）

浅议传感器原理和应用课程的教学改革

赵建勋，蒋大勇，梁庆成

（长春理工大学 材料科学与工程学院，吉林 长春130022）

针对当前传感器教学中存在的不足，本文提出了改革课堂教学与实验教学内容、在课堂教学中采用现代化教学手段和形象化教学方式以及采用以科研传感器示教并带动学生参与科研课题的教学方法等建议，这有助于提升教学效果，激发学生的学习兴趣，提高学生理论联系工程实践和独立思考、解决问题的能力。

传感器；教学改革；课堂教学；实践教学

随着人类社会进入信息化时代，以信息的获取、转换、显示和处理为主要内容的传感器原理与技术已经发展成为一门完整的学科，而传感器技术已经被列为目前优先发展的科学技术领域之一。另外，在当今科技迅速发展的背景下，企业对于大学培养的自动化、机械制造等专业技术类人才提出了更加严格的要求，大学生在毕业时必须具有一定的实际动手能力和探索研究开发的能力，为此国内的很多高校都开设了“传感器原理与技术”课程，通过该课程向学生介绍各类传感器的基本原理、性质、结构以及常用的测量电路，使学生掌握传感器的信号转换与处理及传感器在生产、生活各个方面的应用[1,2]。学生学好这门课程，是已学课程知识的综合应用和后续课程的基础，对于培养学生的专业素质有着很重要的作用。

长期以来，这门课程在教学内容上以讲解传感器的工作原理和内部结构为主，内容复杂、枯燥、分散，学生接受起来困难，对知识掌握不理想，即使讲到具体传感器应用方面的知识，也是“空中楼阁”，完全依靠学生的想象力来理解，无法调动起学生学习兴趣和求知欲，造成理论没学会，实践动手又不行的结果。该课程在教学方法上主要以课堂讲授为主，由于传感器的技术发展很快，新型传感器不断涌现，前沿传感器实验设备较贵，而学校根据教学内容仅仅开设少量验证性实验，实验和实践教学内容显得过于陈旧和呆板，学生在实验过程中按照实验指导书按部就班，完全是被动完成任务，没有使学生真正积极参与其中，完全不能满足提高学生实践动手能力的要求。为了提高该课程的教学效果，真正做到学以致用，必须当对这门课程的课堂教学、实验教学和课程设计等进行全面改革。根据社会需求和学生的具体情况制定合理的教学内容，使学生在了解各类传感器工作原理的基础上，更能熟练地应用各类传感器，在理论与实际紧密结合的前提下侧重实际应用能力的培养。通过改进教学体系增强学生的自主创新能力和实践动手能力，切实提高了学生专业技术能力。本文通过对该课程的传统教学存在的问题进行分析，对高等院校的“传感器原理与应用”教学提出了建议。

一、教学改革的必要性

该课程具有较高的学术交叉性，它融合了电学、光学、力学、半导体物理、磁学、化学等多门学科的知识，渗透了自动控制、计算机技术、信息处理等工程方法[7]，知识繁杂且内容分散。我校的该课程为48学时，本课程的开设是建立在大学物理和模拟电子技术和数字电子技术、半导体物理等专业基础课程之上的，学生对这些课程的掌握和记忆情况，往往不够理想，表现为学生对于课堂所讲的内容理解很吃力，有限的课时分配也与繁杂的课程内容形成了矛盾，因此必须要寻找到高效的教学方式以提高教学效果。我们在教学中力求有效的教学方式，利用有效的课时，呈现这门学科的精髓所在，引导学生实现由理论掌握到实践能力的提升，并对传感器应用方面的研发有所思考。

当前社会需要大学毕业生既有扎实的理论功底又动手能力强，本课程是一门实践性很强的学科。在传统教学中，往往存在着“重原理、轻实验、少实践”的情况，在这种情况下，学生往往对于实验和实践的学习不够重视，教师也将教学重心完全放在原理教学上，轻视实验和实践教学，考查方式也出现了“重理论、轻实验”的现象，因此该课程对学生的考察也应包括对学生动手能力的考察[5]。目前，该课程的考核方式还是以卷面考试为主的闭卷考核形式，这对于考核学生掌握传感器领域的综合能力是有限的。常常出现一些动手能力很强的学生，其卷面成绩偏低的现象，在一定程度上压制了学生的提高动手能力、加强自身综合素质的积极性，所以改革现有的传感器原理与技术课程考核方式是非常必要的。

二、该课程教学改革的建议

任何一门课程，扎实掌握其基本理论是必须的，而实践教学是最终的教学目的，在于激发学生对于该领域的学习兴趣，通过指导学生完成一定的实践环节，引导学生将知识体系和工程实际接轨，所以应把握好这两者的“度”，这是至关重要的，不要止步于在理论层面上的讲授，也不要在学生没有扎实掌握传感器理论时盲目加大实验量。

基于以上的分析，我们提出以下改革该课程教学体系的建议：

1.改革教学内容和实验教学内容。在教学中，由于各类传感器的工作原理不同，改革本课程的教学大纲设置，以工程中常见的参数来分类，如温度、压力、加速度、厚度、位移、速度等，采用模块化结构，测量一种参数的传感器作为一个模块，我们可以根据学生的专业特点和社会需要选择其中几个适合我院该专业方向的模块详细讲授，这样使得教学在内容上变得更加紧凑，突出专业的培养方向，弥补了课程的课时量不足[3]。

在该课程的实验教学大纲中，要体现出实验教学的多层次。根据专业不同，来调整实验内容的深度和广度，依据专业培养方向，设置不同的实验内容和实践环节。例如，针对光电子材料与元器件专业，可增加光纤传感器测量温度的实验，而对于电子材料与元器件专业可增加半导体压阻传感器测量压力的实验，通过这些实验，可以提高不同专业学生的动手能力。

2.在课堂教学中采用现代化教学手段和形象化教学方式。在“传感器原理与技术”的教学中，由于课程本身具有理论复杂和实践性强的特点，学生常常反映不知道该学习什么，该如何学习，讲到的传感器在什么情况下使用等疑问。为了最大限度的解决该问题，可以在教学中引入多媒体教学[4]。

在“传感器原理与技术”的教学中的难点在于教学内容较多，包括各类传感器的原理、测量电路、具体应用等多方面的内容。采用多媒体教学时，可以安排在传感器实验室中进行，在课件向学生展示许多实物演示，也可以将工程中常用的各类应用实例结合一些简单易做的实验展现给学生，这增加理论教学的生动性和直观性，使学生可以很快接受，激发了学生的学习兴趣，也大大增强了教学效果，提高教学质量。

在课堂教学上，可采用形象教学方式，运用多媒体和板书相结合，并在课堂教学中，增加提问学生的机会，使学生思路紧跟着老师走，避免了学生上课精力不集中的现象，在课堂教学很多同学并不是全部集中思想在听课，可以课堂提问那些上课思想不集中的学生，提问的内容都是课堂所讲解的比较重要的内容，这样既可以突出重点内容，又可避免学生上课精力不集中的现象，使得课堂教学能收到较高的效果。以多媒体技术为载体的形象教学方式，使得学生处在这种虚拟的情境，身临其境地去理解传感器的原理和应用，弥补由于客观的硬件条件不足而引起的操作不可实现性。同时也可制作一些课件，通过动画效果来加深对理论知识的理解。在应用多媒体教学的同时加入板书，特别是一些公式的推导中，让学生的思路紧跟老师，在课堂教学中可收到很好的效果。

3.实验教学模式改革。实验教学的目的是为了提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力，加深学生对课堂教学中理论的感性认识。在传统实验教学中，学生只需按照实验指导书中的实验内容，连接好电路，调整传感器，记录下实验数据，在这样的实验中学生不用动脑，学生只是按部就班地完成任务，没有调动其学习积极性，很少有学生对实验进行独立思考并发现问题，教学效果不理想。为了改变这种状况，我们可以设置设计型实验和创新型实验，在课程考核中它们占有一定的比重。由教师为学生提供一定的条件，学生自己动脑思考设计，在老师的引导下完成实验，这样的实践环节既有趣味性和实用性，又可以培养了学生的理论联系工程实践的能力，提高了他们在应用和设计方面的能力。

为了改进实验教学模式，我们采用了以下两种方法。

首先，给学生提供更有操作性、创造性的实验设备。当前大学实验室使用的传感器设备集成度很高，学生实验时基本上不用进行多少操作，一般就是从仪器上读数而已，根本达不到升华课堂理论知识的目的。为了更好地锻炼学生的实践能力，我们可以将此集成度较高的实验模块拆开，让学生自己进行组装、连接。为了使学生在有限的时间内更多、更好地了解各种新型传感器件。实验课相应增加了综合性实验内容，我们自己设计制作出多种实验模板，如光纤传感器接收实验板、压力传感器控制实验板、光敏电阻应用实验板等[8]。这种实验方法在传感器实验教学中可获得较好效果。

其次，在实验教学中，根据客观条件在适当减少验证性实验的基础上，增加了创新性实验项目以及设计综合性实验，我们也把学生完成这些实验的情况纳入到课程考核结果中。对于每次实验内容，在任务书中仅提出本次实验的具体要求，需要掌握的内容，不对实验方案进行限制。学生成为独立完成实验设计和实验过程的主体，实验教师在必要时给予提示和帮助，比如，测量压力的实验中，教师不规定学生具体使用哪种传感器，学生自主独立选择传感器。光纤传感器和压阻式传感器都可完成压力的测量[6]。学生可根据自己设计的实验方案，选择其中一种或者几种来完成实验，然后对测量结果进行比较分析，可以得出在这种情况下哪种传感器的测量可靠性、精度更高。这样可以充分调动起学生学习的积极性，大大提高教学效果。

4.以科研传感器示教并带动学生参与科研课题的教学方法。我们带领学生参观学校里教师的科研实验室，介绍科研工作中用到的各类传感器，将现代科学技术的发展成果反映到教学中来，这样的实地参观和讲解给学生留下了深刻的直观印象，科研实验室浓厚的学术和试验氛围也很好地熏陶和感染着学生。进入本科四年级的一些学生，还可以完成毕业设计的方式参与到我们教师的科研课题中来，另外一部分学生主动申请我校的大学生科研创新项目，获得学校对项目的资助，自学相关知识，独立思考和运用课堂上学到的知识，自己动手，完成富有创意的小型项目。这些教学方法的引入，弥补了客观上硬件条件的不足，拓宽了学生了解传感器的广度和深度，学生从对传感器感性认知开始，逐步深入了解传感器的原理、应用外特性和接口关系，最终建立起了系统的知识结构。

三、总结

笔者针对传统的传感器课程教学存在的不足，提出了改革课堂教学与实验教学内容、在课堂教学中采用现代化教学手段和形象化教学方式，在教学中采用以科研传感器示教并带动学生参与科研课题的教学方法等建议。采用新的教学方法，可激发学生的学习兴趣，提高学生的动手能力，培养了学生的理论联系工程实践的能力，提高了他们在应用和设计方面的能力。

[1]刘笃仁，韩保君.传感器原理及应用技术[M].西安电子科技大学出版社，2003.

[2]徐科军.传感器与检测技术[M].电子工业出版社，2004.

[3]权义萍，张印强，杨道业.传感器技术课程教学方法探索[J].中国现代教育装备，2009，（13）:109-110

[4]杨汇军，王俊生.“传感器与检测技术”课程教学改革的探索与实践[J].中国电力教育，2011，（9）:188.

[5]陈玉华，钱玲玲，张广川.谈《传感器与检测技术》课程的项目化教学[J].科技信息，2010，（1）:566-567.

[6]杨宝清.现代传感器技术基础[M].中国铁道出版社，2001.

[7]郑国钦.集成传感器应用入门[M].浙江科学技术出版社，2002.

[8]张洪润，张亚凡.传感技术与实验[M].清华大学出版社，2005.

[责任编辑：姚 旺]

G642

B

1671-6531（2011）10-0077-02

赵建勋，男，辽宁黑山人，长春理工大学材料科学与工程学院讲师，博士，研究方向为材料物理；蒋大勇，男，吉林长春人，长春理工大学材料科学与工程学院讲师，研究方向为材料物理；梁庆成，男，河北滦县人，长春理工大学材料科学与工程学院讲师，博士，研究方向为材料物理。