《传感器原理及应用》课程设计改革探讨

常州工学院光电工程学院 褚 静 张美凤

1.引言

《传感器原理及应用》是测控技术与仪器专业一门重要的专业基础课。传感器是感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号（通常为电信号）的器件或装置，信号的检测与处理是组成先进的自动测试系统和过程控制系统必不可少的技术手段。所以传感器是发展仪器仪表、自动控制、机电一体化产品和广泛应用计算机的前提条件。开设传感器原理及应用的课程设计环节，可以使学生加深对理论知识的理解，增加对传感器的性能、检测电路的结构形式、传感器与电路的配接等内容的认识，为毕业设计服务。

2.《传感器原理及应用》课程设计改革思想

笔者所在学院的传感器原理及应用课程包含三个环节：课堂教学、实验教学和课程设计。课堂教学主要为学生讲解传感器的工作原理及内部结构。实验教学主要是为了提高学生的动手能力，以及分析、解决问题的能力，加深学生对课堂教学中理论与概念的感性认识，包括基本性实验、综合性实验、开放性实验3个模块。课程设计利用前面两个环节所学知识完成一个传感器应用系统的设计，是实践性环节，也是课程教学的重要环节。三个环节相辅相成，最终要求达到理论教学与实验教学并重、课堂讲授与学生动手相结合的教学目标，力求使学生对所学知识点举一反三，理论联系实际，提高他们的综合能力和水平。

在这三个教学环节中，课程设计是最难的一个，它对学生的创新能力和综合素质都提出了很高的要求，更偏向于实践。而传感器原理及应用是一门实践性很强的专业课，学生所学的基本理论最终都要运用于实践，所以课程设计也是最为重要的环节，可以直接用来检验学生对课程的掌握程度。因此，必须做好课程设计的教学工作，切实提高学生的相关实践技能。

2.1 增强命题的多样性，启发学生的兴趣

兴趣是最好的老师，学生的兴趣很大程度上决定了教学的质量，课程设计也是如此。教学过程中，要始终注意调动学生的积极性。大部分院校的课程设计命题普遍是面向工业生产的，如“电阻传感器称重测试系统的设计”、“温度测试系统设计”等。这些命题专业性强，也有很好的使用性，但如果改成“常用电子秤设计”、“冰箱恒温系统的实现”等，其实质未变，且更易调动起学生参与设计的积极性，提高教学质量。

2.2 加强学科间的联系，拓展学生的综合素质

《传感器原理及应用》课程既是电子、自动化、机电一体化等专业的一门专业课，在现代检测与控制系统中有着举足轻重的作用，也是一门内容繁杂的交叉学科。如果仅仅应用所学的传感器知识来解决生活生产中的问题，必定会令学生茫然，对设计课题无从下手。例如本院的课程设计命题“电阻传感器称重测试系统的设计”，其设计要求为：系统基本结构设计、称重传感器的选择、放大器与A/D转换器的选择、测量不确定度的预估。可以看出，设计要求主要偏向于传感器相关知识，但是仅仅有传感器是不能组成一个完整的测试系统的。例如，传感器必须通过适当的接口电路或者接口软件的“衔接”，才能满足信号的测量、处理、显示和控制的要求。在实际的课程设计中，教师应鼓励学生联系所学的单片机或虚拟仪器课程的相关知识，加强学科之间的联系，实现真正意义的测试系统的设计，拓展学生的综合素质。

2.3 自主把握命题的难易度，发挥学生的主观能动性

课程设计题目可以由各个课程设计小组经讨论后自行确定，也可以在教师预先设定的题目中进行选择，然后各组独立完成，由学生自主把握命题的难易度。针对不同学生的学习能力和学习兴趣，课程设计分为两个层次，学生已经学过的知识且必须掌握的内容属于基础层次，划出范围，要求学生复习巩固，加深理解；而学生没有学过的内容则属于提高层次，主要通过学生的自我学习，达到能够应用并完成课程设计的水平。

3.传感器原理及应用课程设计的内容模块设计

课程设计以电子称重系统、温度检测系统等为实验对象，运用现有知识，从设计系统结构，建立系统的数学模型，到实际构建系统，观察记录系统的运行特点，从而评判该系统的综合性能。设计要求综合性强，要求学生在具备了一定实验能力的基础上，综合运用所学到的模拟电子技术、数字电子技术、传感器、单片机技术、虚拟仪器技术、计算机等知识，用科学的方法分析问题，解决问题，系统流程见图1。

以测温系统为例。在工业生产、家庭办公与自动化等领域里，温度是需要测量和控制的重要参数之一。因此温度的测量是《传感器原理及应用》课程设计中比较常用的命题。布置命题时，提出冰箱、空调等常见的电器如何工作这个问题，并且以解决温度检测为教学的导入点。此问题提出后，引起学生浓厚的兴趣，在教师的引导下讨论逐步深入，切入主题。结合课堂教学的基本知识，以几种常用的温度传感器为主体，可以得到三种设计方案：K型热电偶测温系统如图2、集成温度传感器(AD590)测温系统如图4、铂热电阻(Pt100)测温系统如图3，由三组学生分别同时设计。学生针对不同传感器的特性选择合适的测量电路。根据学生自主选择，将采集到的信号连接到虚拟仪器技术设计的实验平台上，或者直接输送给单片机。最后由这三组学生共同对这三种温度传感器构成的测温系统进行对比分析，提高分析问题解决问题的能力。

整个系统采用模块化设计，分为：信号采集系统，核心元件为温度传感器；测量电路模块，将传感器得到的电信号转换成标准电信号；信号处理、显示模块，将电信号通过适当的硬件接口电路或者接口软件记录、存储、显示。由于课时的限制，对于难度较大的信号处理、显示模块可将提前做成模块提供给学生在课程设计中使用。通过这样的实践教学环节，在完成教学大纲要求的教学任务的同时，又在一定程度上激发了学生的设计兴趣与积极性，突出了实际应用能力和创新能力的培养。

4.课程设计成绩评定

课程设计的成绩评定分为两部分：一部分是评价设计项目的可行性和最终效果，在答辩时由教师给出，占设计成绩的40%。另一部分是评价学生在设计过程中的表现，考察学生的学习和工作态度及其对团队的贡献等方面。学生的学习和工作态度，可以由平时表现和具体课程设计的报告得出，由指导教师给定，占总成绩的30%。学生对设计小组的贡献由同组同学与其他同学给出，占剩下的30%。这种评价方式改变了单一的由老师统一给定成绩的考试评价方式，有助于调动学生的学习积极性，促使他们积极参与到课程设计里，培养学生的团队协作能力，通过努力体现自身价值，为学生毕业后参与设计工作打下良好的基础。

5.结束语

学好一门课程不仅仅是记得相关的理论，更重要的是要将其应用到实践中去。课程设计环节在一定程度上保证了课程理论与实践的良好结合。课程设计的课时是有限的，如何引发学生的兴趣，把握课题的难度，使学生在有限的课时里，最大程度地得到锻炼，需要教师以己度人，站在学生的角度去考虑问题，最大程度地提高课程的“投入产出比”。

[1]王立忠.《传感器原理及应用》课程教学的改革与实践[J].廊坊师范学院学报(自然科学版),2010,10(4):116-117,123.

[2]杨鹏.《传感器原理及应用》研究型教学实践与思考[J].中国现代教育装备,2008(10):85-87.

[3]姚齐国.传感器原理及应用课程教与学的思考[J].高等教育研究,2009,26(4):35-37,40.

[4]张东.《传感器原理》课程实验教学设计[J].重庆文理学院学报(自然科学版),2006,5(1):84-85.