《传感器与检测技术》实践教学的探讨

宁小波 洪求三

（巢湖学院，安徽 巢湖 238000）

《传感器与检测技术》是电气自动化、电子信息工程及机械电子工程等专业的一门专业必修课程，主要讲授检测技术和测量系统的基本知识、各种类型传感器的组成结构、基本原理、检测电路和应用场合等方面的内容[1]。在课程进行的教学研究中，我们根据该门课程具有的特点，不断地对教学内容与方法进行多方面的探索，注重实验和实践教学，努力增强学生的动手能力与实践操作意识。本文从《传感器与检测技术》课程特点出发，分别从设计思想、具体措施和考核体系等三个方面对实践教学进行了有益的探讨。

1 实践教学活动的设计思想

目前传感器技术的发展历程可分三个阶段。第一个阶段为结构型传感器，主要利用传感元件结构参数的变化达到信号转换的目的，如电感、电容、电阻等电参量。第二个阶段为固体型传感器，这种类型传感器主要利用磁性材料、电介质、半导体等固体元件某些特性制作而成。第三个阶段为近几年发展起来的智能型传感器，它融合了检测技术、通讯技术和计算机技术，具有一定的智能信息处理能力。未来的传感器将会不断地采用新工艺、新材料来提高和优化传感器的性能，传感器技术也将越来越先进，其种类越来越丰富。传感器正由传统型、分立式朝向智能化、微型化、网络化的方向发展[2]。

传感器技术的发展历程决定了“传感器与检测技术”课程具有如下特点：

1.1 多学科交叉融合

《传感器与检测技术》课程教学包含了物理、电子学、材料学、数学、生物科学、化学以及计算机科学等多方面知识。

1.2 操作性强

由于传感器技术需要实践操作，仅靠传统的理论课堂教学已经很难将各种类型传感器、测试仪器、测试方法的学习使用，以及测试系统的组成应用等教学内容以良好的教学效果传授给学生，所以《传感器与检测技术》课程教学必须辅以一定比例的实验或实践教学课时，培养学生具有选用和使用各种类型传感器的基本实践技能，提升学生具有利用传感器进行设计和开发检测装置的应用能力和调试能力。

1.3 传感器技术更新周期短

新材料、新技术的使用使传感器技术日新月异，测试方法和手段种类也日益繁多。特别是互联网技术的发展，传感器技术进一步融合了网络技术，通过网络可对传感器的现场检测数据实现远程采集、监测与处理[3]。

因此，随着传感器技术的不断发展，《传感器与检测技术》课程教学对教师和学生提出了更高的要求[4-6]。由于该门课程的每一章节的内容均或多或少地涉及到实践教学内容，所以本课程实践教学的设计思想是在掌握各种类型传感器的基本结构和工作原理的基础上，通过实践教学加深学生们对各种常用传感器的性能特点、使用场合及其在工程测试系统应用中的认识。

2 实践教学活动的具体措施

2.1 课堂演示教学法

许多学生在接触这门课程之前，对传感器技术并不是十分了解，有时即使遇到，甚至接触过，但也可能熟视无睹。因此，在进行课堂教学中，可以通过介绍生活中常见的各种实际应用案例，比如电饭锅、电梯等电气设备的工作过程以及校园卡刷卡消费等，采用多媒体通过声音、视频展示温度传感器、光电传感器、磁电传感器等生活中各类传感器实际使用情况，增强学生对传感器这门课程的好奇心和感性认识。

2.2 实验项目教学

在实验教学中，我们可以一方面有意识地保留应用型实验教学的基本学时数，另一方面酌情增加综合型、设计型实验项目的比重，来提高学生的动手实践能力。可以组织如下的实验项目教学形式：

2.2.1 应用型实验教学项目

应用型实验教学可以选择具有代表性的4个实验，每个实验项目2个学时。比如分别为1）电阻应变片-全桥实验；2）热电偶测温实验；3）电容式位移传感器测距实验；4）差动变压器位移测量实验。其内容基本上涵盖了课程教学的多个方面，可使学生较为系统地掌握传感器的工作原理和专业知识应用能力。

2.2.2 设计型实验教学项目

设计型实验教学主要培养学生解决实际问题的能力，包括设计能力、动手能力和一定的创新能力；此外，还进一步培养了学生学习本课程的兴趣和热情。主要步骤如下：1）根据给定设计要求，确定检测系统设计的初步方案；2）选择合适传感器型号、设计信号调理电路；3）设计并制作以单片机为处理器的硬件电路；4）对检测信息进行C语言处理程序的设计，并进行编译与调试。通过设计，使学生感受到检测系统设计方案的初步训练、具有初步对检测系统的分析与设计能力。

2.2.3 综合型实验教学项目

综合型实验是通过自行设计制作实用电路，应用传感器的最小检测系统完成实验。实验方法可以是教师提出要求学生拿出具体方案或参考教师设计方案，最终要求学生独立制作完成并实现基本功能。设计一些常见的综合型实验项目，作为选做实验项目，比如计算机温度PID控制实验、转速PID控制实验等。综合型实验项目的目的在于让学生掌握各种传感器的正确使用方法，结合实用电路与传感器的具体实践，提高学生综合运用所学知识的能力。

2.3 课程设计教学

根据人才培养方案的要求，可以安排一定专门时间进行各类传感器检测技术的课程设计教学，通过具体工程的测量要求来进行设计、制作以及调试等一系列实验任务，激发学生的学习与动手的兴趣，培养学生的工程思维和实践技能。题目的制定可以多种多样，主要是将与日常生活联系紧密的一些检测技术的应用与所学的知识相结合。比如，要求学生依据课程设计任务书设计一个简单的传感器检测系统，从确定系统初步设计方案、传感器及电路元件的选择、再到设计信号放大调理电路和与单片机相连的接口电路等，均要求学生独立完成设计和动手操作并测试，指导教师只是给予必要的启发性指导，尽可能给学生最大的自主空间，充分调动学生的积极性和创造性。以转速报警系统为例，只给一些霍尔传感器、电阻与二极管等电子元件、单片机、蜂鸣器、面包板、导线等器件，学生利用元器件在面包板上进行布线、编程及测试。当学生亲眼看到自己的检测系统能够按照设计要求进行报警时，会产生一种莫大的成就感。在检测系统测试成功之后，学生必须利用Protel软件绘制相关电路设计图及印刷电路图，掌握电气设备、电子元件等基本绘图能力，为学生的毕业设计和今后成为专业技术高级应用人才奠定基础。

学生应在指定的时间范围内，提交完成基本功能的检测系统样品和相关的设计报告等。同时在借鉴前人的工作基础上，引导学生从不同角度观察问题，培养学生提出问题、解决问题的能力，实现创新设计。另外鼓励学生参加学校每年一度的大学生科技创新活动、大学生电子设计竞赛等面向大学生的科技活动。

通过各种综合性的课程设计及工程化的实训项目，能够锻炼学生熟练操作各种传感器、电气元件与单片机之间的电路连接，以及各种电工仪器使用的能力，如数字万用表、示波器、稳压电源、电烙铁等，同时也能够培养学生借助仪器独立排查电路故障的能力，使他们在各种实践活动中能够充分融合所学的各种知识，锻炼成为工程师所必备的基本素质和基本技能。

3 注重实践环节，改革考核体系

针对《传感器与检测技术》课程的教学特点，对现有的考核方式进行进一步的优化。考核内容注重体现学生对各类传感器和检测系统的实际使用能力的检测，降低理论课程考试成绩所占比重，可从以下几个方面进行考核：

第一，根据学生的平时上课的学习情况记录，包括上课的出勤率、迟到早退以及布置作业完成情况，任课教师对此进行评定，此项占总成绩的10%；

第二，实验教学项目（共16学时）。实验教学项目主要由应用型实验项目、设计型实验项目和综合型实验项目三部分组成，根据学生的完成情况进行评分，此项占总成绩的40%，具体如下：

（1）应用型实验教学项目（共8学时）。根据实验操作过程的完成情况和实验报告的数据记录、处理情况进行评定，此项占总成绩的20%；

（2）设计型实验教学项目（共4学时），此项占总成绩的10%。学生以4人为1组，必须完成一项设计型实验项目。该项目的主要教学目的是指导学生掌握各种常用仪器仪表的使用，以及常用传感器和电气元件的选用及使用，培养学生具备一定的传感器检测系统的设计能力和专业知识的综合运用能力，同时也促使学生养成良好的协调能力和团队合作精神。

（3）综合型的实验教学项目（共4学时），此项占总成绩的10%。以小组为单位（人数一般不超过5人），学生必须完成一项综合型实验项目。该项目的教学目的主要让学生掌握多种传感器在同一测试系统中的不同作用，有利于培养学生具有在实际工业过程中综合使用传感器的能力。

第三，理论课程（共24学时），需要通过考试进行评定，此项占总成绩的50%。根据应用型本科院校人才培养方案的要求，理论课程考试是整个考核体系必须进行的一个环节。课程教学主要是培养学生对各种传感器的基本原理、结构及检测电路的构成必须有一定的了解和认识，这将为学生日后的从事各种测试系统的实际开发工作提供有益的帮助。

4 结束语

教师在“实践中教”，学生在“实践中学”，能够充分调动学生的学习主动性和积极性，有利于培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力，也有利于提高教师不断进行知识更新的求知欲，促进教师实践能力的进一步提升。随着科学技术的日益进步，传感器技术也将不断提高，这对《传感器与检测技术》课程的实践教学内容以及任课教师的实践教学能力必然都提出了新的要求。因此，我们将与时俱进，紧跟传感器技术发展的前沿，不断地调整《传感器与检测技术》课程的实践教学内容，改进实践教学的方法，丰富实践教学的手段，完善对学生学习该门课程的考核体系，注重于实践，促进学生将所学知识与实际解决问题的能力进行融合，使学生毕业后能够较快地适应相关企业和公司的需要。

[1]徐科军.“传感器与检测技术”课程建设探讨[J].电气电子学报，2009，（6）：23-24.

[2]吴建平.传感器原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2012：1.

[3]徐科军，马修水.传感器与检测技术[M].北京：电子工业出版社，2004：9.

[4]袁向荣.项目驱动教学法在“传感器与检测技术”课程中的应用[J].中国电力教育，2011，（26）：92-93.

[5]朱笑花.“传感器与检测技术”实验课教学改革探讨[J].长春师范学院学报（自然科学版），2013，（2）：135-137.

[6]李小玲.传感器与检测技术在机电一体化系统中的应用[J].现代电子技术，2006，（1）：121-122.