“传感器技术”课程教学改革方法探论

现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态。没有传感器，现代化生产也就失去了基础，因此传感器在工业领域具有举足轻重的地位。目前国内高校很多工科专业都开设了“传感器技术”这门课，并且作为很多专业的一门非常重要的基础理论课。笔者在一所工科大学里从事“传感器技术”的教学，在十几年的教学过程中发现，该门课程存在着教材内容知识老化、被动式教学、实验器材过于集成等问题，进而导致教学效果不理想。通过教学过程中不断的摸索，总结了一些改革方法，本文就此作了探讨。

一、理论教学环节改革方法

1.教学内容。（1）知识老化问题与改进措施。目前国内高校使用的教材大多都存在着内容十几年甚至几十年不变的问题，“传感器技术”也没能例外，以笔者使用的传感器技术课本为例，书本大量介绍的还是以传统的电阻式、电容式、电感式等经典传感器为主，新式传感器例如光纤传感器和集成传感器的介绍则还停留在几年甚至十几年以前的初期水平，远远滞后于当前的发展程度。尤其是物联网技术迅猛发展的今天，网络传感器已经广泛应用于人们的生产生活，但是本教材却丝毫没有涉及。为了解决教学内容老化滞后的问题，笔者在教学过程中，针对每章的内容，查找该类传感器最新的发展动态并制作成PPT，然后在本章结束的时候利用一节课的时间给同学们进行讲解。如果恰巧该新式传感器在笔者研发项目中有应用，则将该项目整体做成PPT与同学们进行分享。这样教学内容就会紧跟时代发展步伐，从而使学生不仅了解了该传感器的基本理论知识，也能对目前发展阶段和发展趋势有了深刻的认识。

（2）理论公式推导过多及解决办法。笔者认为传感器这门课主要的任务是了解传感器原理、特性，能够根据项目需求正确选择和使用传感器，重点是教会学生应用而不是理论推导。教材在某一类传感器开始的章节，会通过大量的公式推导，试图告诉学生该类传感器理论基础和依据，结果却是过程繁杂且抽象的公式推导占据了课堂的大部分时间，大部分学生由于遗忘了相关的数学和物理知识而听得非常吃力，久而久之学习兴趣也被枯燥的推导消磨殆尽。这样不仅占据了大量的课堂时间，还导致一部分学生彻底失去学好这门课的信心，效果非常不好。最近两年，教材编写者也注意到这些问题，删除了一些章节的一部分公式推导，如“电感传感器”一章中原来的大量涉及电磁场的公式被删除，但是还是存在理论公式过多的问题。就笔者看来，公式推导完全没有必要，那是数学和物理的教学范畴，而不应该是“传感器技术”的教学内容。笔者依据这个思想，在近两年的教学过程中，遇到理论公式不再进行推导，而只告诉学生公式以及各个参数的意义，告诉学生该传感器测量的理论基础。实践证明，这样的做法大大减轻了学生的学习负担，提高了学生的学习兴趣。有利于将节省下来的课堂时间用于为给学生介绍新的知识以及学生自主参与传感器教学。

2.教学方法。（1）先理论后实践改为边理论边实践。“传感器技术”课堂教学采取理论联系实践的方法已经成为共识。但是理论和实践即课堂教学和实验教学如何安排是一个值得探讨的问题。据笔者和其他老师交流来看，目前普遍做法是整本书学习完毕后，再上实验课，甚至第一学期是理论课，第二学期上实验课。从笔者十几年的教学效果来看，这种方法不是很好，因为当学习理论课的时候对内容没有感性的认识，完全是靠图片或者文字描述，学生不知道传感器具体什么样子、怎么安装、怎么使用、看不见摸不着，就激发不了学生的学习兴趣，而在做实验的时候，由于相隔了一段时间，实物又和理论对不上号，传感器什么原理、什么结构、有什么特性等大部分都忘记了，这样即使实验做完了也仍然和书本上的理论知识对不上号。针对这个问题，笔者近两年采用了以下措施：学生学习一类新的传感器之前，先安排到实验室，由老师介绍传感器在实验台的位置，观察其外形以及安装方式，然后由老师做一个基础实验，让学生观察实验过程和实验现象。通过实验，学生对传感器有了感性认识，自然而然地就会想知道背后的原理，这时候再进行理论学习就能大大提高学生的学习主动性，接着在一章学习完毕后，立即安排实验课，趁热打铁，这样学生在实验过程中就能将理论联系实际了。

（2）被动式教学改进方法。现在的课堂教学都强调老师和学生互动，但是一般还是老师说、问，学生听和回答，仍然属于被动式教学，效果并不明显。为了改变被动式教学局面，结合传感器教学的特殊性，笔者总结出一个新的模式，即学习一章新内容时，把学生分成若干组，组内同学通力合作查询资料撰写一篇有关即将要学习的传感器的论文，主要是涉及传感器的应用并形成PPT，在课堂上每组推出一名同学上台讲解，然后由老师和同学评选且成绩纳入平时成绩。该方法一经实行，大大提高了学生的课堂参与度，不仅起到了预习课本知识的作用，更是通过调研让他们明白传感器不再是虚无缥缈的东西而是与自己的生活息息相关的，从而大大激发了学生的求知欲和学习兴趣，活跃了课堂气氛，提高了学生的主观能动性，课堂效果非常好。

二、实验教学环节改革方法

1.实验器材。学校采用的实验平台功能齐全，配套的实验教材完备，但是从笔者的角度来看，存在这个实验模块集成度过高、操作步骤过于简单、学生参与度过低的问题。整个实验过程学生只需要按照实验操作说明书接接线，然后读取仪表数值即可，完全搞不清整个实验的原理、流程，甚至实验完毕后不知道传感器在哪里。笔者认为，传感器实验器材应该让学生了解并参与测量的每一个步骤，而不是把器材做成一个黑匣子，让学生只能接触到输入和输出，而应该将每个关键步骤都留出接口，让学生自主选择，由于错误的接法会带来错误的结果，这样学生就会边做边思考，通过现象了解本质，从而达到理论联系实践的目的。

2.实验内容。实验内容是和教材配套的，由于教材内容存在内容滞后的问题，因此实验内容也存在内容过于陈旧的问题。笔者的做法是通过自制设备，尽可能让学生接触到新式传感器及其应用。目前国家提出“智能制造”“互联网+”等战略规划，这些概念的一个很重要的核心技术就是物联网技术。所谓物联网技术其实就是将独立的仪表、传感器、设备等通过网络连接在一起，实现互联互通。因此，笔者认为有必要让学生了解并接触到物联网。笔者研发了一套物联网传感器实验设备，并配套了实验教材，内容涉及传感器、互联网、电路、编程等方面的知识。通过这套实验装置，学生不仅熟悉了传感器知识、网络知识还锻炼了编程能力。另外一个问题就是有的实验内容设置简单重复，往往安排一节课的时间，学生却几分钟就做完了。笔者认为可以把这几个传感器集成到一个模块中，做不同的实验只需更换传感器即可。同时传感器的更换要让学生自主接线，这样有利于增加学生对传感器的认识以及增加实验的参与度。

通过这几年的实践证明，该方案拓展了学生知识面，激发了学习积极性、主动性，锻炼了学生的科研能力，也提高了学习成绩，得到了学生和学校的普遍认可。