传感器与检测技术课程教学改革探索*

2019-11-29 14:30:28张月华张新贺
科技与创新 2019年5期
关键词:原理教学方式教学内容

张月华,张新贺



传感器与检测技术课程教学改革探索*

张月华,张新贺

(辽宁科技大学电子与信息工程学院,辽宁 鞍山 114051)

传感器与检测技术是工科电气类、自动化类、仪器类等专业的专业课程。该课程具有涉及的知识面广,内容多,理论和实践性强等特点,大部分学生觉得学起来吃力。针对课程教学过程中存在的问题,从培养创新型人才角度出发,在改变单一的教学方式、优化教学内容和调整实验教学等方面提出了一些改革性的建议。

传感器与检测技术;教学改革;教学方式;创新型人才

“传感器与检测技术”是工科电气类、自动化类、仪器类等专业的重要专业课程,该课程以高等数学、概率论与数理统计、大学物理、模拟电子技术、数字电子技术、电路原理、信号与系统等课程为基础,主要介绍传感器与检测技术的基本理论、基本方法,涉及到力学、热学、光学、电磁学、计算机技术等多门学科的知识,是一门理论性和实践性都很强的课程,且与生产、科研实践联系紧密[1]。

随着智慧城市的全面部署以及城市智能化、感知与互联的发展需求,传感器作为智慧城市的“桥梁”,迎来了产业的大爆发。与此同时也需要有大量基础扎实、实践经验丰富的毕业生注入到该领域当中。如何通过该课程的学习使学生具备扎实的理论知识,培养学生的实践动手能力,并促进学生综合素质的提升,对于创新型人才的培养具有非常重要的意义。这就要求我们认真分析现阶段课程教学存在的问题,并从社会对创新型人才需求的角度出发,对教学方式、教学内容、实验教学等方面进行改革,培养出适应社会发展需要的创新型人才。

1 当前课程教学存在的问题

目前,我校开设的“传感器与检测技术”总学时为48学时,其中理论40学时,实验8学时。课程主要围绕各种典型传感器、检测技术的原理和应用知识展开,主要包括电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、光电式传感器、热电式传感器、光电式传感器、化学式传感器等[2]。该课程涉及到的内容较多,且学时较少。目前,该课程的教学主要存在如下三方面的问题。

1.1 教学方式单一,不能充分调动学生的积极性

传统的“教师讲学生听”的教学方式仍然贯穿于教学活动的始终。一直以来,教师是教学活动的主体,大部分学生并没有认识到自己才是学习的主体,并没有积极参与到整个教学活动中,缺少学习的积极性和主动性。教师忽略了学生的学习兴趣,在授课过程中缺少与学生的互动,不能与学生之间进行很好沟通。因此非常有必要充分调动学生学习的积极性,让学生与教师共同参与到整个教学活动中。另外,教师上课采用的板书加多媒体课件的教学方式,在某种程度上不能很好体现传感器的局部细节,只认识图片中的传感器,不认识真实的传感器,造成理论与实践脱节,势必会造成学生学习的积极性不高。

1.2 教学内容多,原理过于枯燥

传感器与检测技术课程主要介绍了各类传感器(电阻式、电感式、电容式、压电式、磁敏式、热电式、光电式等)的基本特性、工作原理与应用,以及各类参数的测量等。由于传感器的种类繁多,导致该课程涉及的知识面广、内容多,学生在学习过程中感觉很吃力。而且不同类型的传感器的工作原理相对独立,关联性不强,原理部分的讲解枯燥难懂,需要学生具备扎实的数学和大学物理等知识,而且该课程的开设距离数学和大学物理的时间较长,给学生的学习也造成了一定的困难,使学生失去了学习的兴趣。现行的教材主要以传统的传感器为主线介绍其原理、特性和使用方法,从工程实际出发,已经越来越不能满足生产实践和学生了解传感器前沿知识的需要[3],因此需要对教学内容进行改革。

1.3 实验教学过于简单,无法激发学生的创新意识

目前本课程开设金属箔式应变片性能研究、差动变压器性能研究、霍尔传感器的直流激励静态位移特性、热电偶原理及现象四个实验,采用浙江大学CSY型传感器实验仪来完成。

这四个实验均是简单性的验证性实验,这些实验只是简单的机械重复操作,验证相关传感器的性能。与实验课程开设的初衷背道而驰,不能很好发挥实验课程应用的作用。

2 课程教学的几点探讨

根据传感器与检测技术的课程特点,针对上述存在的问题,从激发学生学习兴趣、培养创新型人才角度出发,提出以下几点改革性建议。

2.1 采用开放式、参与式的教学方式

传统的以教师为教学活动主体的教学方式,学生只是单纯性被动学习,老师讲什么学生学什么,不能达到培养创新型人才的目的。因此,要尝试改变传统的教学方式,采用开放式、参与式的教学方式。开放式、参与式的教学方式中教师和学生共同成为教学活动的主体。通过向学生布置特定的任务,让学生在课余时间充分利用网络资源或者其他途径了解传感器的工作原理和使用方法;在课堂上让学生对传感器的使用方法和工作原理展开分组讨论,让学生充分参与到课堂教学中;教师根据讨论的结果有针对性进行重点讲解。通过这种开放式、参与式的教学方式,教师可以了解学生对知识的掌握程度,然后有针对性地进行教学,可以充分调动学生学习的积极性,提高教学效果。

2.2 优化改革教学内容

传感器与检测技术课程涉及内容多、学时少,教师很难把每个知识点都逐一讲授清楚,而且学生学习起来也比较吃力。基于此,我们可以对课程的内容进行适当精简,把与专业联系紧密且应用较多的传感器精讲,对于应用较少或者濒临淘汰的传感器略讲。在讲授各类传感器时,适当减少传感器工作原理部分的理论推导,多介绍传感器的典型应用。为了提高学生学习效果,在讲解传感器的相关理论的同时适当加入一些传感器发展方向方面的知识,增加学生学习的兴趣。比如在讲到化学传感器时,我们结合当前国内普遍存在的大气污染问题,向学生提问如何测量大气中有毒气体的成分及含量,以此来引入化学式传感器,并在讲授过程中针对某种具体型号的传感器进行详细讲解,使学生掌握大气中有毒气体的成分和含量的测量方法,从而激发学生的学习兴趣,让他们带着问题去思考,带着问题去学习。

在教学过程中,适当穿插项目设计。在电阻式传感器部分让学生设计一个电子秤,在电容式传感器部分让学生设计一个液位测量仪,在霍尔式传感器部分让学生设计一个电机转速测量仪等等。学生通过这些项目的设计可以深刻理解典型传感器的使用方法,一方面对前面的单片机原理及应用、电子线路自动化等专业课的学习起到巩固加深的作用,最重要的是通过设计提高了学生分析问题、解决问题的能力。

2.3 调整实验内容

调整实验内容,增加部分综合性实验。对于“金属箔式应变片性能研究”“差动变压器性能研究”“热电偶原理及现象”等三个实验仍然在浙江大学CSY型传感器实验仪上进行,以加深对课堂理论知识的理解。为了培养学生应用传感器进行非电量测量电路的能力,设计部分综合性实验。现将“霍尔传感器的直流激励静态位移特性”更换为“基于超声波传感器的位移测量”综合性实验。学生利用相关的接口电路和前期学过的单片机等主控电路,自行设计出测量电路和控制电路。对于新型的传感器,原有的实验设备已经无法满足需求,可以先通过查找资料进行系统方案设计,然后采用Labview进行仿真,最后进行硬件验证。通过这种实验方式,不但可以弥补原有实验设备的不足,还可以激发学生的创新意识,提高学生的实践动手能力。

3 结束语

上述教学方式、教学内容和实践教学方面的改革,通过近几年的实施,取得了较为满意的效果。通过改变教学方式,调动了学生学习的积极性;通过优化教学内容,在减轻学生学习负担的同时,项目设计的实施提高了学生分析问题、解决问题能力;通过调整实验内容,激发了学生的创新意识。综上所述,上述改革方案调动了学生的学习积极性,有利于培养创新型人才。

[1]胡向东,李锐,徐洋,等.传感器与检测技术[M].第3版.北京:机械工业出版社,2018.

[2]金梅,张立国,金菊.“传感器原理及设计”课程立体教学模式的改革[J].电气电子教学学报,2016(4):48-50.

[3]徐小玲,刘美.“传感器技术”课程内容优化与实践[J].四川职业技术学院学报,2012,22(3):99-102.

2095-6835(2019)05-0124-02

G642

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.05.124

张月华(1979—),女,河北承德人,硕士,辽宁科技大学电子与信息工程学院讲师,研究方向为信号检测、自动控制。张新贺(1980—),男,河北承德人,博士,辽宁科技大学电子与信息工程学院副教授,研究方向为无线通信、信号处理。

辽宁科技大学校级教学改革项目(编号:XJGJF201842)

〔编辑:严丽琴〕

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