《傳感器原理及應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)改革探討

常州工學(xué)院光電工程學(xué)院 褚 靜 張美鳳

1.引言

《傳感器原理及應(yīng)用》是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。傳感器是感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)（通常為電信號(hào)）的器件或裝置，信號(hào)的檢測(cè)與處理是組成先進(jìn)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和過(guò)程控制系統(tǒng)必不可少的技術(shù)手段。所以傳感器是發(fā)展儀器儀表、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化產(chǎn)品和廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)的前提條件。開設(shè)傳感器原理及應(yīng)用的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，增加對(duì)傳感器的性能、檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)形式、傳感器與電路的配接等內(nèi)容的認(rèn)識(shí)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)。

2.《傳感器原理及應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)改革思想

筆者所在學(xué)院的傳感器原理及應(yīng)用課程包含三個(gè)環(huán)節(jié)：課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)。課堂教學(xué)主要為學(xué)生講解傳感器的工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是為了提高學(xué)生的動(dòng)手能力，以及分析、解決問(wèn)題的能力，加深學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)中理論與概念的感性認(rèn)識(shí)，包括基本性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、開放性實(shí)驗(yàn)3個(gè)模塊。課程設(shè)計(jì)利用前面兩個(gè)環(huán)節(jié)所學(xué)知識(shí)完成一個(gè)傳感器應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是實(shí)踐性環(huán)節(jié)，也是課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。三個(gè)環(huán)節(jié)相輔相成，最終要求達(dá)到理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)并重、課堂講授與學(xué)生動(dòng)手相結(jié)合的教學(xué)目標(biāo)，力求使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)舉一反三，理論聯(lián)系實(shí)際，提高他們的綜合能力和水平。

在這三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，課程設(shè)計(jì)是最難的一個(gè)，它對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)都提出了很高的要求，更偏向于實(shí)踐。而傳感器原理及應(yīng)用是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，學(xué)生所學(xué)的基本理論最終都要運(yùn)用于實(shí)踐，所以課程設(shè)計(jì)也是最為重要的環(huán)節(jié)，可以直接用來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課程的掌握程度。因此，必須做好課程設(shè)計(jì)的教學(xué)工作，切實(shí)提高學(xué)生的相關(guān)實(shí)踐技能。

2.1 增強(qiáng)命題的多樣性，啟發(fā)學(xué)生的興趣

興趣是最好的老師，學(xué)生的興趣很大程度上決定了教學(xué)的質(zhì)量，課程設(shè)計(jì)也是如此。教學(xué)過(guò)程中，要始終注意調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。大部分院校的課程設(shè)計(jì)命題普遍是面向工業(yè)生產(chǎn)的，如“電阻傳感器稱重測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”、“溫度測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)”等。這些命題專業(yè)性強(qiáng)，也有很好的使用性，但如果改成“常用電子秤設(shè)計(jì)”、“冰箱恒溫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)”等，其實(shí)質(zhì)未變，且更易調(diào)動(dòng)起學(xué)生參與設(shè)計(jì)的積極性，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.2 加強(qiáng)學(xué)科間的聯(lián)系，拓展學(xué)生的綜合素質(zhì)

《傳感器原理及應(yīng)用》課程既是電子、自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)的一門專業(yè)課，在現(xiàn)代檢測(cè)與控制系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用，也是一門內(nèi)容繁雜的交叉學(xué)科。如果僅僅應(yīng)用所學(xué)的傳感器知識(shí)來(lái)解決生活生產(chǎn)中的問(wèn)題，必定會(huì)令學(xué)生茫然，對(duì)設(shè)計(jì)課題無(wú)從下手。例如本院的課程設(shè)計(jì)命題“電阻傳感器稱重測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”，其設(shè)計(jì)要求為：系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、稱重傳感器的選擇、放大器與A/D轉(zhuǎn)換器的選擇、測(cè)量不確定度的預(yù)估?？梢钥闯?，設(shè)計(jì)要求主要偏向于傳感器相關(guān)知識(shí)，但是僅僅有傳感器是不能組成一個(gè)完整的測(cè)試系統(tǒng)的。例如，傳感器必須通過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌陔娐坊蛘呓涌谲浖摹般暯印?，才能滿足信號(hào)的測(cè)量、處理、顯示和控制的要求。在實(shí)際的課程設(shè)計(jì)中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生聯(lián)系所學(xué)的單片機(jī)或虛擬儀器課程的相關(guān)知識(shí)，加強(qiáng)學(xué)科之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)真正意義的測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，拓展學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.3 自主把握命題的難易度，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性

課程設(shè)計(jì)題目可以由各個(gè)課程設(shè)計(jì)小組經(jīng)討論后自行確定，也可以在教師預(yù)先設(shè)定的題目中進(jìn)行選擇，然后各組獨(dú)立完成，由學(xué)生自主把握命題的難易度。針對(duì)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣，課程設(shè)計(jì)分為兩個(gè)層次，學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)且必須掌握的內(nèi)容屬于基礎(chǔ)層次，劃出范圍，要求學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固，加深理解；而學(xué)生沒(méi)有學(xué)過(guò)的內(nèi)容則屬于提高層次，主要通過(guò)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)，達(dá)到能夠應(yīng)用并完成課程設(shè)計(jì)的水平。

3.傳感器原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容模塊設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)以電子稱重系統(tǒng)、溫度檢測(cè)系統(tǒng)等為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)用現(xiàn)有知識(shí)，從設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，到實(shí)際構(gòu)建系統(tǒng)，觀察記錄系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，從而評(píng)判該系統(tǒng)的綜合性能。設(shè)計(jì)要求綜合性強(qiáng)，要求學(xué)生在具備了一定實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，綜合運(yùn)用所學(xué)到的模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、傳感器、單片機(jī)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、計(jì)算機(jī)等知識(shí)，用科學(xué)的方法分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，系統(tǒng)流程見圖1。

以測(cè)溫系統(tǒng)為例。在工業(yè)生產(chǎn)、家庭辦公與自動(dòng)化等領(lǐng)域里，溫度是需要測(cè)量和控制的重要參數(shù)之一。因此溫度的測(cè)量是《傳感器原理及應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)中比較常用的命題。布置命題時(shí)，提出冰箱、空調(diào)等常見的電器如何工作這個(gè)問(wèn)題，并且以解決溫度檢測(cè)為教學(xué)的導(dǎo)入點(diǎn)。此問(wèn)題提出后，引起學(xué)生濃厚的興趣，在教師的引導(dǎo)下討論逐步深入，切入主題。結(jié)合課堂教學(xué)的基本知識(shí)，以幾種常用的溫度傳感器為主體，可以得到三種設(shè)計(jì)方案：K型熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)如圖2、集成溫度傳感器(AD590)測(cè)溫系統(tǒng)如圖4、鉑熱電阻(Pt100)測(cè)溫系統(tǒng)如圖3，由三組學(xué)生分別同時(shí)設(shè)計(jì)。學(xué)生針對(duì)不同傳感器的特性選擇合適的測(cè)量電路。根據(jù)學(xué)生自主選擇，將采集到的信號(hào)連接到虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，或者直接輸送給單片機(jī)。最后由這三組學(xué)生共同對(duì)這三種溫度傳感器構(gòu)成的測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，提高分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。

整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，分為：信號(hào)采集系統(tǒng)，核心元件為溫度傳感器；測(cè)量電路模塊，將傳感器得到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)；信號(hào)處理、顯示模塊，將電信號(hào)通過(guò)適當(dāng)?shù)挠布涌陔娐坊蛘呓涌谲浖涗?、存?chǔ)、顯示。由于課時(shí)的限制，對(duì)于難度較大的信號(hào)處理、顯示模塊可將提前做成模塊提供給學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中使用。通過(guò)這樣的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在完成教學(xué)大綱要求的教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，又在一定程度上激發(fā)了學(xué)生的設(shè)計(jì)興趣與積極性，突出了實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4.課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定

課程設(shè)計(jì)的成績(jī)?cè)u(píng)定分為兩部分：一部分是評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的可行性和最終效果，在答辯時(shí)由教師給出，占設(shè)計(jì)成績(jī)的40%。另一部分是評(píng)價(jià)學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中的表現(xiàn)，考察學(xué)生的學(xué)習(xí)和工作態(tài)度及其對(duì)團(tuán)隊(duì)的貢獻(xiàn)等方面。學(xué)生的學(xué)習(xí)和工作態(tài)度，可以由平時(shí)表現(xiàn)和具體課程設(shè)計(jì)的報(bào)告得出，由指導(dǎo)教師給定，占總成績(jī)的30%。學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)小組的貢獻(xiàn)由同組同學(xué)與其他同學(xué)給出，占剩下的30%。這種評(píng)價(jià)方式改變了單一的由老師統(tǒng)一給定成績(jī)的考試評(píng)價(jià)方式，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促使他們積極參與到課程設(shè)計(jì)里，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，通過(guò)努力體現(xiàn)自身價(jià)值，為學(xué)生畢業(yè)后參與設(shè)計(jì)工作打下良好的基礎(chǔ)。

5.結(jié)束語(yǔ)

學(xué)好一門課程不僅僅是記得相關(guān)的理論，更重要的是要將其應(yīng)用到實(shí)踐中去。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在一定程度上保證了課程理論與實(shí)踐的良好結(jié)合。課程設(shè)計(jì)的課時(shí)是有限的，如何引發(fā)學(xué)生的興趣，把握課題的難度，使學(xué)生在有限的課時(shí)里，最大程度地得到鍛煉，需要教師以己度人，站在學(xué)生的角度去考慮問(wèn)題，最大程度地提高課程的“投入產(chǎn)出比”。

[1]王立忠.《傳感器原理及應(yīng)用》課程教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,10(4):116-117,123.

[2]楊鵬.《傳感器原理及應(yīng)用》研究型教學(xué)實(shí)踐與思考[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2008(10):85-87.

[3]姚齊國(guó).傳感器原理及應(yīng)用課程教與學(xué)的思考[J].高等教育研究,2009,26(4):35-37,40.

[4]張東.《傳感器原理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,5(1):84-85.