高職本科《傳感器原理》課程教學的探索與實踐

陳寶玉 秦琴 王素娟 屠子美

摘 要：圍繞高職本科學生特點，對《傳感器原理》課程的教學內(nèi)容、教學方法及實踐教學進行了一定的探索與實踐，改進該課程的教學內(nèi)容和教學方法，吸收國內(nèi)外相關(guān)課程的先進經(jīng)驗和學生的意見反饋，完善并確定了新的課程教學內(nèi)容，并運用于課堂教學實踐。采用基于項目設計的教學方法和方案討論式教學方法，課程內(nèi)容和教學方法緊密聯(lián)系工程實際并反映當代光電高新技術(shù)的實際應用，激發(fā)了高職本科學生的學習興趣，教學質(zhì)量得到明顯提高。

關(guān)鍵詞：傳感器 課程建設 專業(yè)教材 教學方法

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（a）-0190-03

Abstract：By exploration and practice in the top-quality course construction of Sensor Principles， the course content， teaching methods and experimental course have acquired continuous improvement， absorbing the advanced experience of related courses and student feedback， the core of this course was the established， and applied to classroom practice. The teaching methods based on the project design and programs to discuss principles were adopted， curriculum content and teaching methods reflect the modern optical engineering and the practical application of high-tech closely. Students have interested in course teaching， and the quality of teaching has improved significantly.

Key Words： Sensor； Course construction； Teaching materials； Teaching method

《傳感器原理》涉及測控技術(shù)、電子信息、自動化、機械工程等許多領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的一個重要組成部分。現(xiàn)代檢測技術(shù)以傳感器作為核心元件對某些物理量（如：位移、風速、壓力、熱、電、磁、等）、化學量（濃度等）和幾何量（如：長度、角度、表面粗糙度等）進行信息轉(zhuǎn)換的技術(shù)。該課程為涉及傳感（檢測）器工作原理、特性及應用的關(guān)鍵基礎(chǔ)課程，同時也是測控技術(shù)、電子信息、自動化、機械工程等專業(yè)的一門重要專業(yè)技術(shù)課。隨著現(xiàn)代測量、控制和自動化技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)越來越受到重視。該課程內(nèi)容包括傳感器的基本原理及有關(guān)信號測量電路，內(nèi)容豐富，新穎，既有應用廣泛的結(jié)構(gòu)性傳感器，又有正在發(fā)展的物性傳感器和光導纖維傳感器等。學生通過本課程的學習，可以獲得比較全面而系統(tǒng)的傳感器知識，為以后的工作打下一個堅實的基礎(chǔ)。

目前，《傳感器原理》課程越來受到不同類型大學相關(guān)專業(yè)的重視，我們?yōu)楸拘！稖y控技術(shù)與儀器》專業(yè)本科生開設了《傳感器原理》課程，并且作為一門專業(yè)必修課。該課程的教學目的是使學生了解常用傳感器的工作原理、工作特性、信號調(diào)節(jié)電路以及它們在電量和非電量檢測系統(tǒng)中的應用，掌握傳感器檢測電路的基本設計方法、典型光電電路的應用，并且能夠獨立設計和調(diào)試基于傳感器的檢測系統(tǒng)，使學生成為符合社會需求的應用技術(shù)型人才。但是，大多現(xiàn)有教材知識面涉及過廣，內(nèi)容偏于理論化，和工程實際聯(lián)系不多，不滿足我校高職本科應用型技術(shù)人才的培養(yǎng)要求，不利于培養(yǎng)學生分析和解決工程實際問題的能力。為滿足我校培養(yǎng)要求和學生特點，我們重新修訂了課程教學內(nèi)容，不斷完善教學方案，改進教學方法和手段，教學效果獲得了明顯的改善。本文重點介紹了該課程的教學內(nèi)容修訂和教學過程中的一些經(jīng)驗和體會，與同行交流。

1 《傳感器原理》教學內(nèi)容的探索

根據(jù)該課程的教學目標，教學內(nèi)容主要包括各類型傳感器基礎(chǔ)理論、常見物理量檢測技術(shù)及應用和工業(yè)檢測技術(shù)新動向等三個方面的內(nèi)容。課堂教學效果的好壞很大程度上取決于教學內(nèi)容是否對學生具有吸引力，有了興趣才能更大程度激發(fā)學生的學習熱情和主動性。目前，該課程的教材一般都是綜合類本科大學的物理類專業(yè)教材，內(nèi)容多、難度大，著重理論內(nèi)容，與實際聯(lián)系不夠緊密，選用這類教材不適合我校高職本科的特點，選用這樣的教材，課堂教學效果不理想，學生學習興趣不足。鑒于我校高職本科類學生的學習特點和培養(yǎng)方案，傳感器與檢測技術(shù)的特點和應用型本科專業(yè)教學貼近產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、貼近就業(yè)的需要， 重新制定了新的教學計劃，縮減了傳感器的基礎(chǔ)原理性講述內(nèi)容，重點增加了傳感器與檢測技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、智能制造及虛擬儀器領(lǐng)域中具體應用介紹。同時，從教師成熟的科研成果和學術(shù)論文中尋找有代表性的課堂教學案例，例如：把基于工業(yè)CCD傳感器的視覺檢測技術(shù)在工件幾何量閃測、機器人定位及圖像檢測等內(nèi)容引入課堂教學，幫助學生更好地了解當前傳感器與檢測技術(shù)在國內(nèi)重要產(chǎn)業(yè)中的應用和發(fā)展，拓寬他們的就業(yè)思路。

實際教學中圍繞上述擬定的教學內(nèi)容，并適度擴展授課內(nèi)容。課堂上將傳感器原理與檢測技術(shù)的基本概念和理論與實際應用有機結(jié)合，以實際案例講解，加深對課程基本內(nèi)容的理解和體會，或以實際案例引入課程基本概念和原理，將理論知識和實際應用綜合講解的方法讓學生明白了理論并非空洞的理論。例如：提供豐富的傳感器元件、電子零件和機械零件，要求學生以項目組形式搭建能完成指定功能的智能機器人，獨立應用適當?shù)膫鞲衅鲗崿F(xiàn)尋跡、尋光、避障等功能。既提高了學生的課堂注意力，又鍛煉了的課后自學能力，也激發(fā)了學生的團隊精神和學習熱情，在實踐中獲得了良好的教學效果。

2 《傳感器原理》教學方法的實踐

課堂教學方法是否合理直接影響課堂教學效果，探索一套合理的教學方法是本課程建設內(nèi)容的重要一環(huán)。實際教學中采用了基于項目設計和主題研究型的教學方法，多媒體和板書相結(jié)合，使課堂教學內(nèi)容更為直觀生動，教學效果良好[1]。

2.1 基于項目設計的教學方法實踐

基于項目的教學方法引導學生通過項目課題進行主動學習，自主地進行知識建構(gòu)，增強學生學習的能動性。傳統(tǒng)的傳感器原理類課程教學方法偏重于理論性介紹，實驗內(nèi)容也側(cè)重于單純驗證性實驗，例如：應變電阻式傳感器、霍爾傳感器、熱電偶等常見傳感器的簡單電路驗證性實驗，通過這類實驗學生可以理解和消化課堂教學中有關(guān)傳感器的工作原理和特性，但不能培養(yǎng)和鍛煉學生的實際應用能力及分析和解決工程實際問題的能力?；陧椖吭O計的實驗教學主要是根據(jù)教師承擔的實際工程項目或課題中部分應用設計進行教學，重點強調(diào)實際工程或課題項目中部分應用設計，例如：電阻應變壓力傳感器、熱電偶高溫玻璃熔爐溫度測控裝置及激光條碼掃描系統(tǒng)及家居環(huán)境物理量智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計等實際問題。這類與實際相關(guān)的課題引入不但可配合大綱規(guī)定的課堂理論內(nèi)容教學，還使《傳感器原理》課程的教學內(nèi)容與現(xiàn)實中的工程實踐問題緊密結(jié)合，通過課堂教學和項目實踐結(jié)合逐步培養(yǎng)學生分析和解決工程實踐問題的能力，符合高職本科培養(yǎng)應用性、知識性本科畢業(yè)生的要求，經(jīng)過課程學習，學生具備了一定的工程實踐能力。

實驗教學使學生根據(jù)實驗內(nèi)容、實驗條件和要求，可自行確定實驗步驟并在驗證實驗結(jié)果的前提下進行一定的實驗內(nèi)容和項目擴展，例如：熱電阻溫度傳感驗中，可以在完成實驗指導書規(guī)定實驗內(nèi)容基礎(chǔ)上，引導學生獨立思考，通過更換溫度傳感器和改進測量方式等來提高測溫精度和測溫范圍，并鼓勵學生對實驗結(jié)果提出質(zhì)疑。引入上述實驗教學方法將傳統(tǒng)的被動做實驗轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃幼鰧嶒?，充分發(fā)揮了學生做實驗的主觀積極性，激發(fā)了他們的學習興趣，使學生對實驗內(nèi)容的理解更深刻[2]。

2.2 主題研究型的教學方法實踐

主題研究型的教學方法以教學大綱規(guī)定的重點章節(jié)或知識模塊為單元，組織主題研究型的課堂教學。合理的分配課時，根據(jù)重要程度可分配一次或更多次課講述一個主題性內(nèi)容。課堂上只講解主題相關(guān)的基本概念、思想、方法和實際應用問題，學習主題所需要的基礎(chǔ)知識要求學生課前自己查找學習，主題的擴展內(nèi)容和容易理解的內(nèi)容少將或者不講，要求學生課后查閱相關(guān)資料或閱讀教材的指定部分。這種教學方法提高課堂教學效率、激發(fā)學生的學習熱情，鍛煉學生的自學能力，強調(diào)自己學習，避免課堂一味的填鴨式教學。課堂教學避免“面面俱到”和“滿堂灌輸”等被動式教學方法的弊端。通過課堂提問方式來檢查學生的課前準備和課后主題學習效果。例如：電阻式應變傳感器主題，應變電阻測力原理及工作特性內(nèi)容課堂上不再講解，交予學生課前學習，課堂提問檢查學生對應變電阻原理及工作特性的掌握程度，課堂重點放在應變電阻的橋式電路設計及其在實際物理量（重力、壓力）的測量應用上，其他衍生的物理量測量（如：加速度等）要求學生課后自行查資料，學習了解，下次課安排一定學時提問檢查學生課后是否進行了拓展學習。

2.3 多媒體輔助教學方法實踐

《傳感器原理》課程涉及的圖表比較多，例如：不同類型的傳感器實物圖片和特性曲線等。傳統(tǒng)的板書教學不能充分展示相關(guān)器件的效果和特性，采用多媒體課件和板書相結(jié)合的方法，使教學內(nèi)容更加直觀生動。多媒體課件重點體現(xiàn)教學內(nèi)容的主線、重要概念和結(jié)論，課件里的圖片、動畫和視頻資料可以加深學生對課堂教學內(nèi)容的認識和理解，而基本概念和理論公式的推導以傳統(tǒng)的板書方式講解。例如：應變電阻、熱電偶、霍爾傳感器和光電編碼器等器件，精心選擇真實的器件實物或由其構(gòu)成的儀表照片給學生展示，眼見為實，通過視覺效果加深學生對器件的認識，同時多媒體課件要合理地設計背景和字體大小、顏色及行距等，突出重點。通過多媒體教學，學生覺得課程不再是空洞的理論堆砌，各種類型傳感器的原理及應用就在同學面前展示。實際教學中，將多媒體和板書結(jié)合到什么程度是一個值得探索的問題，多媒體課件一頁的內(nèi)容極其有限，講完一頁翻到第二頁時，前一頁的內(nèi)容就看不到了，講解第二頁的內(nèi)容時，學生上一頁的內(nèi)容只有一個大概的模糊認識，全部的多媒體教學不適合本課程的教學。實踐中發(fā)現(xiàn)，講解的內(nèi)容側(cè)重公式推導時，還是以傳統(tǒng)的板書為主，這樣更利于將連貫的公式推導過程思路展示給學生。

2.4 課堂互動，課堂提問的方法實踐

課堂教學中，師生的有機互動能顯著提高課堂教學效果和學生的學習興趣。課堂提問是師生互動的良好手段，實踐教學中發(fā)現(xiàn)講解某些內(nèi)容，提問學生會踴躍回答，課堂氣氛活躍。而講解學生沒興趣的內(nèi)容時，學生會低頭玩手機，課堂氣氛變得沉悶。課后，和學生交流找出問題所在，學生對感興趣的內(nèi)容反應活躍，因此，對于什么內(nèi)容提問、提問的方式是課堂教學中值得深入思考的問題。例如：應變電阻式傳感器部分，提問電子秤的構(gòu)成原理，學生大多積極嘗試回答，基于應變電阻式傳感器的稱重裝置在生活中已見的很多，學生也有興趣。而提問光柵傳感器的內(nèi)容時，平時生活接觸很少，學生沒有興趣，幾乎沒人主動回答問題。

3 《傳感器原理》教學效果的提高

通過《傳感器原理》課程的教學內(nèi)容和教學方法的探索與實踐，重點從以下幾個方面提高教學效果[3]。

（1）多開展教研活動，集中教研室集體智慧，完善教材內(nèi)容，探索《傳感器原理》課程的課堂和實驗教學方法，培養(yǎng)年青的師資力量，提高年青教師的教學能力。

（2）根據(jù)高職本科的學生特點，開展教材建設，運用現(xiàn)代多媒體教學技術(shù)，精心制作多媒體課件，把枯燥的理論內(nèi)容以生動的畫面展示給學生。

（3）采用啟發(fā)式教學增強課堂互動，充分利用短學期實踐環(huán)節(jié)，充分調(diào)動學生運用光電傳感器件、新方法、新技術(shù)的積極性，努力提高學生的實踐應用能力，使學生受到良好的綜合技能培訓，培養(yǎng)應用技術(shù)型人才。

（4）構(gòu)建“知識、能力、素質(zhì)”的新型教學模式，以提高學生的就業(yè)能力為重點，對教學目的、教學內(nèi)容和教學方法不斷進行改革，適應快速發(fā)展的時代要求。

（5）根據(jù)學生對象、本校測控專業(yè)的實際情況，引入新型傳感器套件、系統(tǒng)以及技術(shù)到課程內(nèi)容中，結(jié)合生產(chǎn)實際設計應用實例，使學生有更多的機會接觸實際應用。

（6）利用短學期實踐環(huán)節(jié)，將學生分為幾個項目小組，讓學生了實際工程項目中的設計要求和技術(shù)規(guī)范，并讓學生利用課余時間到圖書館或通過互聯(lián)網(wǎng)進行項目調(diào)研并代表項目小組給出原理性技術(shù)方案，組織不同項目小組的學生進行方案討論.最后，教師對不同的方案進行點評。通過這種方法，極大地激發(fā)了學生的學習潛力，使學生主動了解相關(guān)傳感器技術(shù)的應用和發(fā)展動態(tài)，有利于培養(yǎng)學生團隊協(xié)作精神和創(chuàng)新思維能力，并提高學生的表達能力，取得了良好的教學效果。

4 結(jié)語

通過對《傳感器原理》課程教學內(nèi)容和教學方法的探索與實踐，結(jié)合高職本科學生學習特點和時代需求重新編定了教學大綱、修訂了理論教學內(nèi)容，開發(fā)了基于項目設計的傳感器原理實驗內(nèi)容。課堂教學中采用多媒體和板書有機結(jié)合，引入基于項目設計的教學方法和方案討論式實驗教學，激發(fā)了同學的學習興趣，并獲得了良好的教學效果。實踐證明符合學生學習特點和滿足時代要求的教學內(nèi)容，再配合興趣導向的教學方法可明顯的提高課堂教學效果，并可充分鍛煉學生的實踐應用能力。

參考文獻

[1] 紀辛然.應用型高校轉(zhuǎn)型背景下傳感器課程改革的研究[J].辦公自動化，2017，22（20）：17-18.

[2] 孟翔飛，謝啟，李鑫.《傳感器原理與檢測技術(shù)》課程教學改革實踐探索[J].高教學刊，2016（17）：78.

[3] 陳寶玉，劉正國，馮榮達，等.關(guān)于《工程光學》課程教學的幾點探索與實踐[J].科技資訊，2011（20）：212-213.