教學(xué)論文

------傳感器原理及應(yīng)用課程教與學(xué)的思考

摘　要:文章結(jié)合傳感器原理及應(yīng)用課程教學(xué)實(shí)踐的實(shí)際，對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進(jìn)行了分析，指出補(bǔ)充課堂教學(xué)素材能豐富教學(xué)內(nèi)容，還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；同時(shí)探討了該課程目前存在的不足，提出了課程建設(shè)的思路、理論和實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整、教學(xué)手段和方法的改進(jìn)與完善，并論述了課程設(shè)計(jì)在提高教學(xué)質(zhì)量中的重要性，這樣的措施能為達(dá)到優(yōu)質(zhì)的教學(xué)效果起到一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞: 傳感器原理；教與學(xué)；課程建設(shè)；教學(xué)改革　

　一、傳感器原理及應(yīng)用課程的特點(diǎn)與教學(xué)安排

　　傳感器原理及應(yīng)用課程是測控、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī)電一體化等專業(yè)的專業(yè)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課，是一門新興邊緣學(xué)科。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解各類傳感器的原理與功能、測量電路和應(yīng)用范圍，能對實(shí)際的檢測系統(tǒng)提出合理的方案，并選擇合理的檢測器件和系統(tǒng)方案進(jìn)行檢測。

在實(shí)際應(yīng)用中，傳感器作為“感覺器官”，是將壓力、溫度、位移量等信息(或者被測量)轉(zhuǎn)化成電信號，而這些轉(zhuǎn)化是利用物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)現(xiàn)象和有關(guān)效應(yīng)來進(jìn)行的，被測量轉(zhuǎn)化成電信號的方式是各種各樣的，即各類傳感器的工作原理是不同的，因此本課程信息量大，涉及的范圍較廣，且各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容相對獨(dú)立，缺乏連續(xù)性和系統(tǒng)性。此外，由于傳感器的應(yīng)用場合十分廣泛，大至飛機(jī)、數(shù)控機(jī)床、汽車，小至家用電器，因此該課程與實(shí)際結(jié)合非常緊密。

我校傳感器原理及應(yīng)用課程是機(jī)電工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課。教學(xué)目的是使學(xué)生了解電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中各種非電量檢測與轉(zhuǎn)換的基本原理和應(yīng)用；能對實(shí)際的檢測系統(tǒng)提出合理的方案；對傳感器和儀表能合理選用；對采用的電路與系統(tǒng)有一定的分析與設(shè)計(jì)能力。為提高學(xué)生的實(shí)踐能力，課程結(jié)束后進(jìn)行一周的課程設(shè)計(jì)。

二、課程教學(xué)的改革措施及成效

長期以來，本課程在教學(xué)內(nèi)容上側(cè)重各種傳感器原理和測量處理電路的講解，在教學(xué)方法上主要以課程講解為主，同時(shí)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容開設(shè)少量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)方式存在明顯不足:學(xué)生首先接觸到的是傳感器測量原理，見不到實(shí)物，缺乏感性認(rèn)識；相似的原理介紹讓學(xué)生覺得枯燥、乏味；教師不注重講解這些分析方法在實(shí)際中有何用途，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。隨著微電子技術(shù)、新材料技術(shù)和電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新型傳感器不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)有教材內(nèi)容和形式顯得有些陳舊和呆板。我們在教學(xué)中結(jié)合實(shí)際情況對課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進(jìn)行改革和探索，使學(xué)生既能了解傳感器基本原理，又能了解實(shí)際對象，將理論與實(shí)際緊密結(jié)合起來，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。主要作了以下嘗試。

(一)教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)充

按照課程大綱的要求，在講授過程中，由淺入深循序漸進(jìn)地介紹了應(yīng)變式、電感式、電容式、壓電式、磁電式、光電式等傳感器的基本原理、特性、測量電路和應(yīng)用。目前，這些傳感器無論在國內(nèi)或國外都已發(fā)展相當(dāng)成熟。

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，開始有越來越多的科研人員投入到新型傳感器的研究中，為了適應(yīng)實(shí)際需求，特別是隨著交叉學(xué)科的發(fā)展，在傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)中增加新的有應(yīng)用需求的傳感器將是以后電類專業(yè)課程的一個(gè)發(fā)展趨勢，也使學(xué)生能夠及時(shí)了解當(dāng)前傳感器的發(fā)展方向，掌握傳感器的發(fā)展動(dòng)態(tài)，為今后從事傳感器方面的研究奠定基礎(chǔ)。

(二)教學(xué)方法的改進(jìn)

1、多媒體與板書結(jié)合教學(xué)。多媒體教學(xué)是將文字、圖形、動(dòng)畫、視頻、聲音等多種信息加工組成在一起來向?qū)W生呈現(xiàn)信息，是教學(xué)改革的主流，它具有信息量大、傳播速度快、直觀效果強(qiáng)等特點(diǎn)，可以大大提高單位時(shí)間內(nèi)學(xué)生掌握知識的效率。但在實(shí)際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，單純用多媒體教學(xué)，學(xué)生注意力往往集中于看多媒體上的信息，忽略了授課人口頭所表達(dá)的信息；此外，多媒體的傳播速度會使教學(xué)變成加倍的灌輸而沒有時(shí)間吸收消化。針對本課程特點(diǎn)，采用多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合的方式，對于傳感器的結(jié)構(gòu)、外形及電路原理圖采用多媒體的圖片和動(dòng)畫展示，對于傳感器的基本原理及由較復(fù)雜公式推導(dǎo)的采用板書的方式，邊寫邊講。如對電容式、電感式傳感器的各種結(jié)構(gòu)形式采用動(dòng)畫的方式演示，而對于熱電偶傳感器的基本定律利用板書的形式講授。這兩種手段相結(jié)合的教學(xué)方法取得了令人滿意的教學(xué)效果，同時(shí)也避免了一些板書時(shí)間的浪費(fèi)。

2、理論講授與實(shí)物應(yīng)用相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)。目前，相當(dāng)一部分同學(xué)受就業(yè)壓力等多種因素的影響，對于課本內(nèi)容學(xué)習(xí)往往不夠重視，有的同學(xué)去校外兼職，還有的同學(xué)認(rèn)為課堂講授不生動(dòng)，學(xué)的東西沒有什么意義干脆就不來上課，有的同學(xué)即使來上課也是心不在焉，不能很好地集中注意力。因此，在本課程的講授中，我們非常重視培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將傳感器的內(nèi)容講授與生活中的應(yīng)用聯(lián)系起來。在介紹一種傳感器的時(shí)候，列舉一些現(xiàn)實(shí)生活中用的傳感器，比如在介紹半導(dǎo)體傳感器的時(shí)候，向?qū)W生介紹酒后駕車所用的酒精測試儀的工作原理，在介紹應(yīng)變式傳感器的時(shí)候，向?qū)W生介紹電子秤重計(jì)的工作原理等。此外，在向?qū)W生講解熱電偶原理的時(shí)候，進(jìn)行課堂演示，將兩根不同材料導(dǎo)體一端接到一起，另一端接萬用表，利用酒精燈加熱導(dǎo)體連在一起的一端，通過觀察萬用表的電勢變化讓學(xué)生直觀了解利用熱電偶測溫的工作原理。

通過這種教學(xué)方式，讓學(xué)生認(rèn)識到，傳感器在日常生活和科研中的重要性，提高了他們的學(xué)習(xí)積極性。

3、實(shí)驗(yàn)和實(shí)地參觀相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)。在教學(xué)過程中，我們一直注重增強(qiáng)課程的應(yīng)用性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)和進(jìn)行實(shí)地參觀是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、提高其綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識的重要環(huán)節(jié)和途徑。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分為兩類:基本實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)，基本實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生掌握傳感器的測試性能及使用方法，以電容式、電感式和應(yīng)變式傳感器為主要驗(yàn)證內(nèi)容。綜合實(shí)驗(yàn)主要以被測參數(shù)為目標(biāo)，通過不同的傳感器來實(shí)現(xiàn)，比如以溫度測量為驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)中既可以通過熱敏電阻、半導(dǎo)體二極管來測量，也可以通過熱電偶來檢測。除了課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)外，同時(shí)還讓學(xué)生多到網(wǎng)上搜集一些相關(guān)資料，通過給學(xué)生分配任務(wù)，要求學(xué)生進(jìn)行幾種傳感器的市場調(diào)研，比如針對溫度傳感器的價(jià)格、型號、精度、測量方法、測量范圍等讓學(xué)生直接接觸專業(yè)市場，并就調(diào)研的收獲和體會進(jìn)行全班交流，讓學(xué)生把在課堂所學(xué)的內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來，進(jìn)一步加深傳感器的應(yīng)用印象，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

三、課程建設(shè)與改革的進(jìn)一步思考

該課程是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，過去側(cè)重講授課本內(nèi)容，實(shí)踐性環(huán)節(jié)相對偏少，為確保學(xué)生持久的學(xué)習(xí)積極性，達(dá)到優(yōu)質(zhì)的教學(xué)效果，不斷改革完善本課程的各教學(xué)環(huán)節(jié)是非常必要的，重點(diǎn)可從以下幾方面考慮。

(一)教學(xué)大綱的修訂

教學(xué)大綱是規(guī)范教學(xué)工作、提高教學(xué)質(zhì)量的首要環(huán)節(jié)，因此需要結(jié)合學(xué)科本身的發(fā)展和專業(yè)的特點(diǎn)和要求，有針對性地修訂大綱。比如:教學(xué)目標(biāo)是什么，應(yīng)達(dá)到什么樣的要求，應(yīng)該覆蓋哪些知識點(diǎn)，哪些知識點(diǎn)是重點(diǎn)、難點(diǎn)，應(yīng)如何講解，應(yīng)開設(shè)哪些實(shí)驗(yàn)等問題。

(二)課程教學(xué)內(nèi)容和體系的調(diào)整

隨著電子信息和測控技術(shù)的不斷發(fā)展，課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)從信息獲取和系統(tǒng)集成的高度進(jìn)行講解，突破傳統(tǒng)的教學(xué)方式。課程以教學(xué)大綱為基本依據(jù)，以傳感器原理、結(jié)構(gòu)、測量系統(tǒng)為體系，從信息科學(xué)技術(shù)的角度來觀察和理解傳感器及檢測技術(shù)，突破就器件論器件的傳統(tǒng)方式，力求做到思路開闊，闡述準(zhǔn)確，層次主線清晰，結(jié)構(gòu)科學(xué)合理。比如在講解系統(tǒng)集成這部分內(nèi)容時(shí)，教師應(yīng)以實(shí)際的測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)講授傳感器的選擇、電路的設(shè)計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)、測量結(jié)果的處理、系統(tǒng)的總體精度評定等各環(huán)節(jié)。

這樣就可把“誤差理論與數(shù)據(jù)處理”、“單片機(jī)原理及應(yīng)用”、“電工電子基礎(chǔ)”等課程很好地結(jié)合起來。學(xué)生通過學(xué)習(xí)就會明白這些課程到底有什么用，為后續(xù)的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。另外，針對不同專業(yè)方向，教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)有所選擇和側(cè)重。

(三)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的改革

課程設(shè)計(jì)是學(xué)生進(jìn)行課程及相關(guān)課程學(xué)習(xí)的一條有效途徑。通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握設(shè)計(jì)的程序和方法，有效地培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用相關(guān)課程知識，樹立正確的工程設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)獨(dú)立的、全面的、科學(xué)的工程設(shè)計(jì)能力。在課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐中學(xué)會查找、翻閱、使用標(biāo)淮、規(guī)范、手冊、圖冊和相關(guān)技術(shù)資料等，熟悉和掌握設(shè)計(jì)的基本技能。同時(shí)對學(xué)生進(jìn)行良好的獨(dú)立工作習(xí)慣和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，為今后工作打下良好的基礎(chǔ)。

本課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完傳感器原理及應(yīng)用課程之后，綜合利用所學(xué)傳感器知識完成一個(gè)傳感器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)并在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)，時(shí)間為1周，4到6人為1組，是對學(xué)生學(xué)完這門課程后的理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)操作水平的綜合檢驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生鞏固和加深對該課程的理論學(xué)習(xí)，促進(jìn)和深化其工程應(yīng)用，提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識及分析問題的能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。課程設(shè)計(jì)題目可以自行定題，也可以在教師指定的數(shù)個(gè)題目中選擇自己感興趣的一個(gè)，然后各組獨(dú)立完成。

1、選題范圍。從信息技術(shù)的角度來看，傳感器是獲取和轉(zhuǎn)換信息的一種工具，這些信息包括電、磁、光、聲、熱、力、位移、振動(dòng)、流量、濕度、濃度、成分等。傳感器的核心部件是敏感元件，它是傳感器中用來感知外界信息和轉(zhuǎn)換成有用信息的元件。所以有關(guān)這些信息的內(nèi)容都可以作為選題。

2、選題要求。在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的開發(fā)裝置上操作，基于元件、成本、可操作性考慮，主要選取磁、光、溫度、電容、電阻方面的傳感器的應(yīng)用。最后設(shè)計(jì)電路，正確地進(jìn)行連線，并進(jìn)行安裝調(diào)試，實(shí)現(xiàn)參考選題或自己定題中的要求及技術(shù)指標(biāo)。

3、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容。要求設(shè)計(jì)報(bào)告按以下條目順序編寫:封面；摘要；正文(正文主要內(nèi)容有:設(shè)計(jì)任務(wù)書及主要技術(shù)指標(biāo)和要求；選定方案論證；單元電路的設(shè)計(jì)計(jì)算、元器件選擇；實(shí)際電路性能指標(biāo)測試結(jié)果，其中包括實(shí)測記錄的整理和分析；對調(diào)試中出現(xiàn)的主要問題應(yīng)做出分析，從理論和實(shí)踐的結(jié)合上講清故障原因及改進(jìn)措施和效果；畫出整體電路圖，列出元件、器件明細(xì)表，說明本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和存在問題，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)意見；通過課程設(shè)計(jì)的收獲和心得體會。)；參考文獻(xiàn)。

4、成績評定辦法?？己顺煽兎譃閮?yōu)、良、中、及格和不及格，其中:理論設(shè)計(jì)方案，演示所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，占總成績的40%；設(shè)計(jì)報(bào)告，占總成績的20%；回答教師的問題，占總成績的30%；考勤情況，占總成績的10%。

(四)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)

將豐富的教學(xué)資源上網(wǎng)，采取網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)，創(chuàng)造優(yōu)越的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，可作為傳統(tǒng)課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充，方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)，將大大提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，深化傳統(tǒng)課堂教學(xué)改革，嘗試采取網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)，對教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生自主學(xué)習(xí)策略、交互式教學(xué)、學(xué)習(xí)導(dǎo)航以及學(xué)習(xí)評價(jià)等進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，建立與課堂教學(xué)相輔相成的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程。將多種資源集成在網(wǎng)站的教學(xué)資源中，學(xué)生可以從網(wǎng)上獲取課程學(xué)習(xí)的相關(guān)信息，方便他們自主學(xué)習(xí)。上網(wǎng)的教學(xué)資源主要包括:教學(xué)大綱；教學(xué)日歷；實(shí)驗(yàn)安排；教材內(nèi)容；練習(xí)測試題及評分標(biāo)準(zhǔn)；電子課件；輔助教學(xué)軟件；網(wǎng)上留言；在線交流；實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)；參考文獻(xiàn)；輔助工具；相關(guān)鏈接；以及其他相關(guān)的教學(xué)資源等。

四、結(jié)束語

根據(jù)傳感器原理及應(yīng)用課程的教學(xué)實(shí)踐，我們對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進(jìn)行了分析探索并做了相應(yīng)的改革。教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充豐富了課堂教學(xué)的素材，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從連續(xù)幾屆畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生選題上就可以看出，學(xué)生對補(bǔ)充內(nèi)容表現(xiàn)出了極大的興趣。多媒體和實(shí)物展示等教學(xué)方法增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過學(xué)生成績及對學(xué)生調(diào)查和網(wǎng)上評教結(jié)果來看，所做的改革受到了學(xué)生的歡迎和好評，取得了較好的教學(xué)效果。同時(shí)，我們結(jié)合教學(xué)的實(shí)際情況，指出了該課程目前存在的不足，提出了課程今后建設(shè)的思路、理論和實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整、教學(xué)手段和方法的改進(jìn)與完善，為達(dá)到優(yōu)質(zhì)的教學(xué)效果奠定了基礎(chǔ)。

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