傳感器技術(shù)課程教學(xué)方法改進(jìn)與探索實(shí)踐

1、    傳感器技術(shù)課程教學(xué)方法改進(jìn)與探索實(shí)踐    摘要：傳感器技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，傳感器對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。通過(guò)傳感器技術(shù)這門課不僅要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)傳感器原理的掌握，更重要的是培養(yǎng)他們對(duì)傳感器的應(yīng)用能力，甚至是創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力。基于這一理念，對(duì)“傳感器技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容、授課方式和實(shí)踐指導(dǎo)進(jìn)行了探索實(shí)踐。通過(guò)將授課內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的方式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣，也提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù)；教學(xué)改革；拓展引導(dǎo)；創(chuàng)新思維物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)熱門技術(shù)，所謂物聯(lián)網(wǎng)就是通過(guò)各種信息傳感設(shè)

2、備，實(shí)時(shí)采集各種儀器或設(shè)備的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)。其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)代表著信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，被歐美很多發(fā)達(dá)國(guó)家所重視，我國(guó)也在2009年制定了“感知中國(guó)”戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。傳感器在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中是最基本的原始信息采集設(shè)備，其重要性不言而喻。傳感器技術(shù)則是講述傳感器設(shè)計(jì)與應(yīng)用的一門學(xué)科。一、 傳感器技術(shù)學(xué)科的特點(diǎn)（一） 應(yīng)用性強(qiáng)：傳感器在工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活中的應(yīng)用非常廣泛。如，工業(yè)生產(chǎn)常見(jiàn)的用于探測(cè)有無(wú)金屬物體接近的電感式接近開(kāi)關(guān)，用于流量監(jiān)測(cè)的霍爾傳感器，用于機(jī)床位移測(cè)量的光柵傳感器等等；生活中的常見(jiàn)的

3、傳感器更是隨處可見(jiàn)，電子秤中的應(yīng)變片傳感器，電熨斗中的雙金屬片傳感器，鼠標(biāo)中的光電傳感器等等。（二） 原理多且不系統(tǒng)：傳感器技術(shù)的內(nèi)容包括各種各樣的傳感器，每種傳感器都有不同的理論基礎(chǔ)。如，應(yīng)變片式傳感器的物理原理為電阻的應(yīng)變效應(yīng)，光電傳感器的物理原理為各種光電效應(yīng)，霍爾傳感器的物理原理為霍爾效應(yīng)，自感傳感器的物理原理為線圈的自感效應(yīng)等等。各種不同的效應(yīng)有不同的原理公式推導(dǎo)，而且相互之間幾乎沒(méi)有關(guān)聯(lián)，無(wú)法形成系統(tǒng)的理論。（三） 綜合性強(qiáng)：每一種傳感器的學(xué)習(xí)都包含了原理到產(chǎn)品的整個(gè)過(guò)程，這些過(guò)程涉及了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、靈敏度分析、誤差理論、測(cè)量電路設(shè)計(jì)及其應(yīng)用等。二、 根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)分清主次內(nèi)容進(jìn)行授

4、課傳統(tǒng)的傳感器教學(xué)都是從每種傳感器的原理引入，包括原理概念闡述和理論公式推導(dǎo)，接下來(lái)是傳感器的結(jié)構(gòu)以及測(cè)量電路等內(nèi)容，最后對(duì)傳感器的應(yīng)用才做一些簡(jiǎn)單的介紹，而且對(duì)傳感器的應(yīng)用介紹側(cè)重說(shuō)明某種物理量的測(cè)量，很少有具體的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用例子。這種授課內(nèi)容的順序安排會(huì)讓學(xué)生學(xué)了多種傳感器之后感覺(jué)什么都沒(méi)掌握，效果不好。筆者在授課過(guò)程中，根據(jù)傳感器技術(shù)學(xué)科的特點(diǎn)，提出并實(shí)踐以下三點(diǎn)授課重點(diǎn)。（一） 共性為線培養(yǎng)學(xué)生形成傳感器設(shè)計(jì)和分析的思維：由于每種傳感器的學(xué)習(xí)都會(huì)涉及靈敏度分析、誤差分析與補(bǔ)償、測(cè)量電路設(shè)計(jì)以及應(yīng)用特點(diǎn)，所以傳感器技術(shù)的主線應(yīng)該是傳感器普遍的研究?jī)?nèi)容。通過(guò)將不同的傳感器的靈敏度分析、誤差補(bǔ)償

5、、測(cè)量電路等內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比學(xué)習(xí)，鞏固和培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)傳感器和設(shè)計(jì)傳感器的思維。（二） 特性為輔幫助學(xué)生理解每一種傳感器：傳感器是一門多學(xué)科交叉課程，涉及內(nèi)容廣泛，不同傳感器之間的理論基礎(chǔ)相差太遠(yuǎn)。這造成傳感器雖有共性的研究?jī)?nèi)容，但是不同傳感器也各有各的特點(diǎn)，而不同傳感器的特點(diǎn)也決定了其更適用于哪些場(chǎng)合。比如，應(yīng)變式傳感器與壓阻式傳感器的物理基礎(chǔ)都是電阻應(yīng)變效應(yīng)，二者的區(qū)別在于應(yīng)變式傳感器以尺寸變化為主，壓阻式傳感器以電阻率變化為主。通過(guò)對(duì)這些特性的講解，讓學(xué)生能夠更好地理解每一種傳感器。（三） 實(shí)驗(yàn)為重培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的傳感器應(yīng)用能力：傳感器技術(shù)的實(shí)踐性非常強(qiáng)，學(xué)習(xí)傳感器技術(shù)的一個(gè)主要目的是為了提高

6、學(xué)生對(duì)傳感器的設(shè)計(jì)和使用能力。為了培養(yǎng)學(xué)生對(duì)不同傳感器的應(yīng)用能力，除了在課堂上側(cè)重講解傳感器的應(yīng)用性之外，還必須做好課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)配套。課程的基本實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，便于加深學(xué)生對(duì)傳感器原理理解并檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)各種傳感器測(cè)量電路的掌握。三、 傳感器應(yīng)用拓展引導(dǎo)隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，以前只有通過(guò)專門途徑才能購(gòu)買的工業(yè)產(chǎn)品在網(wǎng)上隨處可見(jiàn)。各式各樣的傳感器都能在網(wǎng)上找到，而且很多基礎(chǔ)傳感器的價(jià)格很低。比如普通的箔式應(yīng)變片只要幾塊錢一片。學(xué)生自己動(dòng)手制作一個(gè)電子秤、包括承重托盤、簡(jiǎn)易懸臂梁，ad模塊和杜邦線等等總共幾十塊錢。筆者在上課時(shí)會(huì)把有關(guān)信息給出，然后讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣，幾個(gè)人一起買一套，然后動(dòng)手接

7、線實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這種方式，引導(dǎo)學(xué)生如何通過(guò)網(wǎng)絡(luò)途徑來(lái)獲取需要的材料和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。另外，學(xué)生可以以這種方式經(jīng)歷一個(gè)較為完整的大學(xué)生科創(chuàng)項(xiàng)目完成過(guò)程：第一，根據(jù)預(yù)期功能和要求，查閱資料，詢問(wèn)銷售人員，對(duì)所需傳感器基礎(chǔ)配件的型號(hào)和參數(shù)進(jìn)行確定。第二，購(gòu)買相關(guān)材料并組裝接線，完成實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。第三，調(diào)試和改進(jìn)，并對(duì)所制作的傳感器進(jìn)行標(biāo)定，確定靈敏度參數(shù)和精度等等。在這一學(xué)期的傳感器技術(shù)授課過(guò)程中，筆者給學(xué)生做了四種傳感器制作的指導(dǎo)，簡(jiǎn)易小型電子秤、煙霧聲光報(bào)警器、超聲波測(cè)距防撞系統(tǒng)和數(shù)字溫度傳感器，有兩組學(xué)生通過(guò)大學(xué)生創(chuàng)新經(jīng)費(fèi)采購(gòu)和制作了電子秤和煙霧聲光報(bào)警器。因?yàn)椴皇且宰鳂I(yè)形式要求學(xué)生，所以有的學(xué)

8、生雖然感興趣，但是沒(méi)有花時(shí)間和精力去做這些事情。以后的授課過(guò)程中，筆者會(huì)把這種與實(shí)際應(yīng)用接軌的實(shí)踐引導(dǎo)形式以課程成績(jī)加分的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行要求。四、 結(jié)論本文對(duì)傳感器技術(shù)的學(xué)科特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，并根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)對(duì)傳感器技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容、授課順序與教學(xué)重點(diǎn)做了調(diào)整和改進(jìn)。學(xué)生根據(jù)新的授課順序和重點(diǎn)講解，對(duì)傳感器技術(shù)的內(nèi)容有了更好的掌握。另外，在授課過(guò)程中，為學(xué)生指導(dǎo)了多個(gè)與實(shí)際應(yīng)用接軌的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，很好地提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。通過(guò)這些對(duì)傳感器技術(shù)教學(xué)的初步探索與改革，雖然在一定程度上提高了該課程對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，但傳感器技術(shù)的教學(xué)改革任重道遠(yuǎn)。在今后的教學(xué)工作中，要努力把教學(xué)內(nèi)容與傳感器的實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生學(xué)過(guò)這門課就能掌握傳感器的設(shè)計(jì)和使用，而不是只記住一套套繁雜的理論和公式。參考文獻(xiàn)：1 孫丹兒，韋斯林.國(guó)外科學(xué)教育中傳感器技術(shù)教學(xué)研究及啟示