农林院校“传感器原理及应用”课程教学改革研究

周 竹，曾松伟，方益明，周素茵

(浙江农林大学信息工程学院，浙江临安311300)

传感器技术是构成现代信息技术的3大支柱之一［1］，已发展为现代科学领域中的一个重要学科［2］。“传感器原理及应用”是浙江农林大学电子信息工程、物联网工程等专业的基础课。随着我国农业现代化水平的不断提高，许多农林业装备和仪器与传感器技术密不可分，需要大批高素质、专业扎实的毕业生进入该领域。浙江农林大学作为定位于培养绿色科技人才、服务现代农业、致力生态文明建设为目标的浙江省唯一一所农林院校，如何通过这门课程的学习培养学生的动手能力和创新能力并促进学生综合素质的提升，对于现代化农林业人才的培养具有重要意义，也是相关课程教师必须深思的一个课题。该文剖析了该课程教学过程中存在的问题，并针对这些问题提出了一些改进方法，以期提高该课程的教学效果。

一、课程教学中存在的问题

(一)理论教学

长期以来，浙江农林大学“传感器原理及应用”的课堂教学以教师为中心，教师通过多媒体课件为学生讲解各种传感器的工作原理及测量电路，学生被动接受。由于该课程包含的传感器类型较多，涉及到的学科范围较广，信息量大且各章节内容独立分散，学生的学习积极性普遍不高，教学效果较差。此外，该课程安排在大三下学期，很多学生都在准备找工作或考研，时有学生以找工作、实习面试等理由请假，心思并未集中在课程学习上。

在教学内容上，该课程的教学内容盲目向普通高等工科学校看齐，而忽视了农林院校的特色。这导致学生难以将所学知识与现代农业生产相结合，不能有效解决现代农业生产中的实际问题，无法满足专业领域对现代农业科技人才的综合需求。同时，也使相同专业的农林院校本科人才失去了自身的特色，降低了其在人才市场中的竞争力。

(二)实验教学

该门课程的实验教学依附于理论教学，其成绩占课程总评成绩的比例仅为10%，学生对实验不够重视。在前期的实验教学内容设置上，存在验证性实验多，探究性实验少;单一型实验多，综合型实验少的不足。实验教学过程则是教师先简单介绍实验目的、实验原理、实验步骤和数据处理方法，然后让学生按照实验指导书在实验设备上完成。由于实验设备是由多个模块组合的实验箱，对学生的开放程度比较低，学生只能按部就班地对各个模块进行接线、上电、观察及记录数据，而不能真正弄清楚所用传感器及接口电路的原理与方法。这种实验教学方式不利于学生实验兴趣的培养，也不利于学生动手应用能力和创新能力的培养。此外，实验的考核主要以实验报告为依据，报告的大多数内容是抄写实验指导书内容，有些学生仅是抄袭实验数据交差了事，这导致大部分学生缺乏思考，以致于压缩了学生创造思维发挥的空间，严重阻碍了学生的学习积极性，不利于学生的自主发展［3］。

(三)考核方式

该门课属于考试类课程。由于考试成绩占总评成绩的70%，很多学生在考试前临阵磨枪，为了应付考试而死背硬记，这种片面重视理论知识的考核方法存在着明显的不足，无法考察学生的实际应用及动手能力，不能有效地激发学生的学习热情和创新意识。

二、教学方法的改革

为了充分调动学生的学习兴趣，达到较好的教学效果，并促进学生动手能力、实践应用能力和创新能力等的提高，笔者对该课程的课堂教学、实验教学、考核方式等进行了改革，并施行了相应措施。

(一)课堂教学改革

1．多媒体教学和板书有机结合，激发学生兴趣 多媒体教学课堂信息量大，形象直观，图文声并茂，可以吸引学生的注意力并激发其学习兴趣，还可使教师免除上课板书劳累［4］。然而，笔者在教学过程中发现，单纯用多媒体教学，学生的注意力往往集中在多媒体信息的观看上，而忽略了教师口头表达的实用信息。此外，多媒体课件的播放速度较快，学生会出现没有时间吸收消化知识的现象。传统的板书具有迅捷的信息交流互动功能，符合学生获取信息的心理规律等特点［4］。但单纯使用板书教学，也会造成课堂信息量小，直观性差，学生注意力容易分散等缺点。针对这2种教学手段的优缺点，我们根据各章的教学内容及教学目标，将传统板书与多媒体教学有机结合起来，对于传感器的结构、外形及电路原理图采用多媒体的图片、动画或者专业软件(如:Proteus、Multisim)展示，而对于传感器的基本原理及公式推导则采用传统板书讲授。这2种手段相辅相成，可以有效调动学生的积极性，激发其学习兴趣。

2．跟踪前沿科技，引入讨论式教学，拓展学生知识面 传感器知识更新较快，而教材的更新相对较慢，新知识在教材中很难及时涉及。为了拓展学生视野，激发其求知欲望，我们拟定了一些专题，如智能手机、智能家居、移动式穿戴设备等，让全部学生分别组团完成。通过一定时间查阅论文，收集资料，制作PPT，然后由教师随机指派团队内学生进行汇报并开展讨论，最后由各团队负责人和教师给出点评并对该团队进行综合评分。而在团队内部，则由该团队负责人根据队员的参与情况，以综合评分为基准，5分为阶梯，依次给组内成员打分。通过这种讨论式教学，既让学生了解了最新的传感器技术知识，又极大提高了学生对该门课程的学习兴趣和自主学习能力;既培养了学生查阅文献资料、归纳总结的能力，又锻炼了学生PPT制作、演讲等实用技巧。此外，团队成员之间的协作精神也得以提高。

3．科研项目与教学内容相结合，增强农林特色 不断将现代农林业中的科研成果、科研项目引入教学，及时跟踪现代农业生产中传感器研究应用的最新进展，将现代农林业生产的具体问题与课程相关章节结合。例如，结合开沟器的设计，讲解如何针对不同的土壤类型设计不同形状的开沟器，并用应变式传感器评价开沟器的性能;根据鱼、肉新鲜度变化的特点，讲解采用电阻抗传感器、气体传感器检测鱼、肉新鲜度的原理;以茶叶品质的光学检测为例，讲授采用CCD传感器、近红外光谱传感器、高光谱图像传感器进行农产品品质检测的原理、应用现状及发展趋势。通过这些科研项目不断丰富教学内容，不仅让学生了解了现代农业科技发展前沿，而且帮助学生端正了学习态度，激发了学生的学习热情。

(二)实验教学改革

1．适当调整验证性实验，提高此类实验要求

该课程实验教学的主要设备为浙江高联生产的CSY2000D型传感器与检测技术实验台。根据教学大纲要求，课程教学中的每一种传感器设置一个实验，这些实验往往以验证性为主，学生只需要对照着实验指导书进行相关操作即可。进行教学改革后，我们对这些验证性实验进行了归纳，将测试同一对象的实验归置到一起。比如，测量位移时，将电容式传感器、差动变压器、光纤传感器放在一起，这样学生通过实验能对各种传感器的性能进行比较，加深印象。其次，要求学生每次实验前采用Multisim或者Proteus软件画出相应的接口电路并进行仿真，教师则通过课堂随机提问等方式进行检查，让学生加深对所用传感器测量原理以及接口电路的理解。

2．引入虚拟仪器技术，增加综合性和设计性实验，提高学生动手能力 在调整验证性实验教学的同时，我们根据每章的传感器内容，要求学生制作相应的传感器。如学完电容式传感器，要求他们制作一个电容液位计;学完压电式传感器，要求他们制作一个压电式玻璃破碎报警器;学完电涡流传感器，则要求他们制作一个电涡流计数装置。

此外，我们还将虚拟仪器技术引入到课程的实验教学中。要求学生采用LabVIEW软件平台，结合串口通信与单片机，针对我国现代农业生产过程的一些热点问题，开展一些农田信息采集、温室环境监控、农产品品质检测方面的综合性设计实验。学生通过组队的方式，根据实验任务和实验室提供的传感器以及其它硬件设备进行选题，然后查阅资料，确定方案，完成电路设计、实物制作以及实验报告并进行演示。通过这些综合性实验的练习，学生能重新认识该门课程相关的理论知识点，并加深对多学科知识的综合运用。此外，虚拟仪器技术的引入，激发了学生的学习兴趣，开阔了思维，也让学生掌握了先进、高效的实验手段，学到了数据采集与处理的技能。

3．制订合理的实验考核方案 传统的实验成绩主要以实验报告作为评价依据，学生的动手应用能力、创新能力不能得以体现。教学改革后，我们调整了实验考核方案:首先，不再仅将实验报告作为唯一的评价依据，而是依据学生使用仪器的能力、观察和分析实验现象的能力、排除实验故障的能力、实验结果和数据的正确性以及课堂纪律、实验态度等方面的表现进行综合考核。其次，建立考试制度。针对不同学生的学习能力和学习兴趣，将验证性实验、设计性和综合性实验纳入到实验考试范围。验证性实验让所有学生在实验库中随机抽取实验项目，然后学生独立连接电路，自拟实验步骤，在规定的时间内完成实验论证报告，并回答有关理论问题。而设计性和综合性实验则由1～3人组队自由选择题目，要求给出相应的方案以及实物并进行答辩。由于后者的要求较高，因此在考核过程中，我们提高了其分值权重。

(三)开辟第二课堂

“传感器原理及应用”是一门实践性很强的课程，仅靠学校规定的实验课是远远不够的。与传感器应用联系紧密的一些第二课堂活动，如:大学生课外科技竞赛、大学生创新创业项目训练可以作为重要的补充和延伸。笔者所在的电子系设立了电子创新设计协会，承担着学校全国大学生电子设计竞赛、全国大学生“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛的赛前培训教学任务。近3年来，浙江农林大学电子信息工程专业的学生在电子系老师的鼓励和帮助下，积极参加全国及浙江省大学生电子设计竞赛、全国大学生“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛、全国信息技术应用水平大赛等，学生的动手实践能力有了很大的提高。

每年五月底是本专业毕业生答辩的时间，我们积极要求学生去旁听，并要求提交一篇心得。这样不仅能够让学生了解现有的传感器应用现状，还为大四毕业设计的选题打下了基础。在这个过程中，要求同学们写出一个印象最为深刻的毕业设计，并结合自己的理解，指出其优点及不足，若自己来做，应该如何来做。

(四)课程考核改革

针对改革后的课程教学方法，相应调整了考核制度。学生成绩依然由期末笔试成绩、实验成绩、平时成绩3部分构成。主要变化有:将期末笔试成绩从70%减少到50%，在试卷题型上加大了分析设计题的比重，以考查学生是否具备根据所学知识在短时间内解决实际问题的能力［5］;实验成绩从10%增加到25%，主要是加强了学生动手能力的考核，强调了学生对各种传感器的理解;平时成绩则从20%增加到25%，主要包括作业、考勤、讨论、提交学习心得等。此外，还将学生积极提问并回答问题作为奖励分纳入总评成绩。

考核方式的转变加大了对学生理论和实践考核的力度，提高了学生课堂的参与度，促使学生将传感器的理论知识与实际应用结合起来，使其更充分地认识到如何选择合适的传感器。

三、结束语

传感器技术贯穿于现代农林业生产的各个环节，这对农林院校“传感器原理及应用”课程的教学提出了新的要求。针对浙江农林大学“传感器原理及应用”课程教学的现状，从理论教学、实验教学、考核方式等方面进行了剖析并进行了相应的改革。这些措施较好地激发了学生的学习兴趣，提高了学生的课堂参与度，锻炼了学生的动手能力和创新能力，取得了较好的教学效果，受到了学生好评。在今后的教学过程中，仍要不断探索实践，切实提高“传感器原理及应用”的教学效果与教学质量，以适应我国现代农林业人才培养的要求。

［1］ 吴建平．传感器原理及应用［M］．北京:机械工业出版社，2012．

［2］ 刘振廷．传感器原理与应用［M］．西安:西安电子科技大学出版社，2011．

［3］ 程啟华，吴京秋．基于校企合作的传感器与检测技术课程实验改革和开发［J］．中国电力教育，2011(8):144-145．

［4］ 杜子文，蓝英．浅谈传统板书与多媒体教学的有机结合［J］．甘肃科技纵横，2009，38(1):201．

［5］ 李姿景，张具琴，陈嘉义．“传感器原理及应用”课程教学改革与实践［J］．中国电力教育，2010(21):110-111．?