传感器原理与检测技术教学改革研究

周春艳+杨旭英

摘 要 在分析学生对传感器原理与检测技术课程学习状况和学习能力基础上，从课堂理论教学组织形式和实践形式及考核方式等方面提出改革。提出在课堂上采用小组考核、小组竞赛的形式，提高学生的团队协作精神和责任感。同时引入项目式教学法，将单片机课程和传感器课程融合，设计四个难度逐渐加大的小型项目融合在整个教学过程中，使学生熟悉电子产品开发的过程，对所学课程和课程群有更深的理解，能够将所学理论应用到实践中。

关键词 传感器原理与检测技术课程；物联网；翻转课堂；项目式教学法

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）22-0110-03

Research of Teaching Reform of Sensor Principle and Detection Technology//ZHOU Chunyan， YANG Xuying

Abstract The paper put forward some reform measures about the organization of classroom teaching， practice and examination way on

the course of the Principle of Sensor and Testing Technology， based on the analysis of the students learning situation and learning ability in our school. Group assessment and team competition are adopted in the classroom teaching to improve the students team spirit and sense of responsibility. Furthermore， the project teaching method employed too， the courses of MCU and the Sensor are fused. Four small projects are difficulty gradually more designed in the whole teaching process， to make the students familiar with the process of electronic product development， to have a deeper understanding of the courses and course group， to be able to apply learning theory to practice.

Key words sensor principle and detection technology； internet of things； flipped classroom； project teaching method

1 前言

萬物互联时代，人们生活的各个方面都离不开传感器的应用，传感器是信息系统的源头，是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感网络是物联网最基础、最底层的部分，每秒采集的海量数据构成智能物联的基础[1]。随着中国工业化的发展，传感器市场呈井喷趋势，未来五年，世界传感器领域复合增长率将超过10%，中国将成为传感器领域全世界最大的市场，是传感器应用的热土。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》也将“传感器网络及智能信息处理”作为“重点研究领域及优先主题”[2]。总体而言，在制造业升级和物联网这种大背景下，不管是政策支持还是市场需求，都传达出支撑中国传感器行业快速发展的积极信号。

因此，在本科教学中，为了适应社会人才需求，学生掌握好传感器技术显得尤为重要。本文在分析本校学生的实际学习现状和学习能力的基础上，结合北方民族大学应用型人才培养方案，针对该课程，从理论教学、实践教学和课程评价体系等方面的改革进行了探讨。

2 教学现状及改革的必要性

随着智能制造和物联网的发展，传感器的重要性不断凸显。工业产品逐渐从自动化向智能化方向发展，大量需要一些熟练掌握传感器相关知识的人才。为适应社会需求，各大高校加大了对传感器课程的建设，培养适应社会需求的优秀毕业生。但由于各种因素影响，在教学中存在课本知识与现实应用脱节、传感器更新换代快、学生学习愿望强烈但基础薄弱、教学方式陈旧等问题，主要表现在以下几个方面。

理论教学枯燥，内容滞后 传感器原理与检测技术是一门交叉学科，涉及学科门类繁多，知识应用多元化，实践性强，要求学生具有扎实的数学、化学、物理学、材料学、电路等知识。在传统的教学模式中，教师往往依照教材内容，从传感器的原理、结构、测量电路、补偿电路和应用等方面进行讲授，过于注重原理的解释和公式的推导以及电路的分析，缺乏对传感器的应用和具体问题的分析，使学生对其应用缺乏直观具体的认知，以至于给定具体的检测任务时，不知道如何选择合适的传感器，也不会设计相应的检测系统。

另外，传感器的发展日新月异，随着物联网和智能制造的升级，传感器实现数字化、智能化和网络化。而目前教材所讲授的内容大多还是最基础的原理，所涉及的实例也多是模拟的分立元件，和市场应用脱节。这样容易导致学生无法将所学知识和现实应用建立具体的联系，出现学习兴趣下降。

实践与应用脱节 传感器是一门应用性和实践性很强的课程，实践过程旨在培养学生的工程能力和工程意识。然而，传统的传感器实验大多在封闭的传感器实验台上完成，学生仅仅是进行测量，记录数据而已，不利于动手实践能力的培养。endprint

考核方式不能调动学生学习的积极性 目前的考核方式大多是考试和平时考勤相结合，且卷面分数比重很大。由于传感器所涉及的原理、材料性能等是大量需要记忆的内容，容易导致学生成绩不理想。做实验也是几个人一组，有的学生自己不动手，经常出现“搭便车”和“混日子”的消极现象，给整个小组甚至更大的范围带来负能量，不能调动学生学习的积极性。

3 课程改革探讨

应用型高校应培养具有较强社会适应能力和競争能力的应用型人才。这就要求在传感器课程授课过程中打破传统的以理论教学为主的模式，构建以“学生为主，教师为辅”，以熟练应用为目标的新型教学体系。

理论教学方面

1）教材选取。目前，传感器教材主要分为两类：一类教材按传感器的原理进行分类讲述；一类教材以被测量的分类进行讲述。两类教材各有优缺点：第一类便于学生清楚地理解某种传感器的原理，但是在应用过程中不知如何选型；第二类，学生遇到具体的检测任务会知道选择哪一类传感器，但是对原理知道不深。

因此，教师在教学中应该将两类教材结合，淡化传感器数学模型及公式推算、内部结构及制造工艺、复杂的系统模型设计和过多的体系强调等内容；可选择项目化教程，突出学生对传感器的“认识”，知道“在哪里用”“如何用”“应用中需要注意什么问题”等[3]；可采用模块化加项目化教学，将所学知识分为各个模块，每个模块由若干项目组成，每个项目中学习一个具体的传感器的应用，让学生对现代典型传感器和检测技术有一定的了解和熟悉[4]。

2）课堂活动组织。传感器课程并不是以理论知识学习为主的基础课程，更偏重于培养学生在传感器与检测系统设计与应用方面的实践能力。教师应该以需求为导向，以培养学生针对传感器检测系统具有“选得出”“做得出”“讲得明”的实践能力为目标[5]。因此，应该让学生成为课堂的主体，教师充当引导员的角色，避免出现满堂灌的现象。教师在上课前，可先给学生布置相关的任务和思考题，让学生查找资料，思考本节课所学的传感器内容在现实中的应用，并找出最新发展技术和趋势。同时，在教学中可采取小组协作、监督学习、小组间竞赛的教学模式。

每个学生的基础不同、学习能力不同，为了让所有学生都参与学习，可通过组成协作小组，让学生在合作中完成学习任务。将班级学生每五人一组，分成若干小组，并选出组织能力较强、学习成绩较好的学生作为组长，由组长负责组织、督促小组成员共同学习。将小组作为一个小的集体进行共同考核，共同评定成绩。如考勤的时候，如果小组中有人没到，则该组集体记为缺勤。每组进行的项目比赛成绩记为大家共同的平时成绩。

同时，可将竞赛制引入课堂教学中。本课程将每次的项目开发都设计为竞赛活动，根据全组成员考勤情况、相互协作情况、PPT讲解情况、成果展示等几个方面评选出最优小组，并给出竞赛成绩[6]。

实践方面 采用项目式教学法，以任务为导向开展教学活动，以项目的方式开展实践活动。同时，将传感器课程和单片机课程相融合[7]，形成以单一项目为多课程服务的模式。项目的设置可以从简单到复杂，步步递进，尽量包含一个电子产品构成所需的采集、处理和执行各个环节。如以测温系统为例，可以将这个任务分成四个小型项目，在整个学习环节中逐步完成。项目任务和内容如表1所示。

经过四个项目的训练，让学生熟悉整个电子产品的开发流程和系统的组成部分。还可在该系统的基础上可加入执行机构，运用不同的控制算法控制输出驱动加热丝，使被测温度控制在恒定值。通过项目的训练，使学生对传感器课程、单片机课程和自动控制原理课程等有一个更明确的认识，有助于对所学专业产生深刻理解。

课程评价体系 考试作为检验学生对知识掌握情况的重要途径，可督促学生进行学习，也可进一步提升教师的教学水平。然而对于传感器这种应用性强的课程，不能只看重卷面成绩，应该加大实践分数的比重。另外，为了端正学习态度，出勤率和上课积极性也应纳入考核范围。借鉴翻转课堂多维度、多方式的评价体制，本课程的考核方式包含平时成绩和考试成绩两部分，各占50%。考试可采取半开卷的形式，学生可自带一张A4纸，将重点知识和公式总结在上面，避免出现学生复习时陷入死记硬背的现象。试题可侧重一些应用设计和综合性题目。考勤也可采取小组集体考核的方式，借此以督促全体学生都参与学习，增强团体协作意识及自我约束能力。另外，课堂项目和开放性讨论环节也应纳入最终成绩，提高学生动手实践和应用能力。具体考核内容和所占比重见表2。

4 结语

本文根据传感器课程综合性、实践性强等特点，本着以学生为主体、教师为主导的方针，对传感器原理与检测技术课程的教学内容、教学活动组织、教学评价方式等进行改革。精简了教学内容，设计了项目式教学法、竞赛制教学法等课堂活动，激发学生学习的积极性和主动性；在教学评价方式上对学生进行统一分组考核，培养学生的责任感、荣誉感和团体协作能力。同时，将单片机课程和传感器课程进一步融合，设置难度层层递增的项目，让学生一步步学会电子产品的开发，并更进一步加深对课程群和专业的认识，有利于知识的内化和拓展。

参考文献

[1]杨剑波，谭茜.物联网传感器技术探讨[J].电信网技术，2011（12）：40-44.

[2]钱志鸿，王义君.面向物联网的无线传感器网络综述[J].电子与信息学报，2013，35（1）：215-227.

[3]钱裕禄.传感器技术及应用电路项目化教程[M].北京大学出版社，2013.

[4]卢森幸，邹清平.“传感器原理与检测技术”教学改革探索[J].中国电力教育，2013（1）：108-109.

[5]刘钰，郭本振，王晓晶.基于项目的单片机与传感器原理课程融合教学改革探索[J].电脑知识与技术，2014（23）：5493-5495.

[6]周春艳，张白，潘俊涛.“DSP原理及应用”课程教学及评价方式[J].电气电子教学学报，2015（4）：45-47.

[7]杨睿.《传感器原理及应用》课程实践教学改革与创新[J].沈阳师范大学学报：自然科学版，2015，33（4）：571-574.endprint