传感器技术课程教学方法改进与探索实践

摘要：传感器技术是物联网专业的一门专业基础课，传感器对物联网的发展有着至关重要的作用。通过传感器技术这门课不仅要培养学生对传感器原理的掌握，更重要的是培养他们对传感器的应用能力，甚至是创新、创业能力。基于这一理念，对“传感器技术”课程的教学内容、授课方式和实践指导进行了探索实践。通过将授课内容与实际应用相结合的方式，提高了学生学习本课程的兴趣，也提高了学生的动手实践能力和创新思维能力。关键词：传感器技术；教学改革；拓展引导；创新思维物联网技术是信息产业发展的一项热门技术，所谓物联网就是通过各种信息传感设备，实时采集各种仪器或设备的信息，与互联网结合形成的一个信息网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网技术代表着信息产业发展的重要方向，被欧美很多发达国家所重视，我国也在2009年制定了“感知中国”战略性产业发展规划。传感器在物联网实现过程中是最基本的原始信息采集设备，其重要性不言而喻。传感器技术则是讲述传感器设计与应用的一门学科。一、 《传感器技术》学科的特点（一） 应用性强：传感器在工业生产和社会生活中的应用非常广泛。如，工业生产常见的用于探测有无金属物体接近的电感式接近开关，用于流量监测的霍尔传感器，用于机床位移测量的光栅传感器等等；生活中的常见的传感器更是随处可见，电子秤中的应变片传感器，电熨斗中的双金属片传感器，鼠标中的光电传感器等等。（二） 原理多且不系统：传感器技术的内容包括各种各样的传感器，每种传感器都有不同的理论基础。如，应变片式传感器的物理原理为电阻的应变效应，光电传感器的物理原理为各种光电效应，霍尔传感器的物理原理为霍尔效应，自感传感器的物理原理为线圈的自感效应等等。各种不同的效应有不同的原理公式推导，而且相互之间几乎没有关联，无法形成系统的理论。（三） 综合性强：每一种传感器的学习都包含了原理到产品的整个过程，这些过程涉及了机械结构设计、灵敏度分析、误差理论、测量电路设计及其应用等。二、 根据学科特点分清主次内容进行授课传统的传感器教学都是从每种传感器的原理引入，包括原理概念阐述和理论公式推导，接下来是传感器的结构以及测量电路等内容，最后对传感器的应用才做一些简单的介绍，而且对传感器的应用介绍侧重说明某种物理量的测量，很少有具体的现实应用例子。这种授课内容的顺序安排会让学生学了多种传感器之后感觉什么都没掌握，效果不好。笔者在授课过程中，根据传感器技术学科的特点，提出并实践以下三点授课重点。（一） 共性为线——培养学生形成传感器设计和分析的思维：由于每种传感器的学习都会涉及灵敏度分析、误差分析与补偿、测量电路设计以及应用特点，所以传感器技术的主线应该是传感器普遍的研究内容。通过将不同的传感器的灵敏度分析、误差补偿、测量电路等内容进行对比学习，巩固和培养学生学习传感器和设计传感器的思维。（二） 特性为辅——帮助学生理解每一种传感器：传感器是一门多学科交叉课程，涉及内容广泛，不同传感器之间的理论基础相差太远。这造成传感器虽有共性的研究内容，但是不同传感器也各有各的特点，而不同传感器的特点也决定了其更适用于哪些场合。比如，应变式传感器与压阻式传感器的物理基础都是电阻应变效应，二者的区别在于应变式传感器以尺寸变化为主，压阻式传感器以电阻率变化为主。通过对这些特性的讲解，让学生能够更好地理解每一种传感器。（三） 实验为重——培养和锻炼学生的传感器应用能力：传感器技术的实践性非常强，学习传感器技术的一个主要目的是为了提高学生对传感器的设计和使用能力。为了培养学生对不同传感器的应用能力，除了在课堂上侧重讲解传感器的应用性之外，还必须做好课程的实验教学配套。课程的基本实验主要是验证性实验，便于加深学生对传感器原理理解并检验学生对各种传感器测量电路的掌握。三、 传感器应用拓展引导随着互联网的发展，以前只有通过专门途径才能购买的工业产品在网上随处可见。各式各样的传感器都能在网上找到，而且很多基础传感器的价格很低。比如普通的箔式应变片只要几块钱一片。学生自己动手制作一个电子秤、包括承重托盘、简易悬臂梁，AD模块和杜邦线等等总共几十块钱。笔者在上课时会把有关信息给出，然后让学生根据自己的兴趣，几个人一起买一套，然后动手接线实验。通过这种方式，引导学生如何通过网络途径来获取需要的材料和设备，实现预期的功能。另外，学生可以以这种方式经历一个较为完整的大学生科创项目完成过程：第一，根据预期功能和要求，查阅资料，询问销售人员，对所需传感器基础配件的型号和参数进行确定。第二，购买相关材料并组装接线，完成實验平台。第三，调试和改进，并对所制作的传感器进行标定，确定灵敏度参数和精度等等。在这一学期的传感器技术授课过程中，笔者给学生做了四种传感器制作的指导，简易小型电子秤、烟雾声光报警器、超声波测距防撞系统和数字温度传感器，有两组学生通过大学生创新经费采购和制作了电子秤和烟雾声光报警器。因为不是以作业形式要求学生，所以有的学生虽然感兴趣，但是没有花时间和精力去做这些事情。以后的授课过程中，笔者会把这种与实际应用接轨的实践引导形式以课程成绩加分的方式对学生进行要求。四、 结论本文对传感器技术的学科特点进行了总结，并根据学科特点对传感器技术的教学内容、授课顺序与教学重点做了调整和改进。学生根据新的授课顺序和重点讲解，对传感器技术的内容有了更好的掌握。另外，在授课过程中，为学生指导了多个与实际应用接轨的创新性实验，很好地提高了学生的实践能力。通过这些对传感器技术教学的初步探索与改革，虽然在一定程度上提高了该课程对学生的培养质量，但传感器技术的教学改革任重道远。在今后的教学工作中，要努力把教学内容与传感器的实际应用紧密结合起来，让学生学过这门课就能掌握传感器的设计和使用，而不是只记住一套套繁杂的理论和公式。参考文献：[1] 孙丹儿，韦斯林.国外科学教育中传感器技术教学研究及启示[J].远程教育杂志，2012，30（5）：50-55.[2] 曹松银.物联网控制基础课程教学改革的探索与实践[J].考试周刊，2017（7）：17.[3] 蔡丹丹.物联网时代传感器技术在教育领域的应用与反思[J].黑龙江科技信息，2017（12）：4.作者简介：李福东，江苏省扬州市，扬州大学信息工程学院。