高职本科《传感器原理》课程教学的探索与实践

陈宝玉 秦琴 王素娟 屠子美

摘 要：围绕高职本科学生特点，对《传感器原理》课程的教学内容、教学方法及实践教学进行了一定的探索与实践，改进该课程的教学内容和教学方法，吸收国内外相关课程的先进经验和学生的意见反馈，完善并确定了新的课程教学内容，并运用于课堂教学实践。采用基于项目设计的教学方法和方案讨论式教学方法，课程内容和教学方法紧密联系工程实际并反映当代光电高新技术的实际应用，激发了高职本科学生的学习兴趣，教学质量得到明显提高。

关键词：传感器 课程建设 专业教材 教学方法

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（a）-0190-03

Abstract：By exploration and practice in the top-quality course construction of Sensor Principles， the course content， teaching methods and experimental course have acquired continuous improvement， absorbing the advanced experience of related courses and student feedback， the core of this course was the established， and applied to classroom practice. The teaching methods based on the project design and programs to discuss principles were adopted， curriculum content and teaching methods reflect the modern optical engineering and the practical application of high-tech closely. Students have interested in course teaching， and the quality of teaching has improved significantly.

Key Words： Sensor； Course construction； Teaching materials； Teaching method

《傳感器原理》涉及测控技术、电子信息、自动化、机械工程等许多领域，已成为现代工业技术的一个重要组成部分。现代检测技术以传感器作为核心元件对某些物理量（如：位移、风速、压力、热、电、磁、等）、化学量（浓度等）和几何量（如：长度、角度、表面粗糙度等）进行信息转换的技术。该课程为涉及传感（检测）器工作原理、特性及应用的关键基础课程，同时也是测控技术、电子信息、自动化、机械工程等专业的一门重要专业技术课。随着现代测量、控制和自动化技术的发展，传感器技术越来越受到重视。该课程内容包括传感器的基本原理及有关信号测量电路，内容丰富，新颖，既有应用广泛的结构性传感器，又有正在发展的物性传感器和光导纤维传感器等。学生通过本课程的学习，可以获得比较全面而系统的传感器知识，为以后的工作打下一个坚实的基础。

目前，《传感器原理》课程越来受到不同类型大学相关专业的重视，我们为本校《测控技术与仪器》专业本科生开设了《传感器原理》课程，并且作为一门专业必修课。该课程的教学目的是使学生了解常用传感器的工作原理、工作特性、信号调节电路以及它们在电量和非电量检测系统中的应用，掌握传感器检测电路的基本设计方法、典型光电电路的应用，并且能够独立设计和调试基于传感器的检测系统，使学生成为符合社会需求的应用技术型人才。但是，大多现有教材知识面涉及过广，内容偏于理论化，和工程实际联系不多，不满足我校高职本科应用型技术人才的培养要求，不利于培养学生分析和解决工程实际问题的能力。为满足我校培养要求和学生特点，我们重新修订了课程教学内容，不断完善教学方案，改进教学方法和手段，教学效果获得了明显的改善。本文重点介绍了该课程的教学内容修订和教学过程中的一些经验和体会，与同行交流。

1 《传感器原理》教学内容的探索

根据该课程的教学目标，教学内容主要包括各类型传感器基础理论、常见物理量检测技术及应用和工业检测技术新动向等三个方面的内容。课堂教学效果的好坏很大程度上取决于教学内容是否对学生具有吸引力，有了兴趣才能更大程度激发学生的学习热情和主动性。目前，该课程的教材一般都是综合类本科大学的物理类专业教材，内容多、难度大，着重理论内容，与实际联系不够紧密，选用这类教材不适合我校高职本科的特点，选用这样的教材，课堂教学效果不理想，学生学习兴趣不足。鉴于我校高职本科类学生的学习特点和培养方案，传感器与检测技术的特点和应用型本科专业教学贴近产业的发展、贴近就业的需要， 重新制定了新的教学计划，缩减了传感器的基础原理性讲述内容，重点增加了传感器与检测技术在工业生产、智能制造及虚拟仪器领域中具体应用介绍。同时，从教师成熟的科研成果和学术论文中寻找有代表性的课堂教学案例，例如：把基于工业CCD传感器的视觉检测技术在工件几何量闪测、机器人定位及图像检测等内容引入课堂教学，帮助学生更好地了解当前传感器与检测技术在国内重要产业中的应用和发展，拓宽他们的就业思路。

实际教学中围绕上述拟定的教学内容，并适度扩展授课内容。课堂上将传感器原理与检测技术的基本概念和理论与实际应用有机结合，以实际案例讲解，加深对课程基本内容的理解和体会，或以实际案例引入课程基本概念和原理，将理论知识和实际应用综合讲解的方法让学生明白了理论并非空洞的理论。例如：提供丰富的传感器元件、电子零件和机械零件，要求学生以项目组形式搭建能完成指定功能的智能机器人，独立应用适当的传感器实现寻迹、寻光、避障等功能。既提高了学生的课堂注意力，又锻炼了的课后自学能力，也激发了学生的团队精神和学习热情，在实践中获得了良好的教学效果。

2 《传感器原理》教学方法的实践

课堂教学方法是否合理直接影响课堂教学效果，探索一套合理的教学方法是本课程建设内容的重要一环。实际教学中采用了基于项目设计和主题研究型的教学方法，多媒体和板书相结合，使课堂教学内容更为直观生动，教学效果良好[1]。

2.1 基于项目设计的教学方法实践

基于项目的教学方法引导学生通过项目课题进行主动学习，自主地进行知识建构，增强学生学习的能动性。传统的传感器原理类课程教学方法偏重于理论性介绍，实验内容也侧重于单纯验证性实验，例如：应变电阻式传感器、霍尔传感器、热电偶等常见传感器的简单电路验证性实验，通过这类实验学生可以理解和消化课堂教学中有关传感器的工作原理和特性，但不能培养和锻炼学生的实际应用能力及分析和解决工程实际问题的能力。基于项目设计的实验教学主要是根据教师承担的实际工程项目或课题中部分应用设计进行教学，重点强调实际工程或课题项目中部分应用设计，例如：电阻应变压力传感器、热电偶高温玻璃熔炉温度测控装置及激光条码扫描系统及家居环境物理量智能物联网系统设计等实际问题。这类与实际相关的课题引入不但可配合大纲规定的课堂理论内容教学，还使《传感器原理》课程的教学内容与现实中的工程实践问题紧密结合，通过课堂教学和项目实践结合逐步培养学生分析和解决工程实践问题的能力，符合高职本科培养应用性、知识性本科毕业生的要求，经过课程学习，学生具备了一定的工程实践能力。

实验教学使学生根据实验内容、实验条件和要求，可自行确定实验步骤并在验证实验结果的前提下进行一定的实验内容和项目扩展，例如：热电阻温度传感验中，可以在完成实验指导书规定实验内容基础上，引导学生独立思考，通过更換温度传感器和改进测量方式等来提高测温精度和测温范围，并鼓励学生对实验结果提出质疑。引入上述实验教学方法将传统的被动做实验转变为主动做实验，充分发挥了学生做实验的主观积极性，激发了他们的学习兴趣，使学生对实验内容的理解更深刻[2]。

2.2 主题研究型的教学方法实践

主题研究型的教学方法以教学大纲规定的重点章节或知识模块为单元，组织主题研究型的课堂教学。合理的分配课时，根据重要程度可分配一次或更多次课讲述一个主题性内容。课堂上只讲解主题相关的基本概念、思想、方法和实际应用问题，学习主题所需要的基础知识要求学生课前自己查找学习，主题的扩展内容和容易理解的内容少将或者不讲，要求学生课后查阅相关资料或阅读教材的指定部分。这种教学方法提高课堂教学效率、激发学生的学习热情，锻炼学生的自学能力，强调自己学习，避免课堂一味的填鸭式教学。课堂教学避免“面面俱到”和“满堂灌输”等被动式教学方法的弊端。通过课堂提问方式来检查学生的课前准备和课后主题学习效果。例如：电阻式应变传感器主题，应变电阻测力原理及工作特性内容课堂上不再讲解，交予学生课前学习，课堂提问检查学生对应变电阻原理及工作特性的掌握程度，课堂重点放在应变电阻的桥式电路设计及其在实际物理量（重力、压力）的测量应用上，其他衍生的物理量测量（如：加速度等）要求学生课后自行查资料，学习了解，下次课安排一定学时提问检查学生课后是否进行了拓展学习。

2.3 多媒体辅助教学方法实践

《传感器原理》课程涉及的图表比较多，例如：不同类型的传感器实物图片和特性曲线等。传统的板书教学不能充分展示相关器件的效果和特性，采用多媒体课件和板书相结合的方法，使教学内容更加直观生动。多媒体课件重点体现教学内容的主线、重要概念和结论，课件里的图片、动画和视频资料可以加深学生对课堂教学内容的认识和理解，而基本概念和理论公式的推导以传统的板书方式讲解。例如：应变电阻、热电偶、霍尔传感器和光电编码器等器件，精心选择真实的器件实物或由其构成的仪表照片给学生展示，眼见为实，通过视觉效果加深学生对器件的认识，同时多媒体课件要合理地设计背景和字体大小、颜色及行距等，突出重点。通过多媒体教学，学生觉得课程不再是空洞的理论堆砌，各种类型传感器的原理及应用就在同学面前展示。实际教学中，将多媒体和板书结合到什么程度是一个值得探索的问题，多媒体课件一页的内容极其有限，讲完一页翻到第二页时，前一页的内容就看不到了，讲解第二页的内容时，学生上一页的内容只有一个大概的模糊认识，全部的多媒体教学不适合本课程的教学。实践中发现，讲解的内容侧重公式推导时，还是以传统的板书为主，这样更利于将连贯的公式推导过程思路展示给学生。

2.4 课堂互动，课堂提问的方法实践

课堂教学中，师生的有机互动能显著提高课堂教学效果和学生的学习兴趣。课堂提问是师生互动的良好手段，实践教学中发现讲解某些内容，提问学生会踊跃回答，课堂气氛活跃。而讲解学生没兴趣的内容时，学生会低头玩手机，课堂气氛变得沉闷。课后，和学生交流找出问题所在，学生对感兴趣的内容反应活跃，因此，对于什么内容提问、提问的方式是课堂教学中值得深入思考的问题。例如：应变电阻式传感器部分，提问电子秤的构成原理，学生大多积极尝试回答，基于应变电阻式传感器的称重装置在生活中已见的很多，学生也有兴趣。而提问光栅传感器的内容时，平时生活接触很少，学生没有兴趣，几乎没人主动回答问题。

3 《传感器原理》教学效果的提高

通过《传感器原理》课程的教学内容和教学方法的探索与实践，重点从以下几个方面提高教学效果[3]。

（1）多开展教研活动，集中教研室集体智慧，完善教材内容，探索《传感器原理》课程的课堂和实验教学方法，培养年青的师资力量，提高年青教师的教学能力。

（2）根据高职本科的学生特点，开展教材建设，运用现代多媒体教学技术，精心制作多媒体课件，把枯燥的理论内容以生动的画面展示给学生。

（3）采用启发式教学增强课堂互动，充分利用短学期实践环节，充分调动学生运用光电传感器件、新方法、新技术的积极性，努力提高学生的实践应用能力，使学生受到良好的综合技能培训，培养应用技术型人才。

（4）构建“知识、能力、素质”的新型教学模式，以提高学生的就业能力为重点，对教学目的、教学内容和教学方法不断进行改革，适应快速发展的时代要求。

（5）根据学生对象、本校测控专业的实际情况，引入新型传感器套件、系统以及技术到课程内容中，结合生产实际设计应用实例，使学生有更多的机会接触实际应用。

（6）利用短学期实践环节，将学生分为几个项目小组，让学生了实际工程项目中的设计要求和技术规范，并让学生利用课余时间到图书馆或通过互联网进行项目调研并代表项目小组给出原理性技术方案，组织不同项目小组的学生进行方案讨论.最后，教师对不同的方案进行点评。通过这种方法，极大地激发了学生的学习潜力，使学生主动了解相关传感器技术的应用和发展动态，有利于培养学生团队协作精神和创新思维能力，并提高学生的表达能力，取得了良好的教学效果。

4 结语

通过对《传感器原理》课程教学内容和教学方法的探索与实践，结合高职本科学生学习特点和时代需求重新编定了教学大纲、修订了理论教学内容，开发了基于项目设计的传感器原理实验内容。课堂教学中采用多媒体和板书有机结合，引入基于项目设计的教学方法和方案讨论式实验教学，激发了同学的学习兴趣，并获得了良好的教学效果。实践证明符合学生学习特点和满足时代要求的教学内容，再配合兴趣导向的教学方法可明显的提高课堂教学效果，并可充分锻炼学生的实践应用能力。

参考文献

[1] 纪辛然.应用型高校转型背景下传感器课程改革的研究[J].办公自动化，2017，22（20）：17-18.

[2] 孟翔飞，谢启，李鑫.《传感器原理与检测技术》课程教学改革实践探索[J].高教学刊，2016（17）：78.

[3] 陈宝玉，刘正国，冯荣达，等.关于《工程光学》课程教学的几点探索与实践[J].科技资讯，2011（20）：212-213.