现代化教学手段在“传感器与检测技术”课程教学中的应用

戴 华，明志新，庞 璐

（湖北水利水电职业技术学院机电工程系，湖北武汉430070）

0 引言

传感器系统处于信息采集的最前端，具有信息感知与获取、检测的能力，是检测系统和控制系统的基础与根本，被喻为“机器的五官”[1]。近些年来，传感器系统的应用范围十分广阔，主要应用在机器人产品设备，工业制造设备、电子与特种等设备[2]。传感器系统对于所有专业而言，都是密不可分的、必不可缺的，为此，我系开设了“传感器与检测技术”这门专业主干课程。

现代素质教育的基本特征与目标是要全面提高学生的基本素质，尊重学生的主体精神，开发学生的智慧潜能，培养学生的创新精神，形成学生的健全人格[3]。高等教育要进一步转变教育理念，深化教育改革，努力培养具有创新精神的高级专门人才。而建立和发展现代化教学方法与手段是培养具有基础牢、知识广、能力强、素质高的创新精神人才不可缺的重要组成部分[4]。

1 传感器课程教学手段与方法的现状及其原因

近几年来，各种高新技术与检测技术飞速革新，新型材料与微电子等技术的快速发展，各类传感器研究新成果不断涌现，而在传感器相关教材的内容上，没有及时跟进新技术而显得陈旧[5]；在教学内容上，偏重于讲解各类传感器原理与测量检测技术电路，内容深而难以理解；在教学手段上，一直沿用板书教学的基础水平的传统的教学手段，或者仅使用PPT演示教学[6]；在教学方法上，主要采用向单向注入式的“填鸭式”与“满堂灌”的课堂讲解为主的教学方法。

这种使用陈旧的教材内容，讲解枯燥的教学内容，运用落后的教学手段，沿用单一的教学方法，使得传感器相关课程教师的教学效率低，学生的学习效果差，远远不能满足传感器专业人才在新型技术高速发展和社会经济发展中的需要。

造成以上的种种现象的主要原因，一方面是学校对教学相关方面的资金投入力度不大，使得教师的教学手段仍然被传统的教学手段所主导[7]，另一方面，在面对日新月异的教学现代化改革浪潮和不断涌现的新型技术时，不少教师对出现的新技术不敏感，表现迷惘与困惑，不敢主动打破陈规，不敢主动学习新知识、新技术，导致新型理论知识储备不足，加上学校缺乏开设实践课的条件和课本内容脱离生产实际，也是造成传感器课程教学手段和方法改革步履维艰的原因。

在人类的知识以几何级速度不断增加的现代技术迅速发展的社会大环境下，这将必定会促进人们不断的更新他们的知识，以满足现代社会生活的需要，才能跟得上现代科学技术发展的步伐[8]。由此可见，培养学生的学习能力是全社会的需要，也是现代教育教学的特点之一，因此，采用先进的教学手段与方法是教学变革的大势所趋。

2 现代化教学手段与方法在传感器教学过程中的运用

（1）教学方法的创新

1）项目案例教学法，把项目案例引人课堂教学，进行项目教学和案例教学。

项目案例教学法就是让学生将所学的理论知识，直接地应用到实际工作项目中去[9]。这样，极大地调动了学生学习知识的积极性，提高了学生的思考能力，增强了学生的决策能力。

在设计“教学加工两用型微型数控铣床”时，如何利用传感器控制数控铣床X、Y、Z轴运动极限，把这一工程实际应用与讲述不同种类传感器原理案例相结合，让学生一边学习各类传感器原理知识，一边思考如何利不同种类的传感器来限制数控铣床X、Y、Z轴的运动，一边动手验证自己的学习效果。教师根据实际项目中出现的不同问题，及时调整实验课的内容，让学生边学、边思考、边动手做，很好的改变了以往的传感器实验中以验证性试验为主的教学模式，不仅能提高学生的思考和动手能力，还大大提高了学生的学习兴趣。

2）研究性教学法，在设计性实验和综合性实验过程中可以引导学生参与研究工作，指导学生开展一些传感器相关的实践项目，进行研究性教学法[10]。

设计性实验和综合性实验，同样可以应用到设计“教学加工两用型微型数控铣床”项目中，开发不同类型的传感器来控制数控铣床X、Y、Z轴运动极限，例如，电感式传感器、光电式传感器等等。

通过这些在“教学加工两用型微型数控铣床”项目中的设计实验的研究性教学法，很大程度上调动了学生的学习主动能动性。实验中只给出控制数控铣床X、Y、Z轴运动极限这一设计目标要求，其他的内容学生根据所学知识独立完成，加强了学生对工程项目的认知能力和设计能力，同时也为学生提供了更为广阔的空间来发挥自己的潜能。

3）自学与讨论式联动教学方法。自学与讨论式联动教学方法是先由教师发布学习的内容与目标，并提出相关内容的重难点，再由学生根据发布的内容，自主学习，并对学习内容进行讨论与质疑，最后由教师对学生自主学习提出的问题进行讲评和总结，检查学生的学习效果，从而使学生获得相关的知识[11]。

在讲解工业机器人、电梯等设备上所用新型传感器技术时，学生要根据教师所发布的新型传感器的功能，自己收集相关资料，并在课堂上自己进行归纳和讲解。然后将自己整理的理论知识到工业机器人实训室和电梯馆去验证。整个教学过程中，教师负责对学生的学习情况进行监督并提供指导意见，在整个过程中，学生要学习如何发现问题，学习如何解决问题。理论知识与实验相结合，一方面极大地提高了学生的学习兴趣与课堂参与程度，对传感器了有更加实际性的了解，另一方面也提高了学生发现问题、解决问题的能力和动手能力。

（2）教学手段的改进

1）利用多媒体辅助教学。信息技术的快速发展，也为教育提供了多种多样的教学手段，运用多媒体课件如PPT演示、传感器应用视频的播放、现场实物模拟教学和教师与学生互动教学等辅助教学手段与传统教授方式相结合[12]。

教师每学期查阅参照不同版本的教材以增加教学的信息量，关注最新的传感器相关技术信息，及时更新教学内容，在开阔了教师和学生们的知识面的同时，也很好地避免了照本宣科的单调理论教学，使用大量不同的教学软件和多媒体素材以及最新的传感器相关技术信息，编写内容丰富多样、趣味横生的课件和教案。

利用图像、动画、影片等辅助教学手段展示传感器原理、运行、变化过程和理论模型等，更加清楚明了、形象生动的阐明和演示各种传感器的结构，很好地调动了学生学习的积极性，活跃了课堂气氛。

2）引入“虚拟现实”教学方式。“虚拟现实”教学方式就是在课堂上利用计算机技术模拟处理现实问题的一种教学方式[14]。

在讲解新型传感器技术在电梯设备中的应用时，传统的传感器课程教学，学生只能接触到有限的书本知识，无法直接、全面地了解现场的学习内容，限制了学习的效果性和目的性。而通过引入“虚拟现实”教学方式，让学生带上VR装备，身临其境模拟对各类电梯传感器进行安装和调试，使学生掌握传感器在电梯上的应用。还可以让学生“进入”电梯轿顶，直观的感受传感器在电梯运行时的工作情况，给学生以真实性和交互性，可以为学生逼真展示出电梯上各种传感器模型。并且可以通放大设备，让学生“进入”各类传感器内部，更好的了解传感器的结构、性能、原理和参数等等。这种“虚拟现实”教学方式，让学生直观地体验所学的传感器相关知识在现实设备中的应用，验证了所学知识，极大地提高了学生的学习积极性和学习积极性。如图1所示，为电梯安装传感器VR片段截图。

图1 电梯安装传感器VR片段截图

3）开发网络教学。运用现代信息网络技术手段，开发建立网络教学平台，将其融入教学过程中，制作与教材相配合的“网络作业与练习”，能够很好的培养学生的思维判断和接收新知识的能力[15]。运用网络教学平台的功能，设定学习关卡，指定学生主动学习网上的最新传感器技术信息，并对学生网上学习情况进行测评，从而很好的弥补了课程教材不能及时更新的不足。通过网络教学平台的互动功能，实现教师与学生之间，学生与学生之间的实时互动、专题问题讨论与解答，从而实现了知识获取的最大效益。如图2所示，为学习网络教学平台。

图2 学习网络教学平台

3 结束语

在现实的传感器课程教学中，许多的教学手段和方法还是沿用以往的传统教学方式，比较陈旧，学生在课堂上绝大多数是被动的接收知识、记忆知识，难得有机会积极主动的参与，这在很大程度上束缚了学生的学习思维方式和创新精神。在知识经济的爆炸式发展需要有创新能力的人才的今天，这种传统的课堂教学方式，已经不利于人才创新精神的培养。因此，有必要改进现有的教学手段与方法，以适应新形势下知识经济对发展教育的需要。