对“传感器原理与应用”教学内容更新的探索

杜立峰 李丽华

[摘 要]该文针对传感器原理与应用这门课程在教学内容上的滞后性，探讨了一些解决方法。首先，在理论课上，采用翻转教学的教学方法，让学生自主学习，在学习的过程中自己追踪科技前沿。其次，在实验课上，采用单片机和传感器相结合的方式，开展综合性实验项目。让学生独立采购、接线、编写代码完成实验设计，真正做到学以致用。

[关键词]翻转教学;传感器技术;课程改革

[作者简介]杜立峰（1985—），女，山东临沂人，硕士，四川大学锦城学院电子信息学院讲师，主要从事脑机接口研究。

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）33-0301-02[收稿日期] 2020-01-12

一、概论

传感器原理与应用是电子和物联网工程专业的专业基础课，是一门理论与实践结合紧密的综合性学科。这门课程主要介绍了温度传感器、压力传感器、压电传感器、磁电传感器、光电传感器、温湿度传感器等几种常见传感器。内容涉及这些传感器的物理化学效应、结构设计、性能参数和测量电路等。另外，再配上传统的传感器综合实验平台进行一些验证实验。

随着科技的迅猛发展，新型传感器层出不穷，比如MEMS加速度传感器、陀螺仪、新型可穿戴传感技术等，然而，这些新技术、新应用虽然是学生最感兴趣的，却并没有在传统课堂上得到更新。另外，传感器综合实验平台上的实验仪器过于简单，与市场上的传感器差别很大，学生无法学以致用。因此，怎么更新这门课程的知识，怎么学以致用是迫切需要解决的问题[1-3]。本文从两方面进行探索，一是从理论课入手，采用翻转课堂的形式，通过学生自己来追踪传感器的热点。二从实验教学入手，采用全新的实验平台，提高学生的动手能力，并使其能够做到学以致用。

二、结合翻转课堂对教学内容进行更新

翻转课堂是一种全新的教学模式，完整的过程分为三部分：课前学生自主学习，课中学生探讨，课后学生巩固[4，5]。该模式以学生为主，老师为辅，充分调动了学生的积极性。在传感器原理与应用这门课程中采用翻转课堂的形式能够让学生自己发现新知识，达到事半功倍的效果[6，7]。具体教学设计过程如右图所示。

1.课前。以光纤传感器设计为例，在每次上课前3—7天，老师首先发布关于光纤传感器的基础知识，比如光纤结构、光纤传光原理、光纤基本参数等知识点。发布的形式可以是视频、PPT等。另外，老师发布应用实例设计的任务，比如设计一种可以测量位移、速度、角度、转速的光纤传感器。学生需要在课前完成基础知识的学习，以组为单位完成应用实例设计的任务。在这个过程中，学生通过自己查阅资料，就会了解到新型的传感器有哪些以及可应用在哪些领域。比如在进行角度光纤传感器设计时就会了解到光纤陀螺仪的原理与应用。同时，这个过程还会提高学生的参与度。

2.课中。上课时，为了保证每一名学生都能够参与到教学活动中，教师可以将班级学生划分为不同学习小组，将教学任务转变为不同的自主探索问题发放至每一个学习小组。要求学生根据自己在课前所查阅的资料以及教师所发布的实例设计任务，来解决问题并且得出相应的理论知识。这样学生所获得的知识不再是从教师的教学中得来，而是通过学生自己努力探究而来，学生对于知识的掌握将会更加深刻。同时为了保证学生的自主探究能够顺利的展开，教师在学生自主学习过程中也并不是说完全能够放手让學生自由发展。教师需要做好教学引导工作事先为学生讲解，在自主学习过程中可能会遇到的问题和解决方案。同时教师也应当参与到学生的小组讨论中去，及时发现学生在自主学习过程中所遇到的问题，给予学生具体的解决思路保证课堂教学可以顺利的展开。随后后教师可以让学生以组为单位汇报其基础知识学习情况，也可以开展课堂测验检测学生的学习效果。接着由每个组进行成果展示，汇报自己组的应用实例设计任务完成情况。期间，同学们可以在老师的引导下相互讨论。最后，老师针对学生的汇报与讨论总结知识点，并进行答疑。需要注意的是，教师要在学生发表个人观点时，总结归纳学生的具体学习状态以及学习薄弱点，以此来改进教学，这样在接下来的教学与未来复习中能够提高教学针对性，专门提高学生的学习薄弱点。

3.课后。为保证学习质量，老师可以在课后布置作业以进行知识巩固。课后作业的类型可以分为理论与实践两方面，理论知识主要以书面作业为主，但在课后书面作业中，教师需要尽可能核知考核知识点出现重复性，需要结合教学内容将传感器原理与应用按照工作原理分类、测量分类、敏感材料分类和能量关系分类以及应用领域分类，以此来增强课后作业的考核针对性。而课后实践性作业，则要求学生利用相关实验器材来完成课堂理论知识的验证与实际应用，在实验过程中强化学生对理论知识的理解，也提高了学生的实际动手能力，丰富了课后作业形式，让学生对传感器原理与应用的教学内容理解更加深刻。课后实践性作业学生必须要有相应的实验器材，这就需要教师与实验室做好能够在能够在课余时间为学生开放实验室完成实践作业。与此同时，教师如果能够经常为学生取得使用实验室的机会，那么也有助于学生在课后自主学习完成自主课题，进一步提高学生的实践应用与创新能力。

综上所述，在上述教学设计过程中，学生自己学习，自己调研，自己设计，这个过程既能让学生掌握知识，又能让学生追踪传感器发展趋势，紧跟市场潮流。当然，这一过程的开展需要监督措施的有效配合。

三、结合Arduino对实验内容的更新

要完全掌握传感器原理与应用这门课程不仅要学习工作原理、结构设计，且还要会用，而它们的使用离不开单片机。Arduino是一款上手非常简单的单片机，完全不需要老师讲解。因此，可以采用Arduino与传感器相结合的方式进行实验教学。比如可以开设试验项目“超声波传感器测距实验”“温湿度检测实验”“PM2.5浓度检测并报警实验”，甚至可以与射频识别技术相结合来完成“车辆管理系统设计”“智能家居体验”等综合性实验。这些实验需要学生自己购买相关传感器，自行接线，自己完成代码的编写工作，非常锻炼学生的动手能力，可以说完全使学生做到了学以致用。