应用型本科建设下《传感器技术》的教学改革*

福建江夏学院电子信息科学学院 黄敏 黄淑燕 黄幼萍

《传感器技术》是电子信息类的综合性专业课，传统的传感器技术在教学过程中存在理论性太强，教学实例抽象以及实践以验证性实验为主等不足之处。为了提高学生工程实践能力，现以应用型本科专业建设思想为基础，在理论教学方案实施过程中精简理论环节，加强学生在工程实例中传感器的选取与使用的实践能力培养；将传感器实验由原来的验证性实验进行扩展，具体包括对数据进行处理分析的能力训练、引入虚拟仿真实验、加入综合设计类实践项目。这些教改举措都将对学生在参加专业竞赛以及未来参加工作后的工程应用都起到一个不可忽视的作用。

应用型本科教育作为一个教育概念在我国提出的时间不长。进入20世纪80年代以后，国际高教界逐渐形成了一股新的潮流，那就是普遍重视实践教学、强化应用型人才培养。国内的诸多高校近年也纷纷在教育教学改革的探索中注重实践环境的强化[1]，因为人们已越来越清醒的认识到，实践教学是培养学生实践能力和创新能力的重要环节，也是提高学生社会职业素养和就业竞争力的重要途径。

传感器技术，通信技术与计算机技术构成现代信息技术的三大支柱，在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段，其重要性不言而喻[2]。在培养应用型人才的背景下，《传感器技术》作为电子信息工程，光电信息工程，物联网工程等专业的一门专业必修课，培养目标侧重点应该放在提高实践动手能力、分析问题以及解决问题的能力、创新能力以及综合素质等方面，使学生在掌握各类传感器的原理基础上会合理地选择与使用传感器，由此能够设计一个传感器系统来解决生活生产中实际问题，为就业做好知识储备和实践能力的培养。

1 现有教学方法的不足

目前《传感器技术》课程教学过程中主要存在以下问题：

(1)现主流传感器教材以及慕课平台上的传感器相关课程比较重视传感器基础理论的讲解，与应用型本科建设指导思想并不完全吻合。在侧重理论的传感器技术教材引导下，学生的实践能力得不到很好的锻炼[3]。《传感器技术》属于一门综合性较强的课程，涉及光学、材料、电子、生物、半导体、信息处理等众多领域，如果要在有限的课时内面面俱到，难免学生听了觉得空泛，导致一个“老师难教，学生难学”的尴尬局面。

(2)现存网络上的《传感器技术》电子课件以及教材配套的电子课件在传感器举例与应该这一块，多数还是以比较简化的原理框图为主，学生在学习的过程中觉得抽象，难以对其有一个直观的认识。

(3)《传感器技术》这门课实验以传感器实验箱[4]为平台，多数为验证性实验：针对某个传感器测量参数由此得出此传感器的灵敏度、线性度等指标。学生在实验的过程中看到的是一个封装好的传感器，无法了解内部结构，电路的连接也只是简单的插线，并没有涉及到转换电路的设计。

2 教学改革方案探讨

教学方案中应该减少理论推导在课程中教学占比。在侧重理论的传感器技术教材引导下，学生的实践能力得不到很好的锻炼。《传感器技术》属于一门综合性较强的课程，涉及众多领域，课程特性使得本课程在讲授过程中无法面面俱到。若是每一方面都进行梳理，难以避免“蜻蜓点水，浮于表面”。本教改执行过程中，首先对原课堂教学内容进行梳理，将理论基础作为先知知识进行简单概括性介绍即可，理论性太强的推导过程进行省略。

教学课件中配套形象演示动画与工程应用实例。目前网络上的《传感器技术》电子课件以及教材配套的电子课件在传感器举例与应用这一块，多数还是以比较简化的原理框图为主，学生在学习的过程中觉得抽象，难以对其有一个直观的认识。应用型本科教育宗旨是培养具有实践动手能力的青年一代，学生在脱离工程实践的场合无法对抽象框图和文字进行消化和想象，更别提转化成自身知识来指导工程实践。但是实际教学过程中，也无法进行实际场景教学，如何解决这一矛盾，在课堂教学中若融入形象生动的工程动画以及视频演示可以达到一个较好的效果。

实验教学方案旨在提升学生动手能力、工程应用能力培养。《传感器技术》这门课实验以传感器实验箱为平台，这些实验在进行的过程中学生接触到的是一个封装好的传感器，无法了解内部结构，传感器的外围电路设计也已经做好封装在实验箱面板下方，并没有让学生真正涉及到转换电路的设计。原本验证性实验可以进一步加强理论课上相应类型传感器的性能指标的理解，但是无法涉及到将传感器放在某个工程实践中该如何使用。本着应用型本科注重动手能力的宗旨，需要加入综合性工程设计类的传感器实验，包括传感器系统的编程实践与传感器系统电路设计实践以及对传感器系统的现场调试[5]。

3 改革实施方案

3.1 理论教学实施

在应用型本科建设的指导思想下，针对目前上述《传感器技术》课程教学过程中主要存在的问题，教改实施的过程修改与完善了《传感器技术》教案。

结合教材保留理论部分，但是精简这部分内容，例如在传感器的一般特性这一章中省略最小二乘法推导过程，直接给出结论公式并配套计算实例，让学生快速上手接入工程应用。在电阻式传感器章节中省略引起温度误差因素的公式推导，重点说明和讲解在工程应用中使用的补偿方式-电路补偿。类似上述处理在每一章中都进行了梳理。

注重从实际工程项目的导入。根据具体工程中所需实现的功能选取传感器类型，再结合具体的环境指标和参数比较选定传感器型号。工程项目可以来自于公司的实际产品，也可来自于学生专业竞赛例如“电子设计大赛”“单片机设计竞赛”“智能车大赛”等。每一章最后一部分内容都有大量的工程应用实例来丰富和扩展学生对于传感器在实践中的应用[6]。

结合视频可以让理论知识点深入浅出，从一个宏观的角度让学生认识到传感器看似高深的文字描述原理，动图描绘的工程实例让学生体会到传感器系统是切实的身边存在的。目前传统教材和主流课程所罗列的传感器很大一部分都比较“高大上”，学生平时就没遇到过，再加上课本里的图片和原理都很抽象和简略，学生在学习过程中找不到“共鸣”，难免觉得枯燥。故视频与动画大多从网络资源中收集，同时在科研进行中对实验过程进行拍摄、并进行后期剪辑处理。视频演示以及动图的展示方式则几乎在每一章都有体现。

3.2 实验教学实施

将原有的只基于CSY教学仪器的验证性实验这一部分扩展成三部分，分别如下：

(1)基于CSY教学仪器的传感器技术实验。此部分实验以验证性为主，主要是学生测量传感器输出的一系列数据。此前教学多数以学生测完数据用笔计算和画出相关特性曲线。在本次教改实施过程中这部分教学加入关于数据处理部分的计算机处理方法，例如用Excel拟合特性曲线，并直接由软件算出特性参数。此部分具体实施如表1实验1-实验5所示。

(2)基于虚拟仿真仪器的传感器技术实验。传统的实验教学设备CSY系列传感器实验系统重在使学生对传感器工作原理及测量电路方面得到更多的直观认识和理解，内容单一枯燥、硬件设备容易损坏。而虚拟仪器则不存在传统仪器设备的缺点，它将显示内容与数据处理的过程都在计算机上完成。本项内容实施主要使用的Protues。实验“超声波传感器的使用与测距仿真”是基于虚拟仿真仪器的传感器技术实验的具体实施。此部分具体实施如表1实验6所示。

(3)传感器实践项目。以兴趣为引导学生自主选择做出能够解决实际问题的含有传感器的系统。教改实施过程中选取了一个具有代表性的实践项目：激光测距系统的设计与实现。这个综合性实验利用4个学时引导学生完成系统中主要传感器TOF传感器的使用，并利用模块电路与主控单片机进行连接调试和编程，最终实现具体的测距系统。此部分具体实施如表1实验7所示。

表1 《传感器技术》实验实施方案简表Tab.1 Brief list of the experimental implementation scheme of"Sensor Technology"

4 结语

本次教改的成果特色主要是将《传感器技术》课程的教学侧重点由理论讲授转为注重培养应用型人才的实践能力。主要体现在精简理论环节，加强学生在工程实例中传感器的选取与使用的实践能力培养；将传感器实验由原来的验证性实验进行扩展，培养学生运用软件如Excel等对数据进行分析的能力，并引入虚拟仿真软件Protues让学生能够对传感器电路和编程有更清晰的理解。加入综合设计类实践项目，培养学生实际工程应用能力，在传感器的系统设计与调试过程中深入回顾与应用到一些前导课程理论如模拟电子线路、数字电子线路、单片机等课程所学过的知识，从而达到一个综合性专业素养的提升。本门课所涉及到的实际工程范例将对学生在参加专业竞赛以及未来参加工作后的工程应用都起到一个不可忽视的作用。

引用

[1] 李晋,陆勇.论新工科理念下地方应用型本科高校的特色发展[J].扬州大学学报(高教研究版),2020,24(6):9-14.

[2] 沈敏,余联庆.基于多学科融合的传感器与检测技术课程教学改革与实践[J].中国现代教育装备,2021,4(7):107-109.

[3] 潘敏.能力本位教育视阈下新建本科院校实践教学探讨[J].广西教育,2020,4(31):56-57+70.

[4] 王俊波.传感器综合实训系统的设计与实现[J].物联网技术,2020,10(8):114-115+118.

[5] 付克兰,张玲.创新型人才培养的传感器实验实训室建设研究[J].福建电脑,2019,35(4):65-66.

[6] 黄敏,张荣辉.专业竞赛驱动下单片机课程改革:以“合泰杯”为例[J].科技资讯,2018,16(28):162-164.