摘要:传感器作为信息获取的源头,是当前发展最快的技术之一,“传感器原理及应用”课程已成为当前测控技术与仪器专业以及相关的电子信息类专业的一门核心课程。为了充分反映传感器技术发展的最新成果,满足创新型、应用型人才培养对“传感器原理及应用”课程教学所提出的新要求,笔者分析了该课程的特点、教学目标和教学现状以及学生学习现状,对教学内容、教学手段和考核方法提出具体的改革措施,提高了学生的创新能力和自主学习能力。
关键词:传感器;教学改革;实物制作
作者简介:李姿景(1980-),女,河南新乡人,黄河科技学院信息工程学院,讲师,理学硕士,主要研究方向:电子信息工程专业教学;张具琴(1980-),女,河南信阳人,黄河科技学院信息工程学院,讲师,理学硕士,主要研究方向:电子信息工程专业教学。(河南 郑州 450000)
在当今信息化社会的发展进程中,传感器技术与信息技术、计算机技术并称为支撑现代信息产业的三大支柱,要成为社会所迫切需要的应用型、技术型人才,必须要掌握一定的传感器原理及应用方面的知识。所以,“传感器原理及应用”也成为电子信息工程、自动控制、应用电子技术、机械工程及自动化等专业学生的必修课程,但真正要使学生在学校就能具有传感器技术方面的基础知识,为以后适应工作需求奠定坚实的基础,就要求该课程的主讲教师能够在认真分析课程教学目标的基础上,结合所在学校条件、学生特点及该课程领域的最新动向和前沿知识不断进行教学改革。
结合三本类院校“应用型人才”的培养目标及该课程的教学现状,我们利用三年的教学实践进行了大量的调研和探索。针对该课程的特点和教学中存在的问题进行了总结和分析,给出了本课程教学改革的一些新思路、新举措,并应用于教学实践过程中,收到了良好的教学效果。
一、“传感器原理及应用”课程特点
1.综合性强
传感器的种类繁多,涉及支撑现代文明的几乎所有学科。要具体应用某种传感器实现实际的测量,则需综合应用这些学科的知识,而知识应用的多元化又使学生很不容易理出头绪,很难找到一条主线。
2.实践性强
不同类型的传感器讲解,各种各样工作原理的分析,最终都应归结为对传感器的实际应用上,在自动控制与检测系统中,传感器作为信息获取及转换的源头,给人们提供宏观与微观世界的各种信息,为社会生产和人类生活服务。“没有传感器就没有现代化科学技术”的观点已为全世界所公认。
3.知识更新快
科学技术的不断发展对传感器的发展也不断提出新的要求和挑战,尤其是近些年来,大批新型优质传感器不断涌现。例如,高温超导技术的应用带来了高温超导磁性传感器,新型有机材料的日趋成熟成就了新型光敏、离子敏传感器的诞生,计算机网络技术的发展也使智能、网络传感器逐渐成为传感器发展的新趋势。
二、三本类院校该课程教学中存在的问题
目前,对“传感器原理及应用”课程的教学工作,三本类院校普遍存在以下三个问题。
1.学生“重”实践“轻”理论的认知问题
三本院校的学生理论知识基础较薄弱,学生对纯理论课程的学习兴趣普遍不高,而对实践课程的学习兴趣较高。该课程传统的纯理论教学或者理论80%+实验20%教学模式必然使教学效果不佳。
2.学生层次差异较大,发展方向各异
由于受招生情况的限制,三本类院校的学生从进校开始就存在较大的层次差异,其今后的就业方向也千差万别,如果对该课程的教学搞“一刀切”,忽视学生的层次差异、个体差异、学习需求差异,其教学效果肯定不会理想。
3.教学手段和教学方法存在问题
提到先进的教学手段和方法,很多教学工作者就会想到“多媒体”,好像不用多媒体就不够现代化一样。其实教学手段和方法先进不先进,更多地体现在教育工作者的教育理念、课程知识储备及教育热情先进不先进上。没有先进的教学工作者,教学效果也一定不会提高。
三、“传感器原理及应用”课程改革的内容及成效
结合传感器的课程特点和当前教学中普遍存在的问题,主要做了如下的改革实践工作。
1.处理好理论课与实践课、板书教学和多媒体教学的关系
理论课是基础,是实践课的依托,为实践课提供理论支持;实践课是拓展,是巩固知识、提高能力的手段,二者应当并重。另外,先进的实验仪器只是提供了好的条件,是“硬件”,而与学生获得知识的程度没有必然的联系,要想让实验仪器发挥理想的作用,还需要结合老师的教学方法,这是“软件”,只有硬件和软件协调统一,才可能取得理想效果。
实践证明,传统的板书教学和多媒体教学各有优点。板书与讲解同步进行,节奏适中,学生有充足的时间理解、吸收所学知识,有很大的思考空间,而多媒体形象、直观、容量大,二者配合,可以最大程度调动学生的积极性,使学生的潜能得到充分的发掘。因此,在对教学内容的处理过程中,对原理、转换电路、误差分析等知识仍然采用传统的板书形式,而对传感器的应用,则采用多媒体教学,让学生直观地看到不同类型的传感器实物图及其工作过程。
2.进行教学方法和教学手段的改革
针对教学方法单一的缺点,结合传感器课程实践性强、知识更新快的特点,采用如下教学方法。
(1)提纲挈领,启发式教学。为了便于学生学习理论知识,我们对讲课的内容作了以下处理:先把传感器按原理分类,如电阻式、电容式、光电式等;再对每一类传感器,均引导学生按“应用—原理—转换电路—误差分析”这条主线来学习,大大减少了学生的负担。例如,在讲解电阻式传感器时,先以电子秤为例,让学生思考“为什么力这个非电量信号通过电子秤可以转换成数字信号输出”,引导学生思考。接着再详细讲解电阻应变片等相关理论知识,这样,学生会很积极地接受理论知识,并且印象深刻。最后,再为学生提供电阻式传感器在测量位移、加速度等方面的应用,拓展知识应用范围。
(2)关注前沿知识动态,采用讨论式教学。传感器知识更新较快,因此在教学过程中不可能传授学生“永不过时,终身受用”的知识,需要我们一直关注学科发展的新动态,教会学生上网查资料的方法。同时,不断地给学生提供一些常用、最新的相关网站以补充大量的科学前沿知识。譬如,讲到CCD光电器件时,可以给学生分组,让他们分别查阅CCD在照相机、录像机、传真机等方面的应用,然后大家再相互交流查阅的结果,互为补充。
为了拓展学生的知识范围、开阔眼界,提高其自学能力,我们经常上一些研讨课,例如以“新型传感器的发展”、“电容式传感器的应用”等为专题,先留足够的时间给他们查资料,然后再上课。学生查到很多关于新型传感器的知识,如光敏传感器、离子敏传感器、生物传感器等。对电容式传感器应用,除了教材上提到的位移、角位移、加速度等方面的应用,还查到它在手机触摸屏、湿度测量等方面的应用,取得了很好的效果。
(3)设立开放性实验,采用实物教学法。为提高学生分析问题、解决问题的能力,达到培养“应用型人才”的培养目标,我们在普通实验教学环节的基础上设立了开放性实验,新增了实物制作环节。
我们实验室拥有3台传感器与检测技术课程创新实验平台(THSMP-1),15台传感器系统综合实验装置(THSRZ-1),有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/滤波等模块,可以满足一般的教学要求。但是,由于这种实验平台的电路部分都是在内部封装的,即使做完了实验,很多学生还是缺乏对传感器的感性认识,因此,我们借助于电子产品工艺技术实训室,给学生新增了实物制作环节。譬如,讲光电式传感器时,我们以自动干手器电子开关为例,先让学生自己查资料,绘制电路图,选择传感器,再让他们自己动手焊接,调试好之后可以拿回宿舍去用,学生的积极性很高。有的学生用555时基电路、光电控制电路等部分来实现,而有的学生用红外光控电路加上三极管、二极管反相器、继电器等分离原理实现。因为电路比较简单,很多学生都可以调试出结果,很有成就感,对课程会产生浓厚的兴趣。学生产生兴趣以后,可以逐步提高制作难度,如有害气体报警器、数字温度计等。
(4)改革考核方法。针对改革后的上课方式,对考核办法作了相应的调整,学生成绩还是包括期末笔试成绩、实验成绩、平时成绩。主要变化是在笔试部分加入简单的分析设计题型,让学生根据具体情况选用传感器,并画出相应的测量电路,以反映学生根据所学知识在短时间内解决实际问题的能力;开放性实验(实物制作)成绩和验证性实验成绩共同决定实验成绩;作业、考勤、课堂问答等共同确定平时成绩。
3.改革的成效
(1)经过教学方法和教学手段的改革,学生对于“传感器原理及应用”这门课程的学习兴趣有了显著的提高,教学成果明显。主要表现在课堂学习气氛较浓,考试成绩也较以往有显著提高,学生在对老师的评教中也给予了很好的肯定;学生的实践应用能力也得到很大提高,主要表现在:学生在电子设计大赛等相关的竞赛中,对于传感器的选用及相关的外围电路设计明显比以前熟练,在对于传感器选用及调整等方面咨询的问题也明显更专业化,达到了应用型人才的培养目标。
(2)通过考核方式的改革,使学生跳出了“死读书,读死书”的怪圈,真正做到了学以致用,学生主动学习、创新性学习的动力有了很大的提高。
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(责任编辑:麻剑飞)