主页 > 技术文章 > 试论高职院校《传感器技术及应用》课程的教学改革 2021-11-19

试论高职院校《传感器技术及应用》课程的教学改革

摘要：《传感器技术及应用》是一门繁杂的交叉学科，也是理工类专业的一门重要课程。为了适应社会对高素质技能型人才的要求，我们对该课程的教学内容、教学方法进行了大胆的改革。实践证明，学生的学习积极性、技能及分析问题、解决问题的能力得到了很大提高，课程改革取得了很大的成功。
　　　《传感器技术及应用》课程既是电子、自动化、机电一体化等专业的一门专业课，在现代检测与控制系统中有着举足轻重的作用，也是一门内容繁杂的交叉学科。从转换原理上来说，涉及电学、磁学、光学、化学等学科；从应用角度来看，又与测量学、电子学、计算机技术及自动控制技术等紧密联系；从每一种传感器的转换机理及应用场合来说，内容相对独立；就学习方法来说，又是理论与实践相结合的一门课程。
　　随着企业对高素质技能型人才要求的提高，我院在教学中本着“技能为主、理论够用”的原则，结合企业对于工作人员传感器应用能力的要求，对《传感器技术及应用》课程的教学进行了大胆的改革，切实体现教学过程的实践性、开放性和职业性，取得了比较好的教学效果。

　　理论教学的改革
　（一）教学内容模块化:
　　因为该门课程内容繁多，教学课时又有限（40～60学时）,教学内容不可能面面俱到；而且在企事业的实际应用中，不同行业所使用的传感器也各有侧重。针对以上特点，我们将教学内容分为基础模块和选用模块。基础模块包含测量基础知识模块、温度测量模块、光测量模块、磁测量模块；选用模块包含力测量模块、位移测量模块、其他传感器模块（如超声波、火焰等传感器）及传感器网络模块。基础模块为各专业必讲内容，而选学模块则供不同专业在组织教学时选用，如机电一体化专业可选学位移、力传感器模块，而电子类专业则不选或降低要求，以满足不同领域的要求。
　　（二）教学内容的优化:
　　目前的传感器教材在内容的编排方面，考虑到系统性和完整性，顺序一般安排为基础知识、各种类型的传感器、信号处理电路，最后介绍智能型传感器和传感器网络等新知识，这样的安排不太适合职业院校对学生职业能力培养的要求。如“信号处理电路”的内容安排在各种传感器内容之后，当讲到该部分时，相关实验都已做过了，这时再来学习接口电路意义不大。为此，我们在组织教学时，对部分内容进行了调整。（1）将“信号处理电路”的内容放在基础知识模块。这样调整的好处是，在学习具体传感器之前，先掌握对传感器输出信号的处理电路，等讲到具体传感器时，学生便能针对不同的传感器选择相应的处理电路，并进行相应的实践，做到学以致用，提高技能。（2）将“智能型传感器”一章打散，把对应的智能型传感器放到每一个具体的传感器教学模块中。目前，传感器的智能化、集成化已走向成熟，很多半导体制造商都研制、生产出了各种智能化、集成化的传感器及传感器专用处理电路，将该内容分布到每个模块中，一是可以使学生对智能传感器的学习更有针对性，二是能做到将最新技术、产品介绍给学生，三是每一模块仍自成一体，不会使教学内容离散。为此，我院编印了部分智能型、集成化传感器补充读物，供学生课后阅读。（3）教学过程的组织淡化理论，重在应用，充分应用现代教学手段。
　　该门课程教材的主要内容为转换原理、基本特性等，而职业院校毕业生的去向主要为生产一线，重点在于应用，只要知道如何使用、选择传感器即可，很少需要进行理论研究。因此，在教学中只需要让学生定性地了解传感器的工作原理，熟悉其基本特性，对于原理性的理论推导可以不做要求。对于一些定理，只要知道定理内容及在生产实际中的应用即可，对于定理公式的推导则没必要详细介绍。对此部分内容感兴趣的学生可以自学，有问题再向教师请教或自己查阅资料。例如热电偶传感器的中间温度定律，学生只要明白该定律的作用为热电偶传感器的冷端补偿，至于该定律的理论推导则无须占用课堂时间。学生学习的重点在于如何根据传感器手册、应用场合、测量范围等指标选用传感器，而对于很多公式、理论等内容则以学生自学为主，重点在于培养学生的技能。
　　在教学过程中，对于基本概念的教学仍然采用传统的教学手段，对于新技术、新知识或相对比较简单的内容，如“传感器网络”、“超声波传感器”等内容则采用多媒体教学。对于一些智能型传感器，则要求学生充分利用网络资源，了解传感器发展的最新动态。
　　实践教学的改革
　（一）实践教学内容的改革:
　　在教学中，我院将实践教学内容由传统的实验调整为实验、实训和课程设计。
实验教学内容的改革目前，传感器教学主要是在学完理论后做1～2个实验，这些实验绝大部分属于原理性、验证性的参数或性能测试类实验，而且现在的各种传感器实验仪也只能做验证性的实验，应用性、综合性的实验几乎没有，导致学生对待实验兴趣不高、实验效果不理想等问题。针对这一现象，结合职业院校对人才的培养目标，我院在保留几个典型的原理性、验证性实验（如电阻应变片性能测试）的基础上，大量增加实训环节。原理性实验供学生测量传感器的特性，以培养学生科学的实验方法。实训环节为每学完一个传感器模块后，针对所学内容，让学生设计、制作一个相应物理量的测量电路，主要训练学生对传感器的选择、信号处理电路设计等实际应用能力。每个实训设计成小型项目，主要内容为：（1）温度传感器应用实训；（2）压力传感器应用实训；（3）磁传感器应用实训；（4）转速测量应用实训。实训的目的在于培养学生综合运用所学知识的能力，根据需要选择相应的传感器，掌握常见传感器测量电路的调试方法、步骤等。这样，学生走上工作岗位以后能够很快地进入角色。
课程设计教学内容的改革课程设计是职业类院校培养学生实际技能的重要环节，通过课程设计可以培养学生综合运用所学知识解决工程实际问题的能力，以进一步巩固、深化、扩展本课程所学的理论知识，并用来指导实践技能。根据企业需要及人才培养方案的要求，我院测控类专业安排一周专门时间的课程设计，通过一周的综合训练，激发学生的学习兴趣，培养学生的技能，并取得了理想的效果。
　　（二）实践教学的实施:
　　实验教学传感器基本特性测试实验仍采用传统的方法，在CSY-2000型传感器实验仪上完成。学生主要根据实验指导书给出的步骤测量若干个数据，并根据测量数据绘制出相应传感器的特性曲线，计算其灵敏度等，通过实验教学培养学生科学的实验态度，掌握基本的测试技术，这些都相对比较简单，也容易实现。
　　实训及课程设计相对于实验来说，实训和课程设计要难得多，但也是最能锻炼学生技能的环节。在实训教学过程中，由3～5个学生组成一个小组，以小组为单位组织实训。教学采用循序渐进的方式，由简单到复杂逐步加大难度。例如，“温度传感器应用实训”项目的实现框图如右图。在该实训的教学中，若所有的电路都让学生去做，难度较大，有的学生能做出来，而有的学生会觉得实训太难而退缩。因此，我们在实训时，对于后面的三个部分不要求学生去做，用数字电压表来代替，学生只需要做前面两个方框，即传感器的选择和信号处理电路，学生的主要精力转移到传感器的选择与信号处理电路的设计与制作、调试上来，难度降低很多。而接下来的实训则逐步要求部分学生做出全部电路，并能正确调试电路，直到完成相应物理量的测量。
　　通过前面四个实训内容的锻炼，大部分学生已能够基本掌握传感器测量电路的设计、制作与调试工作，也为课程设计的完成打下了坚实的理论、技能基础。课程设计是培养学生综合运用所学知识的重要环节，教学中将课程设计的课题看成是一个项目，每个项目由3～5个学生来完成，指定或选出能力较强的学生作为项目负责人，负责整个项目的实施，在认真研读课程设计指导书，了解任务的基础上合理分工，使每个学生负责一部分电路，并明白每部分电路之间的联系，集中小组所有学生的智慧，协作完成整个课程的设计任务。经过两轮课程设计的验证，每个小组都能按时完成任务，使学生分析与解决工程实际问题的能力得到提高，锻炼了学生的动手能力，也培养了学生的合作能力。
　　经过两个学期的实践，与原有的教学方法相比，《传感器技术与应用》课程的改革取得了显著的教学效果，学生的技能得到了提高，也为其他课程的改革提供了借鉴。

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