陈丽娜、孙杨、冯嵩
沈阳城市建设学院 辽宁省沈阳市 110167
摘要：传感器与检测技术课程是支撑学生逻辑能力和实践能力发展的重要基础，在整个素质化教育中所发挥的作用都是无可替代的。正因为如此，本文也将以传感器与检测技术课程为切入点，从教学改革的角度出发，分析专业培养要求和传统的教学方法，列举出改革的重点和措施，希望能够给相关教学工作者带来一定的参考和帮助，构建更加现代化的高效课堂，激发出学生的创造力和想象力。
关键词：传感器与检测技术；课堂教学；发展现状；解决方法
引言：
在素质化教育和新型课程改革深入发展的大背景下，当下国家在宏观上对学校课堂的要求相较于以往而言，也有了更加明显的调整和转变，不再以简单的理论知识背诵为本位，而是更加强调技能的发展和锻炼，这种变化也给教师的创新提供了更加鲜明的思路。传感器与检测技术本身就是工科电气信息类专业的重要组成部分，在整个基础课程体系中所占的比重也是尤为突出的，目的是让学生了解测量与控制，计算机应用，电子信息等领域的相关知识，培养学生的产品设计与创新运用能力。在过去，传感器与检测技术课程采用的是理论和实践相结合的模式，理论教学介绍的是传感器的原理，结构，特征，测量电路，误差分析等内容，具有十分明显的应用性特征。实验教学强调的是传感器输出性能的测验，包括压力，位移，电机转速，温度和湿度的测量，如果实验后不能正确的处理多种信息，那么也必然会影响实验结果的准确性和客观性，进而影响学生对传感器的理解和把握。
一、分析专业培养要求和传统教学方法
（一）专业培养需求
传感器与检测技术涉及到多个领域的内容，包括自动化与测控技术，仪器专业，电气自动化专业等方面，而且也涉及到不同类型的必修课，学识多，课时杂。专业培养的目的是为了让学生掌握传感器的基本原理和结构，分析传感器的应用场合和应用方法，构建测控技术的整体概念，充实自身的知识框架和体系，掌握传感器与检测技术的基本知识和技能，并以此为基础，对生产和科研中的检测任务作出准确的判断，选择正向的测量原理和方法，恰当的选择传感器和配套测量电路，构建完善的测量系统，完成一系列的测控任务，为后续控制类课程的学习奠定坚实的基础。
（二）主要教学内容
从自动化与测控技术及仪器专业来讲，主要的教学内容包括传感器与检测技术的基本知识，传感器的介绍，传感器的标定，检测技术和测试系统的相关概念，组成结构，实践举例等等。同时，这一专业也涉及到不同类型的实验教学内容，教师可以根据实验室配备的多种器材进行科学搭配和选择。
（三）传统教学方法存在的问题和不足
通常情况下，教师都把自己当做课堂的掌控者和支配者，学生的学习状态始终尤为被动，教师讲什么，学生就需要听什么。并且，有相当一部分教师并没有从传统的教学模式中寻求改革和创新，过于强调原理的论述，却并没有引导学生展开多元化的实践，过于依赖终局性的笔试成绩，没有让学生自行参与操作，实验环节甚至不计入考试成绩，所以学生也对这一领域不够重视。同时，我国检测技术的发展本身就尤为迅捷，但教材的出版往往需要经历一定的周期，这也就意味着，教材内容的设置明显滞后于学科的发展，并没有展示出传感器技术的前沿动态。另外，教师大多都采用课堂讲授的方法，引导学生跟随自己的思路，生搬硬套的学习理论知识，教师单方面认为学生的主动性较差，片面强调知识点的教学，从大学物理讲到模拟电路，又从模拟电路讲到数字电路，总想着代替学生完成学习过程，完成思考和知识的融会贯通，没有为学生保留充分的空间和余地。当抛出问题之后，没有给学生充分的思考时间，就直接公布正确的答案，久而久之，学生也会在这种机械性的训练中产生审美疲劳，他们的主动性和积极性会受到极大的削弱。
二、分析传感器与检测技术课程复合型教学的主要内容
传感器与检测技术本身就具有十分明显的应用性特征，既显示出了鲜明的理论特色，但又显露出了明显的实际操作特点，所以教师必须要树立理论服务于实践的理念，要保证理论教学和实践教学能够齐头并进，采取复合型教学的模式。在这里，传感器与检测技术复合型教学的主要内容可以从三个方面来概括。
（一）理论教学部分
在复合型教学模式的引导下，理论教学的主要目的是为了优化课程体系和内容，展示出课本的核心知识，并与工程实践紧密结合，为学生后续的操作奠定坚实的基础。在这里，课程内容主要包括传感器原理及应用，检测技术，检测系统三大主要模块。在这其中，传感器原理及应用部分包括传感器的基本特性，工作原理，组成结构，电路的测量等等，具有一定的抽象性和枯燥性，学生在学习的过程中也无法燃起兴趣和好感。在这种情况下，教师就应当更加侧重于对传感器工程实例的介绍。对此，教师就应当从教材中的各个章节出发，选择各个章节中列举出的工程实例，例如电子秤设计，数字血压计设计，电感式传感器，滚珠直径自动分选与技术，电涡流式安全门应用，电涡流传感器测位移，电容式传感器，压电传感器，压电式交通检测，磁敏式传感器，热电式传感器，霍尔式传感器测转速，火灾探测报警系统，燃气的自动熄火保护，光电式传感器，辐射与波式传感器，化学传感器，防止酒后开车控制器设计等等。以上这些不同的传感器，在应用的过程中都依赖着不同的原理和概念，测量电路的形式也是多种多样的。所以，教师就需要在学识有限的情况下，合理的安排课堂教学内容，改进教学方法，要让学生感受到理论知识在实践生活中的价值和应用，加深学生的印象和理解，让学生能够密切关注传感器的工程发展。
（二）实验教学部分
复合型教学模式重点突出实验教学的综合性和创新性，要引导学生参与操作和验证的过程。具体来讲，教师可以重点突出以下实验项目。首先，可以让学生开展电阻应变式传感器测压力的实验，让学生自主测量单臂，半桥，全桥这三个不同的电路，并把全桥电路当做基础，使用工程应用中的电子秤，设计压力表，在全量程范围内标定电路，并记录相应的数据和信息，学生在这一环节的探索中，能够提高自身测量参数和调试参数的能力。
其次，教师可以让学生参与电容式和电涡流式传感器测位移实验，把原有的单独实验综合到一起，让学生完成对位移的辨析和判断，并尝试数据分析和数据处理，计算出不同传感器的线性度，非线性误差和重复性等多种信息。另外，教师可以让学生参与热电式传感器综合测量与控制温度的实验，这一实验具有温度惯性大，动态过程复杂的鲜明特征，所以也需要耗费更多的学时，教师可以让学生使用不同的传感器，来进行温度的计算，丰富学生的认知和情感体验。同时，教师也可以把霍尔式和光电式传感器实验结合到一起，让学生完成对电机转速的测量，使用智能调节仪，提高测量的准确性和精确性。最后，教师也可以把湿敏与气敏传感器特性实验结合到一起，让学生利用气敏传感器，测量酒精浓度，用湿敏传感器，测量水蒸气含量。
（三）仿真部分
当实验告一段落之后，教师要引导学生对测量的数据进行处理和归纳，数据的处理主要包括三个方面的内容。首先是静态特性指标，包括灵敏度，分辨率，重复性，线性度等等，以上这些是传感器静态特性的衡量指标。就动态特性指标来讲，包括时间常数，幅频特性，相频特性，固有频率等等，为了尽可能控制数据的误差，教师应当让学生采用最小二乘法确定拟合直线，然后求出线性度或者是灵敏度。其次是误差的处理，测量数据的误差有三种类型，分别是系统误差，随机误差和粗大误差。针对系统误差，学生要分析产生的根本原因，并想出办法减小或者是消除。针对随机误差，要先计算出测量平均值，方差估计值和平均值的方差。针对粗大误差，要先计算出测量平均值和标准差估计值，然后判断是否真正存在。最后是传感器的特性曲线，传感器检测的数据和传感器输出量之间存在一定的函数关系，学生也可以绘制特性曲线来分析传感器的特点。以上这些归纳和整理工作，都需要大量的重复计算，具有一定的复杂性和多变性，学生在实践的过程中也很容易出现错误和疏漏。对此，教师可以提醒学生使用Matlab软件，让学生进行数值计算，展开误差处理，绘制特性曲线。
三、分析传感与检测技术课程实践改革的方法
（一）坚持以人为本的理念
目前，有许多学生在面对书本上的各种电路时，会产生恐惧和抵抗心理，他们的兴趣相对薄弱，对此，教师就应当注重激发出学生的兴趣和好感，让学生主动参与思维创造。例如，在强调传感器与检测技术的基本概念时，教师应当突出重点，不应当过度强调细节，要坚持循序渐进的原则，阅读不同类型的材料，了解自动化专业的多门课程，实现新旧知识的有效衔接，引导学生构建更加完善的框架和体系。在这里，教师可以提前一周把教学内容发布给学生让学生以小组为单位进行集体备课，让学生自己成为教师，在课堂上展现出自己的看法和观点，针对知识点阐述见解，展现自己的讲课思路，教师要根据每个小组的陈述进行归纳和总结，并引入学科前沿知识和热点问题，进一步拓展学生的想象力和视野[1]。在这一过程中，教师应当挖掘学生身上的闪光点和优势，要给予学生肯定和指导，引导学生反思自己在探索中存在的问题和不足，锻炼学生的思维活性。
（二）推动理论与实践的充分结合
教师应当尽可能从学生的实际生活出发，选择学生耳闻目睹的工程案例进行讲解，让学生能够真切感受到传感器的应用价值，提高对专业的认同感和自豪感。对此，教师可以根据课堂教学的重点和难点，把案例讲授和演示实验结合到一起，把原本抽象性的知识转化为具象性的内容，帮助学生集中注意力和精神，吸引学生的眼球，然后设计出不同类型的问题，让学生展开讨论和交流，让学生能够带着疑惑学习传感器的原理，结构和测量电路[2]。例如，在学习与解压电式传感器有关内容的时候，教师就可以先提到学生日常生活中常见的打火机，并询问：打火机为什么一按下去就会产生火花？再为学生介绍压电式传感器的工作原理，压力电陶瓷在受理之后，产生电能点燃汽油，最终产生火花，学生也可以由此联想到压电式超声波发生器。在学习与红外传感器有关知识的时候，教师就可以提到学生常见的自动门，询问：自动门为什么可以感应到人的位置？而后为学生介绍热释电红外传感器的工作原理。
（三）制作多媒体动画课件
笔者在上文中已经提到过，教材内容在一定程度上是滞后于学科发展的，所以教师也可以及时收集网络上的资源和信息，为学生制作多元化的多媒体动画课件，要在保留书本知识的前提下，制作形象的演示动画，带给学生更加充足的视听体验。例如，压电式传感器在受到压力时会产生电荷量，电压表偏转，压力越大，偏转角越大，压力小，偏转角越小，压力反向，那么偏转角已成反向状态，以上这一过程在经过课件的演示之后，能够更加富有生机和活力，让学生加深印象和理解。在学习与新技术有关知识的时候，教师也可以搜集新型传感器的图片，为学生介绍现代化的检测系统，补充新的测控技术的内容，让学生了解学科的前沿发展成果。除此之外，教师也可以到兄弟学院学习和参观，吸取经验和教训，或者是参与学术性会议和成果展销会，把当下正在经营的科研项目介绍给学生，丰富学生的知识面。例如，教师可以在课堂上为学生介绍粮食饱满度检测，脉搏检测，环境噪声检测等趣味性实验，激发出他们的学习主观能动性。
（四）培育学生的主体意识
教师应当把理论实验与实务训练结合到一起，让学生能够养成独立自主的探究习惯，运用自己的力量设计实验。例如，教师可以让学生独立设计简单的传感器信号调理电路，引导学生针对传感器的使用做出进一步的分析。在这里，可以把实验课分成两个部分，首先是验证性实验，其次是设计性实验。验证性实验的目的是为了让学生掌握传感器的使用和标定方法，让学生懂得如何控制接口电路，在探索的过程中形成更加全面的认识，然后再规划设计性的实验。并且，在理论课程介绍的时候，教师也需要为学生布置任务，提供开放化的实验平台，要求学生自由选择一种传感器完成小系统的设计，无论是传感器的选型，还是信号电路的调理，甚至是模拟电路数字电路的搭建，都需要学生独自完成。
四、结束语
综上所述，持续性推动传感器与检测技术课程的改革是合理且必要的举动，这是激发学生创造力和想象力的应有之策，也是调节课堂结构的有效措施。本文通过兴趣的培养，工程实例的介绍，多媒体动画课件的制作，实务训练的延伸这几个角度，论述了课程改革的方法和措施，充分结合了专业的基本内容，具有理论上的合理性与实践上的可行性，尊重了学生在课堂上的主体地位，能够作为教师的参考依据。在未来，教师也可以进一步改革作业的形式。
参考文献：
[1] 王雪晴, 王艳, 杜豪杰. 基于超星学习通的《传感器与检测技术》信息化教学改革[J]. 办公自动化, 2020, v.25;No.421(08):15+28-31.
[2] 霍海波. 高职《传感器与检测技术》课程教学改革与实践[J]. 文化创新比较研究, 2020, v.4;No.122(14):148-149.
作者简介：陈丽娜，女 ，汉族，出生年月 1985，籍贯（省市）内蒙古赤峰市，硕士，沈阳城市建设学院，讲师，研究方向 检测技术与自动化装置。