２０１２年６月 廊坊师范学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌａｎｇ￣ｎｇ Ｔｅａｃｈｅｒｓ ＣｏＢｅｇｅ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｊｕｎ．２０１２ Ｖｏ１．１２ ＮＯ．３ 第１２卷第３期 《传感器原理及应用》教学改革与实践 张 刚，王立忠，刘洪波，王广德 （吉林师范大学，吉林四平１３６００） 【摘要】针对课程特点和当今社会对人才需求状况，配合国家人才培养战略，对传感器原理课程教学内容和教 学方法进行了深入的研究与分析，提出了注重工程应用的实物形象教学法和虚拟教学法，充分调动了学生的积极 性，提高了学生的职业技能和创新能力，取得了很好的教学效果。 【关键词】传感器技术；工程训练；实物教学；教学效果 Ｔｈｅ Ｔｅａｃｈｉｎｇ Ｒｅｆｏｒｎｌ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ｛Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｎｓｏｒｓ》 ＺＨＡＮＧ Ｇａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｌｉ－ｚｈｏｎｇ，ＬＩＵ Ｈｏｎｇ－ｂｏ， ⅣＧ Ｇｕａｎｇ－ｄｅ 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｕｒｒｉｃｕｌｕｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｃｉｌａ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｔａｌｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｐｅｒ— ｓｏｎｎｅｌ ｔｒａｉｎｉｎｇ，ｔｅａｃｈｉｎｇ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｓｅｎｓｏｒ ｃｏｕｒｓｅ ｗｅｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓｅｄ ｆｕｒｔｈｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔ ｉｍａｇｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｖｉｒｔｕａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｐａｙｉｎｇ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ’ｅｎｔｈｕｓｉａｓｍ ｗｅｒｅ ａｒｏｕｓｅｄ ｆｕｌｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ ｓｋｉｌｌｓ ａｎｄ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ＇ａｂｉｌｉｔｙ ｗｅｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ， ｉｔ ｈａｓ ｖｅｒｙ ｇｏｏｄ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】 ｓｅｎｓｏｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｔｒａｉｎｉｎｇ；ｏｂｊｅｃｔ ｔｅａｃｈｉｎｇ；ｔｅａｃｈｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ［中图分类号］Ｇ４２３ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１６７４—３２２９（２０１２）０３—０ｌｌ２—０３ １ 引言 国家中长期教育改革和发展规划纲要（２０１０— ２理论课教学内容与教学方法的改革 《传感器原理及应用》课程的特点为：（１）信息量 大，涉及范围广，实践性强，各章节教学内容相对独 立和分散，缺乏系统性和连续性。（２）实践性强。由 ２０２０年）对于高校的人才培养战略指明了方向，同 时也提出了新课题。卓越计划的实施为高等学校的 工程技术人才培养指出了明确的目标和定位。传感 技术包括传感器的研究、设计、试制、生产、检测和应 用，传感器是现代测控系统的首要环节，它集机械、 动力、物理、化学、光学、材料、电子、生物、半导体、信 息处理等众多学科于一体，应用领域十分广泛，与当 前多学科交叉融合的趋势相一致，在专业课程体系 中起到重要的承上启下作用，是实践性非常强的综 于传感器的实际应用十分广泛，大至数控机床、汽 车，小至家用电器中都有传感器，因此这门课程与实 践结合非常紧密。以往这门课的理论教学以传感器 的工作原理为主，理论推导、定量分析较多，而且课 堂组织形式单一。所以本科教授传感器的理论课 时，不应再停留在初级的启蒙阶段，同时也不应是充 斥着定量分析和理论推导的枯燥的教学，要尽可能 结合工程实际介绍传感器的主要性能和信号处理方 合性应用技术ｌ１ Ｉ３］。传感技术对于电子信息专业和 检测专业十分重要，关系到人才培养质量。本文对 理论教学和实验教学的内容和方法进行了初步的探 法。为突出形象教学，提高学生的兴趣，我们在实践 中具体采用了下述新的教学方法： ２．１ 采用多媒体技术进行理论教学 讨与改进，总结出几点新的教学方法并不断完善，取 得了一定的效果。 （１）教师自己制作多媒体教学课件，将多媒体课 ［收稿日期］２０１２—０４—０８ ［基金项目］吉林省科技发展计划项目（２０１００５１０，２０１０１５１２）；吉林省教育厅科研计划项目（吉教科合字［２０１１］第１５４号） ［作者简介］张刚（１９７７一），男，吉林师范大学信息技术学院讲师，博士研究生，主要从事有机电致发光器件的研究。 ・ｌ１２・ 第１２卷・第３期 张刚等：《传感器原理及应用》教学改革与实践 ２０１２年６月 件与板书相结合。多媒体辅助教学最大的特点是有 助于突出教学重点，分散教学难点。以多媒体技术 为载体的形象教学方式，使得学生处在这种虚拟的 情境中，身临其境地去理解传感器的原理和应用，及 与其它学科之间的相互影响和相互渗透，弥补由于 客观的硬件条件不足而引起的操作不可实现性。在 课堂中无论一个老师多么善于表达、比划，也难以表 现一些抽象和具有共性的知识内容，而这些知识内 容又往往是一节课的重点和难点。通过课件进行大 量演示、再现等操作，清楚明了且效果良好，轻松解 决了很难说明的易错问题，达到突出重点、突破难点 的目的，起到事半功倍的教学效果。同时也可制作 一些课件，通过动画效果来加深对理论知识的理解。 在应用多媒体教学的同时加入板书，通过理论公式 推导，带动学生一起进入下一步，使得学生的思路跟 着老师的思路走，提高了课堂教学的效果。 （２）要求学生亲自制作多媒体课件，充分发挥学 生的主观能动性，通过网络和图书馆，收集并整理生 活中各类传感器的资料，分门别类制作成多媒体课 件，在课堂上播放，请部分学生上台宣讲，师生共同 交流，加深印象。通过各种类型的多媒体演示与制 作，使学生对传感器不再感到神秘，理论知识也不再 那么枯燥，学习兴趣大大增加。 ２．２实物形象教学法 目前，市场上的传感器正在向高度集成化、智能 化、多功能化方向发展，而实验室中的传感器非常简 单。为了使学生能更多地了解传感器的发展现状， 缩小学校教学与工程应用之间的差别，在未来的工 作岗位上发挥更大的作用，我们购买了一些工业实 用的传感器在课堂上展示。如：用途非常广泛的数 字温度传感器ＴＣ７７；在节水灌溉、温室大棚、草地 牧场、突然测速、植物培养、污水处理等方面广泛应 用的ＴＭ一１００型土壤湿度传感器；广泛应用于石 油管道、水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、 航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道 送风、真空设备等众多行业的真空压力传感器等。 对于这些传感器，我们都把它们展现给学生，让学生 有个直观、深刻的印象；同时，还深入浅出地讲解它 们的应用实例，增加学生的知识量。对于一些比较 贵重的传感器，我们则搜集一些工程实践中的应用 实例的照片或者视频，做成多媒体，展示给学生看。 ２．３带动学生参与电子设计大赛 大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学 科竞赛之一，它有助于培养大学生的实践创新意识 与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际 的学风；有助于学生工程实践素质的培养、提高学生 针对实际问题进行电子设计制作的能力；有助于吸 引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优 秀人才的脱颖而出创造条件。我们带领学生每年都 参加电子设计大赛，通过参加这种竞赛的方式，使学 生能做到学以致用，理论和实践相结合，充分激发他 们的想象力和创造力。在竞赛的过程中，不但能充 分理解传感器的这部分知识，还能把它们和其它学 科有机地结合起来，扩展了学生的视野。 通过以上这些教学方法，使学生对传感器从感 性的了解开始，到逐步深入地理解其内部原理和应 用，建立起了系统的知识结构，最终达到了良好的教 学效果。 ３实践教学的改革 实验教学的基本任务是加深和巩固理论知识， 使学生掌握实验的基本原理、基本方法、基本操作和 基本技能，获得独立测量、观察、处理实验数据，分析 实验结果，书写实验报告等能力，培养学生分析解决 问题、独立进行科学实验研究的能力和严谨的科学 态度。工科的实验教学更是要培养学生具有工程师 素质的综合实践能力，我们在实验教学设计中主要 体现四个层次：基础性、综合性设计性、提高性、应用 性。在教学中采用了以下几种教学方法。 ３．１ 充分完成选做实验并增加思考题 吉林师范大学传感器的实验课主要以浙江大学 仪器系检测技术研究所生产的ＣＳＹＩＯ型传感器系 统实验仪做实验平台，完成十多种传感器的基本实 验，其中包括金属箔式应变片电阻传感器的电桥性 能、差动变压器式电感传感器的性能与标定、压电加 速度传感器的振动实验、电容传感器的性能、霍尔传 感器的应用等。我们要求学生对基础实验必须做到 懂结构、懂原理、懂性能、懂用途；会使用、会维修保 养、会排除一般故障。这样才能达到实验的目的。 在完成的基本实验的同时，为学有余力的学生增加 了思考题，增加了不同内容和难度的实验，学生可根 据自己的能力和兴趣选做。如利用压电式传感器能 否测量加速度的大小和方向？利用霍尔传感器能否 测量位移的大小和方向？若能设计电路并且连接测 试，得到测量结果。共１０余个题目供学生选作，要 求每人完成３个题目并撰写实验报告。 ・１１ ３・ ２０１２年６月 廊坊师范学院学报（自然科学版） 第１２卷・第３期 ３．２实验中引入虚拟仪器教学 学生能充分掌握传感器的选用、安装、连接等方面的 技巧，加强了学生的工程应用意识和实践能力。实 虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合 的产物，融合了测试技术、仪器原理、计算机接口技 术以及图形化编程技术，在许多领域有取代传统仪 器的趋势，成为当代仪器发展的一个重要方向。我 验效果显著，而且所用实验成本也比较低。 ４结束语 上述教学改革方法，通过几年的试行运用，学生 的反映很好，学习兴趣得到了提高，不仅基础知识掌 们要求学生使用美国ＮＩ公司推出的一种基于Ｇ语 言（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｌａｎｇｕａｇｅ，图形化编程语言）的虚拟仪 器软件开发工具ＬａｂＶＩＥＷ，设计虚拟仪器，利用实 验仪现有的硬件部分，即各种类型的传感器将非电 量转换为电信号，经过放大和滤波后，再转换为数字 信号输人计算机的虚拟仪器中，实现对被测对象信 息的实时采集、显示、存储和处理。学生还可以根据 实验的具体需求，自己定义和设计仪器的测量功能， 握更加牢固，而且对于传感器的应用能力也大幅度 提高，进一步提高了课堂和实验的教学质量。 ［参考文献］ ［１］张玉莲．传感器与自动检测技术［Ｍ］．北京：机械工业出 版社。２００７：１—５１． ［２］彭承琳．生物医学传感器原理及应用［Ｍ］．北京：高等教 育出版社，２０００：２—８１． 例如示波器、数字万用表等等。 虚拟仪器教学，既加强了老师的主导作用又充 分发挥了学生的主动性，给学生留有足够的思考空 ［３］郁有文，常建，郑继红．传感器原理及工程应用［Ｍ］．西 安：西安电子科技大学出版社，２００３：４１—６１． ［４］杨宝清．现代传感器技术基础［Ｍ］．北京：中国铁道出版 社，２００１：４—１０１． 间和发挥余地，增加了学生的动脑和动手的机会，使 （上接１１１页） 在讲大学物理实验课程的作用和地位时，教师 可在较短的时间内，用大量精美的图片展示出物理 达到的教学效果。 绪论课中的误差理论和不确定度的计算，会使 实验在人类发展史尤其是科学发展史中的重要作 许多学生觉得写实验报告很繁琐，对如何做好实验 用，内容和信息量可以包括古今中外的著名科学家 和科学史上一些重要的物理实验。海量的图片和 精彩的讲解一定能够激发学生的热情和兴趣。这 报告感到信心不足。教师可以用多媒体手段展示几 份前几届学生的优秀实验报告。这些学生手工写出 的报告字体工整，数据处理方法合理，计算过程详 细，结果表达正确，对结果的分析和讨论有理有据。 当学生看到自己同学写出的优秀报告，会感到亲切 种效果比传统的说教效果要好许多。在具体的知 识点内容安排上，课件上的文字、图片以及老师的 讲解，解决了实验绪论课内容抽象、枯燥等一系列 问题。而且，在ＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔ课件中加上适当的声音 和动画效果，不仅内容直观、逼真，而且趣味性强。 学生对知识点有了感性认识，加深了理解和记忆。 可信，对自己写好实验报告也有了信心。 总之，大学物理实验绪论课的课堂教学不仅需 要知识性和逻辑性，也需要启发性和实践性。教学 过程不仅是传授知识的过程，更是引导学生学习与 思考的过程。对绪论课进行有效的教学改革，提升 例如为了让学生更好地理解偶然误差的特点，教师 要向学生展示偶然误差正态分布曲线的图片，有了 该曲线，就能够理解偶然误差的单峰性、对称性、有 界性和抵偿性这四大特征。偶然误差正态分布曲 线的形状取决于标准误差值的大小也很好理解。 教师可以通过改变标准误差值的大小，让学生看到 实验绪论课的教学效果，有利于培养高素质的人才。 ［参考文献］ ［１］陈峻，吴福根，周誉昌．浅谈大学物理实验绪论课的教学 ［Ｊ］．中国现代教育装备，２００９，（１）：１０４—１０５． ［２］李雅丽，方靖淮，施建珍．大学物理实验教程［Ｍ］．南京： 南京大学出版社，２０１０． 曲线变得陡峭或者平坦，取得了传统教学手段不能 ・１１４・