应用型本科院校“传感器技术”课程改革探索与实践

1、应用型本科院校“传感器技术”课程改革探索与实践 摘要：针对应用型本科教育的特点，探讨了传统“传感器技术及应用”课程的理论和实践教学中存在的不足，提出教材改革和实践环节改革方案。实践证明，这些方法能够激发学生学习的热情，提高学生综合运用所学知识的能力、理论联系实际和动手实践能力。 关键词：传感器；教学改革；应用型本科教育；创新实践 作者简介：吕勇军（1958-），男，辽宁沈阳人，沈阳工程学院自动控制工程系，教授；祝尚臻（1979-），男，山东烟台人，沈阳工程学院自动控制工程系，讲师。（辽宁沈阳110136） 中图分类号：g642.0文献标识码：a文章编号：1007-0079（2012）10-00

2、87-02 一、“传感器技术”课程背景 随着计算机技术、信息技术的发展，信息资源的获取与信息的转换越来越引起人们的高度重视。传感器与测试技术作为信息科学的一个重要的分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术一起构成了完整的信息技术学科，在信息技术领域具有不可替代的作用。以传感器为核心的测试系统已广泛地应用于工业、农业、国防和科学研究等领域。因此，许多高校都将“传感器技术”作为工科专业学生的必修课程。 我国高等教育的大众化转变，要求高等教育的内容和形式随之发生变化，高等教育要满足社会需求，更注重对学生实践能力和职业能力的训练。因此，如何进一步完善课程教学内容、改革教学方法，提高学生的实践与创新能

3、力，已成为亟待解决的首要问题。 二、“传感器技术”课程教学现状 1.教材 目前“传感器”课程使用的教材基本上是按照“精英教育”时代教材模式延续下来的，它已经无法适应目前工程教育发展趋势。现有传感器教材主要特点为：教材内容上偏重理论、轻视应用；注重传感器内部工作原理和参数，轻视外部特性及使用方法；教材编写结构基本上是根据传感器的工作原理进行分类。可见，从理论上看教材编写思路清晰，但是从应用角度看，它不利于学生系统掌握传感器的应用性能。教材的理论知识体系严谨，但是对于应用型本科生所需的实际应用能力培养却明显不足。 2.实践教学 实践教学是理论知识和实践活动、间接经验与直接经验、抽象思维和形象思维、

4、传授知识与训练技能相结合的过程。它在教学过程中有着举足轻重的地位。 目前传感器实验教学方面还存在一些问题。例如，教与学双方都存在着重理论、轻实践的倾向；验证性实验过多，缺少设计性、综合性实验，与工程实践脱节严重；实验教学方式单调枯燥，影响学生主观能动性的发挥；考核方式流于形式，实践环节效果不够理想。 三、“传感器技术”教学改革与探讨 根据传感器课程的现状，笔者所在课题组分别从教材和实践教学两方面进行了改革和探索。 1.教材改革 针对目前传感器教材存在的不适用于应用型本科教学的问题，课题组编写了一部适合于应用型本科教学的教材。本教材的编写在内容和形式上都进行了较大的改进，该教材已由机械工业出版社

5、出版。 （1）教材组织形式。教材组织形式实际上反映的是教学理念。传统教材教学内容设计思想为结构化设计，即按照传感器的工作原理进行分类。例如，通常传感器教材章节划分为：电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、热电式传感器等。这样分类从理论上看是比较合适，它的理论性较强，而且教材编写思路清晰，但是从应用角度看，它不利于系统掌握传感器的应用性。 本教材在组织形式上，设计思想为模块化设计，即根据被测对象进行传感器的分类。例如，教材章节划分为：温度测量传感器、力与压力测量传感器、位移与速度测量传感器、角度与角位移测量传感器、磁场与成分参数测量传感器、光学测量传

6、感器等。这样分类有两点好处，一是学生容易根据被测对象选择传感器；另一个是教学中容易归纳和比较不同传感器在测量同一个被测对象过程中，各自所具有的特点以及适用的范围。有了这两个特点，学生对传感器的理解和掌握有一个清晰的思路。例如当需要测量温度时，学生马上就会联想到所有学过的测温传感器，而且各个传感器的在测温时都有哪些特点、如何选择，就会十分清楚。 （2）教材内容侧重点。在教材内容上进行了较大的调整，主要原则是传感器原理上以够用为度，重点强化应用能力的培养。本教材重点强化各种传感器的外部特性、主要参数、接口方式以及应用等内容。目的是使学生能够掌握各种传感器的选择方法、使用方法以及相关电路的设计方法。

7、 此外还增加了传感器综合应用实例一章的内容。通过实际检测系统的设计实例给读者一个传感器以及测控系统的整体设计思路，加深对传感器应用过程的理解。 （3）增加了实验内容。为加强实践训练环节，在教材每章内容后都针对本章教学内容配置了多个相应的实验项目，这些实验绝大多数要求学生自行搭接电路并调试，以培养学生的实践应用能力。考虑到各院校实验设备的差异，实验内容仅给出一般实验电路图供教学时参考。学生既可按照该电路图进行实验，也可在了解实验电路原理的情况下，根据现有实验设备，自行设计实验电路，按实验步骤完成实验。 2.实践环节改革 实践能力是应用型人才必须具备的一个重要能力。培养学生实践能力就是要使学生树立

8、理论与实际相结合的观念，提高学生运用科学知识和方法解决实际问题的能力，培养学生在实际工作环境下的思维方式和行为方式。对于实践环节，课题组在以下几方面进行了改革探讨和实践。 （1）实验内容和方法。针对应用型本科学生的特点，开设多层次实验。将传感器实验划分为基础性实验、自我设计性实验和团队合作性实验三个层次。 1）基础性实验。传感器基础性实验包括验证性和综合性实验，通常在传感器课程实验中完成。基础性实验可以在传感器实验箱进行，也可以在传感器综合实验台上进行。 一些实验要求在实验箱上进行，这些实验要完成传感器接口电路搭接与调试。在实验中，学生要根据所选用的传感器，自己搭接传感器的接口电路、调试电路并

9、测试相关数据。通过这些实验，学生不仅了解传感器的特性，还能够清楚地了解传感器输出信号的处理方式，例如传感器的电荷输出、电压输出和电流输出特性以及各自接口电路及特点。此外，通过在实验箱上进行实验，学生除了掌握传感器的特性外，还锻炼了自己的电路设计能力及电路调试能力。实验中还需要综合应用前期所学课程内容，例如模拟电子技术和数字电子技术等。 传感器实验台上进行的实验，主要目的是使学生掌握各种传感器的外部特性。实验中，学生根据实验内容选择相关传感器和相关电路模块，测试传感器各种参数。通过实验，学生能够掌握各种传感器的非线性、灵敏度及温度特性等外部特性。 2）自我设计性实验。传感器自我设计性实验主要是设

10、计性实验，它们也包含在传感器课程实验中。让学生自我发挥，以现有实验平台和传感器为依托，以课本理论为依据，构建一个实验项目，完成对理论知识的验证和发挥；也可以设计一个小的传感器应用项目，通过该项目完成对理论知识的深度理解和升华。这里实验教师要对学生的设计思想和可行性进行总体把握和评价，但大部分的工作应该交给学生自己去做，要求学生完成一个没有实验指导书的实验，真正让学生成为实验的主体，真正去思考、去体验实验本身所带来的乐趣和成就感。 3）团队合作性实验。传感器团队合作性实验通常在传感器课程设计中完成。这种团队合作性的实验一般比较复杂，用到的知识比较多，实验时间会比较长，依靠个人的力量往往难以完成，

11、这时可以由学生自我结合或由教师进行分组，通过组内不同分工来完成实验，团队合作性实验可以锻炼学生的团队合作精神及分工统筹能力，为后续的工作做好铺垫。 （2）实验考核。为了使实践教学环节达到预期目标，提高学生独立设计能力、实际动手能力及解决问题的能力，课题组增加了对实践环节的考核力度。 对于课程实验，考核分为平时成绩、成果验收和实验报告。对于课程设计，还要进行设计内容答辩。平时成绩体现了学生实验的态度、实验方法以及操作技能掌握情况等。实验报告则要求学生学会处理实验数据和分析实验结果，掌握理论与实践之间的相互作用关系。实验成果验收是由指导教师对学生实验最终结果进行检查，达到要求的学生可以撰写实验报告

12、，否则需要利用课余时间继续进行该实验，直到合格为止。采用成果验收这种形式能够将学生的设计思想、方案论证、技术路线等一些创造性工作反映出来，同时还可锻炼学生的总结能力。实行成果验收制度，强化实验的管理，引起学生对实验的重视，取得了较好的效果。 （3）创新实践活动。教学实践表明，要培养学生的实践能力和创新能力，仅靠理论课和实验课是远远不够的。各种创新实践活动可以作为一种很好的补充和延伸。 典型的创新实践活动就是学生参加各种竞赛活动，例如，智能车大赛、机器人擂台赛、电子设计大赛及挑战杯竞赛等。首先，参加竞赛活动有助于提高学生对知识融会贯通及解决实际问题的能力。“传感器技术”课程本身是一门独立的课程，

13、与其他课程并非各自独立、互不相干，而是相互关联构成体系的。在实际应用时，应学会将它们综合应用，即将所学知识融会贯通。竞赛活动为学生培养这些能力提供了良好的平台。其次，竞赛活动有助于提高学生实践创新能力。竞赛使那些具有良好的理论基础、实践动手能力强，特别是具有创新意识和协作精神的学生有了施展才能的空间。 实践证明，竞赛既是考察学生诸多素质能力的手段，又是培养学生良好的综合素质能力的有效形式。因此竞赛活动已成为培养学生素质能力的良好载体。 四、结束语 应用型本科教育改革的目的是适应新的教育对象，提高教育质量，培养和造就社会所需要的高质量的应用型和创新型人才。理论教学内容和实践教学环节的改革，激发了学生学习的热情，改善了教学效果，提高了学生综合运用所学知识的能力、理论联系实际能力和动手实践能力，培养了学生创新意识。通过探索和尝试，学生的实践能力和创新能力普