传感器与检测技术项目教学法探索与实践

1、    “传感器与检测技术”项目教学法探索与实践    郑春娇赵越岭姜丕杰摘要：针对“传感器与检测技术”课程的内容和特点，提出基础层应用层创新层三位一體的项目教学法。以“热电式传感器综合测量与控制温度”实验项目为例，详细分析了基础层、应用层、创新层的教学方法及在此过程中突出培养了学生哪些方面的知识和能力。教学实践结果表明，采用此项目教学法可以大大提高学生的学习兴趣、综合知识水平、实践动手能力，达到培养自动化专业技术人员的要求。关键词：传感器与检测技术；项目教学法；温度测量与控制；创新：g642.41 文献标志码：a ：1674-9324（2018）31-

2、0149-02“传感器与检测技术”是电子信息类专业非常重要的技术基础必修课，该课程涉及的传感器技术和检测技术，是多学科交叉和多种技术的综合应用1，2。传感器作为自动控制系统和自动检测系统中必不可少的重要组成部分与工程实践紧密结合3，4。传统的理论教学和实验教学的方式已经不能适应社会的发展需求，需要进行“传感器与检测技术”的教学改革5，6。论文提出基础层应用层创新层三位一体的项目教学法，在基础层优化教学内容结构体系；在应用层以参数检测为基础，设计压力、位移、转速、温度、湿敏与气敏检测实验项目；在创新层以开放实验和创新项目为载体，设计综合性和设计性的项目。一、课程的主要内容本课程按照专业培养方案和

3、课程教学大纲的要求，进行了课程内容体系结构的优化，使课程内容既能充分展示本课程的核心领域知识，又能紧密结合工程实践，以前沿技术提升课程内涵，并与其他的后续课程有效衔接1。课程理论教学44学时，主要内容有：（1）传感器原理：讲授各种传感器的原理、结构、测量电路、应用等。（2）检测技术：主要讲授参数检测、测量不确定度与回归分析。（3）检测系统：主要讲授自动检测系统的组成、软件和硬件设计方法、典型系统的应用举例。二、项目教学法的改革方法一个实验项目包括目的要求、确定方案、知识讲解、收集资料、制作与调试等几个模块，其中目的要求、确定方案、知识讲解由教师在理论课上讲解，收集资料由学生在课外完成，制作与调

4、试由教师指导学生在实验课上完成。项目的组织实施主要有以下三个层次：（一）基础层这一阶段的主要特点是强化学生的理论知识基础，教师讲授课程的过程中减少传感器原理的讲解，增加传感器实验项目中所用的传感器的特点、测量电路、调试方法的讲解。（二）应用层考虑原有实验内容单一、与工程实践脱节等问题，设计综合性和设计性的实验项目，即电阻应变式测压力、电容式和电涡流式传感器测位移、热电式传感器综合测量与控制温度、霍尔式和光电式传感器测转速、气敏和湿敏传感器的特性分析。这几个实验项目应用性和综合性强，涵盖传感器测力、压力、位移、转速、温度等过程量的检测与控制。（三）创新层通过基础层和应用层的训练，学生已经基本具备

5、了传感器与检测技术应用系统的设计、制作和调试能力。在创新层通过开放实验项目和大学生创新创业项目，进一步巩固和加强实验项目的实践应用。在这些项目中，需要学生从文献查阅、制定方案、可行性分析、设计、仿真、实验调试等方面独立的开展工作，充分发挥学生的主动性和积极性，提高学生分析问题解决问题的能力。三、项目教学法的实施过程实验项目的教学设计与组织实施是项目教学法成败的关键，主讲教师和实验教师经过多方调研设计了5个实验项目，以温度传感器测量与控制温度来说明项目教学法的实施过程。1.基础层。在热电式传感器一章中设计“热电式传感器综合测量与控制温度”的实验项目，针对实验项目展开的理论教学内容有：（1）pt1

6、00热电阻的测温范围、阻值与温度的关系式、分度号、测量电路、测量误差。（2）集成温度传感器ad590的测温范围、工作电源、输出特性、测量电路。（3）温度控制原理框图，如图1所示。理解闭环温度控制系统的概念。2.应用层。实验项目采用图2的测量电路。温度传感器为ad590接在左侧的电桥上，完成电流到电压的转换与放大，经过后级的差动运算放大，输出电压vo2显示在电压表上。在此部分，需要培养学生的实践动手能力包括：（1）温度源的工作原理和操作方法；（2）调节仪的参数设置方法和操作方法；（3）万用表测量电阻和电压的方法。温度是一个惯性大、动态过程复杂的过程量，相比于传统的实验，主要有以下调整：（1）系统

7、的结构。系统采用闭环控制，使系统的稳定性、准确性提高；（2）实验项目的时间，增加到4学时。当温度检测值上升到设定值时，会在惯性的作用超调、振荡，然后衰减直至收敛稳定，每一个实验数据需要一个15-20分钟的调节时间，足够的时间是实验数据准确可靠的保证；（3）增加实验的内容。测量用的传感器增加为ad590和pt100两种。ad590是电流输出的传感器，pt100是电压输出的传感器，分析两种传感器输出特性的异同；（4）数据的分析与处理。实验结束后，绘制ad590和pt100的输出特性曲线，计算静态特性指标。学生经过基础层的理论学习，应用层的实验训练，已经初步掌握了常用的测温传感器的基本工作原理、特性

8、、测量电路、误差分析等知识，具备了一定的设计调试电路的能力，为在实践中的创新应用打下坚实的基础。3.创新层。针对如上的基础层和创新层的学习和训练，可以在开放实验项目、大学生创新创业项目、大学生科技竞赛、课程设计、实习等环节中对前一阶段知识进行创新和升华。以完成“温度表的设计制作”为例，需要完成设计方案、选择传感器、选择单片机及外围接口电路、制作硬件电路、编写并调试程序等工作。四、结论经过实践教学表明，这种基础层-应用层-创新层三位一体的项目教学法，在基础层明确了理论知识的教学方向，在应用层加强了学生动手实践技能的培养，在创新层提高了学生的创新能力和应用能力，学生反馈意见良好，因此可以在前期工作的基础上，丰富实验项目的种类和内容，培养更多基础知识扎实、创新能力强的专业技术人员。参考文献：1胡向东.传感器与检测技术m.北京：机械工业出版社，2013.1-13.2梁福平.传感器原理及检测技术m.武汉：华中科技大学出版社，2010.1-8.3陈振学，刘成云，常发亮.工程教育背景下“检测技术”教学改革探讨j.电气电子教学学报，2013，35（1）：36-37.4朱启兵.面向工程应用能力培养的传感器与检测技术教学改革j.贵州师范学院学报，2013，29（3）：27-3