传感器原理与应用说课程

传感器原理与应用说课程随着科学技术水平日新月异，计算机、电子、通信技术的发展更是突飞猛进，而职业教育直接面向的是社会、面向市场，这就要求教材内容必须密切联系实际，反映新知识、新技术、新工艺和新方法。而传感器原理与应用这门课的开设就是学校领导深深抓住这一主要思想而特意安排的。在现代测量与控制技术中，非电量测量与探测占有重要地位，这就必然用到各种各类的传感器，将各种不同的信号转换成电量。因此，传感器的精度、灵敏度等问题都是科技飞速发展的一个重要原因。电子专业的学生学习的主要课程都是与电子技术、控制技术等相关的基础知识。而传感器技术是研究各门学科的基础，无论哪一门学科，哪一种技术，哪一个被控制对象，没有科学地对原始数据的检测，无论是信息转换、信息处理，还是数据显示，乃至于最终对被控制对象的控制，都将是一句空话，在现代化工业生产中，自动化生产越来越普遍，这一点更说明了传感器技术与检测技术在电子专业占有的突出地位。再加上单片机以及DSP甚至嵌入式的广泛应用，传感器与微机的接口技术也成为一个不可回避的问题。同时，传感器技术还为专业基础课与专业课尤其是单片机技术搭建了一个桥梁，使单片机技术更能够跟实际相融合，发挥其自动控制的优势。本教材则根据国内外的大量参考书籍和实践资料，在必要理论知识介绍的前提下，推出许多典型应用实例。根据大纲要求，重点介绍了典型传感器的工作原理。为了反映当前技术发展状况，介绍了传感器的使用电路和典型传感器的应用实例，并且较具体地介绍了电路原理、使用方法和特点。本教材共分为12章。第一章介绍了非电量测量的基本知识；第2章至第10章介绍了典型传感器，讲解了传感器的原理、测量电路和应用实例，使读者对信号的检测、传输和处理有一个比较系统和完整的概念；第11章是传感器与微机接口技术，介绍了常用的接口芯片和连接方法；第12章介绍了智能仪器的组成、通用总线标准。本教材总学时60学时，加上实验内容可以达到70学时。考虑到我校具体情况，根据今年三个校区同时进行抗震加固的特殊原因，2月23日正式开课到6月6日基本的教学任务应该结束，基本上15个教学周。另外，具体从本教材的内容上分析，教材虽涵盖了大多数的传感器应用类型，内容相对比较丰富，知识含量多。但是，由于本教材的篇幅有限，而在如此之短的篇幅上详细介绍所有传感器的工作原理是不太可能的，势必会在描述时对一些信息进行删减，作者可能认为这些内容是无关紧要的，但是考虑到我校学生的具体情况，需要教师从学生的角度出发，认真学习关于传感器的各种工作原理，通过大量业余时间的学习才能把作者认为不重要但又十分必要的内容给学生们补充出来。由于传感器原理与应用是本学期新增的一门专业课，所以各种配套实验实训装置还暂时处在缺乏状态，这就给教学带来了一定的困难。这门课程不像其他的专业课可以比较容易的理解，传感器的工作原理是由各种电子器件的不同特性实现的，没有直观的观察学生不太容易接受，有时老师在讲解时都找不出一种比较切合的例子来说明问题。要解决以上两个关键性问题就要求老师必须采取必要措施弥补以上问题，具体措施如下：一、利用网络资源，下载并阅读大量有关传感器知识与原理的书籍，弥补教材的不足。二、利用互联网资源下载适当图片与视频资料，帮助学生们对于复杂概念或原理的理解。三、经常逛一些比较大的电子市场，购买本教材中所涉及的传感器实物，即使不能够让每一位同学都人手一份，但至少应该让他们亲眼看到传感器的工作原理及现象。关于本学期教学的三维目标：知识目标：1、学生理解各式各类传感器的结构及工作原理，熟悉传感器的各种特性。2、学生能够根据不同传感器的特性分析典型测量电路，并解决简单计算问题。3、学生可以理解传感器在测量时产生的各种误差及传感器的性能指标。能力目标：1、学生能够根据常识和要求选择适当的传感器。2、学生能够通过学习会使用简单的传感器设备对被测量进行测量。3、学生可以通过分析判断和解决常用传感器在测量过程中出现的问题。情感态度价值观：1、通过对传感器的了解让同学们了解现今社会的科学发展程度，让其能够为祖国的今天感到骄傲和自豪。2、通过对传感器的学习培养学生对生活中各种以传感器为核心的设备的观察能力，并对其产生浓厚的兴趣。从本学期的三维目标可以清楚地看出，对与传感器课程的定位不是很高，主要是围绕知道、理解等目标实施教学。这是由于传感器这门课程实在是一门高深学科，要求学生掌握的基础知识相当多，而中等学校学生往往不能够达到如此高的水平。另外，更是由于学校关于传感器实习实训设备实在短缺，不具备给学生开设实训的要求，所以本学期的教学目标定位比较低，以后随着学生知识的不断完善或设备的不断完善希望可以达到更深层次的标准。在学生学习阶段，对于传感器技术的学习可以使学生更加了解自动控制的原理，为其他学科服务，甚至在学生毕业走向就业岗位之后仍能体现出其重要作用。学习传感器技术可以使学生对于现阶段的生产实际有一个预先的接触，可以比其他人更具有适应能力。通过对传感器的学习还可以开阔学生的眼界，让学生了解到更多的与实际生活中接触的事物不同的物质特性。无论学生今后走向什么工作岗位，这种眼界、这种阅历都是可以帮助他们进步的前提。本学期所教授传感器这门课程的对象为高二年级学生。在过去的一年半的学生中，他们已经学习过电工、电子、数电、模电等相关专业基础课以及专业课的学习，对于本专业有了一个比较清晰的理解和定位。因此，学生对于这门新专业课的学习难度不是很大，通过教师的讲解和自己在课后的复习可以完全理解教材中的重点内容。另外，学生在此前学习的专业课都是理论性比较强的课程，因此学起来有些疲倦，但是与那些枯燥的专业课相比传感器这门课程的内容要相对更能引起他们的兴趣。这不仅源于这门课程的内容对学生来说是一门全新的课程，更源于传感器技术所讲述的内容都是体现科技发展、时代进步所产生的各种高科技产品，而且在生活中都有很多的应用，因此学生学起来兴趣会很足。但也不免有些同学由于对专业课存在倦怠心里，不能很好地跟着老师学下去，上课出现睡觉、走神等现象，但都属于正常表现，因此教师在教学过程中应着重注意这些学生，时常提醒他们认真听讲，以免落在其他同学的后面。由于传感器对于学生来讲是新课，同时对于老师来讲也是新课，因此学校对于这门课程配备的实验实训设备还并不完善，几乎没有具体实物给学生们实践，因此这门课程主要以讲授法进行，为了防止单一的讲授法给学生们带来疲倦的心里，在讲授过程中多给学生们举出生活中的各种例子，以便使学生更容易接受。另外还要充分利用丰富的网络资源，下载并运用多媒体课件包括图片、flash动画和视频教程等。充分调动学生的积极性，提高学生学习的兴趣。为了进一步使学生配合老师的教学工作，还要在课堂上多下功夫，把握好课堂的组织能力，针对表现优异的学生多提出表扬，并落实到期末考试的分数上。使学生们体会到平时学习表现的重要性。《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。关键词：传感器技术及应用；理论教学；实践教学；改革《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