《传感器原理与应用课程教学改革》
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摘 要：传感器技术是一门实践性、应用性很强的专业课,对于培养学生实际动手能力、提高综合素质和开发创新思维有着重要作用,针对传感器课程知识结构陈旧、不能适应新型传感器器件应用和技术发展的问题,从教学内容、教学方法和实验教学的角度,对课程教学进行改革探讨.提出通过增加新型传感器、物联网和无线传感网络方面的技术知识,采用理实一体、项目式教学方法,改变验证性实验的操作模式,加强综合性实验、创新型实验等措施对现行教学模式进行改革,从而达到提高学生工程实践能力的目的.
关键词：教学改革；传感器课程；实验教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）04-0129-03
传感器是实现自动测试与自动控制的首要环节,是现代工业生产特别是智能生产的信息源头[1].随着中国制造业由初级的“来料加工型”向高级的“生产创新型”转化,高昂的人力成本和低廉的产品正成为制约企业发展的瓶颈,于是发展装配有众多传感器的智能化生产线逐渐成为企业发展的方向.《传感器原理及应用》是电子信息、自动化、电气工程和仪器仪表专业的一门技术基础课程,在专业课程体系中起到重要的承上启下作用[2].经过此课程的学习,使学生掌握传感器的基本概念、原理、分析与计算方法,理解各种传感器的特点,会设计较典型的传感器信号调节电路,并具备选择合适的传感器进行非电量测量的技能,能够使用常用传感器实现对一般工业信号的测量.但是传统的教学内容、教学方法、实验课程设计及评价标准等,都难以满足学生对掌握现代信息处理技术的需求,也难以满足社会对学生的专业知识与技能要求,需对课程教学进行改革.
一、教学内容分析
1.传统教学内容的不足.传感器技术是一门实践性、应用性很强的专业课,对于培养学生实际动手能力、提高综合素质和开发创新思维有着重要作用[3].但传统课程以课堂教学为主,部分验证性实验为辅.以浙江工业大学电子信息专业为例,课堂教学40学时,讲解的传感器以电阻应变式、电容式、电感式、压电式、热电式和霍尔式为主,每种传感器分别从基本原理、等效电路、测量电路设计以及误差与灵敏度分析等方面进行介绍.实验环节为8学时,分4次完成,每次对1—2种传感器进行原理性验证,并通过测量数据对传感器的静态特性进行分析.
可以看出,传统的教学存在着以下不足：（1）讲授的传感器都是传统形式的,对于现阶段应用广泛的光纤传感器、固体图像传感器、超声波传感器等几乎没有涉及.知识过于陈旧,已不能满足企业智能化、网络化和无线化的检测需求.（2）讲授的传感器特性分析理论不适用于工程实际.传感器在应用中主要是测量动态信号为主,其测试任务不仅需要精确地测试出信号幅值的大小,而且需要记录动态信号变化过程的波形,并进行信号的稳定性和延时误差分析,而传统教授内容以静态特性分析为主,对上述内容涉及较少.（3）传感器技术是一个侧重于实际应用的学科,只有在结合了应用背景的实际项目中,才能体会到它的实用价值.而传统的课堂教学只是给出了理想模型下传感器的等效电路与信号测量方式,缺乏定量分析,不能给学生直观的感性认识.
2.传感器知识的新要求.随着物联网技术、无线传感网络技术及企业对智能化生产需求的快速发展,新时期内对传感器知识要求的重点也逐渐发生了变化,而这些知识在现在大部分教学中没有得到反映,主要表现在以下几个方面：（1）越来越侧重于网络化的应用.随着森林防火监控、电力设备防盗监控、物流跟踪、货物定位等应用需求的提出,物联网和无线传感网逐渐成为传感器的重要应用之一.在这些系统中,每个传感器都是网络中的一个节点,彼此间可相互通信.虽然每个传感器的测量范围有限,但整个系统表现出非常强的测量能力.这也说明,传感器的测量方式也发生了变化,传统的对某一测量点的特性分析已不能满足使用需求.（2）越来越侧重于无线化的应用.随着通信技术与网络技术的快速发展,非接触式的测量、无连接线的信号传播方式正逐渐成为传感器使用的主流.这种方式的改变使得传感器的使用更加便捷,但这也使得我们必须对传感器的等效电路、测量电路的讲授做出改变,除了满足测量误差和动态指标外,还必须有利于无线化的传输.（3）越来越侧重于能量的供给与控制管理.网络化、无线化的发展趋势顺应了传感器分散测量的特点,但也使得传感器的能量供应变得更加困难.除了选择容量更大的电池之外,设计耗能更小的信号测量与传播方式,也变得更加重要.
3.不同专业对传感器的需求分析.对不同专业,将要服务于不同行业的授课对象,根据适用性原则,所讲授的知识内容应该有所区别.以浙江工业大学为例,开设传感器课程的专业主要有电子信息、自动化、电气工程及其自动化和测控技术与儀器专业等.电子信息专业主要培养学生信号检测、智能信息处理、射频终端等电子产品的研究与开发能力,所以应侧重于传感器测量的原理与方法、传感器的特性分析以及信号的无线传输等知识的学习.自动化专业主要学习化工生产过程自动化、流水生产自动化、智能装备等方面的知识与开发技术,所以应侧重于传感器的动态特性分析、液位传感器、液体或气体压力传感器和热电式传感器的学习.电气工程及其自动化专业主要培养学生在运动控制系统、建筑电气设计、电力生产与设计以及电气设备等方面的设计与开发能力,所以应侧重于磁电式传感器、霍尔式传感器、变压器式传感器、位移传感器和加速度传感器等知识的学习.测控技术与仪器专业主要培养从事工业过程检测与控制、智能仪器设计、微机测控、机电一体化等方面的研究、开发与设计,所以应侧重于传感器与微机或嵌入式系统的一体化设计、基于软件的信号分析与误差修正等知识的学习.
二、教学方法分析与探讨
1.教学方法现状分析.（1）以课堂讲授为主的教学方式.传感器技术课程一般分为考试和考查两种形式.考试课由40课时的课堂教学和8课时的实验教学组成,但实验是以连线方式的原理验证为主,只能提高学生对课堂所学理论知识的进一步理解,没有应用场景,更谈不上结合应用的进一步分析.考查课只有32课时的课堂教学,没有对应的实验安排.这样的教学方式显然不符合传感器课程学习的目标要求,在电子竞赛、毕业设计以至于今后的工作中,学生仍然不能甚至不会使用传感器.（2）以文字和静态图片为主的内容展示方式.虽然幻灯片已基本取代了板书的内容展示方式,加快了讲课节奏,增加了教学内容.但在使用过程中,很多教师往往只是把文字和图片电子化,缺少了逐步讲解、层层分析的过程,更缺少对传感器工作原理与使用的动态演示,不能使学生获得很好地感性认识,而这对传感器的理解是至关重要的.（3）松散的内容组织方式.由于传感器课程本身的特点,每一章节讲述的是同一原理或完成同一测量任务的传感器,各章节之间相对独立,缺乏系统性和连贯性,使得很多同学在学习时抓不住重点,不能把各章内容有机结合起来,达不到知识的融会贯通,限制了教学质量的提高.
上文结论,这篇文章为适合不知如何写教学改革和传感器原理和课程方面的教学改革专业大学硕士和本科毕业论文以及关于教学改革论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料.
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