新课程研究杂志

摘要：《传感器与检测技术》课程是高等院校机械类及其它相关专业的一门重要的专业基础课程，它在专业课程体系中占有重要地位。目前在国内高校，特别是培养应用型人才的高校，该课程的教学内容，以及相应的实践教学环节不能满足工程实际的需要，严重滞后于现代技术的发展。
文章结合学科特点和发展，针对机械专业《传感器与工程测试技术》课程教学中存在的问题，探讨了课程的教学改革与实践，研究了课程的教学方法问题，阐明了通过改变教学模式，转变教学思想以及强化实践环节来提高教学效果，培养学生的工程实践能力和创新能力。
关键词：实践教学；教学方法；改革；创新
中图分类号：G521                
 
0 引言


　　传感器与检测技术是集美大学（以下简称我校）机械与能源工程学院（以下简称我院）机械类和机电专业的专业基础课，在整个教学体系中具有承上启下的作用，随着科学技术的发展，对今后学生的职业技能都将产生一定的影响。但一直以来，课程教学模式单一，只注重理论，限制了学生主动思考和探索应用的能力，不符合高等院校的人才培养目标。    
对于传感器与检测技术课程如何改革，各个高校虽各有不同做法，但一致同意的是：传感器课程应淡化理论，注重实践，学以致用，服务社会。为此，本人在总结多年教学经验和借鉴其他院校教学改革经验的基础上，对课程进行大力改革，现就此与大家谈谈个人感想。


1 改革课堂教学内容
 
两年前，我院机械专业本科使用的教材是黄长艺主编的《机械工程测试技术基础》，授课主要内容是：1、信号及其描述；2、测试装置的基本特性；3、常用的传感器；4、信号调理、处理和记录；5、信号处理初步等。尤其是第1、第2章在对信号及测试装置进行定量分析时，经常要用到有关的数学知识，如傅里叶级数、傅里叶积分等运算。而该书中有大量的数学公式推导，这样教师在课堂上容易过分强调理论知识，使学生缺乏感性认识，理解上更加困难。更有甚者导致课堂气氛沉闷，教学效果很差。课后，学生和同行教师都对此提出了意见。我认为学习过程中应当重视基本概念的理解，这样对于初学者才能尽快入门和深入。而对有关数学内容的把握应侧重在物理概念的理解和方法的运用上，千万防止抽象研究数学内容本身。
另外，第3、4章涉及大量电路，如果前期电工电子学课程学得不是很好的同学可能就对这部分感觉较吃力，进而影响对该课程的学习积极性。我认为对于机械专业（非机电专业和方向）的学生，因为他们将来是机械量动态测试者，本课程对于他们是解决问题的一种工具，他们是“用”电量仪，而不是“搞”电量仪，应能达到的要求是“选得准，用得好”即可，所以教师讲课时对电路部分要求也可低些。而对于机电方向或机电专业学生，测量电路设计部分要求就可高些，比如再开设一周的“课程设计”。总之，讲课时应根据专业情况对授课内容进行相应增减。在我院机械类专业的机制、机设、材料、机电四个方向是大三下一起上这门课的，我认为该门课程放在四上学更好，即专业分方向之后机电方向单独上，以便与其它方向在授课内容上有所区别。
根据专业培养目标和特点，我们对课程内容进行了重新整合，选用优秀教材，制定新的教学大纲。现在机械专业选用的教材是叶湘滨主编的《传感器与测试技术》，该书可读性好，富有启发性，学生容易接受和理解，同时也便于教学安排，教师可以根据不同专业方向和教学对象来取舍内容。该书相对前面所提教材淡化了理论，更注重应用。比如对前述第1、2章部分的数学推导做了一些删减，第4章根本没涉及，而第3章传感器部分内容更加详细具体，尤其是应用部分。另外，书中除常用的基本传感器，还增加了部分比较热点和先进的传感器介绍，力求基础性和先进性相结合，大大激发学生的学习兴趣。教学计划中该课程共48学时，其中理论课时42，实验课时6，课程内容多，要注意重点突出，对一些典型常用的传感器（电阻、电感、电容、压电传感器等）要进行详细讲解，而有些内容简单带过，鼓励学生课后多查资料自学，扩大知识面。
 
2 改革课堂教学方法，提高教学质量
该课程抽象难懂且实践性强，学生觉得深奥难懂、枯燥无味。那么怎样才能改进课堂讲授的效果呢？
（1）建立完整的课程体系概念。在课程结束时，有时会发现部分同学连最基本的各章节内容之间的相互联系还不清楚。为此在课程最初，教师应当帮助学生理清线索。就该课程本身的内在体系而言，是以“测试系统构成框图”为主框架，以信号流程为主线。具体为：传感器首先感受被测信号，中间调理过程再对传感器输出信号进行预理（包括调制解调、A/D转换、放大等），接着是信号的处理（包括相关分析、频谱分析等等），最后是记录显示，而教材中也是按照这个顺序来安排各章的。让同学们首先从宏观上知道各个知识板块章节间的因果联系，再从微观上来具体消化每个知识点，这样学起来就更轻松。
（2）增强教师和学生间的互动。传统的课堂教学造成了学生被动的学习习惯，因此，教师在讲授中可以经常穿插一定的课堂讨论，即教师提出问题，让同学充分发表见解，使他们总是处于一种积极参与状态。这样不仅可以使学生理解理论知识，更培养了创新意识。
（3）丰富教学手段，提高教学效果。以往传感器部分的教学因缺乏实物对象，学生感到枯燥无味。比如抽象的霍尔效应、涡流效应的现象，或磁栅传感器、感应同步器等较复杂传感器的工作原理与工程应用等。为此教师应该探索如何将先进的教学手段更好地服务于课堂。一是采用多媒体课件。将复杂抽象的理论知识通过精彩的实物图片或动画生动直观地表现出来，使学生理解更容易、更透彻，增加课堂趣味性。二是建立网络课堂。学生可以下载课程的课件或相关教学资料，通过这个平台，学生和教师可进行相互交流或教师对其直接进行指导。
（4）注意培养学生的工程思维习惯。因为该课程的工程实践性很强，因此在原理、概念的讲授中一定要注意引导学生联系实际事例进行分析，激发学生的学习兴趣。如在学习传感器时，教材编写的顺序是原理-测量电路-应用，讲授时不妨把这个平铺直叙的模式颠倒一下，就可以充分调动学生的兴趣。比如，在讲到涡流传感器时，我们可以先问“考场金属探测仪如何测试？”，由此引出传感器原理、性能和应用的讲解。再如，相关分析也是一个难点及重点，我们可以从如何有目标地寻找深埋地下的输液管道裂损位置，或海面上两舰船距离测量等的案例入手，使得信号相关分析的讲解更容易、更有趣一些。
3 强化实验实践教学，培养创新能力
 
学完本课程之后，学生具备的能力应该从两方面得到体现：理论知识的掌握；实践方面，必须对动态测试过程有一个比较完整的概念，包括常用仪器、仪表的使用方法；根据检测要求合理选用各种传感器，并进行简单维护；设计、制作简单测试基本单元模块电路（尤对于机电方向、或机电专业）。这个目标可从三个方面来达到：
（1）改革实验教学模式。我院该课程实验教学模式存在这样一些问题：条件差，实验设备数量严重不足；实验项目是类型单一的验证性实验；实验大多是教师演示，学生照做。旧模式造成学生理论与实践脱节，进而缺乏主动学习和创新精神。因此除改善实验条件外，可增加一些综合性实验，虽然有一定难度，但对学生学习积极性和创新意识是一个提升。
（2）增设课程设计。这是我参照别的院校教学模式后在本院该课程的教改中提出的一个大胆尝试。我认为课程设计也是一种重要的实践教学环节，是对实验教学的一种很好的补充（尤对于机电专业）。该环节可以提升学生许多方面的能力：熟悉传感器应用和设计方法、内容、步骤及工艺；训练查阅相关科技文献并进行处理、分析的基本技能。具体来说，在内容上可开展一些综合设计性的实验，比如制作一些平常感兴趣的东西，像利用涡流传感器的原理制作考场金属探测仪、利用红外辐射原理制作红外自动保护装置等，或对课本中一些基本传感器进行设计等。在这过程中，教师只提目标和要求，让学生根据个人情况自主选择感兴趣的题目，大到方案的设计、选择，小到去市场了解每个元器件、集成块的价格都自己亲力亲为，既拓宽学生的知识面，又培养他们的创新精神。
（3）参加教师的科研，或课外科技活动。如选一些对科研有兴趣的同学参加老师的科研项目，或组织一些学生科技活动，指导学生参与科研。既培养学生的动手能力，又调动了学生的积极性。