高全芹

(長沙大學(xué)機電工程系，湖南長沙 410003)

面向應(yīng)用型人才《測試原理與技術(shù)》課程的教學(xué)探討＊

高全芹

(長沙大學(xué)機電工程系，湖南長沙 410003)

測試原理與技術(shù)課程具有傳感器類型多、涉及的知識面廣、實踐性強的特點，在理論與實踐教學(xué)中學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性不高.本文結(jié)合教學(xué)現(xiàn)狀及實踐效果，提出了傳統(tǒng)板書與多媒體l+1合理配合授課法、采用溫故知新和啟發(fā)式教學(xué)法以及任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法.在實踐教學(xué)中，突出應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，采用對學(xué)生思維的引導(dǎo)啟發(fā)、虛擬實驗與物理實驗相結(jié)合與課堂學(xué)習(xí)與工程應(yīng)用實踐相結(jié)合的方法，使學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、綜合實踐能力和創(chuàng)新能力得到極大的提高.

傳感器;理論教學(xué);實踐教學(xué);應(yīng)用型人才;教學(xué)改革

《測試原理與技術(shù)》課程是工科學(xué)生特別是機械類專業(yè)的必修基礎(chǔ)課程.隨著計算機技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域向自動化、智能化過渡.出現(xiàn)了諸如環(huán)境自動檢測系統(tǒng)、自動化生產(chǎn)線、智能樓宇、智能交通等典型的以傳感器檢測信息為基礎(chǔ)，計算機信息處理為手段的先進系統(tǒng).新技術(shù)、新事務(wù)的迅猛發(fā)展為傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展提供了機遇，同時也為學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程提出了挑戰(zhàn).首先，《測試原理與技術(shù)》課程涵蓋知識點范圍極為廣泛，開始本課程學(xué)習(xí)需要學(xué)生具備的許多基礎(chǔ)理論知識，如理論物理、高等數(shù)學(xué)、電磁學(xué)、電工學(xué)、信號與系統(tǒng)、光學(xué)、電化學(xué)等.其次，《測試原理與技術(shù)》為一門以工程應(yīng)用為主的課程，課程本身涵蓋的傳感器知識點類別很多，如電感式傳感器、電容式傳感器、電磁傳感器、霍爾傳感器、化學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器等.這些知識點之間聯(lián)系并不緊密，所涉及的物理數(shù)學(xué)原理并不完全相同、甚至完全不相同.基于以上特點，授課時若不能掌握一定的技巧和方法，往往會造成老師疲于授課，學(xué)生一臉茫然的困境.針對目前的學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，為了更好地促進學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的要求，筆者通過總結(jié)多年的授課實踐與經(jīng)驗，對測試原理與技術(shù)課程教學(xué)改革與實踐提出了自己的見解［1，2］.

1 測試原理與技術(shù)理論的課堂教學(xué)探討

測試原理與技術(shù)理論教學(xué)有以下幾個特點:要求掌握的基礎(chǔ)理論多;物理原理數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)多;涉及知識面廣;應(yīng)用實踐性強.學(xué)習(xí)本門課程前要求學(xué)生掌握信號與系統(tǒng)、復(fù)變函數(shù)及傳遞函數(shù)理論等基礎(chǔ)知識.傳感器敏感物理量原理公式推導(dǎo)時要求學(xué)生有堅實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和物理基礎(chǔ).傳感器物理原理基于一系列近似假設(shè)基礎(chǔ)之上，需要一定的技巧性，實踐性強.因此，要想達到預(yù)期效果，滿足應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要求，授課時既要避免追求理論深入講解而輕應(yīng)用實踐，又要避免輕理論而重應(yīng)用.筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗，針對課程理論公式推導(dǎo)多、講解繁瑣的特點，提出了傳統(tǒng)板書與多媒體1+1合理配合的授課理念;針對課堂授課內(nèi)容涉及知識面廣的特點，提出了溫故知新啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)方法;針對課程學(xué)習(xí)實踐性強的特點，提出了任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法.

1.1 傳統(tǒng)板書與多媒體1+1合理配合授課法

在測試原理與技術(shù)這門課中，傳感器的輸入輸出特性、工作原理與信號轉(zhuǎn)換電路仍舊是我們理論教學(xué)的重點，但是在教學(xué)中如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣而且知識點又掌握的比較牢呢?那我們要解決的第一個關(guān)鍵問題就是如何激發(fā)學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)欲望，吸引學(xué)生的注意力.在理論教學(xué)中，對于理論性比較強的內(nèi)容，例如工作原理及輸入輸出等內(nèi)容時僅僅泛泛的講會導(dǎo)致學(xué)生只知道原理或輸入輸出特性是這樣，但不知道為什么是這樣，不能突出我們授課的重點，多媒體效果并不好，稍有印象但不深刻.因此，在課堂教學(xué)中傳感器的基本原理和比較復(fù)雜的公式部分可按傳統(tǒng)方式邊寫邊講，對于傳感器的結(jié)構(gòu)、外形及電路原理圖采用多媒體的圖片和動畫展示，吸引學(xué)生的注意，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情.這樣的傳統(tǒng)加現(xiàn)代教學(xué)手段的輔助，經(jīng)過實踐驗證，同學(xué)們學(xué)習(xí)的主動性明顯增強，課堂氣氛明顯活躍.

1.2 溫故知新啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)法

在學(xué)習(xí)新知識之前，復(fù)習(xí)一下相關(guān)知識，使學(xué)生輕松進入新知識的學(xué)習(xí)階段，起到承上啟下的作用.比如我們在學(xué)霍爾式傳感器的時候，根據(jù)教學(xué)任務(wù)需要，引入在電路課程中已學(xué)的磁場方面的知識，使學(xué)生回憶原有經(jīng)驗.筆者在講述霍爾傳感器章節(jié)時采用了“溫故知新啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)法”獲得了良好的效果.先前在溫習(xí)中主要述了洛倫茲力和電場力，通過啟發(fā)式提問的方式探討這兩種力在霍爾效應(yīng)中所起作用，使學(xué)生參與到問題的思考中來，從而引入到新知識的學(xué)習(xí)——“霍爾效應(yīng)”，即霍爾傳感器的工作原理.通過這種學(xué)習(xí)方法，學(xué)生更容易接收新知識，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

啟發(fā)式教學(xué)運用得當(dāng)不僅能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，而且通過發(fā)散性思維啟發(fā)，能夠激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維，起到了“溫故知新，拋磚引玉”的效果.筆者在講授電阻應(yīng)變式傳感器章節(jié)時，先從一個日常生活中的水果電子稱原理入手，分析電阻應(yīng)變式傳感器在該系統(tǒng)中的工作原理，剖析把重量轉(zhuǎn)換成電信號的過程.同時要求同學(xué)們自己設(shè)計一種不同稱重原理的電子秤，引導(dǎo)學(xué)生思考如何將重力變化引起敏感物理量的變化?如何將這一變化轉(zhuǎn)換成電信號?后續(xù)的處理電路應(yīng)該注意哪些環(huán)節(jié)?這種傳感器的精度如何?局限性如何?帶著解決問題的興趣與疑問，學(xué)生便能夠變被動為主動，積極參與到整個教學(xué)過程中來，心中的疑問隨著教學(xué)內(nèi)容的不斷深入而得到解決，達到了很好的授課效果.

1.3 任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法與傳統(tǒng)授課的課后作業(yè)不同，該方法著眼于課堂理論與生活實踐的相互關(guān)聯(lián)，結(jié)合授課內(nèi)容，有針對性的對學(xué)生下達課后分組調(diào)研任務(wù)，并在接下來的課堂進行反饋追蹤，以實際任務(wù)驅(qū)動學(xué)生完成理論知識的物化.

智能溫度檢測儀、智能煙霧報警器、智能探測障礙儀等傳感器功能類型相似，筆者講授完畢時，將學(xué)生分組，布置幾個小的探討題，要求學(xué)生利用相關(guān)的傳感器網(wǎng)站和查閱相關(guān)的專業(yè)資料來了解智能傳感器的工作原理并對其生產(chǎn)生活中的應(yīng)用及其應(yīng)用前景進行展望.要求把查到的相關(guān)資料做成電子報告形式，在課堂上適當(dāng)?shù)臅r候向同學(xué)們匯報講解.匯報完畢之后教師點評，學(xué)生討論.經(jīng)過實踐證明，同學(xué)們對待探討題都很認真，查閱的資料也很豐富，總結(jié)PPT做得也十分漂亮.由于增加了點評這一環(huán)節(jié)，同學(xué)們除了關(guān)注本組內(nèi)容，也很熱心其他組的內(nèi)容，競爭氛圍濃厚，從而打破了傳統(tǒng)教學(xué)的呆板形式，使課堂氣氛相當(dāng)活躍.通過階段性的任務(wù)驅(qū)動法學(xué)習(xí)，讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)同學(xué)們發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，總結(jié)問題的能力大大提高，同學(xué)們的團隊合作精神相對增強.經(jīng)過一學(xué)期的實驗性教學(xué)，通過調(diào)查問卷的形式，95%的同學(xué)都認為任務(wù)驅(qū)動法與課堂探討法，增加了他們的學(xué)習(xí)興趣，使他們自覺地將知識創(chuàng)造性地運用于實踐;同時，激發(fā)了他們探問已知、探索新知、探求未知的勤奮好學(xué)的進取精神.

2 測試原理與技術(shù)課程實踐教學(xué)的探討

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是測試原理與技術(shù)課程的另一重要環(huán)節(jié)，主要形式是與理論授課相對應(yīng)的實驗課程.實踐教學(xué)旨在幫助學(xué)生進一步鞏固課堂知識，并培養(yǎng)他們的工程意識和工程能力.傳統(tǒng)的實驗教學(xué)基本停留在驗證基本原理的階段，學(xué)生根據(jù)實驗原理、實驗步驟、操作方法、實驗現(xiàn)象，被動地驗證，機械地重復(fù)，缺乏主觀能動性［3，4］.為了加強素質(zhì)教育的力度，筆者在實踐授課環(huán)節(jié)中有意識引導(dǎo)學(xué)生開展創(chuàng)新實驗，并在優(yōu)化基本型實驗的基礎(chǔ)上增加綜合型及設(shè)計型實驗，提高學(xué)生知識應(yīng)用水平;同時積極推廣虛擬實驗理念，將虛擬實驗與物理實驗相結(jié)合，使學(xué)生對傳感器物理原理本質(zhì)理解體會更加深刻;此外筆者常常會把工業(yè)界遇到的檢測難題介紹給學(xué)生，鼓勵他們積極參與工程實踐和設(shè)計競賽，極大鼓舞了他們的學(xué)習(xí)熱情.

2.1 注重實驗課對學(xué)生的引導(dǎo)

實驗課是驗證理論、應(yīng)用理論、鍛煉學(xué)生動手能力與培養(yǎng)團隊精神的重要實踐環(huán)節(jié).根據(jù)教學(xué)大綱我們開設(shè)了八個課時實驗，實驗指導(dǎo)過程中，鼓勵學(xué)生自己探索、自己動手，注意觀察實驗現(xiàn)象，不斷發(fā)現(xiàn)問題，培養(yǎng)分析問題與解決問題的能力，例如在差動變壓器的實驗中，有些學(xué)生測出的輸入輸出特性曲線并不是呈絕對線性的，這時候就可以試著讓學(xué)生思考是什么原因?qū)е逻@樣的結(jié)果呢?在實踐中可以通過哪些方法來校正這些非線性來提高測量精度呢?通過這些問題的提出與深入，學(xué)生即驗證了傳感器的理論鞏固了所學(xué)的知識，又培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)散思維的能力，從而使學(xué)生解決實際問題的能力大大提高.

2.2 虛擬實驗與物理實驗相結(jié)合

虛擬實驗是指近年來隨著計算機技術(shù)發(fā)展而迅速普及的一種教學(xué)實驗形式，它是傳統(tǒng)物理實驗的有益和必要的補充.目前虛擬實驗大多借助Multisim電路仿真軟件、LabView軟件平臺、Matlab數(shù)字仿真平臺等軟件工具，針對所驗證的原理知識設(shè)置相應(yīng)的實驗課程.例如，傳感器微弱信號檢測中通常用到瑣相環(huán)電路，對于該類實驗課程設(shè)置上，采用傳統(tǒng)物理實驗受傳感器靈敏度、電源噪聲等因素影響，效果不太好.引入虛擬實驗后，學(xué)生可以很直觀的觀察瑣相環(huán)電路對微弱信號檢測效果，加深了理解.此外，虛擬實驗課程設(shè)置還具有靈活、直觀、安全等特點.筆者通過LabView等軟件建立虛擬的人機交互界面，利用現(xiàn)有的物理實驗平臺傳感器通過前置調(diào)理電路，由數(shù)據(jù)采集卡輸入計算機的虛擬儀器中，完成了傳感器數(shù)據(jù)的分析處理與動態(tài)顯示，既降低實驗維護成本，又達到了很好的實驗效果，深受學(xué)生歡迎.

2.3 課堂學(xué)習(xí)與工程應(yīng)用實踐相結(jié)合

“學(xué)以致用”是學(xué)習(xí)的最高境界.測試原理與技術(shù)課程是實踐性很強的學(xué)科，把課堂知識與工程應(yīng)用實踐結(jié)合起來不僅能夠強化課堂授課效果，而且還能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維.筆者在傳授電容式傳感器章節(jié)內(nèi)容時，將工程中動態(tài)傾角測量難題介紹給了學(xué)生，鼓勵他們利用所學(xué)知識，提出自己的解決方案.學(xué)生積極響應(yīng)，提出了許多創(chuàng)造性的設(shè)計方案，獲得了很好的教學(xué)效果.此外，鼓勵學(xué)生積極參加大學(xué)生創(chuàng)新大賽，將課堂授課知識用于往屆大學(xué)生創(chuàng)新競賽題目設(shè)計中來，使學(xué)生切身體會到目前所學(xué)的確可以解決實際工程問題，能夠極大提升他們的學(xué)習(xí)熱情，獲得到很好的授課效果.

3 結(jié)束語

隨著人們對自然界探索的深入，各種物理化學(xué)效應(yīng)不斷被發(fā)現(xiàn)，各種各樣的新式傳感器不斷出現(xiàn).作為教師，我們應(yīng)該與時俱進，不斷學(xué)習(xí)，不斷調(diào)整自己的思路，改進教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段，強化實踐環(huán)節(jié)，適應(yīng)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)需求，實現(xiàn)教與學(xué)的最佳統(tǒng)一.

［1］陳杰，黃鴻.傳感器與檢測技術(shù)(第二版)［M］.北京:高等教育出版社，2002.

［2］葉湘濱，熊飛麗，張文娜，等.傳感器與測試技術(shù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2007.

［3］仇潤鶴，方建安，唐明浩，等.建立培養(yǎng)創(chuàng)新能力的綜合實驗平臺［J］.實驗室研究與探索，2005，(92):252－254.

［4］張敬賢，賈麗麗，王麗榮.機電一體化專業(yè)的實驗教學(xué)改革與實踐［J］.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2005，(2):43－47.

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1008－4681(2012)02－0115－02

2012－02－23

高全芹(1976－)，女，河南封丘人，長沙大學(xué)機電工程系講師，碩士.研究方向:自動檢測、精密傳感器.

(作者本人校對)