程豪等

摘要：傳感器是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)學(xué)科，單獨(dú)依靠理論教學(xué)很難讓學(xué)生掌握傳感器的使用原理，因此充分利用傳感器教學(xué)中的隨堂實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)傳感器的工作原理是提高學(xué)生傳感器應(yīng)用技能的關(guān)鍵。本文首先分析高職院校傳感器隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，隨后具體闡述對(duì)傳感器隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)，最后根據(jù)隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)所取得的成績(jī)對(duì)當(dāng)前的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行思考。

關(guān)鍵詞：傳感器 隨堂實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)與思考

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要手段，也是高職教學(xué)的重要內(nèi)容。傳感器技術(shù)是當(dāng)前我國(guó)新型產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，其在現(xiàn)實(shí)生活中具有廣泛的應(yīng)用，因此提高高職學(xué)生對(duì)傳感器技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用能力，是培養(yǎng)社會(huì)應(yīng)用型人才的關(guān)鍵，而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐應(yīng)用能力必須要借助隨堂實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生對(duì)傳感器感性知識(shí)的認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合。

1 傳感器隨堂實(shí)驗(yàn)的重要性

隨堂實(shí)驗(yàn)就是教師在課堂教學(xué)中，為了很好地說(shuō)明理論知識(shí)而開(kāi)展的一系列實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)向?qū)W生展現(xiàn)相關(guān)的理論知識(shí)的一種教學(xué)形式。傳感器隨堂實(shí)驗(yàn)是高職傳感器教學(xué)的主要形式，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的主要手段?；趥鞲衅髡n程的實(shí)踐性，學(xué)生要想深入全面地掌握與應(yīng)用傳感器理論知識(shí)，就必須要從傳感器教學(xué)方面入手，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)擺在教學(xué)體系的重要部分，因?yàn)閭鞲衅鲗?shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、提高學(xué)生的創(chuàng)新力具有重要的意義。其具體表現(xiàn)在：一是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)傳感器理論知識(shí)的理性認(rèn)識(shí)。傳感器是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)學(xué)科知識(shí)，其理論知識(shí)具有高度的抽象性，學(xué)生依靠傳統(tǒng)的教師按照書本知識(shí)講解的方式已經(jīng)不能滿足高職教育的本質(zhì)要求，而通過(guò)隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以讓學(xué)生在一邊學(xué)習(xí)傳感器理論知識(shí)的同時(shí)了解傳感器的實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)；二是培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過(guò)隨堂實(shí)驗(yàn)可以提高課堂學(xué)習(xí)的效益，據(jù)有關(guān)資料表明，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以集中學(xué)生的注意力，讓學(xué)生融入到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，因此學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的提高必須會(huì)激發(fā)他們的發(fā)散性思維，讓他們?cè)谝贿呌^看實(shí)驗(yàn)的同時(shí)一邊思考相關(guān)的問(wèn)題，這樣的教學(xué)模式對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力具有重要的作用；三是傳感器隨堂實(shí)驗(yàn)并不是教師一味地按照相關(guān)的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，而是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，讓學(xué)生主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生自己收集相關(guān)的傳感器知識(shí)，這樣一來(lái)就會(huì)增加學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題以及解決問(wèn)題的能力。

2 傳感器教學(xué)隨堂實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

基于傳感器教學(xué)內(nèi)容的不同，在傳感器教學(xué)中需要根據(jù)不同的教學(xué)目的采取不同形式的實(shí)驗(yàn)方式，一般而言，隨堂實(shí)驗(yàn)分為：傳感器基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)、傳感器綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)、傳感器設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)等。但是在隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用比較多的是傳感器基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，也就是對(duì)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)也稱之為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，就是教師為了驗(yàn)證某一傳感器的理論知識(shí)或者結(jié)論而進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)。一般通過(guò)隨堂實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生了解最基本的傳感器設(shè)備的使用規(guī)范以及掌握最基本的使用技能與方法，并且學(xué)會(huì)對(duì)傳感器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與描述。傳感器是一種檢測(cè)裝置，它是將非電量轉(zhuǎn)化為電量的器件，一般它的組成部分主要為：敏感元件、轉(zhuǎn)換元件以及電路。它們功能主要是：敏感元件負(fù)責(zé)對(duì)測(cè)量對(duì)象相關(guān)信息與數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換元件負(fù)責(zé)對(duì)采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理、電路則承擔(dān)的是對(duì)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)以及信息按照預(yù)定的程序進(jìn)行處理。

根據(jù)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容可以分為：各類傳感器性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)和傳感器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。傳感器性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)主要包括應(yīng)變片式、壓阻式、差動(dòng)變壓器以及集成溫度傳感器等性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。傳感器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)主要包括電容式傳感器側(cè)位移、霍爾傳感器側(cè)位移、壓電式傳感器測(cè)振動(dòng)以及光纖位移傳感器測(cè)位移等實(shí)驗(yàn)。本文以電渦流式傳感器電子秤實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)傳感器隨堂實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 電渦流式傳感器電子秤實(shí)驗(yàn)的總體設(shè)計(jì)。電渦流式傳感器能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的非接觸、高線性度、高分辨率地測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)體探頭表面的距離。電渦流式傳感器以及穩(wěn)定的性能、測(cè)量范圍的寬度以及高分辨率等特點(diǎn)被社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域所普遍地采用。其組成部分與一般傳感器的構(gòu)成是相同的，即：敏感元件，敏感元件是由多股漆包銅線繞制的一個(gè)扁平線圈固定在框架上構(gòu)成的，線圈框架的材料是聚四氟乙烯，該材料的電性能比較好，熱膨脹系數(shù)比較??；傳感器元件，主要是說(shuō)前置器，一般測(cè)量電路裝在前置器中，是一個(gè)能夠屏蔽外部信號(hào)的金屬盒子；彈性元件，彈性元件被置于圓柱彈簧頂部并放在探頭的下面。

2.2 電渦流式傳感器電子秤實(shí)驗(yàn)的原理。電渦流式傳感器主要由平面線圈和金屬渦流片組成，如圖1所示。當(dāng)線圈中經(jīng)過(guò)高頻交變電流時(shí)，與其平行的金屬片上會(huì)感應(yīng)而產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小受到線圈阻抗z的影響比較大，但是與此同時(shí)渦流的大小與金屬片的電阻率、磁導(dǎo)率溫度以及厚度有著直接的關(guān)系，比如當(dāng)平面線圈、渦流片、激勵(lì)源確定時(shí)，但是其溫度環(huán)境卻沒(méi)有變化，這時(shí)阻抗與距離x就有著密切的關(guān)系，將阻抗變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出，則輸出電壓是距離x的單值函數(shù)。

從以上兩個(gè)公式中可以清楚地獲悉，線圈與金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的阻抗、電感都是該系統(tǒng)互感平方的函數(shù)，而互感是隨線圈與金屬導(dǎo)體間距的變化而變化的。

3 基于傳感器隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀而引發(fā)的思考

3.1 傳感器隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀。雖然傳感器隨堂實(shí)驗(yàn)在教學(xué)體系中占據(jù)重要的地位，而且越來(lái)越多的高職院校也加強(qiáng)了在課堂上開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，并且取得了不錯(cuò)的成績(jī)，但是其仍然存在不少的問(wèn)題：首先，隨堂實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)之間存在內(nèi)在的脫節(jié)。很多教師在教學(xué)中開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的目的并不是為了提高學(xué)生的社會(huì)實(shí)踐應(yīng)用能力，而是為了完成教學(xué)任務(wù)而開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致理論教學(xué)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)而服務(wù)的本質(zhì)發(fā)生偏移；其次隨堂實(shí)驗(yàn)忽視學(xué)生的主動(dòng)性，很多教師在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)時(shí)更多地是按照自己的思路有序地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而學(xué)生則只能被動(dòng)地觀看教師的實(shí)驗(yàn)操作步驟，教師與學(xué)生之間的互動(dòng)性不強(qiáng)導(dǎo)致學(xué)生不明白實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真正目的；最后，隨堂實(shí)驗(yàn)過(guò)于強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，而缺乏自主創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷發(fā)展，很多高校為了降低成本或者出于保護(hù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中人身安全的考慮，高職院校往往會(huì)利用某些實(shí)驗(yàn)程序而代替原來(lái)的實(shí)物傳感器實(shí)驗(yàn)元件，這樣一來(lái)導(dǎo)致學(xué)生只能按照相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)步驟操作進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)本身的內(nèi)在本質(zhì)缺乏認(rèn)識(shí)，尤其是不利于學(xué)生對(duì)相關(guān)問(wèn)題的深入思考。

3.2 完善傳感器隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的措施。①明確隨堂實(shí)驗(yàn)的地位，提高學(xué)生的興趣。提高隨堂實(shí)驗(yàn)在傳感器教學(xué)系統(tǒng)中的地位，是提高隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的重要措施，隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)高職教育的重要性是不言而喻的，因此高職院校要加強(qiáng)對(duì)隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度，明確隨堂實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)，并且對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)模式進(jìn)行改革，逐漸增加隨堂實(shí)驗(yàn)體系在整個(gè)高職教育體系中的比重；同時(shí)教師也要?jiǎng)?chuàng)新隨堂實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，將學(xué)生納入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，提高他們參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性，激發(fā)他們的發(fā)散性思維。②強(qiáng)化預(yù)習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)。在開(kāi)展傳感器實(shí)驗(yàn)前要讓學(xué)生提前學(xué)習(xí)與了解與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，并且給予學(xué)生相應(yīng)的指導(dǎo)，進(jìn)而提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)知，保證學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)能夠集中精力學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)知識(shí)；同時(shí)教師也要為隨堂實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)寬松的環(huán)境，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)。③建立科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)課程考核體系。實(shí)驗(yàn)考核應(yīng)該是學(xué)生一人一組獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立操作，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，而教師一般不給予指導(dǎo)?？己说膬?nèi)容應(yīng)選擇具有較大可塑性的實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生一定的選擇余地和想象空間，便于發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和培養(yǎng)學(xué)生的開(kāi)拓能力。

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作者簡(jiǎn)介：程豪（1987-），男，江西萬(wàn)年人，江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，教師，本科，電氣自動(dòng)化；歐陽(yáng)嵩（1984-），男，江西安福人，江西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，教師，本科，研究方向：電子信息。