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傳感器與檢測技術(shù)教學案例設(shè)計

2023-10-30 17:13:44戴永濤謝友慧
現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè) 2023年20期
關(guān)鍵詞:傳感器與檢測技術(shù)案例設(shè)計教學案例

戴永濤 謝友慧

摘?要:傳感器與檢測技術(shù)是一門應(yīng)用性較強的專業(yè)課程,本文針對教學中所存在的問題,如采用的實例應(yīng)用偏離學生認識范疇、教學過程不夠靈活、課程思政結(jié)合生硬等問題,討論了教學設(shè)計的原則、要求和注意事項;再通過一個教學案例設(shè)計,體現(xiàn)了所提出的設(shè)計原則。

關(guān)鍵詞:傳感器與檢測技術(shù);教學案例;案例設(shè)計

中圖分類號:TB?????文獻標識碼:A??????doi:10.19311/j.cnki.16723198.2023.20.091

0?引言

傳感器與檢測技術(shù)課程它綜合了物理學、微電子學、化學、材料科學、精密機械、微細加工等多方面的知識和技術(shù)。其目標是使學生了解檢測系統(tǒng)與傳感器的靜、動態(tài)特性和主要性能指標,掌握常用傳感器的工作原理和常見非電量參數(shù)的檢測方法、檢測系統(tǒng)中常用的信號放大電路、信號處理電路與信號轉(zhuǎn)換電路等。其基本要求是通過本課程的學習,培養(yǎng)學生利用現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決生產(chǎn)實際中信息采集與處理問題的能力,同時力求培養(yǎng)學生客觀、鉆研的精神及認真嚴謹?shù)貙W習態(tài)度。

依據(jù)教學大綱,通過本課程的學習,學生應(yīng)具備相應(yīng)的素質(zhì)、技能、知識和能力:

(1)思政素養(yǎng)目標。讓學生樹立強烈的愛國主義使命感與責任心。培養(yǎng)客觀、鉆研的工匠精神、良好的人文素養(yǎng)以及認真嚴謹?shù)貙W習、做事的態(tài)度。

(2)知識目標。理解傳感器與檢測技術(shù)的基本概念,檢測裝置的基本特性,學會誤差分析與數(shù)據(jù)處理的方法,并做相應(yīng)分析。

(3)能力目標。通過分析各種形式傳感器的原理,結(jié)構(gòu)以及相關(guān)測量電路的介紹,學會運用非電量檢測技術(shù)及相關(guān)檢測方法。

(4)素質(zhì)目標。培養(yǎng)學生利用現(xiàn)代電子技術(shù)、傳感器技術(shù)等解決生產(chǎn)實際中信息采集與處理問題的能力,培養(yǎng)學生具有終身學習與持續(xù)發(fā)展的意識和能力。

1?存在問題及分析

該課程是一門應(yīng)用型的課程,其知識內(nèi)容都是實際應(yīng)用的一個理論提取,首先,常見的教材編寫和教學模式,往往是按照理論,即相關(guān)實例這樣的思路來教學,這種認識邏輯在學生學習時不能形成較深的一個印象。其次,在早期的教材編寫中,很大一部分實例都是工業(yè)中的應(yīng)用,后續(xù)的教材也延續(xù)了這一模式,這些應(yīng)用的例子,學生既沒有見過也沒有接觸過,加之有些圖片還是示意圖,幾乎都是泛泛地理解。再次,所選用的知識線比較單一,延伸擴展的知識比較生硬,融合的思政元素也很不自然。

基于以上提出的幾點問題,在進行教學設(shè)計時可以做出相應(yīng)的改革。

首先,在講授理論知識前,先把實例給出,特別是能夠融合大部分知識的事例,而不是僅僅對應(yīng)單個小知識點,這樣在教學時學生有連貫性;且在給出事例后提出問題后,再去解決問題,即認識其理論,既能加深學生的知識印象,也能培養(yǎng)其真正解決分析問題的思維。

其次,在尋找實例時,從生活出發(fā),隨著生活中的科技應(yīng)用越來越多,各類傳感器的使用已經(jīng)從企業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域進入普通生活,盡量選取學生能接觸到或者在網(wǎng)絡(luò)平臺能夠偶爾看到的實際應(yīng)用結(jié)合講解,這樣在學生更容易理解的同時,還能提升學生對課程的認同感和對自身專業(yè)的自豪感。

再次,需借著擴展內(nèi)容合理自然地融合學習的思路、方法,以及積極正面的思想引領(lǐng)。

2?案例設(shè)計

本文中筆者是以傳感器與檢測技術(shù)教學中“光電效應(yīng)”學習部分為例,進行具體的教學設(shè)計探索。

2.1?引入

給學生展示庭院燈(戶外感應(yīng)燈)這樣一個在生活中及在網(wǎng)絡(luò)平臺上很常見的產(chǎn)品,介紹其免充電、天黑自動亮,人經(jīng)過自動高亮的幾個基本功能,既是顯示了討論對象的科技感,又可以讓同學們從能量變化的角度思考其原理,即光到電信號的一個變化過程,逐步引入知識主題。

讓學生結(jié)合之前所學習的內(nèi)容,思考通常的電信號從哪些參數(shù)體現(xiàn)出變化。這既是對之前的分析方法及內(nèi)容的一個回顧,也為后續(xù)的幾個光電效應(yīng)的分類中變化參數(shù)的分析做準備。這是一個思維方法的訓練和積累的過程,也是對學生綜合總結(jié)能力的一個提升和練習。

2.2?略講光電效應(yīng)

由教師簡要敘述光電效應(yīng)的內(nèi)容:光電材料(或物質(zhì))在吸收了光能后而發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象,即光照射某一物體,可以看作是一連串能量為E的光子轟擊在這個物體上,此時光子能量就傳遞給電子,電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會發(fā)生變化。讓同學們考慮會有什么樣的變化?并以此引出相應(yīng)的3種類型的光電效應(yīng)。

2.3?講解外光電效應(yīng)

借以踢球為例,說明能量的傳遞,說明外光電效應(yīng)的內(nèi)容,并讓學生體會很多生活中的實情都是相通的。再相應(yīng)介紹發(fā)現(xiàn)外光電效應(yīng)的歷史,在了解科學家科研過程的同時,學著去思考實驗結(jié)果呈現(xiàn)的現(xiàn)象,即為何對于某種特定的金屬來說,卻無法激發(fā)一個電子呢?讓學生思考不同顏色或者類型的光是以什么作為區(qū)分?光子的能量和什么有關(guān)?引導同學從愛因斯坦的光子理論出發(fā),以火箭脫離地球進入太空為形象事例,需克服地球的引力,說明本身發(fā)射時所需攜帶的最低能量,并由此推導出“紅限”。這是讓同學們站在科學巨人的肩膀上學習和分析問題,既可以訓練研究思維,又可提升一種科研的自豪感,也能增強對科學家的尊敬與佩服。

2.4?講解內(nèi)光電效應(yīng)

教師講解內(nèi)光電效應(yīng)的內(nèi)容:在光線照射下,電子吸收光子能量后而引起物體的電導率(電阻率)發(fā)生變化,又稱光電導效應(yīng)。承接之前所用的方式,從能量角度分析,即電子能吸收能量增強“活力”(動能),再引導學生對比與外光電效應(yīng)的效果看有什么差別?在半導體材料中只能從價帶躍遷到導帶,卻是無法溢出表面的。這樣既能通過對比得出兩者的“內(nèi)”“外”之別,又加深了兩者所對應(yīng)采用的主要材料的比較,為后續(xù)的元件介紹做好準備打下伏筆。

2.5?講解光生伏特效應(yīng)

在內(nèi)光電效應(yīng)介紹的半導體中躍遷的內(nèi)容基礎(chǔ)上,讓學生思考:如果此時增加PN結(jié),會有什么變化?也就是PN結(jié)位置的自由電子增多的情況。由模電中的PN結(jié)形成的知識進而解釋產(chǎn)生電壓的過程,并以此說明知識的積累過程,告誡學生一步步扎實的知識基礎(chǔ)才有利于后續(xù)的學習。

2.6?結(jié)合實例說明具體應(yīng)用

重新展示“引入”部分的庭院燈(戶外感應(yīng)燈),讓學生結(jié)合所學,思考其三個基本功能是什么原理?

(1)免充電。由光能到電能的轉(zhuǎn)變,即基于光生伏特效應(yīng),實際應(yīng)用就是常見的太陽能電池板。

(2)天黑自動亮。從光照的亮度信號控制燈的亮滅,是將光信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號,在此即是電阻值的變化,由亮度影響到電阻率,再進而改變阻值大小,即是基于內(nèi)光電效應(yīng)。

(3)人經(jīng)過自動高亮。常見的識別是通過聲控或者光控,這里強調(diào)通過光控(即紅外線識別方式)來分析,具體可分為熱探測器和分子探測器,原理有不同,但屬于光電效應(yīng)范疇。可將紅外線的識別留給學生自己去擴展了解。

本部分的設(shè)計是一個首尾呼應(yīng),開始所引入的實例應(yīng)用,在經(jīng)過相應(yīng)知識點的學習后,直接結(jié)合應(yīng)用讓學生分析和體會。體現(xiàn)了從理論轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品即知識到生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)變,讓學生明白學習知識的目的是在于應(yīng)用、在于轉(zhuǎn)化,要積極多聯(lián)想、多創(chuàng)新、多去開闊視野。

3?總結(jié)

本案例內(nèi)容大概上課時長為20分鐘,該教學設(shè)計結(jié)合所提出的改進思路,選用學生生活中常見的實際應(yīng)用為切入點,改換了常規(guī)教材設(shè)計中理論知識的講授模式,采用感性接觸—理論學習—應(yīng)用分析原理的方式,更加深了理解。開頭提出的庭院燈如何實現(xiàn)相應(yīng)功能的疑問,最后做出了說明和解答,首尾呼應(yīng)。期間合理自然地融入思想引導和方法論等思政元素。教學本身,既要培養(yǎng)學生自主學習的能力,又要引導學生樹立正確的“三觀”,激發(fā)對祖國的熱愛。

參考文獻

[1]張培.面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的《傳感器與檢測技術(shù)》課程教學設(shè)計與實踐[J].內(nèi)燃機與配件,2019,(7):233234.

[2]謝友慧.三本院校電力電子技術(shù)課程教學的探索[J].科教文匯,2012,(5):70+107.

[3]戴永濤,謝友慧,梁偉鄯,等.信息化背景下自動化專業(yè)英語的教改與實踐[J].科教導刊,2022,(23):5557.

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