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世界的脚步越来越快,已经进入信息时代,从而也迎来了新技术革命的到来。在运用信息的过程中一般主要是要获取可靠准确的信息,其中传感器是获得生产领域和自然方面信息的主要手段和途径[1]。在基础科学研究中而传感器的低位更加的突出。同时现代科学技术进入了更多的新领域发展。如:在宏观上观察上千光年的浩海宇宙,在微观上观察小到纳米粒子的世界,在纵向上观察长达数十万年的天体演化过程,则短到秒的瞬间反应。此外,还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究,如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然,要获取大量人类感官无法直接获取的信息,没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍,首先就在于对象信息的获取存在困难,而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现,往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展,往往是一些边缘学科开发的先驱。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之广泛的领域。可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。由此可见,传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用,是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来,传感器技术将会出现一个飞跃,达到与其重要地位相称的新水平。目前在岗的传感器人才相当一部分是机械专业出身,而机械专业开设的传感器技术课程只有两三门课,有的甚至只有一两门,其中《传感器技术》是主干课程。目前在教学环节面临的现状主要是:(1)理论教学学时大大压缩;(2)传感器新技术新元件不断出现,并且这门课程具有工程实践性很强的特点。要想在有限的时间内达到很好的教学效果,培养出真正满足社会需求的有用人才,需要兼顾客观现状及课程特点,在各个教学环节精心设计。
1 理论教学环节应合理规划
在保证教学内容系统性和完整性的基础上,精选教材,保证教材与相关行业领域的技术进步保持同步,并对教材内容进行合理裁剪,简化或舍弃那些不为应用能力培养所必须的理论和公式推导、论证方面的内容。基础理论以“够用”为原则,重点内容讲解以企业需求为目标,以工业应用为主线,结合现代技术的发展,增加最新技术、最新工艺、最新产品以及发展方向、发展态势内容,实现专业教学基础性与先进性的统一。比如在讲述电容式传感器时可结合当前流行的手机触摸屏技术,电容式感应是一种以触摸操作为基础的感应形式。作为传统机械式按钮和滑动触头的一种替代技术,电容式感应技术还可以用于设计触摸屏、触摸板和接近感应装置。这项技术并不感应按钮的具体状态,而是用于检测导电物体是否存在,许多情况下,用户的手指就是这个导电物体等等来激起学生的学习的积极性。
2 教学方法应结合实际应用
本课程将研究性教学理念贯彻始终,由传统的“注入式知识教育”向“研究性教学模式”转变。教师精选科研过程和工程应用中与课程教学联系紧密的案例,介绍与重要知识点相关的科研内容和最新科研成果,并改革单一的教师授课形式,变学生被动接受为引导其主动探究,利用建设的多媒体资料库和其他相关资源,由案例引导,提出适合本科生研究学习的专题,引导学生开展研究性学习,查阅文献和网络资源、开展课堂讨论、提交综述报告或设计作业等。
教学中应结合实际应用,重视学生在教学中的主体地位,充分调动学生的积极性[2]。比如在教学过程中应结合目前热门的行业:物联网和楼宇智能化技术。物联网中的传感器是把自然界的各种物理量(温度、压力、长度等),化学量(pH值、水溶氧等),生物量(新鲜度、活性)变成可测量的电信号,我们大众所讲的摄像头,本质是图像传感器。因此,作为一个整体系统的物联网概念,在感知、传输和应用三个层次中,一定是你中有我,我中有你,但无论如何描述物联网都离不开传感器,不管是物理量还是化学量,是开关量还是线性量,是有线的还是无线的,是昂贵的还是廉价的,目的只有一个,把自然的参量变成可应用的电讯号,因而传感器是物联网的基础。
而楼宇智能化技术也是离不开传感器技术的发展,比如:你能想象吗？虽然本人不在家,可是只要拿着手机就能随时掌控家中的一切,有歹徒非法靠近窗户,手机会接到报警,煤气要泄露,手机也会受到预警,下班前还可以通过手机发号施令,让电饭锅、咖啡炉提前启动,做好晚饭等着自己回家……这些不是科幻也不是梦想,恰恰发生在咱老百姓的生活,让人体验到了智能家居的神奇魅力。智能楼宇环境专用传感器基本功能:温度、湿度、大气压、空气质量、光照。可增加功能:二氧化碳、烟感、倾角、噪声传输方式:ZigBee、GPRS、GSM。
特点:将多种环境参量集于一体;采用间歇式工作方式,功耗低;实时在线监测,将报警状态及时发送给用户;可根据客户需求,设置报警上、下限阀值;采用无线传输方式,减少现场布线,提高系统可维护性、可靠性及可扩展性。
随着我校大学生课外研学活动的广泛开展,大部分学生在二年级下学期和三年上学期开始参加大学生创新大赛或其他课外研学项目,而“传感器技术”是三年级上学期开设的专业主干课,大部分大赛项目与传感器密切相关,形成了对实践环境的较大需求。我们及时开放传感器实验室的部分场地和设备,建设了大学生创新实验室,为课外自主研学服务,学生自主管理的开放性创新实验室成为学生开展课外研学的重要场所,有效促进了研究性学习氛围的形成。
3 实验环节应体现与时俱进
实验项目的实施应该紧跟理论教学,以使学生及时对理论教学内容进行深入理解,同时可以及时解决学生课堂听课所产生的疑惑。对于一些演示实验应以提高学生的学习兴趣为宗旨,采用透明试验台作为平台,项目不宜过多,可以结合实验室自身条件,选择一个较为综合的带有科研性的实验项目给学生演示讲解各种回路的动作过程。将来再把这个综合项目分解成几个典型子项目,对于这些子项目,教师给出实验目的和任务,要求学生拟定实验方案和步骤,自主设计各种单片机控制原理,传感器模块原理,然后每个学生再按照自己的思路实际操作、验证,最后再把它们整合起来,变成一个大项目。另外,实验室应对学生开放,可以设计一些综合性、工程性强的项目作为并结合图片、动画、声音、视频等媒体形式从多角度阐述,则更易表现难以理解的知识。
4 课程设计作为必要补充
最应当受到师生重视的就是课程设计,能够体现出学生的综合应用能力、检验学生实学习效果。将两三个学生分为一个讨论小组,设计出有综合性、多样性和创新性的设计题目,并且充分利用现有的条件引导学生开发一些产品,比如:用光电传感器作为主要的路径识别元件,通过电压比较器将信号转换成相应的电平,用单片机作为控制核心,实现小车的循线运动。课程设计的成绩应作为《传感器技术》课程的平时成绩。
5 结语
教学活动是一项十分复杂的系统工程,无论在理论教学还是在实验教学中须将科学研究引入进来,使教学过程科研化,科研活动教学化[3]。牵涉到其它相关课程的协调改革,是任何一门课程的教学改革、教学方法的探索所必要的。想要让学生养成良好学习习惯以及培养综合能力,更加需要一个长期的、复杂的过程。让学生能够成为独立思考、自主创新的有用人才,才是我们的最终目的,人们需要不断的探索,才能实现时代的发展、社会的进步、新技术的涌现对教学改革的需求。希望通过以上几点浅见能够对《传感器技术》课程的教学工作起一点点借鉴作用。
参考文献
[1] 陈建元.传感器技术[M].北京:机械工业出版社,2008.
[2] 陈鸿雁,彭东林,邓力.基于网络资源的“传感器与自动检测技术”精品课程建设[J].重庆工学院学报:自然科学版,2007,21(7):166～168.
[3] 贾伯年,俞朴,宋爱国.传感器技术[M].南京:东南大学出版社,2007.
1 理论教学环节应合理规划
在保证教学内容系统性和完整性的基础上,精选教材,保证教材与相关行业领域的技术进步保持同步,并对教材内容进行合理裁剪,简化或舍弃那些不为应用能力培养所必须的理论和公式推导、论证方面的内容。基础理论以“够用”为原则,重点内容讲解以企业需求为目标,以工业应用为主线,结合现代技术的发展,增加最新技术、最新工艺、最新产品以及发展方向、发展态势内容,实现专业教学基础性与先进性的统一。比如在讲述电容式传感器时可结合当前流行的手机触摸屏技术,电容式感应是一种以触摸操作为基础的感应形式。作为传统机械式按钮和滑动触头的一种替代技术,电容式感应技术还可以用于设计触摸屏、触摸板和接近感应装置。这项技术并不感应按钮的具体状态,而是用于检测导电物体是否存在,许多情况下,用户的手指就是这个导电物体等等来激起学生的学习的积极性。
2 教学方法应结合实际应用
本课程将研究性教学理念贯彻始终,由传统的“注入式知识教育”向“研究性教学模式”转变。教师精选科研过程和工程应用中与课程教学联系紧密的案例,介绍与重要知识点相关的科研内容和最新科研成果,并改革单一的教师授课形式,变学生被动接受为引导其主动探究,利用建设的多媒体资料库和其他相关资源,由案例引导,提出适合本科生研究学习的专题,引导学生开展研究性学习,查阅文献和网络资源、开展课堂讨论、提交综述报告或设计作业等。
教学中应结合实际应用,重视学生在教学中的主体地位,充分调动学生的积极性[2]。比如在教学过程中应结合目前热门的行业:物联网和楼宇智能化技术。物联网中的传感器是把自然界的各种物理量(温度、压力、长度等),化学量(pH值、水溶氧等),生物量(新鲜度、活性)变成可测量的电信号,我们大众所讲的摄像头,本质是图像传感器。因此,作为一个整体系统的物联网概念,在感知、传输和应用三个层次中,一定是你中有我,我中有你,但无论如何描述物联网都离不开传感器,不管是物理量还是化学量,是开关量还是线性量,是有线的还是无线的,是昂贵的还是廉价的,目的只有一个,把自然的参量变成可应用的电讯号,因而传感器是物联网的基础。
而楼宇智能化技术也是离不开传感器技术的发展,比如:你能想象吗？虽然本人不在家,可是只要拿着手机就能随时掌控家中的一切,有歹徒非法靠近窗户,手机会接到报警,煤气要泄露,手机也会受到预警,下班前还可以通过手机发号施令,让电饭锅、咖啡炉提前启动,做好晚饭等着自己回家……这些不是科幻也不是梦想,恰恰发生在咱老百姓的生活,让人体验到了智能家居的神奇魅力。智能楼宇环境专用传感器基本功能:温度、湿度、大气压、空气质量、光照。可增加功能:二氧化碳、烟感、倾角、噪声传输方式:ZigBee、GPRS、GSM。
特点:将多种环境参量集于一体;采用间歇式工作方式,功耗低;实时在线监测,将报警状态及时发送给用户;可根据客户需求,设置报警上、下限阀值;采用无线传输方式,减少现场布线,提高系统可维护性、可靠性及可扩展性。
随着我校大学生课外研学活动的广泛开展,大部分学生在二年级下学期和三年上学期开始参加大学生创新大赛或其他课外研学项目,而“传感器技术”是三年级上学期开设的专业主干课,大部分大赛项目与传感器密切相关,形成了对实践环境的较大需求。我们及时开放传感器实验室的部分场地和设备,建设了大学生创新实验室,为课外自主研学服务,学生自主管理的开放性创新实验室成为学生开展课外研学的重要场所,有效促进了研究性学习氛围的形成。
3 实验环节应体现与时俱进
实验项目的实施应该紧跟理论教学,以使学生及时对理论教学内容进行深入理解,同时可以及时解决学生课堂听课所产生的疑惑。对于一些演示实验应以提高学生的学习兴趣为宗旨,采用透明试验台作为平台,项目不宜过多,可以结合实验室自身条件,选择一个较为综合的带有科研性的实验项目给学生演示讲解各种回路的动作过程。将来再把这个综合项目分解成几个典型子项目,对于这些子项目,教师给出实验目的和任务,要求学生拟定实验方案和步骤,自主设计各种单片机控制原理,传感器模块原理,然后每个学生再按照自己的思路实际操作、验证,最后再把它们整合起来,变成一个大项目。另外,实验室应对学生开放,可以设计一些综合性、工程性强的项目作为并结合图片、动画、声音、视频等媒体形式从多角度阐述,则更易表现难以理解的知识。
4 课程设计作为必要补充
最应当受到师生重视的就是课程设计,能够体现出学生的综合应用能力、检验学生实学习效果。将两三个学生分为一个讨论小组,设计出有综合性、多样性和创新性的设计题目,并且充分利用现有的条件引导学生开发一些产品,比如:用光电传感器作为主要的路径识别元件,通过电压比较器将信号转换成相应的电平,用单片机作为控制核心,实现小车的循线运动。课程设计的成绩应作为《传感器技术》课程的平时成绩。
5 结语
教学活动是一项十分复杂的系统工程,无论在理论教学还是在实验教学中须将科学研究引入进来,使教学过程科研化,科研活动教学化[3]。牵涉到其它相关课程的协调改革,是任何一门课程的教学改革、教学方法的探索所必要的。想要让学生养成良好学习习惯以及培养综合能力,更加需要一个长期的、复杂的过程。让学生能够成为独立思考、自主创新的有用人才,才是我们的最终目的,人们需要不断的探索,才能实现时代的发展、社会的进步、新技术的涌现对教学改革的需求。希望通过以上几点浅见能够对《传感器技术》课程的教学工作起一点点借鉴作用。
参考文献
[1] 陈建元.传感器技术[M].北京:机械工业出版社,2008.
[2] 陈鸿雁,彭东林,邓力.基于网络资源的“传感器与自动检测技术”精品课程建设[J].重庆工学院学报:自然科学版,2007,21(7):166～168.
[3] 贾伯年,俞朴,宋爱国.传感器技术[M].南京:东南大学出版社,2007.