传感器及检测技术教学方法探究

李栋

【关键词】传感器;教学方法;有效教学

传感器及检测技术是高等学校测控技术、电子信息、自动化、机械工程等专业的一门重要的专业技术课。课程的主要内容包括各种传感器的基本工作原理、结构、类型、性能、特点、适用范围及其测量电路[1]。

在实际应用中，由于各类传感器的工作原理是不同的，导致本课程信息量大，涉及的范围较广，各章节教学内容相对独立，缺乏连续性和系统性，知识更新较快，学生不易系统掌握，导致学生的学习积极性普遍较低，学习效果较差[2]。为了有效提高学生的学习效率，更好地掌握传感器相关知识，笔者通过多年的教学实践探索，对该课程教学过程中出现的一些问题进行反复研究和反思，总结出了一些教学方法和经验。

一、多举传感器应用实例

当前，传感器技术被广泛应用在高科技领域和日常生活中，教师如果能充分将传感器的原理与应用有机结合起来，一方面能使传感器的课堂教学变得生动有趣，另一方面，学生通过学习大量应用例子，了解传感器的广泛应用，也会促进对相关理论知识的学习。

例如温度传感器，其种类繁多，原理特点各异，应用场景各不相同，学习难度较高。温度传感器可以分为接触式和非接触式两类，针对这两类温度传感器，教师可以举例如下：病人发热去医院，医生用电子体温计夹腋下测量体温，采用的就是接触式温度传感器，由于接触式温度传感器与被测物体相接触，因此测温精度较高，有利于医生对病情的分析判断，但也限制了病人的运动范围。而新冠疫情防控期间进入商场超市医院等人流密集场所，门口都会有探测人体体温的仪器（红外热像仪或红外电子枪），这类非接触式温度传感器不需要与被测物体接触，因此测温较灵活，速度快，但精度不高，能够满足以上场合应用的需求。通过以上举例讲解，学生很容易就能掌握这两类温度传感器的特点和适用范围。

二、与实验结合

传感器理论知识的学习离不开实验课的支撑，很多高校在开设传感器理论课程的同时，也开设了传感器实验课程。讲完理论知识之后再做相关实验，将理论课的内容与实验操作结合起来，一方面利用理论知识指导实验，更好地完成实验操作和数据处理分析，另一方面通过实验操作验证理论，加深对理论的认识和理解，起到理论与实验相互促进的作用。

笔者所在的新乡学院物理与电子工程学院在开设传感器及检测技术理论课的同时，也开设了24学时的传感器实验课。一个实验3学时，共8个实验，涵盖了温度、应变、压电、霍尔、光纤和光电等常用传感器。通过实验课，学生可以掌握各类传感器的使用方法和常见物理量的测量方法，还可以将不同类型的传感器进行对比。例如在学完霍尔传感器和光纤传感器测量转速的理论知识之后，安排学生做相关实验。在实验过程中，引导学生利用所学理论知识，对比这两种传感器在测量转速时的原理、误差、影响因素、使用注意事项和应用范围等方面的差异，亲身实践体会，促进学生更好的掌握传感器相关知识点，并为实际测量选择合适类型的传感器提供经验。

三、穿插讲解科学家故事

在整个传感器课程知识体系中，涉及很多重要的效应，这些效应发现和发展的背后是一大批科学家不断钻研、实验，最终探索出真理的过程。教师如果能在讲解原理的同时，穿插一些关于该原理被发现或发展的历程以及相关科学家的励志故事，不仅能有效激发学生探索未知事物的好奇心和热情，还能促进学生对原理的学习和掌握，更能培养学生的创新思维。同时该过程也是课程思政在传感器课程教学方面的具体体现。

例如光电效应的发现和发展历程异常曲折艰辛，赫兹在验证麦克斯韦关于电磁波预言的实验过程中发现了光电效应，这一过程表面看似偶然，实则是其对理论和实验经验的积累所得，以此激励学生努力学习科学知识，储备知识。继赫兹之后，以莱纳德为首的众多科学家不断探索和总结，留下了非常宝贵的实验结论。以此向学生强调开展正确有效实验研究的重要性，并从中学习正确的实验思维和设计方法。爱因斯坦据此结论，结合普朗克提出的能量量子化的理論，创造性地解释了光电效应，并提出了光电效应方程，这其中离不开爱因斯坦敏锐的洞察力和对前沿成果的及时研究和总结，以此告诉学生要养成及时关注全球科研最新动态的好习惯。密立根原本反对爱因斯坦的解释，经过十年的实验研究，最终验证了爱因斯坦理论的正确性，说明实验结果比猜想更具说服力。

四、让学生参与其中

学生学习积极性的调动也离不开轻松活跃的课堂气氛，如果整堂课都是教师一个人在讲台上讲解，本来就很枯燥的原理就会变得更加乏味，学生往往听得昏昏欲睡，打不起精神。如果教师适时走下讲台，融入学生当中，让学生走上讲台讲解原理，激励学生主动参与到原理的学习过程中，不仅可以活跃气氛，还能调动学生学习的主动性[3]。

例如在讲完霍尔效应的基本原理之后，把霍尔效应的原理图展示给学生，让学生充当教师角色，给其他学生讲解原理的具体过程。在学生讲解过程中，教师让其他学生认真听讲，并在讲完之后反馈讲解意见，包括讲解内容是否有误会或者有遗漏，讲解过程是否清晰等，也可以让台下的学生现场为讲解的学生打分，并计入平时成绩。该措施一方面促进上台讲解的学生透彻理解原理产生的过程，另一方面也能让台下的学生进行自查并及时改正。此外还可以分组讨论，让学生在充分理解原理过程的基础上，探索不同的讲解方式，最终达到掌握霍尔效应原理的目的。

五、督促学生及时复习总结

任何学习过程，不仅要有课堂上的听讲和互动，还要有课下及时复习与总结。一方面，课堂上学生即使认真听讲，做好笔记，但课后没有反复地进行复习总结，最终还是无法很好地掌握先前学过的知识。另一方面，虽说传感器各章之间内容相对独立，其内部也是存在着一定的联系，如果不去及时总结各个章节之间的内部关系，长此以往，学到的知识只是一盘散沙，不能形成一个系统，也会影响对课程整体的把握和理解。

针对现存的学生普遍缺乏复习和总结习惯的现象，教师可以适当采取一些强制手段，比如每节课后把复习总结任务布置成作业形式，定期评比选出总结全面、重难点突出、有自己的理解、书写工整有条理的优秀作业，作为榜样让其他学生观摩学习，使学生逐渐养成课后总结的习惯。

六、结语

综上所述，教师教好传感器及检测技术课程的关键是，将生动的传感器实例与枯燥的原理有机结合，同时，将理论知识与传感器实验课相结合。理论联系实际，用一些典型科学家奋斗钻研的故事激励学生主动探索未知事物，提高学生思考问题和处理问题的能力，适时互换角色，让学生走上讲台，教师融入学生中，活跃课堂气氛，并督促学生及时复习与总结。经过笔者的教学经验证明，综合采用上述教学方法可以取得较好的教学效果。