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摘要：針對“傳感器與檢測技術”課程的內(nèi)容和特點，提出基礎層—應用層—創(chuàng)新層三位一體的項目教學法。以“熱電式傳感器綜合測量與控制溫度”實驗項目為例，詳細分析了基礎層、應用層、創(chuàng)新層的教學方法及在此過程中突出培養(yǎng)了學生哪些方面的知識和能力。教學實踐結果表明，采用此項目教學法可以大大提高學生的學習興趣、綜合知識水平、實踐動手能力，達到培養(yǎng)自動化專業(yè)技術人員的要求。

關鍵詞：傳感器與檢測技術；項目教學法；溫度測量與控制；創(chuàng)新

“傳感器與檢測技術”是電子信息類專業(yè)非常重要的技術基礎必修課，該課程涉及的傳感器技術和檢測技術，是多學科交叉和多種技術的綜合應用[1，2]。傳感器作為自動控制系統(tǒng)和自動檢測系統(tǒng)中必不可少的重要組成部分與工程實踐緊密結合[3，4]。傳統(tǒng)的理論教學和實驗教學的方式已經(jīng)不能適應社會的發(fā)展需求，需要進行“傳感器與檢測技術”的教學改革[5，6]。論文提出基礎層—應用層—創(chuàng)新層三位一體的項目教學法，在基礎層優(yōu)化教學內(nèi)容結構體系；在應用層以參數(shù)檢測為基礎，設計壓力、位移、轉速、溫度、濕敏與氣敏檢測實驗項目；在創(chuàng)新層以開放實驗和創(chuàng)新項目為載體，設計綜合性和設計性的項目。

一、課程的主要內(nèi)容

本課程按照專業(yè)培養(yǎng)方案和課程教學大綱的要求，進行了課程內(nèi)容體系結構的優(yōu)化，使課程內(nèi)容既能充分展示本課程的核心領域知識，又能緊密結合工程實踐，以前沿技術提升課程內(nèi)涵，并與其他的后續(xù)課程有效銜接[1]。課程理論教學44學時，主要內(nèi)容有：（1）傳感器原理：講授各種傳感器的原理、結構、測量電路、應用等。（2）檢測技術：主要講授參數(shù)檢測、測量不確定度與回歸分析。（3）檢測系統(tǒng)：主要講授自動檢測系統(tǒng)的組成、軟件和硬件設計方法、典型系統(tǒng)的應用舉例。

二、項目教學法的改革方法

一個實驗項目包括目的要求、確定方案、知識講解、收集資料、制作與調(diào)試等幾個模塊，其中目的要求、確定方案、知識講解由教師在理論課上講解，收集資料由學生在課外完成，制作與調(diào)試由教師指導學生在實驗課上完成。項目的組織實施主要有以下三個層次：

（一）基礎層

這一階段的主要特點是強化學生的理論知識基礎，教師講授課程的過程中減少傳感器原理的講解，增加傳感器實驗項目中所用的傳感器的特點、測量電路、調(diào)試方法的講解。

（二）應用層

考慮原有實驗內(nèi)容單一、與工程實踐脫節(jié)等問題，設計綜合性和設計性的實驗項目，即電阻應變式測壓力、電容式和電渦流式傳感器測位移、熱電式傳感器綜合測量與控制溫度、霍爾式和光電式傳感器測轉速、氣敏和濕敏傳感器的特性分析。這幾個實驗項目應用性和綜合性強，涵蓋傳感器測力、壓力、位移、轉速、溫度等過程量的檢測與控制。

（三）創(chuàng)新層

通過基礎層和應用層的訓練，學生已經(jīng)基本具備了傳感器與檢測技術應用系統(tǒng)的設計、制作和調(diào)試能力。在創(chuàng)新層通過開放實驗項目和大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，進一步鞏固和加強實驗項目的實踐應用。在這些項目中，需要學生從文獻查閱、制定方案、可行性分析、設計、仿真、實驗調(diào)試等方面獨立的開展工作，充分發(fā)揮學生的主動性和積極性，提高學生分析問題解決問題的能力。

三、項目教學法的實施過程

實驗項目的教學設計與組織實施是項目教學法成敗的關鍵，主講教師和實驗教師經(jīng)過多方調(diào)研設計了5個實驗項目，以溫度傳感器測量與控制溫度來說明項目教學法的實施過程。

1.基礎層。在熱電式傳感器一章中設計“熱電式傳感器綜合測量與控制溫度”的實驗項目，針對實驗項目展開的理論教學內(nèi)容有：（1）PT100熱電阻的測溫范圍、阻值與溫度的關系式、分度號、測量電路、測量誤差。（2）集成溫度傳感器AD590的測溫范圍、工作電源、輸出特性、測量電路。（3）溫度控制原理框圖，如圖1所示。理解閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)的概念。

2.應用層。實驗項目采用圖2的測量電路。溫度傳感器為AD590接在左側的電橋上，完成電流到電壓的轉換與放大，經(jīng)過后級的差動運算放大，輸出電壓Vo2顯示在電壓表上。在此部分，需要培養(yǎng)學生的實踐動手能力包括：（1）溫度源的工作原理和操作方法；（2）調(diào)節(jié)儀的參數(shù)設置方法和操作方法；（3）萬用表測量電阻和電壓的方法。溫度是一個慣性大、動態(tài)過程復雜的過程量，相比于傳統(tǒng)的實驗，主要有以下調(diào)整：（1）系統(tǒng)的結構。系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準確性提高；（2）實驗項目的時間，增加到4學時。當溫度檢測值上升到設定值時，會在慣性的作用超調(diào)、振蕩，然后衰減直至收斂穩(wěn)定，每一個實驗數(shù)據(jù)需要一個15-20分鐘的調(diào)節(jié)時間，足夠的時間是實驗數(shù)據(jù)準確可靠的保證；（3）增加實驗的內(nèi)容。測量用的傳感器增加為AD590和PT100兩種。AD590是電流輸出的傳感器，PT100是電壓輸出的傳感器，分析兩種傳感器輸出特性的異同；（4）數(shù)據(jù)的分析與處理。實驗結束后，繪制AD590和PT100的輸出特性曲線，計算靜態(tài)特性指標。學生經(jīng)過基礎層的理論學習，應用層的實驗訓練，已經(jīng)初步掌握了常用的測溫傳感器的基本工作原理、特性、測量電路、誤差分析等知識，具備了一定的設計調(diào)試電路的能力，為在實踐中的創(chuàng)新應用打下堅實的基礎。

3.創(chuàng)新層。針對如上的基礎層和創(chuàng)新層的學習和訓練，可以在開放實驗項目、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、大學生科技競賽、課程設計、實習等環(huán)節(jié)中對前一階段知識進行創(chuàng)新和升華。以完成“溫度表的設計制作”為例，需要完成設計方案、選擇傳感器、選擇單片機及外圍接口電路、制作硬件電路、編寫并調(diào)試程序等工作。

四、結論

經(jīng)過實踐教學表明，這種基礎層-應用層-創(chuàng)新層三位一體的項目教學法，在基礎層明確了理論知識的教學方向，在應用層加強了學生動手實踐技能的培養(yǎng)，在創(chuàng)新層提高了學生的創(chuàng)新能力和應用能力，學生反饋意見良好，因此可以在前期工作的基礎上，豐富實驗項目的種類和內(nèi)容，培養(yǎng)更多基礎知識扎實、創(chuàng)新能力強的專業(yè)技術人員。

參考文獻：

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[4]朱啟兵.面向工程應用能力培養(yǎng)的《傳感器與檢測技術》教學改革[J].貴州師范學院學報,2013,29(3):27-30.

[5]朱立,李躍忠,錢敏,夏洪.《傳感器與檢測技術》課程教學模式創(chuàng)新探討[J].東華理工大學學報(社會科學版),2011,30(1):77-80.

[6]馬利,王秀霞,曹毅,孫紅鴿.“傳感器與檢測技術”課程教學改革初探[J].中國電力教育,2012(30):52-53.

作者:鄭春嬌 趙越嶺 姜丕杰 單位:遼寧工業(yè)大學