徐丹麗　曉莉

摘要傳感器與測試技術(shù)是機電、控制等專業(yè)的必修課程，知識面廣、實踐性強。在網(wǎng)絡環(huán)境為介質(zhì)的遠程教育模式下該課程的教與學面臨著新的難題，本文探討了其解決對策，包括多角度激發(fā)學習者的學習興趣；用案例作導向?qū)⒗碚撆c實踐緊密結(jié)合；在工程實踐中引入仿真技術(shù)，開發(fā)適合本門課程的工程仿真軟件。運用策略后，教學效果得到明顯改善。

關(guān)鍵詞教學改革傳感器仿真技術(shù)實踐教學

信息傳播技術(shù)的飛速發(fā)展，給傳統(tǒng)的機械電子專業(yè)帶來猛烈沖擊，推動學科教育的革新，專業(yè)教育也不斷探索與之相適應的教學實施途徑。信息傳播技術(shù)的充分發(fā)展，改變了傳統(tǒng)的教學模式，遠程教育成為新的教學模式并廣受歡迎。遠程開放教育招生的注冊人數(shù)逐年快速上升，因?qū)W習能夠不受時空限制，專業(yè)學習者絕大部分是在職人員，他們更傾向于在網(wǎng)絡環(huán)境中接受專業(yè)教育。良好的招生形式需要好的教學體系來保證和維持，如何保證和提高網(wǎng)上辦學的教學質(zhì)量是遠程教育工作者們面臨的新的課題。

教學質(zhì)量要靠優(yōu)質(zhì)的課程單元來保證。隨著機器人、自動控制等技術(shù)的興起，傳感器技術(shù)在各個應用領(lǐng)域?qū)鞲衅鞯男枨蟛粩嘣黾樱亲詣涌刂?、機電一體化等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。本文將探討在遠程教育環(huán)境下，如何進行傳感器與測試技術(shù)課程的教學改革。

1遠程模式下傳感器課程教學的新難題

傳感器技術(shù)是當今世界令人矚目的高新技術(shù)之一。作為信息采集重要元件，傳感器廣泛應用于各種智能控制、信息處理系統(tǒng)當中，它是將各種待測非電量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量的裝置。傳感器種類繁多，包括應變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、霍爾式傳感器等。傳感器與測試技術(shù)主要是講授工程檢測中常用傳感器的工作原理及在測試系統(tǒng)中的基本應用。

在遠程教育環(huán)境下，傳感器與測試技術(shù)課程的教學面臨著諸多新的教學難題和挑戰(zhàn)。首先，在教學內(nèi)容上涉及理論多而廣，增加了教與學兩方面的難度。不同類型的傳感器工作原理各不相同，講解時需涉及聲學、材料學、核物理、微電子學、工程數(shù)學、數(shù)據(jù)處理、控制工程等學科知識。這不僅對主講教師在學識、能力、技巧諸方面提出嚴峻考驗，同時對學習者的知識面和知識結(jié)構(gòu)提出一定的要求。

對開放大學往屆的機電專業(yè)學習者調(diào)查結(jié)果顯示，他們大多是生產(chǎn)線上的操作人員，或者僅是某個崗位上的負責者，知識面相對較窄，知識基礎(chǔ)也相對薄弱，而且每個人的知識結(jié)構(gòu)不盡相同，會覺得傳感器課程的知識理解起來困難重重。而課程的章節(jié)內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，如果某次缺課，例如部分人工作環(huán)境中存在倒班制度，上課時間還需要根據(jù)工作時間安排來調(diào)整，知識的脫節(jié)將會給后面的學習帶來更大的困難。因此，很多學習者更加覺得內(nèi)容枯燥。

遠程模式下中，實踐環(huán)節(jié)的實施也需要探索新的實施途徑。傳感器課程是工科類學生培養(yǎng)其工程實踐能力的重要環(huán)節(jié)，實踐性強。單純從外觀上看，很多傳感器大同小異，但其應用卻千差萬別，通過實踐教學能有效幫助學習者深入掌握傳感器相關(guān)知識。目前社會上掌握計算機和通訊技術(shù)的工程技術(shù)人員非常多，但精通傳感器技術(shù)的工作者卻很少，也是因為掌握它需要積累大量的工程實踐知識。學習者在學習傳感器技術(shù)時，如果仍采用一般專業(yè)基礎(chǔ)課的實驗方法，其形式相對簡單，實驗通常局限于在驗證性的基本原理階段，這類實驗與實際聯(lián)系不多，反映不出日新月異的傳感器的應用，難以刺激學生的學習興趣和創(chuàng)造欲望，教學效果不夠明顯。

2遠程教學環(huán)境下傳感器課程改革的對策

2.1多角度激發(fā)學習興趣的遠程學習

眾所周知，學習興趣是學習者能否學好某門課程的重要因素，也是課程取得良好教學效果的重要條件，因此，培養(yǎng)和保持學生的學習興趣至關(guān)重要。從以往的教學中，筆者發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學生在學期之初對傳感器課程有著一定的興趣，但這學習興趣在一段時間后容易失去，其主要原因是理論難度逐漸增加，以及遺忘了以前的基礎(chǔ)知識，導致前后知識不能順利銜接。

針對此類情況，傳感器與測試技術(shù)的遠程教學從多角度激發(fā)學習者的學習興趣。本課程開發(fā)團隊確定出課程的重點和難點，具整理編寫基本的文字、圖片等學習材料，還有針對性地提供教學講解視頻、音頻、課件動畫等資源。例如在講授熱電偶相關(guān)知識的教學中，教材上提供的熱電偶原理圖圖1（a）所示，雖然結(jié)構(gòu)簡單明了，但與工程實際中使用的產(chǎn)品相去甚遠，學生很難將二者融為一體。在遠程教學中我們補充了熱電偶實物圖、產(chǎn)品設(shè)計圖紙，三者相互對照，學習者更容易接受和掌握熱電偶的工作原理和實際應用。

遠程教育的學生大多是在職學習者，教育背景、工作經(jīng)歷、知識結(jié)構(gòu)不盡相同。這種現(xiàn)象造成有些課程內(nèi)容對一部分人來說是已經(jīng)掌握或者很輕松就能理解的，但對另一部分人來說則相反。針對這一現(xiàn)象，為遠程教學中提供的教學視頻、動畫等多種多媒體資料可以充分發(fā)揮作用。

2.2案例導向的傳感器課程教學

傳感器與測試技術(shù)課程大綱中規(guī)定：除了要求學生掌握工程撿測中常用傳感器結(jié)構(gòu)、工作原理等理論知識外，還得使學習者掌握在工程實際中如何選擇和應用基本類型傳感器，實現(xiàn)工程實際當中對力、壓力、溫度、位移、物位、轉(zhuǎn)速和振動等物理量的測量?，F(xiàn)有的傳感器教材絕大多是以理論知識來組織教學內(nèi)容的，應用往往是教學的難點。

筆者從多年的教學過程中發(fā)現(xiàn)，課堂上單純的理論講解，容易讓學生疲勞，若加入應用案例分析，他們則會聚精會神，甚至還產(chǎn)生繼續(xù)研究的興趣，有些還能結(jié)合其實際工作舉一反三。在學生首次接觸課程時，筆者沒有急于講解第一章的傳感器概念和特性，而是結(jié)合教材向?qū)W生介紹生活中、工業(yè)中、軍事中傳感器的作用與地位，空調(diào)、冰箱為什么恒溫，機器人為什么能避開障礙物等，這些貼近實際的話題，讓學生們興致盎然。

因此，在傳感器課程遠程教學中引入案例教學，即在案例的講解當中穿插傳感器的相關(guān)理論知識，可以極大改善教學效果。案例的運用可以大大縮短理論與實踐的差距，提高學生解決實際問題的能力。

在遠程教學過程中，傳感器課程內(nèi)容組織常以一個完整的項目開發(fā)為案例，進行相關(guān)知識講解，項目對象可以選一輛智能遙控車、汽車油門控制系統(tǒng)、太陽能熱水器的水位控制裝置等。例如，在電容式傳感器知識講解過程中，筆者通過一個門鈴的工作過程作為案例，闡述其運作的原理和模式，學生對門鈴較為熟悉，因此很容易接受深層次的關(guān)于門鈴內(nèi)部原理。

2.3遠程教學模式下的實踐環(huán)節(jié)引入仿真技術(shù)

強調(diào)理論和實踐研究相結(jié)合是工程技術(shù)學科的一個顯著特點。隨著高等教育的普及化，社會對各類專業(yè)人才的需求有了更進一步的提升。企事業(yè)單位不僅要求新入職者掌握堅實的理論基礎(chǔ)知識，還希望他們具有較強的動手能力和一定的實踐經(jīng)驗。如何提高學生的動手能力呢？實訓設(shè)備價格昂貴，也不符合遠程教育的隨時隨地的學習原則；工廠實習是傳統(tǒng)的教育方法，但目前制造企業(yè)都注重安全生產(chǎn)，不愿意接受學生實習。

遠程教學中，對于文字、圖片、視頻等教學資源，目前的教育網(wǎng)絡系統(tǒng)能夠給予很好的支持，對于傳感器與測量技術(shù)課程所強調(diào)的實踐環(huán)節(jié)，因用到專業(yè)的實驗設(shè)備、實驗環(huán)境等，給專業(yè)的遠程教育帶來新的難題。開發(fā)虛擬設(shè)備、建立虛擬實驗室等仿真技術(shù)的應用，為解決這一困境提供了有效途徑。

仿真技術(shù)在教學中存在如下優(yōu)點：（1）創(chuàng)造一個虛擬的實驗環(huán)境，減少了繁瑣的硬件設(shè)備的投資和維護；（2）將多種專業(yè)知識綜合運用，滿足培養(yǎng)學習者的理論與實踐結(jié)合的能力；（3）操作都在計算機虛擬環(huán)境下運行，利于遠程教育模式。以下就用飛機上使用的電容式油量表系統(tǒng)為例，說明傳感器課程實踐環(huán)節(jié)中如何引入仿真技術(shù)。

油量表采用自動平衡電橋電路，由油箱液位電容式傳感裝置、交流放大器、兩相伺服電機、減速器、指針等部件組成。油箱中的液位高低變化會引起這些組成部件的相對運動，最后反映在油量表的指針上，操作者根據(jù)油量表的讀數(shù)獲取當前油箱中的油位高低。

油量表的原理圖如圖2所示，當油箱無油時，電容式傳感器Cx具有一個初始電容，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出為零，伺服電機不轉(zhuǎn)動；當油箱中油量增加，電容式傳感器的電容之將會發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出電壓，電壓經(jīng)過放大后驅(qū)動伺服電機，經(jīng)減速后一方面帶動油量表指針偏轉(zhuǎn)一個角度，另一方面移動可變電阻Rw，使其達到一個新的平衡。

單純的文字說明和過程講解是無法達到好的知識傳遞效果，而實物系統(tǒng)龐大，就算有也無法獨立操作和講解。

為了讓學習者明了其“輸入-輸出”關(guān)系的運動過程，我們將仿真技術(shù)納入實踐教學環(huán)節(jié)，用動畫的方式展現(xiàn)出整個控制過程，并且彌補沒有實物的不足。過程仿真的開發(fā)軟件很多，本案例使用東方仿真軟件中的過程系統(tǒng)仿真平臺來進行開發(fā)。動作仿真的開發(fā)結(jié)果能讓學習者輸入或改變油位高低參數(shù)h，動態(tài)展示出油量表隨著液位高低而發(fā)生變化的一系列過程，能觀察到油量表相應的變化。學生通過這一過程輕松掌握電容式傳感器在工程中的典型應用，并能對其它類型的變介質(zhì)式電容傳感器的使用舉一反三，達到預期的教學效果。

3小結(jié)

傳感器與測試技術(shù)是一門融理論與實踐于一體的課程，課程知識面廣，涉及到力學、電磁學等多門學科的綜合運用；課程實踐性強，是工科類學生培養(yǎng)工程實踐能力的重要一環(huán)。這給遠程模式下的教和學帶來新挑戰(zhàn)。筆者針對遠程模式下工科課程的教與學，提出幾點解決措施，主要有依托多媒體技術(shù)開發(fā)多種學習課件，多角度激發(fā)學習者的學習興趣；用案例為導向?qū)⒗碚撆c實踐緊密結(jié)合起來；在工程實踐中引入仿真技術(shù)，開發(fā)適合本門課程的工程仿真軟件。目前這些舉措實施后已達到較好的教學效果。