1、1建筑类高校中传感器技术及应用课程教学的改革和探讨闫卫国 1* 罗春丽 2（ 1 天津城建大学，理学院物理系，3003842 天津城建大学，控制与机械学院自动化系，300384）摘要：由于不同专业对传感器技术及应用课程的设置选择具有很强的针对性，作为城建院校，本课程以桥梁结构的应变检测方法为主线，通过优化课程的内容体系，选择合适的课程配置，以三大常用的传感器：应变片式传感器、温度传感器和光电传感器的基本原理为核心，结合这些传感器在桥梁结构变形中的检测方法，让学生更加灵活的掌握这些传感器在工程建筑领域的应用。关键词：传感器；工程应用；课程改革；检测技术。引言：随着我国经济的迅速发展，以桥梁结构为
2、主的高速公路、铁路成为连接各个城市的交通枢纽，对推动经济的繁荣起到至关重要的作用。近些年来，桥梁垮塌事故不断发生给人们敲响警钟，同时意识到对桥梁结构进行风险评估和预警是关系到国计民生的要事。以应变片传感器和光纤传感器为主导的功能型传感器是检测桥梁结构形变的主要检测方法，能够方便、快速、准确地测试出桥梁结构的形变情况，当达到其所承受的极限时，可起到及时地预警作用。本课程针对土木工程、道桥及应用物理专业开设传感器技术及应用这门课，主要围绕应变片传感器、温度传感器、光电传感器及光纤传感器这几种基本且实用的传感器开展工作，通过了解这些传感器的基本原理，熟悉他们在桥梁结构变形中的检测过程，掌握传感器的安
3、装及测试方法，使学生通过实践环节掌握不同类型的传感器在桥梁结构的变形检测中的应用。现状分析:传感器课程通常是自动化、电子信息、通讯及电气工程等专业的专业核心课，结合我校发展的方向和目标-应用型大学，针对土木工程、道桥工程及应用物理专业开设传感器技术及应用这门课程，让学生更多了解目前新型的检测技作者简介：闫卫国， 1979 年 9 月，男，籍贯：山西省太原市，现在天津城建大学理学院工作，副教授，博士学位，主要从事表面等离子金属纳米结构光增强特性研究，本文由天津城建大学 2016 年校级教改项目资助，项目号（JG-YBZ-1528）。2术方法，结合所学专业课程，将这些检测技术能够应用到工程领域。目
4、前课程体系偏向让学生更多掌握传感器的基本特性，如传感器敏感材料的结构及性能，工作原理，静态特性及动态特性，为握传感器原理及应用技术，为智能仪器、自动化控制等技术打下基础。因此，学生在学习过程中感觉到过于理论化，与现实有些脱节，不能很好激发学生的学习兴趣，导致学习效率下降。作为应用型大学，尤其是土木工程、道桥工程及应用物理专业的学生而言，主要在于提高学生对不同类型传感器在生活、生产、建设及检测方面的实际应用能力，因而，需要结合专业特点来设置传感器的课程内容，通过实验环节、课程设计环节让学生在学习传感器这门课程过程中发挥自主性、能动性，整体课程围绕桥梁结构的应变检测方法为中心，以基本的知识理论实践
5、为前提，实践环节为辅助，课程设计为综合，最后以论文形式提交四个环节开设传感器技术及应用这门课程，让学生在动手实践过程中掌握传感器的基本理论和应用。课程的改革根据应用型大学的培养目标以及当前传感器课程的在教学过程中存在的问题，该课程从工程案例“ 桥梁结构的应变检测 ”入手，激发学生的求知欲；以系列传感器实验为主导，让学生通过实验环节掌握不同类型传感器在检测过程中的安装测试方法，进而更好的理解掌握传感器的基本原理和工作模式；基于前两者的基础上，让学生利用所掌握的传感器结合自己在日常生活学习的经历自拟题目，自行设计传感器的检测装置；最后以论文的形式提交。通过改革传感器课程的课程体系，为培养学生动手实
6、践能力，研发创新能力奠定一定的知识基础。2.1 课程模块的设置针对土木工程、道桥工程及应用物理专业的学生，以引入教学案例“桥梁结构的形变检测” 的教学模式，从工程实践中的实际问题出发，寻找解决问题的方案，主要涉及到应变片传感器、温度传感器、光电传感器及光纤传感器等几种典型的传感器。因此，本课程模块上述四种传感器为该课程的核心，以多媒体课件形式讲解该系列传感器的工作原理和基本特性，让学生以解决实际问题出发来学习这门课程，最终以解决这个问题为目标来结束，课程体系如图 1 所示。3力传感器的变形检测为出发点以实际问题桥梁结构温度传感器光电传感器光纤传感器安装、测试（实验）工作原理和特性（讲解） 掌握
7、四种类型传感器的基本原理和使用方法，进而激发学生解决实际问题的能力图 1 传感器课程体系的模块设置2.2 课程的实践环节2.2.1 实验课环节以金属应变片传感器为例，根据课程体系的内容，利用 DH-SJ2 型系列传感器实验装置分别开设金属箔式应变片单臂、半桥、全桥检测悬臂梁受到应变的实验，让学生通过实践环节加深金属箔式应变片传感器的工作原理的认识，掌握其构造及静、动态特性，学会应变片的选用、贴片方法、测试原理和温度补偿方法，图 2 为金属铂片应变片传感器的实验流程图。通过实践环节，让学生将课堂理论知识和实践操作相互结合在一起，不仅可以加深对理论知识的认识，而且能锻炼学生动手能力，解决实际问题的
8、能力。应变箔式应变片 R测量电路 U放大电路m* U显示数据数据分析对比反馈图 2 金属箔式应变片传感器实验环节示意图2.2.2 课程设计环节为加强学生探索能力，创新意识的培养，通过前面课程理论的讲解以及实验内容的锻炼，学生对几种典型的传感器已有较为全面的认识。如何将所学到的知识应用到实际中是目前应用型大学生培养的主要目标。采用探索研究型教学模式，结合部分教师的研究成果和实例来启发学生，如手持式动态光波衍射演示仪的设计项目，通过将光学的一些基本现象，光的单缝，双缝、光栅衍射、4单丝、单孔衍射以仪器的形式呈现出来，从基本的原理、器件的设计以及光电器件的配套都融合在一起，以项目形式来激发学生的学习
9、兴趣，通过实践环节的锻炼来培养学生的创新意识。传感器课程的考核评价体系课程的考核体系是衡量学生对传感器这门课程的基本知识、原理掌握、动手能力及创新能力的一个重要标准。对于应用性较强的传感器而言，不仅要体现在理论知识的理解掌握上，更重要的是对常用传感器器件的灵活应用。因此，该课程的考核分为传感器基本知识要点的笔试、系列传感器实验的操作，数据分析以及根据目前所学传感器的特点性能在某一领域的应用设计。课程的考核方式包括学习过程的考核、实践环节的测试、综合应用能力的测评三部分。各部分的计算比例：总成绩= 平时成绩20% +实验成绩20%+综合考核60% ，通过三方面的成绩来衡量学生对传感器这门课程的掌
10、握程度。3.1 理论学习过程的考核评价学习过程的考核评价主要包括: 课程随堂提问、随堂测验、课后作业测评及章节的小结四部分。课程随堂提问主要是围绕教师的多媒体课件，及时评价学生在上课过程中对知识的掌握程度，也可以做到提醒走神的同学跟上老师进度。随堂测验是对比较重要的知识点进行二次巩固、加深理解。课后作业测评和章节的小结是对本章节的内容进行练习，让学生能够通过题目的练习达到知识点的熟练。在期中和期末时，根据之前所讲的传感器的基本理论和知识，让学生自拟题目，以幻灯片的形式提交所设计的传感器在日常生活中的应用，包括“新型智能宠物喂养机 ”，“自动窗户开关设计系统” ，“ 地震预警装置的设计和开发”等
11、，通过这些自拟题目的锻炼，激发学生对传感器的理论的深入认识。3.2 实验环节的考核评价根据课堂内容所讲的力学传感器中的应变片传感器，利用目前现有的系列传感器实验平台，练习每个实验练习模块，以实验报告的形式提交，包括实验目的、实验内容、实验结果和实验分析，以及实验过程中出现的问题，自己的解决方案。整个实验过程不仅要求掌握应变片传感器的工作原理，更重要的是在实验过程中出现问题，如应变片的位置偏离，接线插头不良等问题，需要学生自己发现问题，解决问题，这是实验环节中动手操作能力的重要体现。3.3 综合应用能力的测评5综合考核这部分内容主要体现在对传感器的基本原理知识的掌握和灵活应用上，包括期末考试和课
12、程设计论文两种形式。课程设计论文的增加可以充分发挥学生的能动性，积极查阅期刊资料，追踪当前新设备上所设计的新型传感器，对比目前所学的传感器，加上课堂上的讨论环节，很好的激发了学生的学习兴趣，这种新型的考核方式很好地提高学生的学习效果，并且增强学生对知识的理解和应用能力。期末考试则采用开卷考试的形式，着重围绕现代建筑、道路和桥梁的现代化设计来设计考试题目，题目的能动性较大，没有固定的答案，需要学生通过大量的文献资料来解决。结论：通过对现有传感器课程的改革，建立一套有效的、适应城建院校的传感器技术及应用的课程设置，能够从知识的学习，应用及创新三个角度更好激发学生的学习兴趣，同时从实践环节让学生参与
13、整个教学过程中，能够从实际角度发现问题、解决问题、提高学生的动手能力，同时巩固所学的基础知识。最后以开放性题目为终点，让学生充分发挥自己的能动性来完成课程设计题目。参考文献：1张红.传感器系列课程教学改革实践与探索J.安徽工业大学学报(社科版)，2009，2：135136.2李刚，万幼川遥感应用模型实习创新型实验教学示范J 测绘科学，2015，40( 2) : 1651693 彭羽，郭泺 . 生态学类专业遥感技术课程考核方法的改革与实践J 中央民族大学学报( 自然科学版), 2016 25(3):68 71.Reforming and Discussion of Sensor Curricul
14、um Teaching in Architectural UniversitiesYan Wei-Guo1，Luo Chun-Li2(1. School of Science, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384, China)(2.School of Control and Mechanical Engineering, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384, China)Abstract：sensor curriculum teaching is highly targeted in
15、different universities due to the demand of different specialized subject. As an architectural institution, the course takes the detection of bridge deformation as a mainline. The core of course is the basic principles of three sensor, such as strain gauge sensor, temperature sensor 6and photoelectr
16、ic sensors by optimizing the curriculum content system, select the appropriate course configuration. It enable students flexibly grasp their application in the field of engineering construction combined with detection method of these sensors in the bridge structure deformation of the bridge.Key words: Sensor; Engineering Applications; Course Reform; Detection Technology.
