传感器技术开放性教学及创新型人才培养的探讨
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摘要：本文就传感器技术现状及其特点进行了分析，构建了开放型的传感器教学体系，结合教学具体情况，提出了建立基础型和应用驱动型实践平台以及四个实践层次的构想，拟从理论和实践上提高学生对传感器技术应用能力，加强创新型人才的培养。
中图分类号：TP2 文献标识码：A
文章编号：1009—0118（2012）10—0132—02
随着现代工业和计算机技术的发展，传感器技术经过几十年发展之后，又进入了一个崭新的发展阶段。传感器技术在诸如国防、航空航天、智能仪器、工业测控等方面得到了广泛的应用，也在很大程度上改变了人们的生活方式[1]。此相应，掌握传感器技术的人员在就业市场上颇受欢迎。为适应形势需要，及时跟踪传感器新技术，构建了一种开放性的传感器教学模式。
一、传感器技术的发展现状及其特点
传感器技术是人类获取信息的基本手段之一，是科学研究的基本方法，是现代工业准确获取信息必不可少的环节。传感器是一种能够感受规定信息按照一定规律转换成数字信号装置，传感器技术设计到微电子学，物理化学，材料学生物学等，包括传感器监测原理，以及制作技术是一个多学科，多技术高新技术。传感器技术是现代科技前沿技术，传感器产业也是国内外公认具有发展前途高技术产业，以技术含量高，经济效益好，渗透力强，市场前景广阔为世人瞩目。
由以上传感器发展现状及其特点可以看出，传感器技术涉及到了电子工程，自动化，测控技术，机电一体化等专业，传感器技术无论从技术理论上还是从应用层面上都成为多学科共同交叉的热点领域。对于这样一门综合性较强的技术，按照现行的教学模式很难适应新时代传感器技术发展的要求，有必要开展传感器技术新型教学研究，从传感器技术的特点及课程体系建设出发，开展开放性的传感器教学新方法，培养创新型人才。
二、传感器技术开放型教学体系建设
开放型教学，渊源于科恩（R.C.Cohn）1969年创建的以题目为中心的“课堂讨论模型”和“开放课堂模型”，即人本主义的教学理论模型。开放型教学具有多方面的特征：注重创新精神和实践能力培养；注重学生发展；学习材料来源多样化；实践成为学生参与学习的主要形式；教学活动全程动态发展；朋友型师生关系。开放型教学的这些特征恰恰符合传感器技术自身的发展特点和教学特点。
传感技术是一门跨学科的边缘技术科学，涉及的学科领域很广泛，是一门实践性较强的课程，重视对学生实验动手能力和创造能力的培养。在实际的学习中需要掌握各种传感器的工作原理、性能、基本结构、典型应用；掌握各种传感器的可测物理量及其测量范围；能够根据需要合理选用传感器；了解各种传感器的常用测量电路及其应用中应注意的问题。对于这样一个技术密集、高速发展的领域，知识更新很快，从事传感器技术开发与应用的工作只侧重于普通应用系统的开发是不够的，必须建立一种既有扎实基础，又有宽口径的开放型的知识体系和教学体系。下面简要介绍体系中课程内容。
（一）数字/模拟电路设计基础
要使学生具备扎实的数字电路、模拟电路的设计基础。
（二）传感器技术基础理论
就知识体系而言，使学生建立针对传感器的从原理到应用的系统化认识，即，了解如何获取被测对象信息、掌握传感器的基本原理、掌握各种传感器的特点和使用的一般性原则。
（三）传感器与嵌入式系统
传感器无处不在，随着现在技术的发展和生产生活的需要，不仅需要实现单一信息的获取和处理，更多的时候需要实现多角度，全方位的信息覆盖，即所谓传感器网络。传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。
（四）传感器技术的应用开发
目前，对传感器从技术途径和人才专业方向来决策，逐步转向应用驱动，如从工业测控，实时监测，智能仪器和消费电子等应用需求出发，真正从应用环境和嵌入的对象出发对待传感器技术。
三、发挥开放实验室优势，构建开放型实践平台
为了构建开放型教学环境，必须要有好的开放型实践平台作为支撑。开放性实验室是很多高校的办学特色，获得诸多高校政策支持，确立了实验室开放工作应贯彻“面向全体，因材施教，形式多样，讲究实效”的原则，重点培养学生的创新意识和动手能力。结合传感器技术实践性、综合性强的特点以及实验室条件，我们提出了“建立两类实验室，四个实践层次”的构想。
（一）两类实验室即基础型实验室和应用驱动型实验室
在基础型实验室主要完成传感器的基本原理、结构和基本测量与转换电路的理解和掌握。传感器技术是一门内容十分丰富的课程，学生们需要掌握常用传感器以及以光学传感器为代表的新型传感器的原理、性能、标定及常用调理电路特性等，在有限学时内，让学生尽可能多了解常用传感器、现代传感器全貌，在传感器的学习上遵循“根在原理，干在测试，枝在应用，
花果各异”的规律，强调掌握和理解各类传感器的基本原理，基本结构等基础理论知识，充分把握相关的测试电路，鼓励学生在原理、应用上发掘创新。
应用驱动型实验室是以传感器理论为基础，面向应用，以应用为驱动的传感器教学。传感器技术与工程实践紧密联系并且应用广泛，所在在教学中应变学生被动接受为引导其主动探究、有效开阔学生的专业知识面。教学方法由传统的“知识教育”模式转变为适应研究应用型大学人才培养要求的“研究性教学”模式；研究方式由“连续型细节式”，转变为“跳跃型平台式”；实践教学形式由“单一的课堂教学”，转化为“多形式的互动交流”；将基础理论、基本技能更多地向深层次延伸，通过多种形式的创新型研究活动，促进学习与研究应用一体化。利用科研资源可以不断丰富传感器教学内容，利用与传感器内容有一定联系的科研成果，开发出设计型、创新性小课题，学生在掌握基础知识的前提下，综合运用所学知识，按照课题要求，完成理论分析和制作实现，从而提升实验教学的水平，并拉近实验和工程实践的联系。进一步，通过开放实验室资源，结合教师申报的高层次项目，提供高水平科研训练，构建立体化、上升式训练的实践平台，通过吸收学生参与与课程教学紧密联系的科研项目有效实现课程学习由课内向课外的延伸，在科研环境中提升创新实践能力。
（二）四个实践层次即为初级实验，中级实验，高级实验以及课题研发四个层次
“初级实验”主要了解和掌握传感器的基本性能试验，通过试验掌握传感器的基本原理、基本结构和基本应用。“中级实验”以开设系列专题实验为突破口，完成综合型、设计性实验，并充分设计了柔性接口以适应不同工业应用的需要。“高级实验”给学生提供了更大的发挥空间，涉及到的问题更加复杂，主要面向培养高技术人才；课题研发层次意在鼓励学生进行创新性课题研究，构建由被测对象、传感器、测试信号处理组成的一体化实验环境和平台，开发一批融入高水平科研成果的创新性实验课题供学生应用开发。
在教学实践实施过程中，可以依托大学大学生研究训练计划项目、开放实验室创新项目、全国大学生电子竞赛以及毕业设计等平台，积极加强学生的传感器技术理论基础，强化学生传感器技术开发应用能力。从这两年的实践过程来看，依据我们构建的传感器理论体系和实践体系进行学习和实践，学生能够熟练掌握传感器技术开发必需的理论知识，能够自主地进行传感器技术应用开发，不仅掌握了传感器基础理论，在很多应用层面也有不少的创新之处，动手能力和分析解决问题的能力得到了极大的增强。从就业情况来看，从事开放性传感器学习和开发的学生也表现出了绝对的就业优势。
四、结语
传感器技术应用和开发很大前途的专业方向，同时又具有技术密集，高速发展，知识更新快的特点。在传感器技术教学和实践上积累了很多成熟的实践经验，通过对相关的教学体系和教学方法还需进一步研究，可以不断促进学生对基础理论的掌握，提高实践能力，增强就业素质。
参考文献：
[1]王化祥，张淑英.传感器原理及应用[M].天津大学出版社，2004，（9）.
[2]黄继昌，徐巧鱼.传感器原理及应用实例[M].人民邮电出版社，1998.
[3]吕俊芳.传感器接口与检测仪器电路[M].北京航空航天大学出版社，1994，（6）.
[4]黄书汉.嵌入式系统研究与教学架构模式的形成与应用[M].2006：100—120.