传感器技术论文第1篇

关键词：贝叶斯估计信息融合障碍探测智能驾驶

随着传感器技术、信息处理技术、测量技术与计算机技术的发展，智能驾驶系统（辅助驾驶系统一无人驾驶系统）也得了飞速的发展。消费者越来越注重驾驶的安全性与舒适性，这就要求传感器能识别在同一车道上前方行驶的汽车，并能在有障碍时提醒驾驶员或者自动改变汽车状态，以避免事故诉发生。国际上各大汽车公司也都致力于这方面的研究，并开发了一系列安全驾驶系统，如碰撞报警系统（CW）、偏向报警系统（LDW）和智能巡游系统（ICC）等。国内在这些方面也有一定的研究，但与国外相比仍存在较大的差距。本文将主要讨论多传感器信息融合技术在智能驾驶系统（ITS）中的应用。

1ICC/CW和LDW系统中存在的问题

1.1ICC/CW系统中的误识别问题

ICC/CW系统中经常使用单一波束传感器。这类传感器利用非常狭窄的波束宽度测定前方的车辆，对于弯曲道路（见图1（a）），前后车辆很容易驶出传感器的测量范围，这将引起智能巡游系统误加速。如果前方车辆减速或在拐弯处另一辆汽车驶入本车道，碰撞报警系统将不能在安全停车范围内给出响应而容易产生碰撞。类似地，当弯曲度延伸时（见图1(b)），雷达系统易把邻近道路的车辆或路边的防护栏误认为是障碍而给出报警。当道路不平坦时，雷达传感器前方的道路是斜向上，小丘或小堆也可能被误认为是障碍，这些都降低了系统的稳定性。现在有一些滤波算法可以处理这些问题并取得了一定效果，但不能彻底解决。

1.2LDW系统中存在的场景识别问题

LDW系统中同样存在公共驾驶区场景识别问题。LDW系统依赖于一侧的摄像机（经常仅能测道路上相邻车辆的位置），很难区分弯曲的道路和做到多样的个人驾驶模式。LDW系统利用一个前向摄像机探测车辆前方道路的地理状况，这对于远距离测量存在着精确性的问题，所有这些都影响了TLC（Time-to-Line-Crossing）测量的准确性。现常用死区识别和驾驶信息修订法进行处理，但并不能给出任何先验知识去识别故障。

2多传感器信息融合技术在ITS系统中的应用

针对以上系统存在的一些问题，研究者们纷纷引入了多传感器信息融合技术，并提出了不同的融合算法。基于视觉系统的传感器可以提供大量的场景信息，其它传感器（如雷达或激光等）可以测定距离、范围等信息，对两方面的信息融合处理后能够给出更可靠的识别信息。融合技术可以采用Beaurais等人于1999年提出的CLARK算法（CombinedLikelihoodAddingRadar）和InstitudeNeuroinformatik提出的ICDA（IntegrativeCouplingofDifferentAlgorithms）算法等方法实现。

2.1传感器的选择

识别障碍的首要问题是传感器的选择，下面对几种传感器的优缺点进行说明（见表1）。探测障碍的最简单的方法是使用超声波传感器，它是利用向目标发射超声波脉冲，计算其往返时间来判定距离的。该方法被广泛应用于移动机器人的研究上。其优点是价格便宜，易于使用，且在10m以内能给出精确的测量。不过在ITS系统中除了上文提出的场景限制外，还有以下问题。首先因其只能在10m以内有效使用，所以并不适合ITS系统。另外超声波传感器的工作原理基于声，即使可以使之测达100m远，但其更新频率为2Hz，而且还有可能在传输中受到其它信号的干扰，所以在CW/ICC系统中使用是不实际的。

表1传感器性能比较

传感器类型优点缺点

超声波

视觉

激光雷达

MMW雷达价格合理，夜间不受影响。

易于多目标测量和分类，分辨率好。

价格相合理，夜间不受影响

不受灯光、天气影响。测量范围小，对天气变化敏感。

不能直接测量距离，算法复杂，处理速度慢。

对水、灰尘、灯光敏感。

价格贵

视觉传感器在CW系统中使用得非常广泛。其优点是尺寸小，价格合理，在一定的宽度和视觉域内可以测量定多个目标，并且可以利用测量的图像根据外形和大小对目标进行分类。但是算法复杂，处理速度慢。

雷达传感器在军事和航空领域已经使用了几十年。主要优点是可以鲁棒地探测到障碍而不受天气或灯光条件限制。近十年来随着尺寸及价格的降低，在汽车行业开始被使用。但是仍存在性价比的问题。

为了克服这些问题，利用信息融合技术提出了一些新的方法，利用这些方式可以得到较单一传感器更为可靠的探测。

2.2信息融合的基本原理

所谓信息融合就是将来自多个传感器或多源的信息进行综合处理，从而得出更为准确、可靠的结论。多传感器信息融合是人类和其它生物系统中普遍存在的一种基本功能，人类本地地具有将身体上的各种功能器官（眼、耳、鼻、四肢）所探测的信息(景物、声音、气味和触觉)与先验知识进行综合的能力，以便对其周围的环境和正在发生的事件做出估计。由于人类的感官具有不同度量特征，因而可测出不同空间范围的各种物理现象，这一过程是复杂的，也是自适应的。它将各种信息（图像、声音、气味和物理形状或描述）转化成对环境的有价值的解释。

多传感器信息融合实际上是人对人脑综合处理复杂问题的一种功能模拟。在多传感器系统中，各种传感器提供的信息可能具有不同的特片：对变的或者非时变的，实时的或者非实时的，模糊的或者确定的，精确的或者不完整的，相互支持的或者互补的。多传感器信息融合就像人脑综合处理信息的过程一样，它充分利用多个传感器资源，通过对各种传感器及其观测信息的合理支配与使用，将各种传感器在空间和时间上的互补与冗余信息依据某种优化准则结合起来，产生对观测环境的一致性解释或描述。信息融合的目标是基于各种传感器分离观测信息，通过对信息的优化组合导出更多的有效信息。这是最佳协同作用的效果，它的最终目的是利用多个传感器共同或联合操作的优势来提高整个系统的有效性。

2.3常用信息融合算法

信息融合技术涉及到方面的理论和技术，如信息处理、估计理论、不确定性理论、模式识别、最优化技术、神经网络和人工智能等。由不同的应用要求形成的各种方法都是融合方法的个子集。表2归纳了一些常用的信息融合方法。

表2信息融合方法

经典方法现代方法

估计方法统计方法信息论方法人工智能方法

加权平均法经典推理法聚类分析模糊逻辑

极大似然估计贝叶斯估计模板法产生式规则

最小二乘法品质因素法熵理论神经网络

卡尔曼滤波D-S证据决策理论遗传算法

模糊积分理论

2.4智能驾驶系统中信息融合算法的基本结构

由于单一传感器的局限性，现在ITS系统中多使用一组传感器探测不同视点的信息，再对这些信息进行融合处理，以完成初始目标探测识别。在智能驾驶系统中识别障碍常用的算法结构如图2所示。

3CLARK算法

CLARK算法是用于精确测量障碍位置和道路状况的方法，它同时使用来自距离传感器（雷达）和摄像机的信息。CLARK算法主要由以下两部分组成：①使用多传器融合技术对障碍进行鲁棒探测；②在LOIS（LikelihoodofImageShape）道路探测算法中综合考虑上述信息，以提高远距离道路和障碍的识别性能。

3.1用雷达探测障碍

目前经常使用一个雷达传感器探测前方的车辆或障碍。如前面所分析，雷达虽然在直路上的性能良好，但当道路弯曲时，探测的信号将完全可靠，有时还会有探测的盲点或产生错误报警。为了防止错误报警，常对雷达的输出进行标准卡尔曼（Kalman）滤波，但这并不能有效解决探测盲点问题。为了更可靠地解决这类问题，可以使用扫描雷达或多波束雷达，但其价格昂贵。这里选用低价的视觉传感器作为附加信息，视觉传感器经常能提供扫描雷达和多波束雷达所不能提供的信息。

3.2在目标识别中融合视觉信息

CLARK算法使用视觉图像的对比度和颜色信息探测目标，使用矩形模板方法识别目标。这个模板由具有不同左右边界和底部尺寸的矩形构成，再与视觉图像对比度域匹配，选择与雷达传感器输出最接近的障碍模板。

CLARK算法首先对雷达信号进行卡尔曼滤波，用于剔除传感器输出的强干扰，这出下列状态和观测方程处理：

D（t）=R(t)+v(t)

式中，R（t）为前方障碍的真实距离（未知），R（t）是其速度（未知，）D（t）为距离观测值，Δt为两次观测的问题时间，w（t）和v(t)为高斯噪声。给定D（t），由Kalman滤波器估计R（t）和R（t）的值，并把估计值R(t)作为距离输入值，使用R(t)和D（t）的差值确定所用矩形模板的偏差。由于使用雷达探测的位置与雷达作为补偿。

使用上述算法可以有效提高雷达探测的可靠性，但当图像包含很强的边缘信息或障碍只占据相平面一个很小的区域时，仍不能得到满意的结果。因此，除对比度外，又引入视觉图像的颜色域。

3.3相合似然法

在探测到障碍后，CLARK算法将这些信息整合到道路探测算法（LOIS）中。LOIS利用变形道路的边缘应为图像中对比度的最大值部分且其方位应垂直于道路边缘来搜索道路。如果只是简单地将两个信息整合，则障碍探测部分的像素被隐藏，其图像梯度值不会影响LOIS的似然性。这样可以防止LOIS将汽车前方障碍的边缘误认为是道路的边缘来处理。但是当道路的真实边缘非常接近障碍的边缘时，隐藏技术则失效。

为了使隐藏技术有效，可以在障碍和道路探测之间采取折中的处理方法。这种折中的处理方法就是相合似然法。它将探测障碍固定的位置和尺寸参数变为可以在小范围内变化的参数。新的似然函数由LOIS的似然和小探测障碍的似然融合而成。它使用七维参数探测方法（三维用于障碍，四维用于道路），能同时给出障碍和道路预测的最好结果。其公式如下：

式中，Tb、Tl、Tw为相平面内矩形模板的底部位置、左边界和宽度的三个变形参数，[xr(t),xc(t)]为变形模板相平面的中心。[yr(t)，yc(t)]为由雷达探测并经Kalman滤波的障碍在相平观的位置。将地平面压缩变化为相平面，的实时估计，为相平面内一个路宽的值（3.2m）。tan-1的压缩比率在相平面内不小于Tmin（路宽的一半），不太于Tmax（路宽）。通过求解七维后验pdfP（k'''',b''''LEFT，b''''RIGHT，vp，Tb，Tl,Tw|[yr(t),yc(t)],ObservedImage）的最大值获得障碍和道路目标。

3.4CLARK算法的局限性

传感器技术论文第2篇

ZigBee无线网络共有路由器、协调器以及终端设备三种逻辑设备类型。一个ZigBee无线网络仅存在一个协调器。协调器一旦被激活将会自动建立独立网络。本文采用了星型ZigBee无线网络，有且只有一个PAN主协调器。为了确保网络唯一性将采用一个PAN标识符来建立，使终端设备与路由器网络都能够正常连接网络。

2机房监控系统的设计与实现

2.1ZigBee协调器节点硬件设计ZigBee协调器节点主要由六大模块构成，分别为LED指示灯、电源模块、串口模块、晶振模块、射频天线以及无线收发器。LED指示灯主要用于显示系统网络连接状态。串口模块用于传输数据信息，并接收相关指令控制协调器运转。由于射频天线在输入和输出为高阻与差动，故适用(115+180)的差动负载。为了进一步优化ZingBee协调器节点性能，我们采用了不平衡变压器。无线收发器工作电压为3.3V，在运行过程中应采用电压转换模块将5V电压下降至3.3V无线收发器能够同时接收两种频率的晶振电路，以此满足监控系统的不同电路需求。

2.2传感器节点硬件设计传感器节点主要由电源模块、CC2430数据传输模块、数据采集模块以及外部数据存储等模块构成。电源模块使用两节5号干电池，CC2430数据传输模块负责数据的传输与采集，并通过与路由节点进行数据交换来控制命令。数据采集模块主要负责采集系统监控区域的湿度、温度、水浸以及光照强度等信息，并将其转化为数据进程存储。

2.3ZigBee协议栈ZigBee协议栈是分层的，每一层都需要向上一层进行数据的提供和管理功能，其主要包括网络层、应用层、媒体访问控制层以及物理层。其中应用层内又划分为ZDO、APS以及应用对象等。媒体访问控制层与物理层位于协议栈子层的最底，属于硬件系统，其他层则在这两者智商，不属于硬件系统。ZigBee协议栈的分层结构简洁明了，极大的方便了系统的设计和调控。

2.4无线传感网软件平台搭建搭建无线传感网软件平台需要一个良好的操作系统。操作系统能够对各项任务进行调度并使整个系统正常运转。不同；诶型设备的同一项处理可以视为同一任务，新建任务并添加至系统，操作系统即将新任务与ZigBee协议栈进行融合，使系统获得新功能并投入使用，从而搭建出完整的无线传感网软件平台。

3结语

传感器技术论文第3篇

带有执行器节点的无线传感器网络在功能实现中与普通网络不通，传感器节点检测指定事件后，事件消息将直接发送到最近的执行器节点，执行器节点会进行自我分析与决策，并以此为基础判断是否工作，并将事件消息发送到中心节点作为记录。

通过上面的分析，可见待执行器的无线传感器网络与普通无线传感器网络相比，既有优势也有缺点。优势为系统具有突出的实时性。因为系统在完成工作时直接利用执行器节点对无线传感器网络的数据进行分析与决策，事件消息无需传递至中心节点，只需临近执行器节点就可完成动作；其次可以帮助传感器节点降低能耗，因为信息传递的跳数相比普通的无线传感器网络大幅降低，其节点数据的通信能量消耗也就随之降低；第三传感器网络流量相对小，减少了通信网络的资源冲突。信息传递主要集中在执行器节点周围，因此不同的事件所引发信息交叉传递的冲突减少；最后，减少了中心节点的运行负担，中心节点主要负责信息的记录与网络性能的调整，不需要针对单个事件处理各种数据并作出决策。

带执行器节点网络的结构和应用

从本质上看执行器网络就是带有执行器的无线传感器网络，传感器负责从环境获得信息，而执行器节点负责对环境加以改变。传感器和执行器节点之间以无线链路的模式连接。

传感器节点感知和报告环境信息而执行器节点负责对信息进行处理并行动，作用于环境。待执行器节点的无线传感器网络的结构因为信息传递的模式而存在差异，研究的方向也不尽相同。下面以星形拓扑为例进行分析，在研究中带执行器节点的无线传感器网络构成一个星形拓扑，其BS充当网络控制器和与上层网络连接的网关。BS包括了有线总线和无线接口。其MAC层利用时分多址技术。每个传感器集成到执行器中，形成一个传感器+执行器的模块化结构。这些模块可以进行单跳无线通信到达BS。利用传感器和执行器之间的时隙和频隙差异，可以避免传感器和执行器之间的信息冲突。在WSAN的应用中，必须保证实时通信和已经定义的时序行为，所以星形拓扑结构是一种按照实时性的有效结构方案。

在应用方面，WSAN的应用较为广泛，如在畜牧业农场控制公牛的攻击行为，即在公牛的繁殖期限内，公牛的攻击性较强会带来对自身的伤害。在饲养过程中可以利用带执行器的无线传感器网络对此行为进行控制，方法就是在公牛的项圈上安装传感器和执行器，以此检测公牛的行为模式。硬件平台作为中心控制系统，集成大量的传感器和执行器，其利用处理器和闪存构成。无线电收发设备和硬件平台作为执行器的集成刺激面板，安装在项圈内的特殊设计可以在执行器的激发下工作。集成传感器可以根据位置和速度采集公牛的运动形态，如果公牛出现类似攻击的行为，则执行器接收指令对公牛进行刺激，抑制其攻击。

带执行器无线传感网络的协议设计

1通信协议的设计

为了在网络中充分利用执行器的计算和通信能力，带执行器节点的无线传感器网络的通信协议往往要复杂于普通的无线传感器网络。其除了包括传感器之间的通信协议外还需要具备执行器与传感器之间的协议，以及执行器节点之间的协议内容共同组成。下面就这三个不同的协议内容进行分析：

（1）传感器节点的之间的通信协议。在某个特殊环境下，传感器节点的信号都是以单跳的模式向周围的执行器节点传递，这种结构对于待执行器节点的无线传感器网络而言较为常见，对于需要传感器之间进行通信的系统而言，可以使用普通传感器网络中的协议完成通信，在模拟环境中，传感器节点可以直接将信息传递给执行器节点，而不需要传感器节点间的通信协议来支持；

（2）执行器节点与传感器节点的协议。在执行器决策算法的支持下，这个协议仅仅需要在传感器检测到事件发生的时候，将事件消息和自身标示传递给最近执行器即可实现功能。这样的设计思路可以提高通信消息中有效消息的占比，从而提高节能效果；

（3）执行器之间的协议。执行器之间的协议通常是为了协调发生的边缘事件，这种事件的出现主要集中在多个执行器都可以实现动作的情况下，如果在特定的地点和时间内，执行器节点出现竞争，则协议负责对其进行协调，确定一个执行器完成动作。某个执行器节点发出请求后，其他竞争节点同意后这个执行器才能完成动作。

传感器技术论文第4篇

关键词：传感器；检测技术；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0067-02

一、概述

《传感器与检测技术》是自动化专业一门核心课。是一门涉及到电工电子技术、传感器技术、光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、精密机械设计技术等众多基础理论和技术的综合性技术，现代检测系统通常集光、机、电于一体，软硬件相结合。《传感器与检测技术》课程着重培养学生掌握传感器与检测技术基本理论、基本方法，本课程是一门实践性很强的课程，在理论学习的同时，要求学生通过实验和实践熟练掌握各类典型传感器的基本原理和适用场合，掌握常用测量仪器的基本工作原理和工作性能，能合理选用常用电子仪器、测量电路等，能根据测量要求设计各类测量系统，能对测量结果进行误差分析和数据处理等，达到理论与实践的高度统一，突出能力的培养。目前该课程传统的教学方法是重点讲解各类传感器的原理、工作特性、测量电路和应用举例。而在传感器的应用上多是简单地举若干例子。在实验环节，也是大量的验证性实验。这样做的结果，不能使同学们了解和掌握传感器在实际现场条件下如何应用，达不到《传感器与检测技术》这门重要课程的教学效果。因此，对该课程的教学模式和教学方法研究就显得非常重要和紧迫。作者在本文中对该课程的教学模式与教学方法进行了研究和探索。提出了以下改革思路。

二、《传感器与检测技术》课程改革思路

1.采用实物教学法。传统的《传感器与检测技术》课堂教学主要讲授传感器工作原理、工作特性、测量电路等。可是在现实生活中，传感器种类异常繁多，如果学生见不到传感器的实物，仅仅靠课件上的内容，就会觉得学的东西没有什么意义，造成学生的厌学心理，觉得这门课程没意思。因此，在《传感器与检测技术》授课过程中，将各种传感器带到课堂上、展示给同学们会起到意想不到的作用。我们会把主要的各类传感器都带到课堂上，结合实物进行讲解。比如：电阻应变片传感器、电容式传感器、电感式传感器、霍尔式传感器、电涡流式传感器、热电偶、热电阻等，这样使得学生们对传感器留下深刻影，同时，在讲解传感器的时候，一定要结合现实生活实际，尽量介绍一些在现实生活中经常见到或者用到过的传感器。例如，电饭煲、空调、冰箱中的各种温度传感器；全自动洗衣机中的重量、液位、水温等传感器。这样能使学生认识到传感器的重要性，提高学生的学习兴趣。

2.采用启发和互动的教学方法。启发和互动式教学有利于培养学生的创新思维能力。创新是人才培养体制改革的核心环节。注重“学思结合”是实践创新型人才培养模式的核心与精髓。长期以来，我国高等教育人才培养过程中存在的弊端之一就是重灌输轻启发、重理论轻实践。倡导学思结合的目的，就是要改变长期存在的注重知识灌输的教学模式，充分启发学生进行思考和想象，培养他们的创新意识和创造能力，使学生在思考中学习，形成良好的学习方法和思维习惯，改变注重记忆、被动接受教师灌输的课堂教学方式，确立以学生为主体的教学观。作者认为启发式和互动式的教学方法，能有效地培养学生的创新意识和创新能力。以光电传感器为例，在讲完该类传感器工作原理、工作特性、测量电路后，启发学生们思考实际生活中是否见到光电传感器，让他们联想哪些场合可能会用光电传感器，在印刷机印刷过程中，某些参量的检测可否用光电传感器完成，通过这样的启发和互动，使同学们开阔了思路，加深了对《传感器与检测技术》的认识。

3.重视实践环节。《传感器与检测技术》课程是一门理论性和实践性都很强的课程，但长期以来，该课程的实践环节地位太弱，基本上处于从属于理论环节的状况，在考核时，实践环节（主要是实验）成绩仅占课程总成绩的一小部分，这就导致许多学生忽视实践环节的教学。同时，该课程验证性实验过多，综合性、设计性实验少，这些都不利于培养学生分析、解决实际问题的能力，为了改变这种状况，在学校教学经费的资助下，我们对实验内容进行了大力改革，开发出介于课程设计和实验之间的设计性实验，每个实验6个学时，实验主要侧重对基本知识的综合应用，使学生们能综合运用所学知识解决实际问题。这类实验要求先做好实验前准备，完成前期设计，然后在实验室设计实验，最后要求书写实验报告。比如：应变式电子称设计实验，要求设计出的电子称，不但完成理论设计，同时要求能够实际应用。

4.考核方式改革。考核、评价学生成绩是教学过程的一个重要环节。根据大众化教育阶段学生的实际学习情况，对考核方式进行了大力改革。总的说来，我校该门课程的学生总成绩由考试成绩、实验成绩、平时作业和出勤情况等几个环节构成。为了体现该门课程实践环节的重要性，实验成绩占30%、平时作业和出勤情况占20%、考试成绩占50%。实验成绩采用现场实际操作和口头答辩结合的方式给出。考试成绩由期中开卷考试成绩和期末闭卷考试成绩构成。这样可以较充分、全面地衡量学生对该课程的学习情况，可以有效地调动学生学习的积极性和主动性。

5.采用现代化网络教学手段。网络化教育是目前高等教育的重要手段。运用网络化教学手段是当前课程改革的一项重要举措。网络资源是非常重要的课程资源。网络化的教学注重充分地调动学生的主动性，将学习主动权交给学生。《传感器与检测技术》网络教学课程资源分为七大组成部分，具体介绍如下。课程概况：包括课程简介、教学大纲、教学日历、教学团队、考核方式、课程公告。课程内容：包括以知识点∕章节为单位的课程教案、主要教材与参考书、学以致用的典型案例、教材电子稿。教学课件：包括以知识点∕章节为单位的电子教案（课件）、帮助学生学习的助学型课件、模拟或仿真实践教学课件等。练习作业：包括以章节为单位的习题、练习题、讨论题、思考题、测试题等。实践教学：包括阐明本课程所有实践教学的目标、内容、手段、方法、步骤和教学实践总结报告撰写要求的实践教学指导。参考资料：包括学生学习本课程相应学习指导，比如：学习方法、可利用的学习资料∕资源、网络资料。课程互动：包括常见问题答疑、在线交流、课程论坛。以上网络教学课程资源大大提高了学生们的学习积极性。

《传感器与检测技术》是一门非常重要的课程，本课程的任务是使学生掌握常用传感器的工作原理、特点及基本转换电路，掌握特殊类型传感器的工作原理及应用。目的在于培养学生具有选择自动控制系统中传感器的能力；具有组建一般测试系统的能力；对一般测试系统中的技术问题具有一定的分析和处理能力。这门课程的特点是传感器种类繁多，而且理论性和工程性都很强，这就要求在教学中不断探索新的教学模式和采用新的教学方法，才能使课程的教学要求得以实现。

参考文献：

[1]金伟.现代检测技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2007.

传感器技术论文第5篇

[关键词]传感器技术：科学教育：教学研究

[中图分类号]G436 [文献标识码]A [文章编号]1672-0008（2012）05—0050—06

一、引言

随着传感器技术的不断发展，它们在科学教学中的应用也逐渐广泛。传感器技术具有科学数据的实时收集、多种类型的数据呈现方式以及变化过程回放等功能，为传统手段所无法实现的实验设计提供了诸多可能。传感器技术应用于教学。可以使微观现象宏观化、抽象概念和理论具体化，从而为学生科学概念的深度理解提供了有力的支持。近几年来。随着传感器技术的不断推广及其在沿海发达城市的广泛使用，与之相关的教学要素也正悄然地发生了变化，如教学模式、实验内容、教学理念、教材开发等，均给传感器技术的教学应用带来了一定的影响。其中关于基础传感器技术实验内容的开发成为重点，教学应用的探讨也引起了一定的关注。

国内曾有学者对近几年来传感器应用于我国教学的研究现状和特点进行了多方面的讨论，为相关研究提供了参考。而对有关国外传感器应用的教学研究内容及特点的讨论较少。为弥补这方面的缺失，本文在文献研究的基础上，从学生概念学习、教学模式、教师使用情况和教师培训模式等方面进行分析，试图就国外传感器技术的教学研究内容及其特点做些梳理，并结合国内情况加以讨论，提出一些建议，为我国相关领域的研究提供有益的启示和借鉴。

二、相关术语及其概念的界定

国内大多数文献提及的手持技术fHandheld Technologyl与传感器技术的概念等同，属于狭义范围，而非广义上的手持技术。广义上的手持技术泛指一些与掌上移动设备（软件或硬件），如掌上电脑、掌上学习软件、数据采集器、图形计算器等有关的学习技术。在国外教育类文献中，与传感器技术直接相关的术语主要有：Microcomputer Based Labs MBLI，probeware，data logging，data logger，Calculator Based Labs（CBL）。因此。传感器技术和手持技术概念的使用需结合不同情境加以区别。关键术语的界定，有助于基于传感器技术教学应用的文献研究。

在教育领域，传感器技术是一种面向科学教育的教学技术，是一种用于实时数据获取、显示和分析的软件和硬件集成系统。基于传感器技术的实验系统如图1所示，该系统主要由用于检测变量的传感器（探头）、用于数据收集和存储的数据采集器（如，图形计算器）以及用于数据管理和分析的配套软件构成（配套软件一般安装于电脑、掌上电脑等）。因此。传感器技术的发展主要体现于对传感器技术的实验系统各要素进行种类的开发和性能的更新等。

三、教育领域中传感器技术的发展

随着技术的更新，数据采集器和软件系统逐渐融合，形成了掌上电脑式数据采集器与传感器的组合，使得传感器技术的使用变得更为灵活，功能更为强大。如图2a为国内常见传统传感器技术系统。主要由传感器、数据采集器和配套的分析软件组成。配套的分析软件中提供了多套实验数据的分析模板。利用不同探头及其组合可以进行大量的实验设计，如，用二氧化碳探头进行二氧化碳引起温室的模拟实验，用氧气探头进行水中溶解氧的探究实验等。此类实验还有很多。常见于小学至高中阶段的探究实验开发和常规实验的改进。图2b为PASCO公司的彩屏触摸式传感器系统，其数据采集器安装有SPARK科学学习系统，以探究式教学模式引导学生开展基于传感器技术的科学实验活动，并且鼓励学生合作学习。利用该系统。PASCO研究团队开发了多种形式的课程，如，包含60多个探究式实验的SPARKlabs，针对化学和生物知识学习的加利福尼亚SPARKlabs，为小学和中学提供科学知识学习的探究式科学（Science through Inquiry）等。目前，世界上约有100多个国家在使用该公司开发的各种基于手持技术的学习系统。图2c为NOVA5000数据采集器，该采集器除了提供诸多科学实验模板，具备数据存储、分析和处理的功能外，还安装有windows CE系统，支持学生上网和查询信息。且配备oMce办公软件来编辑相关内容等。该系统主要应用于初中和高中生物、化学、物理以及环境科学等学科领域的科学实验。与传统数据采集器相比，最新的数据采集器在硬件改建方面主要体现在对数据采集器和数据显示器的改进。现在传感器技术将数据采集和显示进行了有效的融合，且操作采用触屏式，使得户外科学探究变得更为方便。而在实验模板的开发方面，现在传感器技术摒弃了传统实验模板中实验用品、实验步骤、实验结果等“说明书”式的内容结构，融入了核心教学理念，如，科学探究等教学模式来组织内容的编写，使得学生对于科学实验的探究兴趣大大增强，对于问题的思考更为深入。另外。由于加入了信息查询和辅助教学软件使用等功能，学生的科学探究的导向性也更为加强，学生与学生之间信息共享和交流，为合作学习构筑了平台。

四、国外基于传感器技术的教学研究

在国外传感器技术的教学研究中，研究者已逐步从关注实验技术的改进和实验内容的更新等方面，转向着眼于寻求多种传感器技术与教学有效结合的途径。使得传感器能够更好地为教学服务。如下几个方面的研究尤为繁荣：首先，在学生认知研究方面。主要侧重研究利用传感器技术进行教学对于学生概念的转变和能力的提升方面的影响，并且对探究式教学模式的应用尤为关注，从中发现结合传感器技术的教学活动和不同的教学模式对于学生认知发展的影响：其次，在教师使用方面，主要侧重于考察教师传感器技术的认知及探索教学模式的教学效果等，可以为教师教育及传感器技术教学提供依据；最后，在教师教育方面，国外开始关注基于传感器技术的教师培训模式的开发，为培养此类教学的师资做准备。本文对国外基于传感器技术的教学研究进行了梳理。总结了国外基于传感器技术教学研究的侧重点在于学生概念转变和能力变化、教学模式、教师使用情况、教师培训模式等。总之，国外教学研究特点主要体现在：以基于传感器技术的概念转变和能力考查为核心研究内容，以教学模式的探究为重要内容，以师资培训模式的探索为新动向。

（一）学生概念转变和能力考查

对学生概念转变和能力的研究，是基于传感器技术的科学教学研究的核心内容。目前，对将传感器技术与科学探究相结合、以促进学生相关技能和方法的获得的相关研究，取得了一定的成果。以下选取典型案例进行分析。

具有多年科学教学经验的英国学者Frank Fearn设计了基于传感器技术的课外探究活动以促进学生的探究能力。探究内容包括：池塘温度（温度探头）、哺乳动物活动（声音和光探头）、肥堆微环境（温度和湿度探头）、植物生长条件（光探头、湿度探头、温度探头、pH探头）。从活动设计来看，主题从简单到复杂，探究活动的综合性逐渐强：与现实环境紧密结合，使得学生在相对开放的探究环境中，学习使用传感器技术并结合数码相机等工具来收集自然环境下的多种数据，以探究相应数据的变化对于动植物生存环境的影响。这样的设计，不但有利于激起学生的探究兴趣，更有利于培养其观察能力、分析能力以及活动探究能力。

美国威廉斯顿高中教师William Struck和纽约州立大学布法罗分校科学教育专家Randy Yerrick教授，研究了两种数据分析方法对于学生动力学概念学习的影响。研究选取了两组学生，一组先用传感器技术收集和分析数据。然后再使用录像采集并分析数据的方法：另一组学生则先用录像采集并分析数据，然后用传感器技术收集和分析数据的方法。除在个别概念理解方面存在微小的差异外，两种设计下的学生小组在绘图和图形分析能力方面有了明显的提高：学生在利用图像预测和描述物质运动方面的效果也很明显。圈这说明传感器技术在数据分析和收集方面，能够促进学生学习抽象概念的深度认识。

来自康科德教育研究组织的著名传感器技术教学应用教学发起人Robert Tinker博士和密歇根州立大学著名科学教育专家Joseph Kraicik教授以水质为主题，设计实验组和对照组比较基于手持技术的探究活动和常规实验活动对于学生概念转变和相关能力的影响。研究结果表明，将传感器技术与科学探究相结合，可以使学生的探究活动变得更为灵活。更有益于学生观察技能的培养，且以小组合作的形式对探究结果共享和讨论。促使学生对概念理解得更为持久。相对于控制组，实验组学生在基本概念学习及其深度理解方面有了明显的提高，其数据分析也更为全面，且随着时间的增加，基于传感器技术的科学探究活动对学生探究兴趣、思维和探究技能等的培养均产生了积极的影响。

综上可知。学生概念转变及能力变化与基于传感器技术的实验活动设计有着密切的联系。研究者从不同角度对传感器技术的教学应用进行了研究，有从传感器本身的特点出发，侧重实验开发和应用，如Fearn和Struck等人的研究；有侧重传感器技术与建构主义模式和科学探究模式相结合进行有关研究，如Tinker等人的研究。因此，基于传感器技术的实验活动设计。不仅需要重视实验本身的设计，还需要考虑实验的活动方式或教学模式的设计，如，将科学探究教学模式与传感器技术的教学应用相结合，更能激发学生的学习兴趣，挖掘出更多基于传感器技术的科学学习的潜在价值，为实现当前课程标准以科学探究为突破口，达成培养学生探究能力的要求开辟了新途径。

（二）教学模式探索

随着传感器技术的逐步发展。如何发挥传感器技术的教学价值，成为值得研究者们思考的问题。因此，在侧重实验开发的基础上，国外对于基于传感器技术的教学模式的开发也极为关注，这成了传感器教学研究的热点内容。

康科德教育研究组织Shari Mecalf博士和Robert Tinker博士开发了一套基于传感器技术的教材。该教材以探究教学模式为理论基础，以基于标准的主题为活动内容，旨在能够最大限度地体现出传感器技术对于学生概念理解和能力培养等方面的优势。教学中，利用配套的软件系统帮助学生运行和观察传感器收集的数据，并指导学生按照引导、反思、实践、应用和评价等环节组成的教学模式进行探究。研究小组还为教师配备了相应的活动指导手册，对有关主题的背景知识、相关问题和讨论模式等均进行了说明，为教师的有效教学提供了支持。研究表明。经过一定的培训，教师能够顺利地运用规定的教学模式，传授教材中的教学内容。调查显示，学生在完成教材所要求的探究活动后，对于相关概念的理解有了明显的提高，错误概念明显减少。教师在访谈中也表示，该教学方法以及对传感器的使用对科学教学的成效是显而易见的，尤其是在学生对科学概念的深度理解方面。另外，学生在问题解决、表达与交流、团队合作等方面也得到了相应的提高。

美国查塔姆高中著名的研究型教师Missy Holzer设计了基于传感器技术的开放式探究课程，旨在为学生提供一种可持续探究和科学学习的方法。该课程提供了一系列与探究方法和科学本质相关的内容。在教学中，学生先学习各种定量和定性观察方法，总结出一些相关的科学术语，这些方法和技能均会使用到后续的传感器技术探究活动中。比如，在“微环境影响因素探究”活动中，学生需调查自身所在社区环境内的微环境，利用温度传感器来收集不同时段社区中的温度，探究温度对其微气候的影响。数据收集完后，学生分组讨论，探讨温度高低对于微气候分布的影响。通过此类简单的探究活动，使得学生能够在一种自主探究的情况下。选择制定相应的探究计划。查询相关信息。确定所要观察的数据和监控数据变化的进程。在探究过程中，通过查阅资料、讨论和分析，得出相应的结论，学生的科学探究能力在得到提升的同时，对相关科学概念的理解也有了显著的提高。

希腊萨利大学的Charilaos Tsihouridis博士等人，研究了建构主义理论引导下的基于传感器技术的科学教学模式对学生科学学习的影响。探究内容为不同物质的热传导，研究选取实验组和控制组，实验组学生按照合作设计、实验、修改以及实施的模式来开展基于传感器技术的实验探究活动：控制组学生则是直接使用已有实验来探究不同物质的热传导现象。研究表明，以建构主义教学理论设计的教学模式引导学生的实验探究，可以有力促进学生对于科学概念的理解。后测结果显示，前测中相对模糊的概念变得清晰，学生的理解不再停留于表层，回答问题的准确率也有了明显的提高。另外，实验组学生对实验活动的参与度和兴趣均较高，学生对于实验过程的掌控和步骤的调整能力得到了加强。

美国斯坦福大学和瑞典韦舍克大学的合作项目LET’sGO，开发了基于传感器技术的合作式探究学习活动。该学习活动以开放式探究为基础，结合计算机和传感器技术的使用。采用小组合作学习的方式。展开了对生态环境的探究。以水质检测为例，学习主要围绕以下几个环节：（1）同一小组学生联系已有知识对主题涉及的核心问题、探究任务进行讨论，并对问题作出假设；（2）探究或收集数据，小组讨论期间主要用SPARK传感器技术来测量和收集数据，用LiverScribe软件来记录活动内容及其结果，用工作单来记录和描述水周围的环境；（4）收集数据后，学生对不同区域的水质进行比较和分析；（5）学生回到课堂书写结果和报告，反思探究结果。研究结果表明。学生对这种基于传感器技术的教学模式给予了很高的评价。他们认为，这种数据收集的方式更简便，更有趣，活动的参与度也得到了加强，且后测也表明学生对于主题相关概念的理解更为深刻，对于问题的理解更为具体。

上述研究表明，基于科学探究的传感器技术教学应用模式。是提高学生对概念的深入认知和相应学习技能、能力（探究技能、分析能力、观察能力、合作学习能力等）的主要途径。且多样化的探究形式，如，对引导式探究、开放式探究以及合作式探究等的应用，为传感器技术的教学应用模式拓宽了思路。使得传感器技术的教学应用不再局限于课堂和个人，传感器的教学价值也不再局限于提升学生的概念认知，而且能够将传感器技术与日常生活与实践相结合。走出课堂。在探究中以合作和讨论的形式来完成一系列学习任务，拓展了传感器技术的教学应用价值。

（三）教师教学使用情况调查

在具体的教学中。除了受教学模式影响外，教师自身的能力以及教学环境的影响，致使基于传感器技术的教学在现实应用中陷入了困境。研究这些困境，提出相应的对策，是为今后基于传感器技术的教学能够顺利实施提供了有力保障。

新加坡国立教育学院学者Seah whve Choo的研究综述表明，在基于传感器技术的教学中。教师的主要任务是设计有效的学习活动及其任务，需注重在教学中给予学生充分的讨论、分析以及解释的时间，且在学生观察数据时给予适当的指导。并分析教师在教学中遇到的主要问题是受到了教学时间的限制，其他还包括资源和设备、技术支持、经费、培训时间、管理技术、教师自信心等因素。另外，传感器的技术问题、课程设计方面等经验的缺乏，也是导致教学使用的障碍所在。他提出，教师应对传感器技术的作用有充分的认识：对rr技术与课程结合的设计思路要有明确的认识：学校应为教师提供更多的时间来实施此类教学活动：通过适当的培训来增强教师的自信：新老教师能够共享优秀课例：改变传统的评价方式，注重过程评价；在教学中对学生的认知、推理以及分析能力、合作等技能进行综合评价。

Seah Whye Choo等人通过网上问卷，调查了新加坡教师在传感器技术的科学教学方面的使用情况。研究表明，在实验类型方面，传感器技术的使用途径主要为教师演示实验、教材实验和学生实验等，在探究性项目中用到的比率较少：教学方式以教师导向为主，主要用于验证性实验，学生在探究式活动中甚少使用：在介绍使用方法时。绝大多数教师着重介绍传感器技术的功能、操作步骤和方法，而忽略学生对于数据的解释和结果的讨论。尤其是面向低年级学生的教学。调查结果显示，教师并未充分挖掘传感器技术对于探究式教学的价值，教师只是用于演示或学生验证性实验，而很少给予学生在探究式活动中使用的机会，教学中也过于强调学生对操作技能的使用，而忽略了其对数据和结果进行讨论和分析能力的培养。

上述研究基本上概括了教师在基于传感器的教学使用中遇到的问题和面临的挑战。除了硬件外，教师自身对于传感器技术的认识，成为传感器能否更好地为教学所用的突破口。这种认识包括对技术的认识，对教学模式的认识以及对教学对象和环境的认识。在教师培训中若能注重提升这些认识，将有助于教师在课堂教学中有效地利用传感器技术。

（四）教师培训模式探索

随着对技术教学应用要求的提高，教师培训中基于传感器技术的教学培训也逐渐受到关注。基于传感器技术的教师培训，也为教师的专业发展打开了思路。

美国克利夫兰州立大学的课程专家Selma Vonderwell教授等人，开发了基于传感器技术的探究式教学培训模式。该培训模式由五个环节组成：探究式教学相关内容的学习——传感器技术的学习——基于传感器技术的探究式课程设计及实施——共享网站的建立。在培训之前，教师普遍认为自身开发此类课程的能力不足，尤其是针对将传感器技术与科学课程相结合的问题时，认为自身水平较低：经培训后，教师对传感器的使用及其教学等均有了一定的自信。认为探究式教学中融合传感器技术的方法，帮助他们理解技术在教学中的多种途径，认识到技术对于科学教育的价值。通过将教师在培训课程中开发的优秀课案例应用于课堂，使学生能够收集信息、分析信息的数据，且数据生成和分析的过程帮助学生更好地理解科学概念，培养学生观察、分析解决问题的能力。学生的活动动机和兴趣均有所增强。

美国克利夫兰州立大学的Issaou Gado博士等人。以归纳——概念发展——概念应用为教学模式，用于职前教师的基于传感器技术的探究式教学培训。在归纳阶段，通过播放教学视频。归纳传感器技术在教学中的使用方法，讨论传感器技术对于科学学习的影响：在概念发展阶段，让教师们通过设计探究式教学活动，和基于传感器技术的活动，并对表现进行评价：概念应用阶段则是教师在熟悉一系列活动后，参与到问题解决和自我探究的活动中，如，小组合作设计基于温度、电导率仪、pH探头的探究活动，并对教学表现进行评价、反思和交流。研究表明，这样的培训模式，使得职前教师对于技术的态度大有转变，一系列的教学活动，使得职前教师的探究能力、组织能力以及科学活动的参与度和态度等均有所促进，教师对于技术的使用能力、信心度进一步提高。

荷兰特温特大学Joke Voogt博士等人，通过基于传感器技术的课程培训。来促进职前教师的技术教学应用能力。该培训课程开发了针对帮助教师理解基于传感器技术的学生中心课程的教学及其实施步骤的课程材料。课程材料的活动设计以POE（预测—观察—解释）理论为指导，通过预测、实验设计、数据分析、比较预测和结果、反思等环节来组织教学，通过将教师设计的课例应用到实际课堂中。结果表明。绝大多数教师愿意在课堂教学中使用基于传感器技术的学生中心科学课程。他们认为。这样的课程对学生的科学学习很有帮助：小组合作探究方式的教学相对容易。而过程评价相对较难：利用学生前概念以及鼓励学生对预测和发现的讨论较难：需要一段时间来达到对于技术教学的班级管理和掌控：相应的课程材料及其评价方式的开发对于技术传感器技术的教学也是很重要的。

可见，国外在基于传感器技术的教师培训方面，侧重借助于一定的教学模式来促进教师对传感器技术的认识和教学应用的能力提高，尤其注重教师基于传感器技术的教学内容设计和实践应用环节，使得教师培训与教学实际相结合，有利于教师从实际出发，从教学实践中体会和收集反馈，从而对原教学设计做出评价和修正。加深他们对于技术应用的现实意义的理解。

此外，还有研究者对学生传感器技术的使用及其看法进行了调查，得出结论：学生传感器技术的操作技能、对传感器学习功能的认识、对技术使用的态度等，均对教学产生了一定的影响。些方面的研究和反馈也进一步促使教师在实际使用过程中，以学生的认知水平和基本技能为前提来设计相应的科学活动。

五、思考和建议

综上所述，国外教育技术或科学教育领域一些著名学者以及相关大学和教育研究机构，对基于传感器技术的科学教学展开了多方面的讨论，主要集中于基于传感器技术的教学对学生概念转变和能力培养的考察：侧重基于传感器技术的教学模式及其教学效果的探索：关注传感器技术教学应用影响因素的探讨，如。教师使用情况及其问题等：以及注重职前教师传感器技术教学应用培训模式的探讨。通过这些研究，使得基于传感器技术的教学设计及其应用，有了强力的理论支撑。本文结合国内的研究现状。在上述文献分析的基础上。简要提出相应的建议。

（一）我国传感器技术的教学应用研究现状

在基于传感器技术的教学应用方面，我国学者主要从基于传感器技术的实验开发着手，进行了大量研究，研究内容包括教材常规实验的改进（如，用温度探究代替温度计来观测二氧化碳的温室效应），抽象理论的实验新设计（如，酸碱滴定中电导率的变化、沉淀平衡时电导率的变化等），课外实验活动的开发（如，利用色度计测红枣中铁元素的含量）等。这些实验的设计和开发为促进相关教学提供了支持。但基于探究教学模式设计的传感器技术实验活动研究不多，尤其是面向低年级的课外实验探究活动甚少。从教师教育的角度来讲，有关技术教育的师资培训中，针对基于传感器技术的教学培训模式的探讨也较少。在基于传感器技术的学生概念认知方面，也有一些研究，如，对传感器技术与酸碱中和滴定概念学习的研究，对传感器技术与化学定量问题解决的研究等，叫旦成果并不丰富。

传感器技术论文第6篇

关键词 民办高校 传感器及其应用 教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A

Private Universities "Sensor and Its Applications" Teaching Reform

WU Caihong， LIU Fang， WANG Chun

（Wuhan Yangtze Business University， Wuhan， Hubei 430065）

Abstract For private colleges' problems exist in "Sensors and Its Applications" course teaching system， combined with the characteristics of students of private universities， the paper analyzes the current situation and widespread problem teaching， and put forward a series of targeted teaching reform ideas and programs ， sensor technology to improve students' interest in learning.

Key words private college； sensors and its application； teaching reform

0 引言

在人类进入信息时代的今天，人们的一切社会活动都是以信息获取与信息转换为中心，传感器作为信息获取与信息转换的重要手段，是信息科学最前端的一个阵地，是实现信息化的基础技术之一。“没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有力工具。传感器是一种能够感受规定被测量并按照一定规律将被测量转换成可用输出信号的装置或器件。①它是获取信息的重要工具，是现代工业生产过程特别是自动化生产过程的首要部件和现代信息技术的源头，是现代检测仪器仪表和测控系统中非常重要的装置。现代化生产过程自动化程度越来越高，对传感器的依赖性越来越大，传感器技术在工科学生人才培养中的地位和作用也越来越重要。②民办高校是我国高等教育从精英教育向大众教育转变的大形势下的产物，以培养适合地区发展的基础型、应用型复合人才为主。随着传感器技术的高速发展，针对民办高校的学生而言，传感器及其应用课程在教学过程中存在不少问题，如内容庞杂、涉及面广、概念抽象、实践性强，导致学生学习的积极性和主动性不高。如何合理开展教学改革，提高传感器及其应用课程教学的质量和学生对传感器技术的学习兴趣，切实能使学生有所收获，已成为该课程教改亟待解决的问题。

1 民办高校传感器及其应用课程教学的现状及存在的问题

（1）民办高校学生的特点。首先，民办高校学生的专业基础知识较差，对民办高校工科学生进行抽样调查，大部分学生的数学和英语成绩较低，学习相关的专业基础知识比较困难，这就使得学生对理论知识的学习在一定程度上有抵触情绪；其次，民办高校学生个人自制力较差，受学习难度、课程性质和个人情绪等方面的影响；再就是民办高校的学生大部分思维活跃，喜欢动手操作，更倾向于实践能力强的课程。

（2）教材种类繁多，具有不同的侧重点，教学内容过时。随着微电子技术、新材料技术和电子信息技术的发展，各种高、精、尖新型传感器不断涌现，但传感器及其应用课程内容和形式的更新跟不上高速发展的传感器技术，学生的学习的积极性和主动性不高。目前专门针对民办高校的教材基本还是空白，大多数民办高校选用的教材或者是一本、二本使用的教材，或者是专科院校选用的教材。这些教材对于民办高校学生来说，一种过于抽象，另一种过于简单。这样在教学过程中很难培养出符合市场需求的高级应用型人才。

（3）实践环节薄弱。传感器及其应用实验教学是整个教学过程中一个重要的环节。不少学生对传感器及其应用理论知识的认识并不深刻，不能在实际应用中学以致用。缺乏与理论知识相应的实验指导书和实验装置。

（4）教师队伍薄弱。目前大部分民办高校教师资源有限，教师的任务重，长时间、超负荷地进行教学，没有时间更新自身的知识，使得师资队伍的综合素质偏低。传感器及其应用是一门应用性很强的学科，不能在技术上投入时间的教师是无法教出应用能力强的学生的。

2 关于民办高校传感器及其应用课程教学改革的几点设想

（1）教学方法的改进。教学不仅是为了向学生传授某种具体的知识和技能，而应是激发学生的创造力。在准备讲解某个知识点时，提前给学生分配任务，学生通过课前查找资料，提炼自己的学习思路，在课堂中结合老师的教学内容，这样更能激发学生的创造力。在教师的指导下，根据传感器及其应用课程教学目的和要求，组织学生通过过多个典型传感器的构成原理、特性、测量电路几应用进行分析、讨论交流等活动，让学生在教学过程中占主体地位，激发学生的学习兴趣，这样能有效提高学生的分析问题和解决问题的能力。

（2）编写适合民办高校的《传感器及其应用》教材。针对民办高校培养高级应用型人才的定位，以及民办高校学生自身的特点，编写适合民办高校传感器及其应用课程的相关教材。结合教学难点，分析各种类型传感器的原理、结构及其应用领域，在夯实学生在传感器方面的理论知识的基础上，提高学生的传感器技术的技能。

（3）加强实验教学。实验教学是理论教学的深化和补充，为了发挥实验教学的功能，达到实验教学目的，可以将传感器及其应用实验独立开课，自行编写相应的实验指导书，这样更具有针对性。培养学生运用实验方法研究各种传感器原理及检测系统的能力。不仅能帮助学生充分理解所学的理论知识，更重要的是要训练学生的实验技能，培养学生的动手能力，树立工程实际观点和严谨的科学作风。把实验教学作为课程教学主线，从学生的不断实践与实验过程中学习需要的理论知识，提高学生的学习兴趣。

（4）增加课程设计环节。其实施步骤：授课教师准备教学文件，下达任务书；学生领取任务书之后提交实施方案；教师根据设计需要发放元器件；组织学生搭建和调试电路，主要由学生自己动手完成，老师负责答疑和检验结果；最后学生提交总结报告，包括设计方案中的所有内容及调试过程和结果分析。

（5）师资队伍的建设。目前部分老师具有较高的理论水平，但实践能力较差；有的青年教师虽具备了较强的实践动手能力，但理论联系实际的能力有所缺乏。这样无法达到该课程预期的教学效果。因此加强师资队伍建设是非常重要的。传感器技术发展非常迅速，必须定期加强教师在新技术中的培训和学习，紧跟技术前沿。也应定期对教师的教学能力进行培训，包括课堂内容的设计能力和把握课堂的节奏能力等。传感器及其应用课程授课教师除了具备扎实的理论基础之外，还应具备较为丰富的实践操作经验。学校应鼓励和支持教师到相关企业中更新知识，从事传感器技术相关的科研项目研究，了解企业对毕业生知识、能力的要求。

3 结语

传感器及其应用是一门理论与实践紧密结合的课程，授课教师要勇于思考、积极探索、及时进行教学的改革，同时密切关注相关企业对传感器技术人才岗位技能的需求，使培养出来的学生能够胜任相关企业工作岗位，提升学生的就业竞争力。

传感器技术论文第7篇

关键词：传感器技术；理论教学改革；实践教学改革；成绩评定方式

作者简介：张艳霞（1979-），女，河南漯河人，郑州信息科技职业学院机电工程系，助教；郑伟伟（1984-），男，河南新密人，郑州信息科技职业学院机电工程系，助教。（河南 郑州 450046）

基金项目：本文系郑州信息科技职业学院教改项目（项目编号：CZYB2014009）的研究成果。

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0130-02

传感技术包括传感器的研究、设计、试制、生产、检测和应用，传感器是现代测控系统的首要环节，它集机械、动力、物理、化学、光学、材料、电子、生物、半导体、信息处理等众多学科于一体，应用领域十分广泛，与当前多学科交叉融合的趋势相一致，在专业课程体系中起到重要的承上启下作用，是实践性非常强的综合性应用技术。[1-3]

目前，传感器技术是高职高专院校机电一体化、电气自动化、汽车检测与维修等专业的一门专业技术课。该课程涉及知识面广，且实践性很强，不但学生觉得难学，对老师来说也是一个挑战。另外，近几年来，中国逐渐普及大学教育，高职高专的学生大多基础知识不太牢固，接受这门课程较难，更不用说提高学习兴趣了。因此结合高职院校的传感器技术教学经验，对该课程教学改革进行了探索。

一、高职院校传感器技术课程教学现状

1.理论教学方面

谈到理论教学，首先要追溯到教材问题。当前，高职院校的传感器技术理论教材种类繁多，琳琅满目，大多教材偏重于抽象的传感器原理推导，基础知识差的学生很难掌握，导致学生学不会的现象严重。其次，涉及到教学方法上。目前，大多数高职院校的传感器技术教学依然沿用传统的教学模式，教师灌输知识，学生被动接受，模式单一，无法调动学生的学习积极性，更不用说培养学生的创新能力了。因此，高职院校的理论教学要遵循“必需、够用”的原则，改变传统思维，不断探索一些新的教学方法，把抽象的传感器技术原理变得具体化、简单化，使其有利于学生的学习与接受。

2.实践教学方面

高职院校的培养目标是高级技师、高级技工，对于教学来讲，主要侧重于各类传感器的应用。目前，大部分高职院校做传感器技术的实验设备落后、匮乏，学生只能在实验台上按部就班地完成一些验证性的实验，缺乏主动性和探索性，很少涉及传感器实际应用，更谈不上创新和工程实践，根本无法提升学生分析问题和解决实际问题的能力。近些年来，新型传感技术的发展日新月异，涌现出大批先进的传感器，与学校做的简单验证性实验、演示性小实验相差甚远，学生毕业以后相当长一段时间都与自己的工作接不上轨。

二、理论教学内容与教学方法的改革

传感器技术课程有以下特点：首先是该课程涉及知识面范广，涵盖信息量大。各章节的教学内容大部分按照传感器的原理类型分开，相对比较独立、分散，缺乏延续性和整体性。其次是该课程实践性强。由于传感器的实际应用十分广泛，大至宇宙飞船、飞机，小至家用电器洗衣机、热水器都用到传感器，因此，该课程与实践结合非常紧密。

这门课传统的理论教学都是先介绍传感器的工作原理，再进行理论推导、定量分析，涉及实际应用较少，课堂组织形式单一，很难调动学生的积极性。所以高职高专的传感器理论教学应本着“必须、够用”的原则，简化理论推导和分析，尽可能结合工程实践介绍各种传感器的主要性能、信号转换与处理的方法、实际应用效果。为突出理论教学重点，提高学生的学习兴趣，在教学实践中采用了以下教学方法：

1.利用多媒体技术，丰富教学手段

教师根据自己的教案制作多媒体课件，并将多媒体课件与板书相结合，通过声、光、电、图片、动画、视频等手段突出教学的重点，分散教学难点。以差动电感传感器的工作原理为例，把差动变隙式和差动螺线管式的工作原理做成动画，两个衔铁的上下动作把由于衔铁运动而引起的感应电动势的变化表现得非常形象，学生能很轻松地理解差动电感传感器的工作原理，弥补了由于客观硬件先天不足而引起的操作不可实现性。另外还可以从网上下载滚柱直径分选装置应用的一些视频，放到多媒体课件里，课堂上能让学生身临其境地观看该装置的工作过程。

2.用实例演示，形象教学方法

为了打破理论教学的单调无味，在课堂上，教师可以结合日常生活设计一些简单的小实验演示给同学们看。比如讲授气敏电阻传感器时，可以让学生拿来啤酒做现场演示；讲授霍尔传感器时，可将霍尔开关装在教室的门上，来演示霍尔元件对磁铁的感应；讲授热电偶传感器时，可用打火机烧铜丝和铁丝的接头来产生电动势，灼烧过程中可以让同学们观察万用表的电压读数。当然，这些简单的小实验也可以请一部分同学在课堂上亲自演示，激发同学们的学习兴趣。另外，也可以购买一些工业上实用的传感器在课堂上进行展示，例如用途广泛的数字温度传感器以及小型液位变送器等，可以把这些传感器直接拿到学生的面前，让学生对其有个形象直观的认识，然后讲解他们的应用价值、应用实例以及接线过程。对于一些无法在课堂上实现演示的传感器，可以搜集一些工程实践应用的图片、视频放在PPT上展示给学生。

3.鼓励学生课外电子设计制作

电子设计制作有助于学生把所学的理论知识转化为实践技能，并在实践中充实理论知识；同时也能把专业领域内其他学科的理论知识有机结合起来，形成整体的专业知识体系，更有利于完备学生的知识结构。比如学习压阻传感器时，可以让同学们自己设计一个电子称，电子称系统包括压力传感器、电桥、放大电路、AD转换电路、显示电路等，需要学生掌握电路、电子、编程等课程的相关知识。[4]

三、实践教学方法改革

1.巧妙设计课内实训项目

现有实验室的传感器都集成在实验箱里，而且是固定的几个验证性实验，功能性、综合性实验较少，与日新月异的传感器的发展相差甚远。为了让学生更多地了解目前传感器的发展与使用现状，缩小教学与实际应用之间的差距，必须加强教学实践环节，把课内实训转化成项目实践。可以采用CDIO（CDIO，Conceive-Design-Implement-Operate，即“构思-设计-实现-运行”）工程教育模式，以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的方式学习工程。[5]该教育理念就是让学生身临其境地感受到一个产品或系统从基本构想、设计、研制实现直到实际运行的完整开发过程，培养学生学会解决问题的能力，执行过程中以教师为主导，以学生为主体。例如，可以让学生运用学过的知识，给机器人做一个一闪一闪的眼睛。先引导他们思考该系统都用到哪些知识，可能是单片机控制器、LED灯、电缆、调试器、传感器、相关软件等；把学生分成小组，小组里的每个同学分别承担一项任务，引导他们完成设计、实现、运行；每个同学都把自己的作品展示出来，向老师和同学汇报自己的思路和所做的工作；经过提问、解答，教师可以给小组里的每同学所做的工作进行分析、评定。

2.带领学生参与设计大赛

机器人创新大赛和电子设计大赛都是教育部倡导的大学生学科竞赛，它们不但有助于培养学生的创新意识、团队协作精神和良好的工程素养，而且还可以让学生逐步形成理论联系实际的学风，积极踊跃地参加课外科技活动的习惯，为国家培养创新人才打下良好的基础，为优秀人才的脱颖而出创造条件。在整个参与比赛的过程中，学生不但可以进一步巩固、完善所学的传感器知识，还能有机地结合其他学科的知识，把抽象的理论知识转化综合成实践能力，充分理解各种原理和应用，建立起完备的知识网络，促进教学。

四、课程考核方式和评价的改革

以往这门课考核的是各个知识点的记忆、与传感器原理相关的计算、分析，几乎很少涉及实际应用，而期末考试一考定音势必限制了学生的知识范围和思维模式，现在尽量考核学生的理论知识应用能力、动手实践能力、创新合作能力和语言表达能力。成绩的评定也不再单纯由教师承担，而是由学生自我测评、学生之间互评与教师评价相结合来完成。

这种考核模式以提高学生的能力和素质为目的，以考勤、作业项目、课外实践、实验能力、专业知识、语言表达能力和创新合作精神为依据，综合对学生进行成绩评定。例如可以是平时成绩（作业+考勤）占20%、实验能力20%、课外项目实践30%、期终报告占30%；其中后三项各项评价中教师占50%，自我评价占15%，学生评价占35%。另外，让学生参与成绩评定的同时也培养他们正确的自我评价和评价他人的能力。

五、完善教学配套设施

前面所述的各种改革措施，不仅需要教师投入大量的时间和精力来实施，学生付出大量的时间和行动来配合，更重要的是需要学校从软硬件各方面来完善配套。首先是从政策上倡导并支持教师教育教学改革，其次是从硬件上提供相应的条件。

六、结束语

针对目前高职院校传感器技术课程教学的种种缺陷，结合本院学生的特点和实际情况，本文提出的分应用多媒体技术、灵活运用实物演示以及鼓励学生参与课外制作的理论教学方法，极大地激发了学生的学习热情，明显提升了课堂教学效果；在实践教学方面，本文提出的加强课内实训设计和带领学生参与设计大赛的实践教学方法，很好引领了学生的创新意识，并且为学生提供了足够的自由度，激发了学生的主动性和创造性，使不同学习层次的学生都能体会到设计的乐趣，加深对传感器及其应用的理解和掌握，达到理想的教学效果。本文提出的成绩评定方式不但规范了日常教学过程的管理，而且提高学生学会学习、自主学习的能力。

参考文献：

[1]张玉莲.传感器与自动检测技术[M].北京：机械工业出版社，

2007.

[2]彭承琳.生物医学传感器原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]郁有文，常建，程继红.传感器原理及工程应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.

传感器技术论文第8篇

【摘 要】本文以湖南软件职业学院物联网技术应用专业传感器技术与应用课程教学现状存在的问题对课程教学设计、教学内容、学习资源选用和学习场地设施要求及课程考核标准进行探索与研究，以此提高教学质量，培养适应行业岗位需求的人才。

【关键词】传感器技术；教学设计；教学内容；学习资源选用

一、研究的背景与意义

随着电子计算机、机器人、自动控制技术等技术的迅速发展，对传感器的需求不断增加。传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是当今世界极其重要的高科技，一切现代化仪器、设备几乎都离不开传感器。传感器技术成为现代科学领域中一门极其重要的学科。高职院校如何培养物联网技术应用专业研发人才，满足社会对嵌入式开发人才的需求，是高职院校教学过程中的重点。我们从湖南软件职业学院的实际情况出发，针对物联网技术应用专业进行了传感器技术与应用课程教学的研究。

二、研究的内容

《传感器技术与应用》作为物联网感知层的最主要的信息采集获取手段，掌握各种典型传感器的应用是物联网相关专业的核心技能。不同于现有的传统电子信息类传感器相关课程强调各种物理量检测方法技能，物联网相关专业要求培养学生传感器选型、接口电路设计、传感数据采集与传输等应用技术。

（一）《传感器技术及应用》原有教学模式

（1）教学内容理论性较强，课堂组织形式单一，以往这门课的教学以理论教学为主，实践为辅。教师教学以传感器的工作原理为主。由于本课程的涉及的原理和公式较多，上课时理论推导、定量分析较多，理论性较强，比较枯燥，完全是“填鸭式”的教学方式，不适合高职学生的学习特点，导致学生不感兴趣，教学达不到预期的效果。

（2）与实践脱节。大多数学校是在理论课完成后，安排一点时间做些实验，这时有些学生对理论部的内容可能已经生疏或淡忘，实验的效果大打折扣。另外实验主要也是对传感器参数的测试，演示性和验证性的实验居多，功能性、综合性的实验较少。实验不涉及或者较少涉及传感器实际应用中较常见的问题，比如：如何进行传感器的选择、安装，传感器的连接方式等等。这些实验对学生的专业应用能力与综合能力的提高作用不大。

（二）设计思路

（1）课程设计理念。针对物联网系统集成及工程岗位群，通过本课程培养学生对传感器选型和应用能力，同时注重将职业资格标准融入课程教学，以项目案例系统化理念为指导，以教学做一体化为典型特征，与行业企业合作共同开发与设计。在课程设计中我们遵循的理念是：

（2）课程设计思路。本课程组教师与行业、企业的专家（兼职教师）密切合作，企业兼职教师之间参与课程设计开发与教学实施的全过程，充分体现课程教学过程的开放性。课程在简要介绍各种典型传感器结构原理的同时，重点讲解传感器的标准与选型、检测电路搭建与分析、传感数据采集与传输等应用技术。

（3）教学内容。课程分为8个模块。模块一从总体上介绍传感器概念、组成结构、静态特性、标定和校准等基础知识，模块二至七分别通过电子温度计、可燃气体无线探测器、声光灯控器、人体感应器、设备开停无线检测器、跌倒监测器等6种典型传感器设备为例，详细阐述了温度传感器、气体传感器、光电传感器、红外传感器、霍尔传感器、压电传感器等典型传感器应用技术，并拓展介绍了其他典型传感器；模K八以“智能家居集成与应用”为项目载体，将前6个模块中重点介绍的传感器进行集成综合应用。以智能家居应用作为项目主线，串联各个典型传感器应用项目，便于教师采用项目教学法引导学生展开自主学习，掌握、建构和内化知识与技能，强化学生自我学习的能力的培养。

三、学习资源选用

教材选取的原则：强调理论与实践的结合、教材与实际的结合、操作与管理的结合，教学内容符合课程目标要求。推荐教材名称：《传感器技术与应用》，主编：许磊，出版社：高等教育出版社，出版时间：2014年。参考的教学资料：项目任务实施书、参考资料、项目评价表、教学课件、传感器应用试验箱、行业应用视频。

四、学习场地、设施要求

为保证教学项目的实施与完成，本课程必须在多媒体教室完成教学过程。

教学模块1在课程教学的同时增加课外教学实践活动。教学模块2～7，引入大量的应用案例视频、实际案例文档，课外作业以标准方案为主。教学模块8增加课外调研环节。

五、考核与评价

以往的教学评价方式主要是采用考试的方式对课程的内容进行一次考核，这次考核的成绩作为学生的最终成绩。这种评价方式不能真正的体现学生的专业应用能力和综合能力。因此我们对评价方式进行了调整，对每个课题制定相应的评分表，评分表包括学生完成课题的质量以及是否遵守操作规程等内容，科学全面的考核学生的综合素养。所有课题完成后便可以总评出学生这门课程的成绩。

六、结语

我们对《传感器技术及应用》的教学仅仅是进行了一次小小的改革，这次改革使我们看到实行理论实践一体化教学的优势，今后我们还不断的优化教学，使学生更快更好地掌握传感器这门技术，更好的应用它。

参考文献：

[1]冯成龙.试论高职院校《传感器技术及应用》课程的教学改革[J].职业教育研究，2007，（12）：98-99.

传感器技术论文第9篇

关键词：传感器课程；课程改革；项目化

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.257

0 引言

传感器技术是现代新技术革命和信息社会的重要基础，是自动检测和自动控制技术不可缺少的重要组成部分。传感器和检测技术课程也成为电子技术、机电一体化、汽车电子技术等工科专业的一门重要的专业基础课程，由于涉及面广、知识多、实践性强等特点历来是一门老师难教、学生难学的课程。本文以结合我校实际情况探讨如何推动传感器课程教学改革。

1 教学现状分析

我校多年来为地方的机械制造业和汽车相关的产业培养了大量的技术性人才。但是近年来，用人单位普遍反映，学生的动手能力和解决实际问题的能力在逐年下降，并且学生的创新意识差，对工作岗位适应时间长[1]。纵观这些问题，反映出传感器课程教学急需改革。究其原因主要有三点：一是：传感器教学主要以传统的理论教学为主，缺乏对传感器实物的感性认识，所学的知识只能停留在课本上，学不能致用，课堂教学效果不佳。二是：教学学时少，实践实训课时就更少，学生缺乏实际锻炼的机会，更谈不上对学生创新能力的培养。三是：理论不能联系实际，随着科学技术的发展，新材料新技术的传感器不断涌现，学生虽然学习了传感器课程，但是在实际工程应用场合有时不认识实际的传感器实物，不会根据具体任务选择合适的传感器，对具体传感器接线更是无从下手。

2 课程教学改革探讨

现在应用型高校是以培养具有较强社会适应能力和竞争能的高素质应用型人才。这种高素质人才的培养要求必须打破传统的传感器教学以理论教学为主的模式，构建以“学生为主，教师为辅”， 以突出学生传感器应用能力培养为目标，教学做一体化的新型教学体系[1]， 本文对理论教学内容和实验实践教学的选取进行了研究和探索，提出了一些改革思路。

2.1 课程内容选取

在课程内容上，我们基于“工作过程系统化”为理念，通过对学生毕业后所从事的工作岗位所需的职业能力进行分析，以此来确定本课程的课程内容，每个内容以项目为导向，以实际工程案例为主导进行从新设计。把传感器理教学分为若干个教学项目（具体项目如表1）。教师把传感器的相关知识点与技能培养融入到项目中去，真正实现理论与实践的有机结合。这种模式教学模式过去单纯以理论教学为主，学生被动接受所学知识的教学思路。以光电式传感器教学为例，我们给出了一个寻迹小车的工程项目，要求学生从传感器选型、电路的设计、传感器的安装、项目的工作环境、项目造价等各个设计分项进行论证和设计。学生在项目的驱动下，以小组为单位，设计方案、选择传感器、制作具体的实物。这种以项目法为主导，以学生为中心的教学模式，既可以激发学生学习的兴趣，使学生将理论应用于实践，同时又可以培养学生创新和工程实践能力，实现学生与工作岗位“近距离”对接。

2.2 实验实践内容的教学改革

传感器课程的实践教学主要是为了培养学生的工程能力和工程意识。但是传统的传感器实验大多在封闭式的实验平台上完成，实验也多为验证性实验，这不利于提高学生的动手实践能力。开展综合性、设计性实验是当前实验实践教学的改革趋势，我校主要从三个方面进行改革：

（1）多课程协作开设实验内容 。在开设实验实践教学内容的时候要充分考虑本课程实验与模拟电路、数字电路、单片机等相关课程实验的内在联系，把一个项目分成若干个实验模块单元，不同的实验模块单元可以在不同的课程里面完成。形成以单一项目实现为多门课程服务的目的。这样既可以较强各门课程的横向联系，有可以解决各个课程实验实践少、实验内容少的问题。例如在温度检测实验项目中，例如在寻迹小车项目中，我们把这个项目分成检测、控制和驱动三个模块，其中控制和驱动模块可以和单片机课程实验中进行，在传感器课程中只要进行检测模块的设计和最后的调试工作。

（2）与课外实践及电子竞赛相结合。课外实践和电子竞赛是学生学习传感器技术的重要环节之一[3]。引导学生积极生开展课外科技活动和参与电子设计大赛，让学生在设计中认识并理解各种传感器，同时可以培养学生的分析问题、解决问题和自主创新的能力，为将来的工作打下良好的设计基础。

3 结论

传感器与检测技术的教学改革是一项复杂的系统工程，教学改革只是手段，其目的是培养符合市场需求的各项实用性人才[1]。经过几年的教学改革，毕业生的实践动手能力和解决工程实际的能力得到了很大的提高，缩短了从理论知识到实际应用的过程，为学生的后续发展打下了一定的基础。

参考文献：

[1]江勇，魏芳波.传感器与检测技术课程改革探讨[J].昆明冶金高等专科学校学报，2013（29）：82-84.

[2]苏敏，黄丽丽，厉相宝.传感器与检测技术课程教学方法改革探讨[J].时代教育，2016（09）：48.

[3]李玲，张旭.传感器与检测技术课程教学改革研究[J].科技文汇，2015（304）：55-56.

[4]江勇.传感器与检测技术实验教学探讨[J].科技展望，2015（32）：144-145.