传感器原理及其应用
2008-02-01
电子科技大学
李瑜芳编著
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《普通高等教育“十一五”国家级规划教材：传感器原理及其应用》是以项目教学为主线、将理论与实践融合在一起的“知行融通”型教材。全书分三篇，信息量较大。第二篇理论与实践融为一体的知行融通教学模块包括15个项目，介绍了光电传感器、热释电红外传感器、声传感器、温度传感器、位移与角度传感器、磁学量传感器、气敏传感器、光纤传感器、力传感器、机器人传感器的原理及应用方法；同时编入校企合作顶岗实习的项目，即传感器仪表安装工程技术、物位检测与物位传感器安装、无损检测技术和超声波检测技术。本书介绍了新技术和传感器应用发展趋势，能较大限度地反映国内外传感技术领域的新成果和新进展。第三篇教辅模块介绍了实践必备的基础知识，为学生学习第二篇各项目提供简易实践手册。 本书结构体系与内容较新，较适合于以应用为主的高职学生使用，主要有三个特点，其一是将理论与实践融合在一起，“知”与“行”的内容交替出现，由易到难，循序渐进，螺旋式展开；其二是将必学内容与拓展内容分开编写，有利于教师根据不同程度的学生进行弹性教学；其三是每个项目都有教学说明、课后思考题与习题，并附有部分答案，方便教师教和学生学。 本书可作为高等职业技术学院电子技术应用类、电气工程类、自动化类、仪器仪表类、机电技术类、计算机应用类等专业教学用书，也可作为有关工程技术人员的技术参考书，还可作为广大自动控制爱好者的自学参考书。
作者李瑜芳（1963－），女，是福建信息职业技术学院高职教育研究所所长,职称为副教授，主要研究方向是传感技术和高职教育理论与实践研究。在各类杂志和研究会上交流的文章二十多篇。主编全国九五规划教材《传感技术》和十一五规划教材《传感器原理与应用》。主持多项课题研究，其中课题《高职院校“研究性学习”探讨》被评为学院教学成果一等奖，并获中国电子教育学会二等奖。
第一篇 绪论第一章 传感器技术的地位和作用一、传感器的概念二、传感器的分类三、传感器技术的地位和作用四、传感器新职业五、传感器技术的特点六、本课程的任务第二章 教材结构与教学方法一、教材编写的理论依据--知行融通理论二、“知行融通”型教材的建设原则三、本教材的结构与特点四、第二篇15个项目的课时分配五、学生学习的一般方法六、学习《传感器原理与应用》的方法第三章 传感器技术概论一、传感器的基本特性二、传感器材料三、传感器的制作技术四、传感器的设计方法五、传感器应用电路的组成第二篇 知行融通教学模块项目一 基于LEGO实践平台的机器人制作1.1 自动寻迹机器人的制作1.2 NXT机器人传感器简介1.3 机器人发展状况课后思考与练习项目二 光电传感器及应用方法2.1 光电传感器的基础知识2.2 光电传感器应用电路的制作2.3 光电传感器的应用方法2.4.光电传感器应用电路的设计与制作方法课后思考与练习项目三 热释电红外传感器及应用方法3.1 热释电红外传感器简介3.2 夜间人体感应灯的设计与制作3.3 读图练习课后思考与练习项目四 声传感器及应用方法4.1 声传感器简介4.2 声控电路的前置放大器4.3 声、光、磁控机器猫的制作4.4 读图练习课后思考与练习项目五 温度传感器及应用方法5.1 电冰箱温度超标指示电路的制作5.2 基于热电偶的温控电路制作5.3 热电偶传感器简介5.4 温度传感器发展方向课后思考与练习项目六 位移与角度传感器及应用方法6.1 简单位移传感器的制作6.2 数字式角度传感器简介6.3 角度测量教具的制作6.4 光栅传感器课后思考与练习项目七 磁学量传感器及应用方法7.1 霍尔传感器简介7.2 霍尔传感器应用实训7.3 新型磁学量传感器课后思考与练习项目八 气敏传感器及应用方法8.1 气敏传感器简介8.2 半导体气敏传感器MQ411应用实训8.3 气敏传感器的使用与维护8.4 基于烟雾检测火灾自动报警系统的设计课后思考与练习项目九 光纤传感器及应用方法9.1 光纤传感器简介9.2 光纤位移传感器实验9.3 光纤传感器的新进展……第三篇 教辅模块
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这是一本注重理论与实践融合的教材，属于当前教育部极力推崇的“项目式”、“工作过程导向式”的教材，确实有一定的创新性。例如基于乐高机器人的项目，有趣、浅显，深奥的传感器原理居然从简单的操作开始，吸引人读下去，使人迫不及待地买一套材料做一做，觉得挺好玩，然后让一家老老少少来观摩。
一、 教材编写的理论依据——知行融通理论
从先秦到当代，中国古代哲学家对于“知”与“行”之先后、轻重、难易，各有所辩。“知”是包含道德、自然科学和人文社科等知识在内的人的认知对象的统称，“行”是包含工作、学习、生活等实践在内的人的行动的统称。朱熹提出知先行后、知轻行重的知行观，并指出“知之愈明，则行之愈笃；行之愈笃，则知之益明。”（《朱子语类》）。明朝思想家王阳明提出了“知行合一”的哲学命题。“知之真切笃实处即是行，行之明觉精察处即是知。”（《传习录》）。中国古代哲学家主要是从道德修养、道德实践方面阐述知行观的。传统职业教育中，在学校主要解决“知”的任务， 从“知”到 “行”的转化则主要由受教育者自行解决，这必然造就了一部分技能缺失的职业院校毕业生。时代在呼唤职业教育的改革，要求职业教育必须解决“知”与“行”的双重任务，必须创立职业教育新理论来改变目前职业教育存在的问题。
知行融通职业教育理论认为：人类的“知”可以指导“行”，“行”可以检验“知”、并可创新“知”，“知”与“行”不断转化，以螺旋的形式提高，直至达到“知”与“行”融通的最高境界。在还没有达到最高境界时，“知”与“行”的转化需要条件，无论从“知”到“行”，还是从“行”到“知”都必须具备一定的条件，在刺激不够充分的环境中，“知”与“行”很难转化。在尚未达到最高境界时，“知”与“行”的转化不可能一步到位，部分“知”转化为“行”，“行”不仅有助于大脑记忆“知”，更重要的是受教育者参与对知识的重新建构，将具体经验转译为更深的“知”，“知”与“行”需要经过多次转化，螺旋式提高，才能达到“知”与“行”融通的最高境界。
在职业教育中，受教育者的能力是在“知”与“行”不断转化中螺旋式提高的，职业院校的任务就是创造条件让受教育者“知”与“行”融会贯通，“知”与“行”融通的最高境界是职业教育追寻的目标。如果职业院校重视在校内外实训基地、教材、双师素质队伍、专业设置、课程体系、教学方法、实践模式、评价体系等方面研究受教育者知行转化的条件，并创造这种条件，就可能促进受教育者“知”与“行”有效转化、融会贯通。
二、 “知行融通”型教材的建设原则
教材是将教育思想、教育目标转变为教育现实的中介，是体现教学内容和教学方式的主要载体，是教师教学的依据，是学生学习的工具，高质量的教材是培养优秀人才的基本保证。不同的教材引导教师在教学实践中构建不同的教学模式，在知行融通理论指导下，“知行融通”型教材的特点是根据“行”的难易顺序和学生的心理接受程度，依次编入与“行”相对应的“知”，“知”与“行”的内容交替出现、螺旋式展开。教材编写应遵循如下原则。
（一）教材“行”体系原则
教材“行”体系原则是指教材应打破学科体系，按照实践技能培养的体系编写，体现高职教材的技能性，即以“行”的体系代替传统“知”的体系。
知识有其内在的逻辑，实践技能的培养也有其内在的逻辑，教材的编写应按哪种逻辑展开，应看教材是适合普通教育还是适合职业教育。对于职业教育来说，获取知识的最佳途径是让学生置于充满趣味性、挑战性的实践活动中学习，过分强调知识的系统性，不利于调动学生的积极性，不利于实践操作技能的培养。
目前大部分高职教材是按学科体系编排，且理论与实践分开编写，这对于已经掌握知识和技能的教师来说这种归类一目了然，但对于正在学习的职业院校学生而言这种归类不符合学习心理。学生将理论与实践完全割裂，往往将理论从最低层次一直学到最高层次，当进行实验或实训时，无法从繁琐的理论中找到指导实践的那部分知识，实践的自主性不够，达不到理想的实践目的。因此，教材应以“行”的体系代替传统“知”的体系，提高学生的技能，为职业教育教材注入生命与活力。
教材“行”体系原则包含三个方面的内容：（1）以专业技能为主线，对课程教学目标进行项目化分解，形成有一定知识与技能覆盖面的一系列的项目，每个项目都包含一个或多个知识点和技能点，让学生在研究项目、制作作品的过程中学习；（2）编写每个项目时，应以实践为主体，理论知识穿插在实践中，减少理论与实践转化的时间，这样的教材虽然知识体系是断续的，但职业能力的培养是系统的；（3）要求“知”与“行”的内容比例适度，两者可合可分，应视不同专业和不同课程的具体要求而定。
（二）教材的职业性原则
高职教材的职业性原则包含四个方面的要求：（1）教材编写之前要对生产实际进行调查，对职业岗位群所需的专业知识和专项能力进行科学分析，对相应的国家职业资格证的技术要求加以分析；（2）教材内容选择是以岗位为主线，以职业需要为取舍来选择理论与实践的素材，教材内容应符合岗位群需求，要融入国家职业资格的技能要求；（3）明确理论知识是为能力培养服务的，以“必需、够用”为原则；（4）要求实践知识与技能是以项目为主体展开，让学生亲自动手，而不能只是教师描述应用或演示实验。总之，教材应突出高职教育职业性特点，为学生就业能力的增强、综合素质的提高提供可操作的文本。
（三）教材知行内容的螺旋性原则
由于受教育者的能力是在“知”与“行”不断转化中螺旋式提高的，“知”与“行”需要进行多次转化，才能达到“知”与“行”融通的最高境界，因此“知行融通”型高职教材应根据“行”的难易顺序和学生的心理接受程度依次编入“知”与“行”的内容，编写教材的每个项目时，“知”与“行”的内容交替出现，由易到难，循序渐进螺旋式展开，这就是教材知行内容的螺旋性原则。
该原则具体包含三个方面的要求：（1）要肢解知识体系，从实现高职人才培养目标着眼，从人才所需知识、能力、素质出发，对职业岗位所需知识和能力结构进行分析，将学生需要学习的各个知识点和技能点分解为一个个难易不同的实践训练项目；（2）教材呈现顺序应按技能先易后难、由浅入深、由简单到复杂、由分类到综合，逐级展开，学习的坡度合理，力求切合大多数学生的知识水平和能力水平；（3）教材呈现方式采用知行内容交替模式，理论和实践交替进行，直观和抽象交错出现，没有固定的先“行”后“知”或先“知”后“行”。例如，螺旋式教学的其中一种模式是“先行后知”模式，即要求学生有计划地按照教师确定的项目和学习要求进行专门的技能训练，在训练中让学生知其然，教师将学生实践中出现的问题或困惑，用专业理论知识来加以解释，使学生把新的体验与自己的“知识库”联系起来，知其所以然，从而实现理论与实践的有机结合，进入螺旋式发展的学习循环中。螺旋式教学的另一种模式是“先知后行”模式，应先讲解简单的理论知识，再呈现简单的技能操作，然后增加一些必要的理论知识，再阐述较复杂的技能，知行内容交替螺旋式展开。
（四）教材的教学性原则
教材的教学性原则是指教材应既有利于教又有利于学。“知行融通”型高职教材适合在同一时间和空间（教室、实验室或车间），同步进行理论与实践的教学，因此要求教材必须有以下六方面的内容：（1）教材必须指出与教学相适应的学习环境，提出硬件设备的类型、实验和实训材料的种类；（2）教材必须有实践步骤，保证教学大纲规定的知识、技能与方法的落实；（3）教材应有教学方法指导；（4）教材教材应有学法指导；（5）教材应有适当的课后练习，较难的题应有提示或解答；（6）教材要引导学生手脑并用，提高学习效率，同时让学生从“行”中追寻自己的实践目的，自行探索思考，培养独立思维能力与创新能力。
（五）教材的可读性原则
“知行融通”型高职教材的可读性原则包含五个方面要求：（1）教材应反映时代新技术，介绍学科前沿问题，显现较强的时代感和现实感；（2）在教材中应合理渗透思想教育内容，培养学生的非智力因素；（3）在教材中应编入学生感兴趣的应用实例，注重创新意识的培养；（4）教材风格与时俱进，文字论述简单明了，数据图表清新，教材色彩、开本大小与排版形式等适应现代学生的兴趣、爱好与情感；（5）教材具有特色，有创新。
（六）教材的弹性原则
“知行融通”型高职教材的弹性原则包括三个方面：（1）指教材要关注学生的个性差异，根据不同层次、不同发展方向上的学生的不同需要，编排不同形式、不同层次、不同功效、不同教学时间的训练项目，提供的实践项目较多，以利于职业院校和学生多样化的选择。（2）教材中每个项目应将基础知识与拓展知识分开编写，将知识按难易程度分开编排，从简到难展开，使不同程度的学生进行学习时，可以很方便地选择适合自己的内容。例如针对某个项目，中下程度学生只学习该项目的前1-2节，中上能力的学生可以自学拓展知识，可以自主创新。（3）在教材中应编入该教材先期课程的知识技能简介和该教材知识的发展方向，为不同程度学生的学习提供必要参考。
（七）实践教学类别齐全性原则
实践教学包括验证性实验、观摩实践、操作性训练、设计性实践、社会顶岗实习、项目研究开发六大类，各实践类别的含义见第三篇教辅模块的《辅助一 实践必备基础知识》。在高职教材编写中，每个章节（或项目）中都应编进某类的实践，教材可以对某类实践有所侧重，但整本教材应涵盖各类的实践。
根据这本书，我制作了夜间人体感应灯，放在卫生间挺好用的。