传感器技术及应用教学设计教案.doc

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教案

课程名称传感器技术及应用

授课教师

授课班级电子

开课单位信息工程系

开课学期

总课时

工程学院

108

第1次课教学整体设计

课题

传感器的基础知识

（一）

授课时间

第周星期（月日）第节

课时

2h

授课类型

理论课（√）实验课（）实训课（）习题课（）讨论课（）现场教学（）其它：

教学资源

样图（√）模型（）实物（√）多媒体（）音像（）报纸（）其它：

教学方法

讲授法（√）讨论法（）启发式（√）案例教学法（√）现场教学法（）

角色扮演法（）项目教学法（）情境教学法（）其它：

教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）

通过对传感器知识的学习，使学生掌握传感器的组成及分类，了解传感器及检测技术的作用及广泛的应用。

通过对传感器的发展历史的简要介绍，使学生认识到科技的日新月异，使学生懂得要脚踏实地，再攀高峰，并培养学生学习兴趣与乐趣的同时，培养其严谨的学习态度。

重点：

1.掌握传感器技术的发展与基本结构；

2.掌握传感器与检测系统的组成与特点。

难点：

1.掌握传感器与检测系统的组成。

教学设计：

●授课思路简述：

（围绕所选用教学方法分条编写授课步骤，要涵盖课前准备、课程导入、师生活动安排、任务训练、实践教学环节安排、教学效果检测等主要环节。

）

（1）课前准备

因为这是新学期的第一节课所以主要的准备都是由教师完成的。

首先教师要在班主任以及本专业其他授课教师的帮助下，对所要授课班级学生的学习基础、学风等必要事物有所了解；在开课之前通读教材，了解本门课的主要内容，制定相配套的教学方案，并且要大量的阅读查阅相关的课题资料，使教授的每一节课的内容都很丰富以做到讲解生动到位；精心准备第一节课绪论，主要包括教师的自我介绍、课程介绍、考核方法、纪律要求以及本节课知识内容，争取通过这节课让学生明确自己的学习任务、有一个端正的学习态度，喜欢上老师，喜欢上这门课程。

（2）课程导入

通过一个电子行业实例将话题转到本节课的重点内容，同时演示第三学期项目作业——欢迎光临玩偶，相比较之下引出电子行业中应用最为广泛的技术——传感器技术。

本课程是应用电子技术专业选修课，通过学习使学生了解掌握温度传感器、力敏传感器、电磁传感器、气敏、湿敏传感器等内容，具有运用电子专业的基础课程电路分析及基本测量数据的处理相关知识，为今后工作中的实际应用打下坚实的基础。

（3）师生活动安排

在授课过程中设置了一处提问性的互动，“生活中我们接触过的传感器技术有哪些？

”，“这些传感器是检测哪些物理量的?

”，主要目的是通过这个问题引导学生积极思考，引出本节课的重点内容。

也激发学生们的求学欲望和学习兴趣。

（4）课堂练习

针对本节课的重点内容设置两个小题，作为课堂思考练习。

（5）课堂总结

总结本节课的主要内容，交代学习的重点、难点。

●课堂训练内容安排：

在本节课结束前利用一定的时间进行口述式的随堂提问：

（1）我们接触过的传感器技术有哪些？

（2）传感器的主要特点及内容

鼓励学生积极回答问题，检查学生对新内容接受情况，根据实际情况分别对学生的答案进行更正和补充。

●课后作业与思考题：

（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及网站）

（1）每两人一组收集一个传感器应用实例。

（2）说明其原理应用说明及特点，以报告形式上交。

教学后记：

教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）

步骤1：

师生问好、教师自我介绍（5分钟）

步骤2：

课程介绍、推荐参考书（10分钟）

我们所用的推荐教材是高等教育出版俞云强主编的《传感器与检测技术》，本教材主要介绍传感器的应用原理及多种传感器，其目的是使学生具备从事相关专业所必需的传感器的基本知识和基本应用技能。

这门课是以我们前面学习的模拟电子、数字电子为基础。

同时要阅读查阅相关的书籍或者网站上的相关资料，始终保持与时俱进，不断拓展自己专业相关知识。

这门课是专业选修课、考查课，期末是以笔试的形式进行考核。

成绩组成主要分为三大部分：

平时成绩100分（50％），笔试成绩100分（50％）；其中平时成绩中包含五个考核项目：

出勤15分；作业15分；测验（抽考）40分；笔记15分；项目作业15分。

推荐的参考书：

《传感器及使用检测技术》.西安电子科技大学出版社.

《传感器原理及工程应用》.西安电子科技大学出版社.

这节课我们就先来学习传感器绪论的内容。

步骤3：

本节课学习任务、引导教学（5分钟）

引导性问题1：

什么是检测技术？

检测技术：

对生产过程和运动对象实施定性检查和定量测量的技术。

引导性问题2：

什么是传感器?

传感器：

一种以一定的精确度和被测量转换为另一种与之有确定对应关系的并且便于测量的量的装置。

两者的关系：

检测技术的组成包括：

被测对象、传感器、测量电路、电源、输出单元。

可见，传感器是检测技术的一个组成部分。

步骤4：

讲授传感器的基础知识（35分钟）

一、什么是传感器？

传感器是一种以一定的精确度把被测量作为另一种与之有确定关系的并且便于测量的量的装置。

四层含义：

（一）测量装置：

完成信息的获取任务。

（二）输入量：

某一被测量。

（物理量、化学量、生物量）

（三）输出量：

某种便于传输、转换、处理和显示的物理量。

（主要是电量）

二、传感器的发展

美国列出的国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有6项传感器信息处理技术直接相关。

日本江传感器技术列为国家重点发展的6大核心技术之一，并声称“支配了传感器技术能够支配新时代”。

我国在“九五”、“十五”国家重点科技攻关项目中将传感器技术研究立项，力争在制造工艺、新产品开发等工程方面缩短与世界水平的差距。

发展方向：

集成化、微型化、智能化与网络化、信息融合技术、纳米技术、仿生传感器。

步骤5：

提出思考问题，师生互动（25分钟）

问题的提出：

我们接触过的传感器技术有哪些？

教师根据基本物理量和学生回答情况总结传感器分类表格。

（一）传感器分类表

感官类

物理量

传感器

应用原理

视觉

光

光电传感器

光敏

听觉

声波

超声波传感器

发射电路/接收电路

触觉

力

力敏传感器

电阻应变式/压阻式

味觉

气体、液体浓度

气敏/湿敏传感器

气敏电路/湿敏元件

冷热

温度

温度传感器

热电偶/热电阻/热敏/红外/集成电路

步骤９：

课堂小结（5分钟）

一、传感器的概念、发展与组成；

二、传感器的分类；

三、传感器与检测技术的发展方向。

步骤10：

布置作业（5分钟）

（1）每两人一组收集一个传感器应用实例。

（2）说明其原理应用说明及特点，以报告形式上交。

步骤11：

板书设计

绪论传感器的基本知识

一、传感器的概念：

四个含义：

（一）测量装置

（二）输入量

（三）输出量：

二、发展与组成

被测量

（非电量）

敏感元件

转换元件

转换电路

输出量

（电量）

三、传感器的分类

四、传感器与检测技术的未来发展

第2次课教学整体设计

课题

传感器的基础知识

（二）

授课时间

第周星期（月日）第节

课时

2h

授课类型

理论课（√）实验课（）实训课（）习题课（）讨论课（）现场教学（）其它：

教学资源

样图（√）模型（）实物（√）多媒体（）音像（）报纸（）其它：

教学方法

讲授法（√）讨论法（）启发式（√）案例教学法（√）现场教学法（）

角色扮演法（）项目教学法（）情境教学法（）其它：

教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）

通过对传感器知识的学习，使学生掌握传感器的组成及分类，了解传感器及检测技术的作用及广泛的应用。

通过对传感器的发展历史的简要介绍，使学生认识到科技的日新月异，使学生懂得要脚踏实地，再攀高峰，并培养学生学习兴趣与乐趣的同时，培养其严谨的学习态度。

重点：

1.掌握传感器技术的发展与基本结构；

2.掌握传感器与检测系统的组成与特点。

难点：

1.掌握传感器与检测系统的组成。

教学设计：

●授课思路简述：

（围绕所选用教学方法分条编写授课步骤，要涵盖课前准备、课程导入、师生活动安排、任务训练、实践教学环节安排、教学效果检测等主要环节。

）

（1）课前准备

因为这是新学期的第一节课所以主要的准备都是由教师完成的。

首先教师要在班主任以及本专业其他授课教师的帮助下，对所要授课班级学生的学习基础、学风等必要事物有所了解；在开课之前通读教材，了解本门课的主要内容，制定相配套的教学方案，并且要大量的阅读查阅相关的课题资料，使教授的每一节课的内容都很丰富以做到讲解生动到位；精心准备第一节课绪论，主要包括教师的自我介绍、课程介绍、考核方法、纪律要求以及本节课知识内容，争取通过这节课让学生明确自己的学习任务、有一个端正的学习态度，喜欢上老师，喜欢上这门课程。

（2）课程导入

通过一个电子行业实例将话题转到本节课的重点内容，同时演示第三学期项目作业——欢迎光临玩偶，相比较之下引出电子行业中应用最为广泛的技术——传感器技术。

本课程是应用电子技术专业选修课，通过学习使学生了解掌握温度传感器、力敏传感器、电磁传感器、气敏、湿敏传感器等内容，具有运用电子专业的基础课程电路分析及基本测量数据的处理相关知识，为今后工作中的实际应用打下坚实的基础。

（3）师生活动安排

在授课过程中设置了一处提问性的互动，“生活中我们接触过的传感器技术有哪些？

”，“这些传感器是检测哪些物理量的?

”，主要目的是通过这个问题引导学生积极思考，引出本节课的重点内容。

也激发学生们的求学欲望和学习兴趣。

（4）课堂练习

针对本节课的重点内容设置两个小题，作为课堂思考练习。

（5）课堂总结

总结本节课的主要内容，交代学习的重点、难点。

●课堂训练内容安排：

在本节课结束前利用一定的时间进行口述式的随堂提问：

（3）我们接触过的传感器技术有哪些？

（4）传感器的主要特点及内容

鼓励学生积极回答问题，检查学生对新内容接受情况，根据实际情况分别对学生的答案进行更正和补充。

●课后作业与思考题：

（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及网站）

（1）每两人一组收集一个传感器应用实例。

（2）说明其原理应用说明及特点，以报告形式上交。

教学后记：

教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）

步骤1：

师生问好、教师自我介绍（5分钟）

步骤2：

课程介绍、推荐参考书（10分钟）

我们所用的推荐教材是高等教育出版俞云强主编的《传感器与检测技术》，本教材主要介绍传感器的应用原理及多种传感器，其目的是使学生具备从事相关专业所必需的传感器的基本知识和基本应用技能。

这门课是以我们前面学习的模拟电子、数字电子为基础。

同时要阅读查阅相关的书籍或者网站上的相关资料，始终保持与时俱进，不断拓展自己专业相关知识。

这门课是专业选修课、考查课，期末是以笔试的形式进行考核。

成绩组成主要分为三大部分：

平时成绩100分（50％），笔试成绩100分（50％）；其中平时成绩中包含五个考核项目：

出勤15分；作业15分；测验（抽考）40分；笔记15分；项目作业15分。

推荐的参考书：

《传感器及使用检测技术》.西安电子科技大学出版社.

《传感器原理及工程应用》.西安电子科技大学出版社.

这节课我们就先来学习传感器绪论的内容。

步骤3：

本节课学习任务、引导教学（5分钟）

引导性问题1：

什么是检测技术？

检测技术：

对生产过程和运动对象实施定性检查和定量测量的技术。

引导性问题2：

什么是传感器?

传感器：

一种以一定的精确度和被测量转换为另一种与之有确定对应关系的并且便于测量的量的装置。

两者的关系：

检测技术的组成包括：

被测对象、传感器、测量电路、电源、输出单元。

可见，传感器是检测技术的一个组成部分。

步骤4：

讲授传感器的基础知识（35分钟）

三、传感器的组成

传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成。

被测量

（非电量）

敏感元件

转换元件

转换电路

输出量

（电量）

（一）敏感元件：

直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

（二）转换元件：

将敏感元件的输出量转换成电路参数量的元件。

（三）转换电路：

电参量转换成可直接利用的电信号。

步骤5：

提出思考问题，师生互动（25分钟）

问题的提出：

我们接触过的传感器技术有哪些？

教师根据基本物理量和学生回答情况总结传感器分类表格。

（二）传感器与检测技术的发展方向

1．不断提高传感器检测水平

（1）发现新效应

（2）开发新材料

（3）采用新技术、新工艺

（4）发展集成化、智能化、仿生传感器

2．不断拓展测量范围，提高监测精度和可靠度

3．推进新的检测方法，发展非接触法检测技术

4．实现监测系统智能化

步骤９：

课堂小结（5分钟）

一、传感器的概念、发展与组成；

二、传感器的分类；

三、传感器与检测技术的发展方向。

步骤10：

布置作业（5分钟）

（1）每两人一组收集一个传感器应用实例。

（2）说明其原理应用说明及特点，以报告形式上交。

步骤11：

板书设计

绪论传感器的基本知识

二、传感器的概念：

四个含义：

（一）测量装置

（二）输入量

（三）输出量：

二、发展与组成

被测量

（非电量）

敏感元件

转换元件

转换电路

输出量

（电量）

三、传感器的分类

四、传感器与检测技术的未来发展

第3次课教学整体设计

课题

测量的观念

授课时间

第周星期（月日）第节

课时

2h

授课类型

理论课（√）实验课（）实训课（）习题课（）讨论课（）现场教学（）其它：

教学资源

样图（√）模型（）实物（√）多媒体（）音像（）报纸（）其它：

教学方法

讲授法（√）讨论法（）启发式（√）案例教学法（√）现场教学法（）

角色扮演法（）项目教学法（）情境教学法（）其它：

教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）

通过对数据处理知识的学习，使学生掌握测量误差的分类及处理方法，了解误差的基本概念。

通过对传感器的技术指标和选用原则作简要介绍，使学生认识到科技的日新月异，使学生懂得要脚踏实地，再攀高峰，并培养学生学习兴趣与乐趣的同时，培养其严谨的学习态度。

重点：

1.掌握误差的基本概念；

2.掌握随机误差的处理办法。

难点：

1.掌握随机误差的处理办法。

教学设计：

●授课思路简述：

（围绕所选用教学方法分条编写授课步骤，要涵盖课前准备、课程导入、师生活动安排、任务训练、实践教学环节安排、教学效果检测等主要环节。

）

（1）课前准备

由于本课程是传感器理论课中的最基础的部分，因此需要教师在课堂上紧抓住学生的注意力，有较强的课堂控制能力。

同时教师要在上课之前熟练操作软件，了解本门课的主要内容，制定相配套的教学方案，并且能够熟练使用该操作软件，同时需要大量的阅读查阅相关的课题资料，使教授的每一节课的内容都很丰富以做到讲解生动到位。

（2）课程导入

通过上一节课的理论学习，学生们已对传感器技术建立起了初步的概念，同时对于该课程的知识结构和基本理论内容有了一定了解，接下来就进入下一阶段的学习内容，学习如何去处理测量的数据。

（3）师生活动安排

在上一节课授课过程中设置了一处提问性的互动，“什么是传感器技术”，我们接触的传感器有哪些，主要目的是通过这个问题引导学生积极思考。

现在我们就进入该课程的基本知识的学习中，在基本数据的处理环节中让学生掌握数据处理的基本概念与方法，同时也激发学生们的求学欲望和学习兴趣。

（4）指导练习

相对误差的计算。

（5）课堂总结

总结本节课的主要内容，交代学习的重点、难点。

●课堂训练内容安排：

在本节课结束前利用一定的时间进行口述式的随堂提问：

（5）测量误差的基本概念有哪些？

（6）测量的误差的表示方法有哪些？

鼓励学生积极回答问题，检查学生对新内容接受情况，根据实际情况分别对学生的答案进行更正和补充。

●课后作业与思考题：

（根据课程内容适当设计巩固性作业、项目式作业、预习性作业、推荐参考书及网站）

（1）巩固性作业：

有三台测温仪表，量程均为0~600℃，精度等级分别为1.5级、2.0级、2.5级，要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选用哪个台仪表合适？

教学后记：

教学过程（教学设计实施步骤及时间分配）

步骤1：

师生问好、学生出勤、复习提问（5分钟）

步骤2：

内容导入（3分钟）

从工程测量实践可知，测量数据中含有系统误差和随机误差，有时含有粗大误差，它们的性质不同，对测量结果的影响及处理的方法也不同。

对于不同情况的测量数据，首先要加以分析研究，判断其情况，分别处理，再经综合整理，得出合乎科学性的测量结果。

步骤3：

本节课引导性教学（2分钟）

引导性问题1：

什么是测量误差？

引导性问题2：

测量误差的表示方法有哪些?

步骤4：

讲授测量误差的基础知识（70分钟）

一、测量的概念与方法

（一）测量的概念：

把被测未知量与同性质标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数，并用数字表示这个倍数的过程。

由数值大小和测量单位组成。

（二）测量方法：

直接、间接、联立

（三）误差的分类：

系统误差、随机误差、粗大误差

二、随机误差的统计处理

在测量中,当系统误差已设法消除或减小到可以忽略的程度时,如果测量数据仍有不稳定的现象,说明存在随机误差。

在等精度测量情况下,得n个测量值x1,x2,…,xn,设只含有随机误差δ1,δ2，…，δn。

这组测量值或随机误差都是随机事件,可以用概率数理统计的方法来研究。

随机误差的处理任务是从随机数据中求出最接近真值的值（或称真值的最佳估计值）,对数据精密度的高低（或称可信赖的程度）进行评定并给出测量结果。

1．随机误差的正态分布曲线

测量实践表明,多数测量的随机误差具有以下特征:



①绝对值小的随机误差出现的概率大于绝对值大的随机误差出现的概率。



②随机误差的绝对值不会超出一定界限。



③测量次数n很大时,绝对值相等#,符号相反的随机误差出现的概率相等。

由特征③不难推出,当n→∞时,随机误差的代数和趋近于零。



随机误差的上述三个特征,说明其分布实际上是单一峰值的和有界限的,且当测量次数无穷增加时,这类误差还具有对称性（即抵偿性）。

正态分布方程式的关系曲线为一条钟形的曲线,说明随机变量在x=L或δ=0处的附近区域内具有最大概率。

2．正态分布的随机误差的数字特征

在实际测量时,真值L不可能得到。

但如果随机误差服从正态分布,则算术平均值处随机误差的概率密度最大。

对被测量进行等精度的n次测量,得n个测量值x1,x2,…,xn,它们的算术平均值为

算术平均值是诸测量值中最可信赖的,它可以作为等精度多次测量的结果。

上述的算术平均值是反映随机误差的分布中心,而均方根偏差则反映随机误差的分布范围。

均方根偏差愈大,测量数据的分散范围也愈大，所以均方根偏差σ可以描述测量数据和测量结果的精度。

图1-5为不同σ下正态分布曲线。

由图可见：

σ愈小,分布曲线愈陡峭,说明随机变量的分散性小,测量精度高；反之,σ愈大,分布曲线愈平坦,随机变量的分散性也大,则精度也低。

均方根偏差σ可由下式求取:

xi——第i次测量值。

在实际测量时,由于真值L是无法确切知道的,用测量值的算术平均值-代替之,各测量值与算术平均值差值称为残余误差,

用残余误差计算的均方根偏差称为均方根偏差的估计值σs,即

通常在有限次测量时,算术平均值不可能等于被测量的真值L,它也是随机变动的。

设对被测量进行m组的“多次测量”,各组所得的算术平均值1,1,…,m,围绕真值L有一定的分散性,也是随机变量。

算术平均值的精度可由算术平均值的均方根偏差来评定。

它与σs的关系如下:

步骤5：

课堂小结（5分钟）

一、测量的概念与方法；

二、测量误差的分类；

三、随机误差的处理方法。

步骤6：

布置作业（5分钟）

（1）巩固性作业：

有三台测温仪表，量程均为0~600℃，精度等级分别为1.5级、2.0级、2.5级，要测量500℃的温度，要求相对误差不超过2.5%，选用哪个台仪表合适？

步骤7：

板书设计

第1章检测的基本知识与基本数据处理

三、检测的概念：

四个内容：

（一）测量的概念

二、测量误差的基本概念及分类：

第4次课教学整体设计

课题

测量的方法

授课时间

第周星期（月日）第节

课时

2h

授课类型

理论课（√）实验课（）实训课（）习题课（）讨论课（）现场教学（）其它：

教学资源

样图（√）模型（）实物（√）多媒体（）音像（）报纸（）其它：

教学方法

讲授法（√）讨论法（）启发式（√）案例教学法（√）现场教学法（）

角色扮演法（）项目教学法（）情境教学法（）其它：

教学目标（包括职业素质、能力、知识目标）

通过对数据处理知识的学习，使学生掌握测量误差的分类及处理方法，了解误差的基本概念。

通过对传感器的技术指标和选用原则作简要介绍，使学生认识到科技的日新月异，使学生懂得要脚踏实地，再攀高峰，并培养学生学习兴趣与乐趣的同时，培养其严谨的学习态度。

重点：

1.掌握误差的基本概念；

2.掌握随机误差的处理办法。

难点：

1.掌握随机误差的处理办法。

教学设计：

●授课思路简述：

（围绕所选用教学方法分条编写授课步骤，要涵盖课前准备、课程导入、师生活动安排、任务训练、实践教学环节安排、教学效果检测等主要环节。

）

（1）课前准备

由于本课程是传感器理论课中的最基础的部分，因此需要教师在课