《傳感器原理及應(yīng)用A》教學(xué)大綱

《傳感器原理及應(yīng)用A》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：08140381課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時：48學(xué)時（理論32學(xué)時，實驗16學(xué)時）先修課程：電路與電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)后續(xù)課程：無適用專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程（專升本）開課單位：計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院一、課程說明《傳感器原理及應(yīng)用A》是物聯(lián)網(wǎng)工程工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。課程主要介紹物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，給出物聯(lián)網(wǎng)與傳感器之間的關(guān)系，使學(xué)生理解傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中所處的地位和作用；講解各類傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、特性分析、測量方法和應(yīng)用實例，完善傳感器知識體系；介紹傳感器數(shù)字化、微型化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向。強調(diào)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的結(jié)合，培養(yǎng)“學(xué)以致用”的應(yīng)用型人才。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握物聯(lián)網(wǎng)傳感器的基本概念及基本原理，具備使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議進行復(fù)雜物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的能力。課程目標(biāo)2：利用傳感器相關(guān)知識解決物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的工程問題，在考慮物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)領(lǐng)域環(huán)境因素的前提下，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的技術(shù)人才。課程目標(biāo)3：理解傳感器相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)以及相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)政策；具備良好的團隊合作意識與溝通能力，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的價值觀。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《傳感器原理及應(yīng)用A》課程教學(xué)目標(biāo)對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強度1.工程知識1.1掌握數(shù)學(xué)、自然科學(xué)領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)知識、工程基礎(chǔ)知識，并能將其用于本領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的恰當(dāng)表述。課程目標(biāo)1：掌握物聯(lián)網(wǎng)傳感器的基本概念及基本原理，具備使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議進行復(fù)雜物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的能力。H3.設(shè)計/開發(fā)解決方案3.3能夠在物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)、測試等環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)精神，并能綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化及環(huán)境因素的影響課程目標(biāo)2：利用傳感器相關(guān)知識解決物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的工程問題，在考慮物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)領(lǐng)域環(huán)境因素的前提下，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的技術(shù)人才。M6.工程與社會6.1能夠了解物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系、知識產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)政策和法律法規(guī)，理解不同社會文化對工程活動的影響。課程目標(biāo)3：理解傳感器相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)以及相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)政策；具備良好的團隊合作意識與溝通能力，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的價值觀。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.物聯(lián)網(wǎng)與傳感器概述1.1物聯(lián)網(wǎng)的概念1.2傳感器的概念1.3傳感器的發(fā)展趨勢1.4物聯(lián)網(wǎng)中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)教學(xué)要求：使學(xué)生理解物聯(lián)網(wǎng)的概念，對物聯(lián)網(wǎng)與傳感器的關(guān)系有基本認(rèn)知；了解傳感器的定義、應(yīng)用場景、工作機理、組成和分類；了解傳感器的技術(shù)特點和發(fā)展趨勢。重點:傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。21、32.傳感器的性能與評價2.1傳感器的靜態(tài)特性，傳感器的動態(tài)特性，傳感器動態(tài)特性分析2.2傳感器無失真測試條件，機電模擬和變量分類2.3傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)教學(xué)要求：使學(xué)生熟悉傳感器的基本特性；掌握傳感器的靜態(tài)特性，傳感器的動態(tài)特性，動態(tài)特性技術(shù)參數(shù)及動態(tài)特性分析方法。重點:傳感器的靜態(tài)特性、動態(tài)特性，傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)；難點:傳感器的動態(tài)特性分析。21、23.傳感器原理與測量方法3.1電阻傳感器與電阻參數(shù)的測量3.2電容傳感器與電容參數(shù)的測量3.3電感傳感器與電感參數(shù)的測量教學(xué)要求：使學(xué)生熟悉電阻式、電容式和電感式傳感器的工作原理和測量技術(shù)；掌握電阻式、電容式和電感式傳感器的工作原理、誤差分析及其信號調(diào)理技術(shù)。重點:電阻式、電容式和電感式傳感器的工作原理、測量電路及其應(yīng)用。難點:電阻式、電容式和電感式傳感器的工作原理、測量電路及其應(yīng)用。641、24.傳感器常用物理效應(yīng)與器件4.1彈性效應(yīng)與元件4.2電阻應(yīng)變效應(yīng)與壓阻效應(yīng)及器件4.3壓電效應(yīng)與器件4.4光電效應(yīng)與器件4.5光纖傳感原理及類型4.6磁電效應(yīng)和磁敏器件4.7磁致伸縮效應(yīng)及壓磁效應(yīng)4.8熱阻效應(yīng)、熱電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)4.9聲波效應(yīng)及器件教學(xué)要求使學(xué)生熟悉傳感器的各種效應(yīng)原理；掌握幾種基本傳感器的應(yīng)用方法。重點:各種傳感器的效應(yīng)原理。難點:各種傳感器效應(yīng)原理與測量。842、35.機械、熱學(xué)、化學(xué)與生物傳感器5.1機械量傳感器應(yīng)用5.2熱學(xué)量傳感器應(yīng)用5.3化學(xué)與生物傳感器應(yīng)用教學(xué)要求使學(xué)生熟悉各類傳感器的設(shè)計方法及其典型工程應(yīng)用技術(shù)；掌握各類傳感器的工作原理；熟悉各類傳感器測量電路的結(jié)構(gòu)和特點。重點:各種不同傳感器的工作原理及應(yīng)用。難點:各種不同傳感器的結(jié)構(gòu)和特點。1081、2、36.物聯(lián)網(wǎng)傳感器集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化6.1微機電系統(tǒng)（MEMS）及MEMS傳感器；6.2智能傳感器；6.3多傳感器信息融合技術(shù)，傳感器網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)要求使學(xué)生熟悉微機電系統(tǒng)傳感器，智能傳感器的結(jié)構(gòu)和典型應(yīng)用；了解多傳感器信息融合技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)化趨勢。重點:微機電系統(tǒng)傳感器和智能傳感器。難點:多傳感器信息融合技術(shù)。41、2、3合計32162.實驗部分實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.傳感器基本接口實驗實驗內(nèi)容：物聯(lián)網(wǎng)傳感器基本接口實驗實驗要求：了解各類傳感器結(jié)構(gòu)特點、應(yīng)用場合，掌握傳感器應(yīng)用中的485串口的定義、功能，掌握傳感器模塊的使用方法。41、32.機械量傳感器數(shù)據(jù)采集實驗實驗內(nèi)容：機械量傳感器數(shù)據(jù)采集實驗。實驗要求：了解壓力、加速度等各類機械量傳感器的基本原理與構(gòu)成；掌握node-red軟件的基本使用方法，能夠使用機械量傳感器構(gòu)造簡單物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。42、33.光電與磁電類傳感器數(shù)據(jù)采集實驗實驗內(nèi)容：光敏與磁電效應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)采集實驗實驗要求：掌握光敏與磁電效應(yīng)傳感器的基本原理與構(gòu)成；能夠用光敏與磁電效應(yīng)傳感器構(gòu)造簡單物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。42、34.傳感器綜合應(yīng)用實驗內(nèi)容：物聯(lián)網(wǎng)傳感器與執(zhí)行器的集成應(yīng)用。實驗要求：掌握根據(jù)應(yīng)用情況選擇傳感器的方法；能夠根據(jù)應(yīng)用目的，使用對應(yīng)的傳感器和執(zhí)行器構(gòu)造簡單物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。41、2、3合計16五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實驗等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解傳感器的基本構(gòu)成與特性，在掌握傳感器原理與特性的法基礎(chǔ)上，進行簡單功能的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)，從而具有自主選擇合適傳感器進行物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計的能力。在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過傳感器與執(zhí)行器采集數(shù)據(jù)，并完成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生對于傳感器原理與特性的認(rèn)知以及物聯(lián)網(wǎng)與傳感器結(jié)合的基本方法和技能。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實際動手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。六、課程資源1.推薦教材（1）陳文儀.現(xiàn)代傳感器技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2022年．2.參考書（1）胡向東.傳感器與檢測技術(shù)（第四版）[M].北京:機械工業(yè)出版社,2021年．（2）卜樂平.傳感器與檢測技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2021年．（3）陳雯柏.智能傳感器技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2022年.3.期刊（1）汪康.柔性壓阻式壓力傳感器應(yīng)用與展望[J].功能材料與器件學(xué)報,\t"/kcms2/article/_blank"2022,28(01):68-78.（2）楊陽.NB-IoT水氣熱物聯(lián)網(wǎng)傳感器應(yīng)用研究[J].科學(xué)與信息化,2022(13):46-48.（3）宋璐.柔性可穿戴傳感器及其應(yīng)用研究[J].分析化學(xué),2022,50(11):12.（4）湯明珍,任建寧,伍麗青,等.移動式空氣質(zhì)量傳感器的研究與應(yīng)用進展[J].環(huán)境科學(xué)研究,2022,35(4):8.（5）KaushikP,NidhiA,AAA,etal.Acriticalreviewonmultifunctionalsmartmaterials‘nanographene’emergingavenue:nano-imagingandbiosensorapplications[J].CriticalReviewsinSolidStateandMaterialsSciences,2022,47(5):691-707.4.網(wǎng)絡(luò)資源（1）溫度傳感器的類型原理特點和應(yīng)用[EB/OL]./Hongke_PharmDep/article/details/108049114.2020-8-21/2022-5-10.（2）智能傳感器可以實現(xiàn)的10個強大物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用[EB/OL],/DFWee/article/details/120839554.2021-10-19/2022-6-10.（3）中國大學(xué)慕課傳感器技術(shù)[EB/OL]./.2021-2-17/2022-6-10.七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)15（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?62實驗20（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分。（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭?010作業(yè)15主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分。每次作業(yè)與測試單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)與測試成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?63期末考核50（1）期末考核方式為大作業(yè)或者期末測試形式考核，成績100分，以期末考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核各種傳感器的基本特性、原理及測量方法、常用物理效應(yīng)與器件、對傳感器和執(zhí)行器模塊的理解及運用。（3）若為期末測試形式考核，測試題型為：填空題、選擇題、判斷題、簡答題、計算題或分析題等?！獭獭?02010合計：100分434215八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)、期末考核等方式對學(xué)生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┛己撕瓦^程性考核成績組成，期末考核方式為大作業(yè)或者期末測試，成績?yōu)?00分（權(quán)重50%），若為大作業(yè)考核方式，則主要考查學(xué)生對傳感器和執(zhí)行器模塊的理解及運用，鍛煉學(xué)生自主選擇合適傳感器進行物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的能力；若為期末測試形式考核，則題目類型為選擇題、填空題、判斷題、簡答題、計算題或分析題等類型，測試中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合型或分析型題目分值不低于50%。課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重50%）。過程性考核和期末考核分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)30筆記完整，積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。筆記完整，認(rèn)真參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。筆記不完整，偶爾參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，偶爾參與教學(xué)活動。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，不參與教學(xué)活動。作業(yè)30作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。測試成績優(yōu)秀作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。測試成績良好不交作業(yè)2次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于70%.測試成績中等不交作業(yè)4次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于60%.測試成績